CN111615651A

CN111615651A - 视差补偿空间滤光器

Info

Publication number: CN111615651A
Application number: CN201980008774.XA
Authority: CN
Inventors: R.H.谢帕德; B.加森德; P-Y.德罗兹
Original assignee: Waymo LLC
Current assignee: Waymo LLC
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2020-09-01
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: CN111615651B; WO2020092192A1; KR20200078695A; EP3698182A1; US20200142034A1; JP2021511484A; JP7200246B2; IL275956B2; EP3698182A4; IL275956A; IL275956B1; US11561284B2

Abstract

一个示例系统包括相对于场景设置并被配置为聚焦来自场景的光的透镜。该系统还包括不透明材料。不透明材料定义了多个孔，包括主孔以及一个或多个副孔。该系统还包括一个或多个光检测器(例如，单个元件检测器或检测器阵列)，其被配置为拦截和检测由透镜聚焦并通过由不透明材料定义的多个孔中的至少一个孔透射的发散光。

Description

视差补偿空间滤光器

相关专利的交叉引用

本申请要求于2018年12月29日提交的美国专利申请第16/236,442号和2018年11月2日提交的美国临时申请第62/755,252号的优先权，在此通过引用将其全部内容合并于此。

背景技术

除非本文另外指出，否则本节中描述的材料不是本申请中的权利要求的现有技术，并且不能由于包含在本节中而承认是现有技术。

光检测器，诸如光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)或其他类型的雪崩光电二极管(APD)，可以用于检测传递(imparted)到其表面上的光(例如，通过输出对应于光的强度的诸如电压或电流电信号)。许多类型的此类设备是用半导体材料(诸如硅)制成的。为了检测基本几何区域上的光，可以将多个光检测器布置成并联连接的阵列。这些阵列有时称为硅光电倍增器(SiPM)或多像素光子计数器(MPPC)。

发明内容

在一个示例中，一种系统包括相对于场景设置(dispose)并被配置为聚焦来自场景的光的透镜。该系统还包括不透明(opaque)材料。不透明材料定义了多个孔(aperture)，包括主(primary)孔以及一个或多个副(secondary)孔。该系统还包括被布置(arrange)成拦截由透镜聚焦并通过多个孔中的至7少一个孔透射(transmit)的光的一个或多个光检测器。

在另一示例中，一种方法涉及通过相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光。该方法还涉及通过定义在不透明材料内的多个孔中的至少一个孔透射聚焦光。多个孔包括主孔以及一个或多个副孔。该方法还涉及由一个或多个光检测器拦截通过多个孔中的至少一个孔透射的光。该方法还涉及由一个或多个光检测器检测所拦截的光。

在又一示例中，光检测和测距(LIDAR)设备包括被配置为用光照射(illuminate)场景的LIDAR发送器。LIDAR设备还包括被配置为接收由场景内的一个或多个对象反射的光的LIDAR接收器。LIDAR接收器包括被配置为聚焦来自场景的反射光的透镜。LIDAR接收器还包括不透明材料。不透明材料定义了多个孔，包括主孔以及一个或多个副孔。LIDAR接收器还包括被配置为检测由透镜聚焦并通过多个孔中的至少一个孔透射的光的一个或多个光检测器。

在又一示例中，一种系统包括用于通过相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光的装置。该系统还包括用于通过定义在不透明材料内的多个孔中的至少一个孔透射聚焦光的装置。多个孔包括主孔以及一个或多个副孔。该系统还包括用于由一个或多个光检测器拦截通过多个孔中的至少一个孔投射的光的装置。该系统还包括用于由一个或多个光检测器检测所拦截的光的装置。

在又一示例中，提供了一种系统。该系统包括双基地(bistatic)配置的光检测和测距(LIDAR)设备。LIDAR设备被配置为在相对于对象移动时进行操作。LIDAR设备包括：发送透镜，其透射用于照射对象的光；接收透镜，其聚焦来自对象的光；以及空间滤光器，其接收来自接收透镜的聚焦光。空间滤光器包括主针孔(pinhole)，其基于对象距离LIDAR设备超过阈值距离，通过空间滤光器透射聚焦光的至少阈值部分。空间滤光器还包括一个或多个副针孔，其被设置在相对于主针孔的一个或多个位置处。一个或多个副针孔中的每个针孔的各自的尺寸小于主针孔的尺寸。一个或多个副针孔被布置为基于对象距离LIDAR设备超过阈值距离，通过空间滤光器透射聚焦光的一个或多个部分。

前述发明内容仅是说明性的，而无意于以任何方式进行限制。除了上述说明性的各个方面、实施例和特征以外，通过参考附图和以下详细描述，其他方面、实施例和特征将变得清晰。

附图说明

图1是根据示例实施例的光检测系统的图示。

图2是根据示例实施例的LIDAR设备的图示。

图3是根据示例实施例的另一LIDAR设备的图示。

图4A是根据示例实施例的又一LIDAR设备的图示。

图4B示出了根据示例实施例的图4A的LIDAR设备的局部截面图。

图4C示出了根据示例实施例的图4A的LIDAR设备的另一局部截面图。

图5是根据示例实施例的定义单个孔的不透明材料的图示。

图6是根据示例实施例的定义多个孔的不透明材料的图示。

图7是根据示例实施例的定义多个孔的另一不透明材料的图示。

图8是根据示例实施例的LIDAR系统响应的概念图。

图9示出了根据示例实施例的车辆。

图10是根据示例实施例的方法的流程图。

具体实施方式

本文描述了示例方法和系统。本文描述的任何示例实施例或特征不必被解释为比其他实施例或特征优选或有利。本文描述的示例实施例并不意味着是限制性的。容易理解的是，所公开的系统和方法的某些方面可以以多种不同的配置进行布置和组合，所有这些在本文中都被考虑到。此外，附图中所示的特定布置不应视为限制性的。应当理解，其他实施例可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。另外，一些示出的元件可以被组合或省略。类似地，示例实施例也可以包括图中未示出的元件。

I.概述

示例实施例可以涉及用于减少传递到一个或多个光检测器(例如，单个元件检测器或检测器阵列)上的背景光的设备、系统和方法。光检测器可以感测来自场景的光(例如，光检测器可以是LIDAR系统的组件)。

一个示例系统可以包括透镜。透镜可用来将来自场景的光聚焦到焦平面(focalplane)上。然而，透镜也可以将不希望观察到的背景光(例如，场景中的阳光)聚焦到焦平面上。为了选择性地过滤光(即，将与场景内的信息相对应的光与背景光分开)，可以将不透明材料(例如，选择性地蚀刻的金属或上面放置有掩模的玻璃基板)放在透镜的焦平面上。在各种实施例中，不透明材料可以是厚板、薄片或其他各种形状。在不透明材料内，可以定义孔。孔可以将由透镜聚焦的场景的光的一部分或全部透射到聚焦平面上。

在不透明材料的背面(即，不透明材料与透镜相对的一侧)上，由孔选择的光可以从孔发散(diverge)。在光的发散方向上，系统可以包括被设置再与孔相距一定距离的一个或多个光检测器(例如，SPAD)。光检测器可以检测发散光(例如，发散光的强度)。因为光是发散的，所以可用于光检测器的检测区域可以大于对应于在透镜的焦平面处的相同光锥的检测区域。这是由于这样的事实，即检测区域在透镜的焦平面处与离开孔一定距离相比将更紧密地聚焦，并且因此更小。作为示例，具有200μm×200μm的横截面积的孔可以占据数百个SPAD的等效面积(例如，每个SPAD具有200μm²至600μm²的横截面积)。相比之下，如果光从孔发散到与直径为1.33mm的圆形横截面相对应的距离，则该平面处的检测区域可能会占据成千上万个SPAD的等效区域。

在一些情况下，例如，在示例系统是LIDAR设备的一部分的情况下，来自场景的光可以包括具有相对于场景的视线(LOS)不同于光检测器的LOS的一个或多个光源(例如，LIDAR发送器)发射的光的反射。例如，LIDAR发送器可以从与选择由光检测器检测的光的孔的视点不同的视点(例如，空间位置)照射场景。由于光源和光检测器的位置之间的偏移，透镜可以将发射光的返回的反射投射到焦平面的不同区域上(例如，取决于LIDAR设备和将发射光反射回LIDAR设备的各个对象之间的各自距离)。这种现象通常称为视差(parallax)。

为了减轻视差的影响，在一些示例中，不透明材料可以具有在其中定义的多个孔。例如，不透明材料可以定义主孔(例如，在透镜的焦点处或附近)，主孔选择由LIDAR从远处的对象接收的聚焦光(例如，较不易受视差误差影响)。不透明材料还可以定义一个或多个副孔(例如，在轴外、偏心、离焦等位置)，副孔选择由LIDAR从较近的对象接收的聚焦光(例如，更易受视差误差影响)。例如，一个或多个副孔可以被布置在焦平面上预期聚焦光的视差移位(parallax-shifted)部分的位置(例如，基于LIDAR发送器和LIDAR接收器的相对几何布置等)。

