CN112543875A - 分布式模块化固态lidar系统 - Google Patents

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Abstract

LIDAR系统包括第一光发送器，该第一光发送器包括多个第一发射器，其中多个第一发射器中的每个发射器被定位成在被激励时生成具有在目标范围处的FOV的光束。第二光发送器包括多个第二发射器，其中多个第二发射器中的每个发射器被定位成在被激励时生成具有在目标范围处的FOV的光束。第一光发送器和第二光发送器相对于彼此定位，使得当被激励时由第一光发送器和第二光发送器生成的至少一些光束的FOV在目标范围处重叠。光接收器包括多个光检测器，其中多个光检测器中的相应一个光检测器被定位成检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成并由目标范围处的FOV中的目标反射的相应光束。控制器包括连接到第一光发送器和第二光发送器的相应控制输入端的第一输出端和第二输出端，以及连接到光接收器的控制输入端的第三输出端。控制器在第一输出端和第二输出端处生成控制信号，该控制信号控制多个第一发射器和多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的FOV的光束的选定发射器的激励；并且在第三输出端处生成控制信号，该控制信号激活多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束。

Description

分布式模块化固态LIDAR系统
本文使用的章节标题仅用于组织目的，并且不应以任何方式解释为限制本申请中描述的主题。
相关申请部分
本申请是2018年8月3日提交的题为“Distributed Modular Solid State LIDARSystem”的待批美国临时专利申请序列号62/714,463的非临时申请。美国专利申请序列号62/714,463的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
自主、自我驾驶和半自主汽车使用不同传感器和技术的组合，诸如雷达、图像识别相机和声纳，用于检测和定位周围对象。这些传感器使得能够对驾驶员的安全性进行许多改善，包括碰撞警告、自动紧急制动、车道偏离警告、车道保持辅助、自适应巡航控制和自动(piloted)驾驶。在这些传感器技术中，光检测和测距(LIDAR)系统起着至关重要的作用，使得能够对周围环境进行实时、高分辨率的3D映射。
当今，用于自主车辆的大多数可商购的LIDAR系统利用少量的激光器，并结合一些机械扫描环境的方法。例如，几个制造商向旋转的LIDAR系统提供位于自旋马达上的发送/接收光学器件，以提供360°的水平视场。垂直方向使用一维(1D)固定激光器阵列，并且通过旋转完成水平扫描。当前，商业市场上最大的1D阵列包含128个激光器。一些供应商利用移动镜来扫描FOV。例如，可以使用MEMS或检流计来致动反射镜。在这些系统中，通常只使用1个或2个激光器，结合两个反射镜，一个用于水平方向，一个用于垂直方向。
在机械扫描的LIDAR系统中，扫描方法对接收器和发送器光学器件施加了物理约束。例如，在旋转马达扫描的LIDAR系统中，接收器通常与发送器一起放置在同一马达上，以使发送器和接收器在操作期间“看相同的地方”。类似地，扫描镜设备中的接收器通常被定位成使用与发送器相同的移动镜，使得从目标反射的光通过共享的反射镜光学器件返回并到达接收器。这些物理约束可能会限制(一个或多个)LIDAR系统的尺寸以及各个组件的尺寸和位置。此外，这些物理约束还会影响性能特征，比如测量范围和SNR/串扰。
附图说明
根据优选实施例和示例性实施例及其进一步的优点，在结合附图的以下详细描述中更具体地描述本教导。本领域技术人员将理解，以下描述的附图仅用于说明目的。附图不一定按比例绘制，而是通常将重点放在说明本教导的原理上。这些附图无意以任何方式限制申请人的教导范围。
图1图示了在车辆中实现的LIDAR系统的操作。
图2图示了利用多种类型的已知传感器的自主车辆的分布式传感器系统。
图3图示了表示具有用于汽车的多个二维视场和范围的多传感器LIDAR系统的示意图。
图4图示了用于车辆的已知旋转LIDAR系统的示意图。
图5图示了配备有多个已知的旋转LIDAR系统的自主车辆。
图6图示了具有多个移动部件的已知LIDAR系统。
图7A图示了固态LIDAR系统的示意图。
图7B图示了图7A的LIDAR系统的系统视场(FOV)的二维投影。
图8A图示了根据本教导的用于LIDAR系统的测量点云，其中单个2D激光器阵列源照亮视场。
图8B图示了根据本教导的用于LIDAR系统的测量点云，其中两个2D激光器阵列源照亮视场。
图9图示了可以在本教导的LIDAR系统中使用的已知的底部发射VCSEL激光器的结构的横截面示意图。
图10图示了根据本教导的具有256个单独的激光发射器的2D单片VCSEL阵列的实施例的示意图。
图11图示了根据本教导的包括单独的发送模块和接收模块的模块化LIDAR系统的实施例的示意图。
图12图示了由图11的模块化LIDAR系统生成的复合FOV的实施例。
图13图示了与本教导的模块化LIDAR系统的实施例集成的自主汽车。
图14图示了根据本教导的包括联合发送/接收模块的模块化LIDAR系统的实施例的示意图。
图15图示了由图14的模块化LIDAR系统生成的复合视场的实施例。
图16图示了根据本教导的集成到自主车辆中的模块化LIDAR系统的实施例。
图17图示了具有共同定位的控制器模块的本教导的模块化LIDAR系统的实施例的示意图。
图18图示了由图17的模块化LIDAR系统生成的复合视场的实施例。
图19图示了根据本教导的包括模块化LIDAR系统的操作场景的实施例，该模块化LIDAR系统包括两个单独的接收器和两个单独的发送器。
图20图示了本教导的控制器的实施例的框图。
具体实施方式
现在将参考如附图所示的本教导的示例性实施例更详细地描述