在一些示例中，多个孔可以具有不同的形状和/或尺寸。在一个示例中，主孔的尺寸可以大于副孔的尺寸。如上所述，在副孔处接收的视差移位的光部分可以对应于从相对较近的对象反射的光。通常，从对象反射回LIDAR的光的强度预期会随着对象与LIDAR之间距离的增加而降低。因此，在该示例中，相对较小的副孔可以透射足够量的光(由于视差移位光部分的预期相对较高的光强度)。另外，在该示例中，从远处的对象反射的足够量的光(即，预期具有相对较低的光强度)也可以透射通过相对较大的主孔。其他示例也是可能的。

与以上讨论一致，本文中的一个示例LIDAR设备可以具有双基地配置。例如，双基地LIDAR可能具有独立的发送透镜和接收透镜。两个透镜之间的横向间隔可能会根据到目标对象的距离(range)而导致视差。例如，随着LIDAR与目标对象之间的距离改变，在LIDAR的接收器的焦平面处的对象的图像可能横向移位。在此示例中，如果在LIDAR的接收器中使用空间滤光器(例如，在接收透镜的焦平面处具有主孔/针孔的不透明材料)来抑制背景辐射，则图像可能会“离开”主针孔，从而导致在相对短的距离(例如，目标对象与LIDAR之间的距离)通过空间滤光器透射的光的强度降低。在某些情况下，接收信号的强度的变化可能不均匀。例如，由于LIDAR内部视差移位图像的内部反射(例如，在接收器的壁等处)，接收信号的强度也可能在目标对象变得更接近LIDAR时偶尔地增加(与在目标对象变得更近时强度均匀地逐渐减小相反)。

因此，当目标对象在距离LIDAR的短距离处(例如，在1米之内等)时，为了促进改善接收信号的均匀性和强度，空间滤光器可以包括被布置为朝向检测器透射视差移位图像的部分的一个或多个更小的针孔(例如，副孔)(例如，从而根据到目标对象的距离等来改善接收信号的均匀性)。

II.示例设备和系统

图1是根据示例实施例的系统100的图示。系统100可以包括光检测器(由检测器112例示)阵列110、定义在不透明材料120内的孔122、透镜130和滤光器160。系统100可以测量从场景内的对象140接收的光102。光102也可以(至少部分地)来自背景源。

在一些实施例中，系统100可以被实现为LIDAR设备的一部分(例如，LIDAR接收器)。在一个示例中，包括系统100的LIDAR设备可以用于车辆导航。在一些实施例中，，系统100(或其部分)可以与除了通过透镜130进入系统100的光以外的外部光光学隔离(例如，设置在壳体中等)。

阵列110包括光检测器(由检测器112例示)的布置。在各种实施例中，阵列110可以具有不同的形状。如图1所示，阵列110可以具有矩形或正方形形状。在替代实施例中，阵列110可以是圆形的，或具有任何其他形状。可以选择阵列110的尺寸以对应于光102(从孔122中发散出来)的横截面积；因此，可以基于阵列110和孔122之间的距离来选择阵列110的尺寸。在一些实施例中，阵列110可以是可移动的。例如，阵列可以在能够沿一个方向、两个方向或三个方向平移(translate)阵列的电平台(electrical stage)上。在一个实施例中，阵列110可移动靠近孔122或远离孔122。

此外，阵列110可以具有到计算设备的一个或多个输出。计算设备(例如，微处理器)可以从阵列110接收电信号，该电信号指示入射在阵列的光检测器(例如，112)上的光102的强度。计算设备可以使用电信号来确定关于对象140的信息(例如，对象140与孔122的距离)。在一些实施例中，阵列110内的光检测器(例如，112等)可以彼此并联互连，以提供指示通过阵列中的光检测器的任何组合进行的检测的组合的输出信号。例如，取决于阵列110的光检测器的特定布置和类型，阵列110可以被实现为SiPM或MPPC。

阵列110中的光检测器(例如，检测器112等)可以包括多种类型的检测器。在一个实施例中，光检测器(例如，112)可以包括SPAD。SPAD可以利用反向偏置的p-n结(即，二极管)内的雪崩击穿来增加光检测器上给定入射照射的输出电流。此外，SPAD可能能够为单个入射光子生成多个电子-空穴对。在另一个实施例中，光检测器可以包括APD。APD和SPAD两者都可能在雪崩击穿电压以上偏置。这样的偏置条件可以创建具有大于一的环路增益的正反馈环路。因此，偏置在阈值雪崩击穿电压之上的APD和SPAD可以是单光子敏感的。在其他实施例中，光检测器(例如，112等)可以包括光敏电阻、电荷耦合器件(CCD)、光伏电池或任何其他类型的光传感器。

在各种实施例中，阵列110可以在阵列上包括一种以上类型的光检测器。例如，阵列110可以被配置为检测多个波长。在该示例中，阵列110可以包括对一个波长范围敏感的一个或多个SPAD和对不同波长范围敏感的一个或多个SPAD。在一些实施例中，阵列110的光检测器可以对400nm至1.6μm之间的波长(可见和红外波长)敏感。此外，阵列110的光检测器在给定实施例中或在各个实施例中可以具有各种尺寸和形状。在一个实施例中，光检测器(例如，112)可以包括SPAD，其封装尺寸为阵列110的面积的1％、.1％或.01％。

不透明材料120可以防止(或减少)由透镜130聚焦的光102的至少一部分透射到阵列110。例如，不透明材料120可以被配置为阻挡可能对使用阵列110的光检测器收集的测量的精度造成不利影响的某些背景光。在一些示例中，不透明材料120以及因此的孔122可以位于透镜130的焦平面处或附近。不透明材料120可以通过吸收入射在其上的光102来阻挡透射。另外地或替代地，不透明材料120可以通过反射和/或以其他方式使光102转移(divert)离开阵列110而阻挡光102的透射。在一些实施例中，不透明材料120可以包括蚀刻的金属。在替代实施例中，不透明材料120可以包括聚合物基板、双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯(biaxially-oriented polyethylene terephthalate，BoPET)片(也称为

片)或覆盖有不透明掩模(mask)的玻璃。在各种替代实施例中，其他不透明材料也是可能的。

孔122在不透明材料120内提供端口，光102可通过该端口朝向阵列110透射。孔122可以以各种方式定义在不透明材料120内。在一个示例中，不透明材料120可以包括金属；并且金属可以被蚀刻以定义孔122。在另一个示例中，不透明材料120可以包括覆盖有掩模的玻璃基板；并且掩模可以包括使用光刻法定义的孔122。在各种实施例中，孔122可以是部分或全部透明的。例如，在不透明材料120包括覆盖有掩模的玻璃基板的情况下，孔122可以被定义为玻璃基板的未被掩模覆盖的部分。因此，在该示例中，孔122不是完全中空的，而是由玻璃制成。在一些示例中，孔122对于由对象140散射(scatter)的光102的波长可以近乎、但不完全透明(例如，大多数玻璃不是100％透明的)。

孔122(结合不透明材料120)可以被配置为在空间上过滤来自场景的光102。例如，光102可以被聚焦到不透明材料120上，并且孔122可以仅允许聚焦光的一部分被透射到阵列110。因此，孔122可以充当光学针孔。

为了示例，孔122被示出为具有圆形形状。在替代实施例中，孔122可具有不同的形状，诸如矩形、匙孔形或任何其他形状。

尽管如上关于孔122使用的术语“孔(aperture)”描述了不透明材料中的可以通过其透射光的凹口(recess)或孔(红了)，然而应当理解，术语“孔”可以包括各种各样的光学特征。例如，如在整个说明书和权利要求书中所使用的，术语“孔”可以另外涵盖定义在不透明材料内的透明或半透明结构，光可以通过透明或半透明结构部分地透射。此外，术语“孔”可以描述以其他方式选择性地限制光的通过(例如，通过反射或折射)的结构，诸如被不透明材料包围的镜子。在一个示例实施例中，被不透明材料包围的镜面阵列可以被布置为在特定的方向上反射光，从而定义了反射部分。这个反射部分可以称为“孔”。

透镜130可以将来自场景的光102朝向透镜的焦平面聚焦(例如，朝向不透明材料120聚焦)。以此方式，在透镜130处，从场景收集的光强度可以被保持，同时减小了光102被投射在其上的横截面积(即，增加了光102的空间功率密度)。在一个示例中，透镜130可以包括会聚(converge)透镜。如图1所示，在一些示例中，透镜130可以包括双凸透镜。在一些示例中，透镜130可以包括球面透镜。在替代实施例中，透镜可以包括多个透镜或其他光学元件的组件(例如，沿第一方向聚焦的双凸透镜和沿与第一方向正交的第二平面聚焦光的附加双凸透镜)。其他类型的透镜也是可能的。另外，在透镜130附近可以存在其他自由空间光学器件(free space optics)(例如，镜子)，以帮助将入射在透镜130上的光102聚焦到不透明材料120上。

对象140可以是位于系统100周围的场景中的任何对象。在系统100是LIDAR系统的接收器的组件的示例中，对象140可以由同一LIDAR系统的发送器照射。在例如LIDAR系统用于车辆导航的示例实施例中，对象140可以包括行人、其他车辆、障碍物(例如，树木)或道路标志，以及其他可能。

在一个示例场景中，如上所述，光102可以包括来自LIDAR设备的发送器的光。在这种情况下，光102(或其一部分)可以被对象140反射，由透镜130聚焦，通过孔122透射，然后被阵列110测量。这一序列操作可能发生(例如，经由LIDAR设备)以确定例如，关于对象140的信息。在一些实施例中，由阵列测量的光还可以包括由多个对象反射的光和/或来自其他源的光(例如，环境光)。

另外，可以基于预期在场景内的对象的类型以及其与透镜130的预期距离来定制(tailor)用于分析对象140的光102的波长。例如，如果预期在场景内的对象吸收500nm波长的入射光，则可以选择除了500nm以外的波长来照射对象140并由系统100分析。光102(例如，由LIDAR设备的发送器发射)的波长可以取决于产生光102的光源。例如，特定的二极管激光器可以发射具有包括900nm的波长范围的光102。能够产生任何特定波长范围内的光102的其他光源也是可能的(例如，光纤放大器、激光器、具有滤光器的宽带光源等)。

滤光器160可以包括带通滤光器或任何其他滤光器，其被配置为选择性地透射来自场景的入射光(由透镜130聚焦)。滤光器160可以被配置为使特定波长的光转移离开阵列110。例如，在系统300是LIDAR设备(例如，LIDAR接收器)的组件的情况下，滤光器160可以转移(例如，远离孔122)不在LIDAR设备的发射器(例如，LIDAR发送器)发射的波长范围内的光。例如，滤光器160可以至少部分地防止环境光或背景光不利地影响阵列110的测量。

在各个实施例中，滤光器160可以相对于阵列110位于各个位置。在所示的实施例中，滤光器160可以位于透镜130和不透明材料120之间。在替代实施例中，滤光器160可以位于透镜和对象之间，不透明材料和阵列之间，或者位于阵列本身上(例如，单个滤光器可以被设置在阵列上，或者每个光检测器可以分别被一个单独的滤光器覆盖)。

在一些示例中，滤光器160可以包括吸收滤光器(例如，吸收一部分入射光的滤光器)、反射滤光器(例如，反射一部分入射光的滤光器)和/或其他类型的滤光器(例如，基于其波长调整入射光方向的滤光器)。因此，在各种示例中，滤光器160可以选择性地透射在定义的波长范围内的波长(例如，带通滤光器、单色滤光器等)、在定义的波长范围之外的波长(即，带阻滤光器等)、低于定义的阈值的波长(即，低通滤光器)或高于定义的阈值的波长(即，高通滤光器)。

在一些实施例中，滤光器160可以包括光学耦合以实现某些滤光特性的多个滤光器(例如，与高通滤光器级联的低通滤光器以实现带通滤光器特性等)。在一些实施例中，滤光器160可以包括二向色滤光器或一个或多个(例如，级联的)二向色滤光器。在替代实施例中，滤光器160可以包括衍射滤光器。例如，衍射滤光器可以分离背景光和信号光的光路。例如，滤光器160可以将背景光引导到另一光检测器阵列(未示出)。在这种情况下，系统100因此可以与阵列110的测量分开地测量背景光。

在一些实施例中，滤光器160可以包括光学漫射器(diffuser)，该光学漫射器被配置为在光检测器112之间分配(distribute)通过孔122透射的光102的功率密度(例如，以实现更均匀的能量分布)。例如，在各种实施例中，光学漫射器可以包括喷砂玻璃漫射器、磨砂玻璃漫射器或全息漫射器。其他类型的光学漫射器也是可能的。因此，滤光器160(例如，光学漫射器)可以被配置为增强通过孔122透射的光102的发散(divergence)的方面。本文中其他可能的发散增强组件包括例如光学波导或具有非统一折射率的流体。

在一些示例中，滤光器160可以基于除了波长之外(或包括波长在内)的光特性选择性地透射光。例如，滤光器160可以基于偏振(例如，水平偏振或垂直偏振)选择性地透射光。其他类型的滤光器也是可能的。

图2是根据示例实施例的LIDAR设备200的图示。如图所示，LIDAR设备200包括，分别类似于系统100的阵列110、不透明材料120和透镜130的，一个或多个光检测器210、不透明材料220和透镜230。因此，在一些示例中，检测器210可以被实现为类似于阵列110的光检测器的阵列。然而，在替代示例中，检测器210可以被实现为单个感测元件(例如，单个检测器)。此外，例如，尽管未示出，然而不透明材料220可以包括孔(例如，针孔等)，由透镜230聚焦的光的一部分通过该孔透射以被阵列110接收。如图所示的，LIDAR设备200还包括发射器250(例如，类似于发射器150)和计算设备270。

发射器250可以发射光202(例如，类似于光102)，该光202被场景中的对象240(例如，类似于对象140)反射并且最终被光检测器210测量。在一些实施例中，激光发射器250可以包括光纤放大器或其他放大系统，以增加激光发射器250的功率输出。在其他实施例中，激光发射器250可以包括激光二极管(例如，二极管棒等)、灯丝光源、液晶显示器(LCD)、灯丝光源或任何其他类型的光源。在一些实施例中，激光发射器250可以包括脉冲激光器(与连续波CW激光器相反)，从而允许增加的峰值功率，同时保持等效的连续功率输出。

计算设备270可以被配置为控制和/或分析从LIDAR设备200的一个或多个组件接收的信号。为此，计算设备270可以包括执行存储在存储器(例如，数据存储)内的指令，以使LIDAR设备200执行各种操作的一个或多个处理器(例如，微控制器的微处理器)。例如，计算设备270可以使用与经由检测器210测量的信号相关联的定时信息来确定对象240的位置(例如，对象240与LIDAR设备200之间的距离)。例如，在激光发射器250是脉冲激光器的实施例中，计算设备270可以监视输出光脉冲的定时并将这些定时与由检测器210检测到的反射光脉冲的定时进行比较。例如，计算设备270可以通过对光脉冲的发射(经由发射器250)与接收到所发射的光脉冲的反射(经由检测器210)之间的时间量进行计数来计算设备200与对象240之间的距离。

在一些示例中，计算设备270可以被配置为调制由激光发射器250发射的光202。例如，计算设备270可以被配置为改变激光发射器250的指向方向(例如，激光发射器270可以被安装到由计算设备270控制的机械平台)。在一些示例中，计算设备270还可以被配置为调制由激光发射器250发射的光202的定时、功率或波长。这样的调制可以包括从光202的路径添加或去除滤光器，以及其他可能。

在一些示例中，计算设备270可以被配置为调整透镜230、不透明材料220和/或检测器210相对于彼此的位置。在一个示例中，透镜230可以被安装在由计算设备270控制的可移动平台上以调节透镜230的位置(从而调节透镜230的焦平面的位置)。在另一个示例中，检测器210可以安装在允许计算设备270相对于不透明材料220(和/或定义在其上的孔)移动检测器210的单独的平台上。在一些情况下，检测器210可以被计算设备270移动以改变检测器210上的检测区域。例如，检测器210可以被移动远离不透明材料220以增加检测器210上的横截检测面积(例如，由于通过不透明材料220的孔透射的光202的发散)。因此，计算设备270可以移动检测器210以改变由发散光照射的光检测器的数量。

在一些实施例中，计算设备还可以被配置为控制孔。例如，在一些实施例中，孔可以从定义在不透明材料内的多个孔中选择。在这样的实施例中，位于透镜和不透明材料之间的MEMS镜可以由计算设备调节以确定光被引导到多个孔中的哪一个。在一些实施例中，各种孔可以具有不同的形状和尺寸。在其他实施例中，孔可以由虹膜(或其他类型的光圈(diaphragm))来定义。虹膜可由计算设备扩展或收缩，例如，用于控制孔的尺寸。

图3示出了根据示例实施例的另一LIDAR设备300。如图所示，设备300包括LIDAR发送器350、LIDAR接收器380和旋转平台392。

LIDAR发送器350可以被配置成朝向设备300的环境发射光302a，分别类似于设备200的发射器250和光202。如图所示，发送器350可以包括发送透镜332。透镜332可以是配置成引导(例如，和/或校准等)从LIDAR设备300发射出去的发射光302a，以照射设备300的环境的特定区域。尽管未示出，然而在发送器350的壳体内部，发送器(transmitter)350还可以包括发射器(emitter)(例如，类似于发射器250)。例如，发射器可以被配置为通过发送透镜332发射光302a，并朝向周围环境发射出LIDAR设备300。

LIDAR接收器380可以包括光检测系统(例如，系统100)。例如，根据上面的讨论，接收器380可以被配置为接收从环境中的一个或多个对象反射并作为反射光302b返回LIDAR设备300的发射光302a的至少一部分。例如，如图所示，接收器380包括接收透镜330，其可以类似于透镜130和/或230。此外，尽管未示出，然而接收器380还可以包括与系统100的组件类似的一个或多个组件(例如，在接收器380的壳体内部)，诸如滤光器(例如，滤光器160)、空间滤光器(例如，不透明材料120)和/或一个或多个光检测器(例如，光检测器112、阵列110等)。因此，在这种情况下，根据图1-2的描述，反射光302b可以通过孔(未示出)由接收透镜130聚焦，用于被一个或多个光检测器(未示出)检测。例如，可以将孔定位在接收透镜330后面的特定位置，以选择包括反射光302b的来自透镜330的聚焦光的一部分(例如，来自被发射光302a照射的环境区域的光)。

旋转平台392(例如，机械平台等)以所示的特定相对布置支撑接收器380和发送器350。为此，旋转平台392可以由适合于支撑LIDAR 300的一个或多个组件的任何固体材料形成。在一个示例中，旋转平台392可以被配置为围绕轴390旋转。在旋转期间，发送器350和接收器380的指向方向可以同时改变以保持所示的特定相对布置。因此，LIDAR 300可以根据LIDAR300围绕轴390的不同旋转位置来扫描周围环境的不同区域。例如，设备300(和/或另一个计算系统)可以在LIDAR围绕轴390旋转时，通过处理与LIDAR 300的不同指向方向关联的数据，确定设备300的环境的360o(或更小)视角的三维图。在一个实施例中，LIDAR 300可以安装在车辆上，旋转平台392可以旋转以扫描沿着远离车辆的各个方向的环境的区域。

在一些示例中，轴390可以是基本垂直的。在这些示例中，可以通过围绕轴390旋转接收器380(和发送器350)来水平调整设备300的观看或扫描方向。在其他示例中，接收器380(和发送器350)可以倾斜(相对于轴390)，以便在LIDAR围绕轴390旋转时，调整LIDAR300扫描的视场(FOV)的垂直范围(extent)。举例来说，LIDAR 300可以安装在车辆的顶部，接收器380(与发送器350)可以朝向车辆倾斜。因此，在该示例中，与来自车辆上方的环境的区域的数据点相比，LIDAR 300可以从更靠近车辆所在的驾驶面(driving surface)的环境的区域收集更多的数据点。LIDAR设备300的其他安装位置、倾斜配置和/或应用也是可能的。例如，LIDAR可以安装在车辆的另一侧、机器人平台上或任何其他安装表面上。

为了以这种方式旋转平台392，LIDAR设备300还可以包括一个或多个致动器(未示出)，其被配置为致动(例如，旋转、倾斜等)平台382。示例致动器包括马达、气动致动器、液压活塞和/或压电致动器，以及其他可能。

图4A示出了根据示例实施例的可以与系统100一起使用的另一LIDAR设备400。为了便于描述，图4A示出了x-y-z正交方向轴，其中x轴和y轴平行于页面的表面。如图所示，LIDAR设备400包括接收透镜430、发送透镜432、发送器450、接收器480和旋转平台492，它们分别类似于接收透镜330、发送透镜332、发送器350、接收器380和旋转平台392。如图所示，设备400还包括镜面(mirror)434和马达494。马达494被配置为使镜面434围绕平行于x轴的水平轴旋转。

在一些示例中，LIDAR发送器450可以发射光(经由发送透镜432)，该光从镜面434反射以传播远离LIDAR 400。此外，来自LIDAR 400的环境的光(包括所发射的光的返回的反射)可以被镜面434反射(经由透镜430)到LIDAR接收器480中。因此，例如，可以通过旋转镜面434(例如，围绕平行于x轴的水平轴)来控制LIDAR 400的垂直扫描方向，并且可以通过使用旋转平台492围绕垂直轴(例如，平行于y轴)旋转LIDAR设备来控制LIDAR400的水平扫描方向。

在一个实施例中，镜面434可以被实现为三角镜。当发送器450朝向镜面发射一系列光脉冲时，可以旋转三角镜。取决于镜面的旋转位置，可以转向(例如，垂直地)每个光脉冲。这样，LIDAR 400可以扫描由镜面434提供的(垂直)转向方向的范围定义的垂直FOV。在一些示例中，LIDAR 400可以被配置为旋转镜面434一个或多个完整旋转(completerotation)，以垂直地转向从发送器450发射的光。在其他示例中，LIDAR设备400可以被配置为在给定的角度范围内旋转镜面434，以在特定的方向范围内(垂直地)转向发射的光。因此，LIDAR 400可以通过调节镜面434的旋转来扫描各种垂直FOV。在一个实施例中，LIDAR400的垂直FOV为110°。

马达494可以包括任何致动器，诸如步进马达、电动马达、内燃机、盘式马达和/或压电致动器，以及其他可能。

在一些示例中，还可以使用类似于马达494的马达来旋转平台492(例如，围绕平行于y轴的垂直轴)。平台492的旋转使镜面434、马达494、透镜430和432、发送器450和接收器480围绕垂直轴旋转。因此，旋转平台492可以用来水平地(例如，围绕平台492的旋转轴)转向(从发送器450)发射的光。另外，可以控制平台492的旋转范围以定义LIDAR 400的水平FOV。在一个实施例中，平台492可以在定义的角度范围(例如270°等)内旋转，以提供小于360°的水平FOV。然而，其他旋转量也是可能的(例如360°、8°等)，以扫描任何水平FOV。

图4B示出了LIDAR设备400的部分截面图。注意，为了便于描述，图4B的图示中省略了LIDAR 400的一些组件。

如图4B所示，发送器450包括光源452，其可以类似于例如针对发射器250所描述的任何光源。在替代实施例中，发送器450可以替代地包括一个以上的光源。光源452可以被配置为朝向透镜432发射一个或多个光脉冲402a(例如，激光束等)。在一些示例中，发送透镜432可以被配置成朝向镜面434引导(和/或校准)发射光402a。

如图4B所示，镜面434可以包括具有三个反射面434a、434b、434c的三角镜。然而，在其他示例中，镜面434可以替代地包括更多或更少的反射面。在所示的示例中，然后，光402a可以沿箭头404所示的方向从反射面434a反射并进入LIDAR 400的环境。在该示例中，随着镜面434的旋转(例如，围绕延伸穿过页面的轴)可以将发射光402a转向以具有与箭头404所示不同的方向。例如，可以基于三角镜434的旋转位置来调整发射光402a的方向404。

图4C示出了LIDAR设备400的另一局部截面图。出于说明的目的，图4C示出了x-y-z正交方向轴，其中x轴和y轴平行于页面的表面。注意，为了便于描述，图4C的图示中省略了LIDAR 400的一些组件。

如图所示，接收器480包括不透明材料420和一个或多个光检测器412，其可以分别类似于系统100的不透明材料120和检测器112。例如，接收透镜430可以是被配置为将从LIDAR 400的环境接收的光朝向不透明材料420的孔聚焦，并且聚焦光的至少一部分可以作为发散光402b透射通过该孔，以供检测器412检测。

在一些实施方式中，LIDAR设备400可以具有双基地配置。例如，如图4C所示，发送器450和接收器480可以被设置在相对于彼此的空间偏移位置处。例如，如图所示，发射光402a从发送透镜432的第一空间位置通过发送透镜432射出，并且接收光430b被接收透镜430从与发送透镜432的第一空间位置横向位移(例如，空间偏移)的接收透镜430的第二空间位置拦截。

在一些实施方式中，LIDAR设备400可以耦合至相对于由LIDAR设备400扫描的对象移动的系统。例如，再次参考图2，系统200可以包括或可以安装在移动的交通工具上，诸如汽车、公共汽车、火车、轮船、空中交通工具或相对于对象240移动的任何其他类型的移动交通工具。在此示例中，LIDAR设备400可以包括在系统200中(例如，代替或除了图2所示的各种组件210、220、230、250和/或270以外)。因此，在该示例中，LIDAR设备400可以响应于系统200相对于对象240的移动，而相对于对象240移动。

在这些实施方式中，LIDAR设备400的发送透镜432可以被配置为透射用于照射对象的光。例如，再次参考图4B，LIDAR 400的发送透镜432可以经由可旋转镜面434引导光402a射出LIDAR 400，作为照射对象240的光202(如图2所示)。此外，在该示例中，透射光的一部分可从对象240反射回LIDAR 400。然后，可旋转镜面434可以将接收的光反射向接收透镜430(图4C所示)，然后接收透镜430可以将其上的入射光朝向空间滤光器420(即，光学材料420)聚焦。

III.示例孔布置

如上所述，在某些情况下，使用光学扫描传感器(例如，LIDAR 200、300、400等)获得的测量可能会受到视差的影响，视差与发射光信号的发送器的视线(LOS)和检测发送信号的反射的接收器的LOS之间的偏移相关联。通常，视差是沿着两个不同的视线观看的对象的视位置(apparent position)的位移或差异。

例如，LIDAR 400的环境中的对象当从发送透镜432的位置观看时的第一视位置可以与同一对象当从接收透镜430的位置观看时的第二视位置不同。两个视位置之间的位移的方向可以取决于透镜432和430的两个各自位置之间的位移的方向。例如，与对象的第二视位置(从透镜430的角度看)相比，对象的第一视位置(从透镜432的角度看)可能看起来像是沿x轴方向移位了。

另外，对象的两个视位置之间的位移的程度可以取决于两个透镜430、432的位置之间的距离；以及LIDAR 400与对象之间的距离。例如，如果到对象的距离(例如，大于一米等)显著上大于透镜430、432之间的距离(例如，五毫米等)，则从对象传播的光可以在透镜430、432的视角中看起来来自基本上相似的方向。因此，“远”对象的视位置(例如，与两个视点之间的距离相比的“远”)可以基本相似。相反，如果对象在LIDAR 400附近(例如，小于一米)，则两个视位置之间的差异可能相对较高。例如，当从透镜432的位置观看时，“近”对象(例如，与两个视点之间的距离相比的“近”)可能看起来在场景的右侧；当从透镜430的位置观看时，则在场景的左侧。

图5示出了具有单个孔522的不透明材料520。不透明材料520和孔522分别类似于不透明材料120和孔122。然而，与孔122不同，孔522被示为圆角(rounded edges)矩形形状。如上所述，孔522也可以替代地具有不同的形状。

以下是描述视差对光学扫描系统(例如，系统100、LIDAR 200、300、400等)的操作的影响的示例场景。在该场景中，可以在LIDAR 400中采用不透明材料520代替不透明材料420。因此，在该场景中，不透明材料520的第一轴582可以平行于图4C所示的x轴。此外，不透明材料520的第二轴584正交于轴582(并且在孔522的位置处与轴582相交)可以平行于图4C所示的z轴。

在该场景中，可以将孔522定位成与透镜430的光轴相交。例如，透镜430的光轴可以对应于图5中的轴531(在平行于图4C所示的y轴方向上从图5的页面延伸出来)。例如，不透明材料520可以设置在透镜430的焦平面处或附近，并且因此孔522可以与光轴531与焦平面相交的透镜430的“聚焦(focus)”或透镜430的焦点(focal point)对准。这样，轮廓502c可以对应于透镜430在其上聚焦来自“远”对象(例如，距离LIDAR 400一米以上等)的光的不透明材料520的区域。例如，在该场景中，发射光402a可以从远处对象反射，并从基本平行于光轴531的方向返回透镜430。因此，如图5所示，可以选择孔522的位置以便接收从在由发送器450照射的环境区域内的远场(far-field)对象(例如，距离LIDAR 400一米以上)反射的光的相对较大部分。

在所示的实施例中，孔522被成形以适合在轮廓502c内。在替代实施例中，孔522可以被成形以与轮廓502c的大部分重叠和/或与轮廓502c的全部重叠。

在这种情况下，由于视差，发射光402a从“近”对象(例如，距离LIDAR小于一米或其他阈值距离的对象)反射的部分可以通过透镜430朝向与焦平面相比距离透镜430更远的图像平面聚焦。例如，轮廓502d可以表示透镜430在其上投射发射光402a从“近”对象的反射的不透明材料520的区域。如图所示，轮廓502d指示的投射光与主孔522较少对准(lessaligned)(与轮廓502c指示的投射光相比)。例如，轮廓502d的位置被示出为水平移位(相对于轮廓502c)。

此外，在所示的场景中，由轮廓502d指示的视差移位的光可以被投射在空间滤光器520的表面的较大区域上。例如，所投射的光在焦平面(或空间滤光器520所位于的其他平面)处可能看起来是模糊的(例如，离焦等)。

如上所述，轮廓502c和502d之间的视差移位的方向可以基于发送透镜432和接收透镜430的位置之间的差(即，在由图4C的x轴和图5的轴582所示的x方向)。例如，在其中不透明材料520与LIDAR 300而不是LIDAR 400一起使用的情况下，轮廓502c和502d之间的视差移位由于LIDAR 300中发送器350和接收器380的位置之间不同的(垂直)位移而替代地沿不同的方向(例如，沿垂直轴584等)。

继续图5的场景，轮廓502e可以对应于透镜430将来自另一个“近”对象(比与轮廓502d相关联的对象更靠近LIDAR 400)的光投射在其上的不透明材料520的区域。因此，在空间滤光器520所位于的平面处的视差失真的程度(例如，位置移位、图像模糊等)可以基于反射对象与LIDAR之间的距离而变化。例如，在这种情况下，轮廓502e(相对于轮廓502c)的失真程度可能大于轮廓502d(因为与轮廓502e相关联的对象比与轮廓502d相关联的对象更接近LIDAR)。另外，轮廓502e可以以使其甚至不与主孔522相交的方式移动，如图5所示。

由于视差，在这种情况下，来自“近”对象的反射光的较小部分将透射通过孔522(与来自“远”对象的反射光透射通过孔522的部分相比)。

因此，本文公开了示例实施例，用于减轻视差对光学扫描系统(例如，系统100、LIDAR 200、300、400等)的影响。

图6示出了根据示例实施例的定义了多个孔622、624、625、626、628、629的不透明材料620。不透明材料620可以类似于任何不透明材料120、420、520，并且可以与诸如系统100和/或LIDAR设备200、300、400等的光学系统一起使用。另外，孔622、624、625、626、628、629可以类似于孔122和522中的任何一个来实现。此外，轴682、684和631可以分别类似于图5的轴582、584和531。

如图所示，不同于单个孔，不透明材料620定义了包括主孔622和一个或多个副孔624、625、626、628、629的多个孔。利用这种布置，本文的设备或系统可以使用不透明材料620将聚焦光(例如，从透镜130、230、330、430等)通过多个孔中的至少一个孔朝向一个或多个光检测器(例如，阵列110、检测器112、检测器412等)透射。为此，如图所示，与主孔622的位置相比，副孔624、625、626、628、629位于离轴(off-axis)(例如，焦点没对准的位置)。因此，例如，在由“近”对象反射的光由于视差而被接收透镜(例如，透镜430)聚焦(和/或投射)到透明材料620上与主孔622不重叠的区域(例如，在图5中描述为轮廓502d和502e的区域中)的情况下，失真的聚焦光的部分仍可以经由副孔被透射到光检测器(例如，阵列110、检测器112、412等)。因此，不透明材料620是本文的示例实施例，用于减轻视差在系统100和/或LIDAR 200、300、400等的操作中的影响。

在一些示例中，光检测器(例如，阵列110、检测器112、412等)的接收通过多个孔622、624、625、626、628、629中的至少一个孔而透射的发散光的横截面积可以大于多个孔的横截面积之和。因此，例如，本文的系统可以采用不透明材料620来减少噪声的检测，同时增加可用于检测通过多个孔中的一个或多个孔透射的发散光的检测面积。

在一些示例中，可以改变各个孔的尺寸，以控制通过不透明材料620透射的光的量。

在第一示例中，主孔的尺寸大于一个或多个副孔的每个副孔的各自尺寸。例如，如图所示，主孔622可以大于副孔624、625、626、628、629中的每个。

在第二示例中，主孔具有第一尺寸，一个或多个副孔中的第一副孔具有第二尺寸，并且一个或多个副孔中的第二副孔具有第三尺寸。例如，如图所示，主孔622的第一尺寸大于副孔624、625、626的第二尺寸；副孔628和629具有第三尺寸，该第三尺寸比第二尺寸更小。

替代地，在第三示例中，主孔可以具有第一尺寸，并且每个副孔可以具有第二(相同)尺寸。因此，尽管未示出，然而所有副孔624、625、626、628、629可以替代地具有小于主孔622的第一尺寸的相同(第二)尺寸。

在第四示例中，作为第二示例的变型，第一副孔可以与主孔具有第一距离，第二副孔可以与主孔具有大于第一距离的第二距离，第一副孔的第二尺寸可以大于第三尺寸。例如，如图所示，副孔624具有比副孔629的(第三)尺寸大的(第二)尺寸，并且与主孔622具有小于主孔622和副孔629之间的(第二)距离的(第一)距离。因此，通过这种布置，其他副孔可以更小以减少透射到光检测器的噪声量，因为在与LIDAR的“近”对象相关联的视差的情况下，其他更靠近主孔的副孔也可能透射从“近”对象反射的视差移位的聚焦光的一部分。

在一个实施例中，主孔622的水平宽度(即，在轴682的方向上)可以为250μm，而垂直长度(即，在轴684的方向上)可以为100μm；副孔624、625、626的直径可以为60μm；副孔628、629的直径可以为40μm。此外，在该实施例中，主孔622的位置与副孔624、625、626、628、629的各个位置之间的各自距离可以是275μm、425μm、575μm、725μm和875μm。在替代实施例中，各个孔的尺寸和位置可以与上述示例尺寸和位置不同。

在一些示例中，可以在采用孔的系统中根据视差移位的预期方向来布置副孔。

在第一示例中，LIDAR发送器发射光以照射场景，并且所发射的光的反射被接收透镜(例如，透镜130、230、330、430等)朝向不透明材料620聚焦，可以基于LIDAR发送器相对于接收透镜的位置的位置，将一个或多个副孔布置在不透明材料中。例如，再次参考图4C，不透明材料620可以被配置为与LIDAR设备400一起使用。在这种情况下，接收透镜430的位置沿着相对于发送器460的位置的正x轴方向(例如，图6中的轴682)位移位。因此，在这种情况下，副孔624、625、626、628、629可以沿x轴的相似方向(即，轴682)布置在偏移位置(例如，从而根据该特定LIDAR设备中视差移位的预期路径来拦截光)。

替代地或附加地，在第二示例中，主孔可以与不透明材料的特定侧面相距给定距离，并且一个或多个副孔中的每个可以相距不透明材料的特定侧面大于给定距离。例如，如图6所示，主孔622与不透明材料620a的侧面620a相距给定距离；副孔624、625、626、628、629中的每一个相距侧面620a大于给定距离。

图7示出了根据示例实施例的定义多个孔722、724、725、728、729的另一不透明材料720。不透明材料720可以类似于任何不透明材料120、420、520、620，并且可以与诸如系统100和/或LIDAR设备200、300、400等的光学系统一起使用。另外，孔722、724、725、728、729可以类似于孔122和522中的任何一个来实现。此外，轴782、784和731可以分别类似于图5的轴582、584和531。

如图所示，不透明材料720定义了包括主孔722和一个或多个副孔724、725、728、729的多个孔。如上所述，可以以多种方式布置多个孔。

在一些示例中，不透明材料720的主孔可以具有垂直轴和与垂直轴正交的水平轴。在这些示例中，一个或多个副孔中的第一副孔可以位于主孔的水平轴上方，并且一个或多个副孔中的第二副孔可以位于水平轴下方。例如，如图所示，轴784可以对应于主孔722的垂直轴，而轴782可以对应于主孔722的水平轴。在这种情况下，如图所示，第一副孔724位于水平轴782上方，第二副孔728位于水平轴782下方。

附加地或替代地，在一些示例中，空间滤光器(例如，不透明材料720等)可以包括：在垂直轴和水平轴之间的第一线性布置中的至少两个副孔，以及在垂直轴和水平轴之间的第二线性布置中的至少两个其他副孔。例如，在所示的实施例中，副孔724和725位于轴782上方，副孔728和729位于轴782下方。例如，副孔724、725、728、729中的一个或多个仍可以与轮廓502d和/或502e(在图5中示出)重叠，而不必以图6中的副孔624、625、626、628、629所示的线性布置。其他副孔布置也是可能的。

此外，在某些情况下，可以在不易接收由采用不透明材料720的系统(例如，系统100、LIDAR 200、300、400等)中的光学元件聚焦的环境光(或其他背景噪声)的位置处选择副孔。例如，再次参考图4C，考虑在LIDAR 400中使用不透明材料720而非不透明材料420的情况。在这种情况下，发送器450(和/或接收器480)的光腔和/或LIDAR 400的一个或多个其他组件(例如，透镜430、432等)可以转移(例如，散射、偏转、反射等)发射光束402a(和/或接收光束402)的部分。结果，转移的光可以由透镜430远离主孔722进行聚焦(例如，朝向不与主孔722重叠的不透明材料720的区域等)。此外，在这种情况下，当透镜430将其聚焦到空间滤光器720时，这种(转移的)噪声信号的位置可以预期沿着轴782。因此，为了允许视差移位的光信号通过不透明材料720传输，同时还减少通过不透明材料透射的噪声信号的数量，可以将副孔724、725、728、729布置成远离噪声信号从主孔722转移的预期位置。

在一些实施方式中，不透明材料720可以被配置为空间滤光器720，该空间滤光器720使入射在其上的聚焦光的一个或多个部分(例如，由接收透镜430聚焦的光等)透射通过空间滤光器720。

在这些实施方式中，主孔722可以被配置为被布置(例如，沿着接收透镜430的聚焦轴等)以基于与聚焦光相关联的对象(例如，图2的将入射光反射回系统200的LIDAR设备的对象240等)距离LIDAR设备大于阈值距离，通过空间滤光器720透射聚焦光的至少阈值部分的主针孔722。例如，再次参考图5，可以将来自大于阈值距离(例如，距离LIDAR设备大于一米)的对象的反射光聚焦在空间滤光器520的区域中，其与轮廓502c基本相似。以此方式，聚焦光的至少阈值部分(例如，轮廓502c的与主针孔522重叠的部分)可以透射通过主针孔522。在一个实施例中，通过主针孔522透射的阈值部分至少近似为聚焦光的85％(例如87％、89％等)。其他阈值部分也是可能的。

在这些实施方式中，副孔724、725、728、729可以被配置为被布置为基于距离LIDAR设备小于阈值距离的对象(例如，对象240)，通过空间滤光器720透射聚焦光的一个或多个部分的副针孔724、725、728、729。例如，再次参考图5，当对象变得更靠近空间滤光器720的LIDAR设备时，在焦平面上的对象的图像可以对应于轮廓502d。此外，随着对象变得更靠近，图像可以对应于轮廓502e，依此类推。因此，在该示例中，取决于对象的距离(即，对象与LIDAR设备之间的距离)，对象的视差移位图像的部分可以开始与副针孔724、725、728和/或729中的一个或多个重叠。以这种方式，副针孔可以使入射到其上的(视差移位的)聚焦光的各个部分透射通过空间滤光器720。

在一些示例中，空间滤光器720被配置为选择入射在其上的聚焦光的一部分(例如，从由包括空间滤光器720的LIDAR设备扫描的对象接收的反射光脉冲)。在这些示例中，所选部分的强度可以与对象和LIDAR系统之间的距离相关联。

在第一示例中，如果对象在大于阈值距离的第一距离范围内，则所选部分的强度可以随着到对象的距离增加而减小。在一个实施例中，所选部分的强度可以减小1/R²因子(其中R是LIDAR与对象之间的距离)。例如，如果对象在第一距离范围内的任何距离处，则反射光脉冲可以被LIDAR朝向主针孔所位于的空间滤光器720的大致相同的区域(例如，类似于图5的轮廓502c)聚焦。如上所述，当扫描相对较远的对象时，视差移位预期最小。

在第二示例中，如果对象在小于阈值距离的第二距离范围内，则所选部分的强度可以随着到对象的距离减小而减小。例如，如果对象在第二距离范围内的任何距离处，则反射光脉冲可以朝向空间滤光器720上的视差移位的位置(诸如由图5的轮廓502d和502e指示的视差移位的位置)聚焦。结果，反射光脉冲的较小部分(或没有)可能与主针孔722重叠(由于视差)。

因此，在一些实施方式中，第二针孔724、725、728、729的尺寸和/或位置可以被配置为将对象距离与由空间滤光器选择的聚焦光部分的信号强度相关联。例如，可以计算(例如，基于LIDAR的光学特性(诸如，发送器和接收器的相对位置等)进行模拟)或测量(例如，通过在收集测量时将对象移动到LIDAR附近等)在空间滤光器的表面上的视差移位的聚焦光(由第二距离范围内的对象反射的)预期位置(例如，轮廓502d、502e)和其他属性(例如，光斑尺寸、强度分布等)。基于此信息，当对象在第二距离范围内时，可以调整副针孔的尺寸和/或位置，以实现期望的LIDAR系统响应行为。在一个实施方式中，基于对象在第二距离范围内，响应于对象与LIDAR之间的距离的减小，由空间滤光器720选择的聚焦光部分的强度可以作为对象而减小。

在第三示例中，如果对象在第三距离范围内小于阈值距离的任何距离(并且不同于第二距离范围)，则来自空间滤光器的所选部分的强度可以对应于给定强度(或在给定强度的阈值公差误差内)。例如，LIDAR系统可以被配置为当对象在第三距离范围内的任何距离时，提供“平坦”或“恒定”系统响应。

图8是根据示例实施例的LIDAR系统响应的概念图。

在图8中，沿水平轴的值表示到由LIDAR扫描的对象(或“目标”)的距离(或“范围”)。为了便于描述，水平轴上的范围值按因子d缩放(scaled)。在一个实施例中，d对应于一毫米。在该实施例中，水平轴上的100的范围可以对应于100d＝100毫米的距离。在其他实施例中，d可以对应于不同的缩放因子。

在图8中，沿垂直轴的值表示当LIDAR扫描位于相应范围的对象时预期的LIDAR系统响应。例如，图8中指示的概念性LIDAR系统响应可以各自表示接收信号功率(例如，由LIDAR系统检测到的反射光脉冲的强度)与对应的发送信号功率(例如，反射回LIDAR系统的相应的发射光脉冲的强度)的(缩放)比率。为了便于描述，将图8所示的系统响应缩放以对应于0到100之间的值。

在一些示例中，发射的光脉冲可以具有比由LIDAR系统检测的相应的反射光脉冲的一部分大得多的能量光子。在一个示例中，发射的光脉冲中的光子数量可能超过一万亿个光子；由LIDAR系统从相应的反射光脉冲中检测到的光子数量可能在数千到数百万个光子之间。其他示例也是可能的。

注意，图8所示的系统响应和范围值不一定是准确的，而是仅出于示例的目的而示出。因此，本公开范围内的一些示例性LIDAR系统可以具有与所示出的不同的LIDAR系统响应(和/或不同的扫描距离(scanning range))。

在一些示例中，可以测量或表征LIDAR系统响应(例如，作为制造测试的一部分、在校准期间等)。在其他示例中，可以使用计算机基于LIDAR系统的光学特性(诸如各种LIDAR组件(例如，LIDAR发送器、LIDAR接收器、空间滤光器、针孔、透镜、镜面等)的相对位置)和/或各种LIDAR组件的光学特性(例如，发送和/或接收透镜焦距、光检测器灵敏度等)来计算或模拟LIDAR系统。

图8示出了以下概念LIDAR系统响应：配备有单针孔空间滤光器(例如，类似于不透明材料520)的LIDAR系统；配备有多针孔空间滤光器(例如，类似于不透明材料720)的另一个LIDAR系统。

如图所示，当扫描位于距各个LIDAR大于阈值距离(例如，1000d)的对象时，两个空间滤光器都可以与相似的LIDAR系统响应相关联。如上所述，在这些“远”距离扫描的对象可能不易受到视差的影响。例如，可以期望两个LIDAR(例如，在大于1000d的距离处)的系统响应与到对象的实际距离具有均匀的关系(例如，系统响应可能与LIDAR和对象之间的平方距离成反比)。

另外，如图所示，两个空间滤光器都在较近的扫描距离内与相对较低的LIDAR系统响应相关联(例如，当LIDAR正在扫描距离小于1000d的对象时)。这些较低的系统响应值可能是由于上述的视差移位效应引起的，这导致来自照射对象的返回光信号(至少部分地)聚焦到空间滤光器上的移位位置(例如，轮廓502d、502e等)上。

在所示的示例中，与配备有单针孔空间滤光器(例如，不透明材料520)的LIDAR相比，当扫描近距离目标(例如，小于1000d的对象)时，配备有多针孔空间滤光器(例如，不透明材料720)的LIDAR可以具有改善的LIDAR系统响应(例如，检测能力)。如图8所示，当扫描距离10d-1000d的对象时(与配备单针孔的LIDAR相比)，配备多针孔空间滤光器的LIDAR的系统响应值通常更高。例如，在图8的场景中，多针孔空间滤光器的LIDAR从距离200d的对象检测到信号(例如，系统响应约为40)；而单针孔空间滤光器的另一LIDAR未从同一(200d)距离检测到任何信号(例如，系统响应＝0)。

在一些示例中，本文中的LIDAR系统(例如，LIDAR 200、300、400等)可以被配置为根据多个系统响应配置之一来扫描对象(例如，对象240)。

在第一示例中，LIDAR系统可以基于对象在距离LIDAR系统大于阈值距离的第一距离范围内，根据第一系统响应配置来扫描对象。例如，在图8的场景中，第一距离范围可以对应于大于距离LIDAR系统1000d(例如，1000毫米等)的示例阈值距离的扫描距离间隔。在该示例中，LIDAR系统可以根据第一系统响应配置(例如，与到对象的距离平方成反比的系统响应等)来扫描对象。因此，在根据第一系统响应配置进行操作时，LIDAR系统可以被配置为提供指示从LIDAR系统到对象的距离的输出。

在一些实施方式中，LIDAR系统可以包括空间滤光器(例如，不透明材料720)，该空间滤光器被配置为基于对象在第一距离范围内的距离处，透射来自具有指示从LIDAR系统到对象的距离的强度的对象的聚焦光的至少一部分。例如，空间滤光器的主针孔(例如，主孔522、622、722等)可以沿着LIDAR的接收透镜的焦轴定位，以接收来自“远场”距离(例如，在图8的示例中距离超过1000毫米)的信号。

在第二示例中，LIDAR系统可以基于对象在小于阈值距离的第二距离范围内根据第二系统响应配置来扫描对象。例如，如图8所示，LIDAR系统可以提供根据位于400-1000距离间隔内的对象的对象距离而变化(例如，系统响应随着到对象的距离增加而增加)的系统响应。为了促进这一点，空间滤光器的副孔的位置和/或尺寸可以基于LIDAR系统(和/或其一个或多个组件)的光学特性。再次参考图7，例如，副孔724、725、728、729的尺寸和/或位置可以基于从被定位在距离LIDAR系统的第二距离范围内的对象聚焦的光的期望的视差移位的光路(例如，轮廓502e和502d)。

在第三示例中，LIDAR系统可以基于对象距离LIDAR系统第三距离范围内，根据第三系统响应配置来扫描对象。

在一些实施方式中，第三距离范围可以小于阈值距离，和/或小于第二距离范围。例如，如图8所示，当在200-400距离间隔内扫描对象时，多针孔空间滤光器的LIDAR可以提供近乎恒定或平坦的系统响应。因此，在这种情况下，LIDAR可以被配置为在扫描200-400距离间隔内任意距离的对象时，输出近乎恒定的接收信号。因此，利用第三系统响应配置，LIDAR系统可以确保被光检测器拦截的反射信号的部分足够高(例如，系统响应值至少为38)，而与第三距离范围内的实际对象距离无关。例如，第三系统响应配置可以允许LIDAR系统在扫描附近的对象(例如，200-400距离间隔)时，将返回的光脉冲与背景噪声区分开。

在其他实施方式中，第三距离范围(与“平坦”或“恒定”系统响应相关联)可以替代地大于阈值距离，和/或替代地大于第二距离范围。因此，在示例内，可以以不同的方式改变副针孔的尺寸和/或位置，以便在不同的LIDAR扫描距离内实现不同类型的LIDAR系统响应。

在一些示例中，可以根据LIDAR系统的应用(例如，车载LIDAR、机器人平台安装的LIDAR、室内环境中使用的LIDAR、室外环境中中使用的LIDAR、在系统的特定部分(诸如车辆的顶侧或车辆的前侧等)上安装的LIDAR)来选择LIDAR系统的多个系统响应配置。例如，与在室内设置中采用的LIDAR系统相比，在车辆中采用的LIDAR系统可以具有不同的系统响应配置(例如，针对特定扫描距离的系统响应行为)。

在一些示例中，本文中的系统(例如，系统100、LIDAR 200、300、400等)可以被配置为基于控制信号(和/或其他输入)来调整多个系统响应配置中的一个或多个。控制信号例如可以由控制器(例如，控制器270)或另一计算设备提供。

在一个示例中，系统100可以(例如，经由致动器等)将空间透镜120朝向透镜130移动、远离透镜130移动和/或水平(例如，沿着透镜130的焦平面等)移动，以调节其上的一个或多个孔(例如，孔122)相对于透镜130的位置。在该示例中，可以调节相对于系统100的特定扫描距离的系统响应配置。替代地或附加地，透镜130和/或检测器阵列110可以相对于空间滤光器120移动。

在另一个示例中，LIDAR 200可以将不透明材料220替换为与不同系统响应配置相关联的不同的不透明材料。例如，控制器270可以操作致动器以在透镜230和检测器210之间插入具有不同数量或布置的孔的不同空间滤光器(图2中未示出)。

图9示出了根据示例实施例的车辆。车辆900可以包括一个或多个传感器系统902、904、906、908和910。一个或多个传感器系统902、904、906、908和910可以与系统100、LIDAR200、300和/或400相似或相同。

传感器系统902、904、906、908和910中的一个或多个可以被配置为围绕垂直于给定平面的轴(例如，z轴)旋转，以利用光脉冲照射车辆周围的环境900。基于检测反射光脉冲的各个方面(例如，经过的时间、偏振等)，可以确定关于环境的信息。

在示例实施例中，传感器系统902、904、906、908和910可以被配置为提供可能与车辆900的环境内的物理对象有关的各个点云信息。而车辆900和传感器系统902、904，906、906、908和910被示出包括某些特征，将理解的是，在本公开的范围内也考虑到了其他类型的系统。

在一些实施方式中，空间滤光器(不透明材料)120、220、420、520、620和/或720中的一个或多个可以设置在透镜(例如，透镜130、230、330、430等)的焦平面处。替代地，在其他实施方式中，本文的系统可以包括布置在不同位置处的这些空间滤光器中的任何一个。例如，空间滤光器可以替代地设置在透镜的焦平面附近、与透镜的焦平面平行、在与距离系统特定距离的场景的一部分(例如，LIDAR系统的最远的明确检测距离)相关联的共轭平面处、和/或沿着与距离透镜的超焦(hyperfocal)距离相关联的图像平面，以及其他可能。

因此，在一些示例中，本文中的LIDAR系统(例如，LIDAR 200、300、400等)可以包括被设置在与LIDAR系统的预定最大扫描距离配置相关联的接收透镜(例如，接收透镜130、230和/或430)的共轭平面处或附近的不透明材料(例如，空间滤光器120、220、420、520、620和/或720)。作为示例再次参考图2，LIDAR 200可以被配置为重复扫描在距离LIDAR 200的示例预定最大扫描距离30米内的环境区域。在该示例中，空间滤光器220可以设置在与最大扫描距离30米相关联的透镜230的共轭平面处或附近。其他示例也是可能的。

IV.示例方法

图10是根据示例实施例的方法1000的流程图。方法1000呈现了例如可以与系统100、LIDAR设备200、300、400、不透明材料520、620、720和/或车辆900一起使用的方法的实施例。方法1000可以包括框1002-1008中的一个或多个所示出的一个或多个操作、功能或动作。尽管这些框以顺序的次序示出，然而在某些情况下，这些框可以并行地和/或以与本文所描述的顺序不同的顺序来执行。而且，各种块可以基于期望的实施方式被组合成更少的块、被划分成另外的块和/或被移除。

在框1002处，方法1000涉及通过相对于场景设置的透镜(例如，透镜130)将来自场景的光(例如，光102)朝向透镜的焦平面聚焦。

在框1004处，方法1000涉及通过定义在设置在透镜的焦平面处的不透明材料内的多个孔中的至少一个孔透射聚焦光。再次参考图7，例如，不透明材料720可以设置在透镜130、330和/或430中的任何一个的焦平面处。在该示例中，在与多个孔722、724、725、728、729中的一个或多个(至少部分地)重叠的区域(例如，类似于图5所示的区域502c、502d、502e中的任何一个)中，由透镜聚焦的光可以投射到不透明材料720的表面上。因此，在这个实例中，一个或多个孔可以将投射在其上的聚焦光的部分透射通过不透明材料720。

在框1006处，方法1000涉及通过一个或多个光检测器(例如，阵列110、光检测器112、光检测器210、光检测器412等)拦截通过多个孔中的至少一个孔透射的发散光(例如，发散光102)。

在框91008处，方法1000涉及通过一个或多个光检测器检测所拦截的光。例如，如图1所示，阵列110的光检测器可以提供指示入射在其上的光102的强度的输出信号。作为另一示例，再次参考图4C，单个光检测器412可以替代地提供输出信号。

V.结论

上面的详细描述参照附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。尽管本文已经公开了各个方面和实施例，然而其他方面和实施例将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例仅出于说明的目的，而无意于进行限制，其真实范围由所附权利要求指示。

Claims

1.一种系统，包括：

透镜，相对于场景设置，其中，所述透镜被配置为聚焦来自场景的光；

不透明材料，其中，所述不透明材料定义了多个孔，包括主孔以及一个或多个副孔；以及

一个或多个光检测器，被布置为拦截由所述透镜聚焦并通过由所述不透明材料定义的多个孔中的至少一个孔透射的光。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述不透明材料被设置在所述透镜的焦平面处或附近。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述不透明材料被设置在与所述系统的预定最大扫描距离配置相关联的所述透镜的共轭平面处或附近。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主孔的尺寸大于所述一个或多个副孔中的每个副孔的各自的尺寸。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述主孔具有第一尺寸，其中，每个副孔具有第二尺寸。

6.根据权利要求4所述的系统，其中，所述主孔具有第一尺寸，其中，所述一个或多个副孔中的第一副孔具有第二尺寸，并且其中，所述一个或多个副孔中的第二副孔具有第三尺寸。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，第一副孔在距离所述主孔的第一距离处，其中，第二副孔在距离所述主孔的第二距离处，并且其中，第一副孔的第二尺寸大于第二副孔的第三尺寸。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主孔被定位成与所述透镜的光轴相交。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述透镜聚焦的来自场景的光包括由光检测和测距LIDAR设备的发送器照射的一个或多个对象所反射的光。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，基于相对于所述系统的透镜位置的所述LIDAR设备的发送器的位置，在所述不透明材料中布置所述一个或多个副孔。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主孔在距离所述不透明材料的第一侧的第一距离处，并且其中，所述一个或多个副孔中的每一个在各自距离所述不透明材料的第一侧的超过第一距离的距离处。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主孔具有垂直轴和与垂直轴正交的水平轴，其中，所述一个或多个副孔包括第一副孔和第二副孔，其中，第一副孔位于所述主孔的水平轴上方，并且其中，第二副孔位于所述主孔的水平轴下方。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述主孔具有垂直轴和与垂直轴正交的水平轴，其中，所述一个或多个副孔包括在垂直轴与水平轴之间的第一线性布置中的至少两个副孔，并且其中，所述一个或多个副孔包括在垂直轴和水平轴之间的第二线性布置中的至少两个其他副孔。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光检测器包括彼此并联连接的光检测器阵列。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个光检测器包括单个感测元件检测器。

16.一种方法，包括：

由相对于场景设置的透镜聚焦来自场景的光；

通过定义在不透明材料内的多个孔中的至少一个孔透射聚焦光，其中，所述多个孔包括主孔以及一个或多个副孔；

由一个或多个光检测器拦截通过由所述不透明材料定义的多个孔中的至少一个孔透射的光；以及

由一个或多个光检测器检测所拦截的光。

17.一种光检测和测距LIDAR设备，包括：

LIDAR发送器，被配置为用光照射场景；

LIDAR接收器，被配置为接收由场景内的一个或多个对象反射的光，其中，所述LIDAR接收器包括：

透镜，被配置为聚焦来自场景的反射光；

一个或多个光检测器，被配置为检测由所述透镜聚焦并通过所述多个孔中的至少一个孔透射的光。

18.根据权利要求17所述的LIDAR设备，其中，所述一个或多个光检测器的横截面积大于所述主孔的横截面积。

19.根据权利要求17所述的LIDAR设备，其中，所述一个或多个光检测器的横截面积大于所述多个孔的横截面积之和。

20.根据权利要求17所述的LIDAR设备，其中，所述一个或多个光检测器在距离所述透镜的第一距离处，其中，所述不透明材料在距离所述透镜的第二距离处，并且其中，第一距离大于第二距离。

21.根据权利要求17所述的LIDAR设备，其中，所述不透明材料包括覆盖玻璃基板的不透明掩模。

22.根据权利要求17所述的LIDAR设备，其中，所述不透明材料包括金属，并且其中，所述金属被蚀刻以定义所述多个孔。

23.一种系统，包括：

双基地配置的光检测和测距LIDAR设备，其中，所述LIDAR设备被配置为在相对于对象移动时进行操作，所述LIDAR设备包括：

发送透镜，透射用于照射所述对象的光；

接收透镜，聚焦来自所述对象的光；以及

空间滤光器，接收来自所述接收透镜的聚焦光，其中，所述空间滤光器包括：

主针孔，被布置成基于所述对象距离所述LIDAR设备大于阈值距离，通过所述空间滤光器透射所述聚焦光的至少阈值部分；

一个或多个副针孔，被设置在相对于所述主针孔的一个或多个位置处，其中，所述一个或多个副针孔中的每一个的各自尺寸小于所述主针孔的尺寸，并且其中，所述一个或多个副针孔被布置成基于所述对象距离所述LIDAR设备小于所述阈值距离，通过所述空间滤光器透射所述聚焦光的一个或多个部分。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，还包括车辆，其中，所述LIDAR设备被耦合至所述车辆。

25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述LIDAR设备还包括：

发射器，被配置为发射通过发送透镜透射的光；以及

可旋转镜面，其将发射光从所述发送透镜引导到所述LIDAR设备外部，其中，所述可旋转镜面旋转以定义透射光的多个方向。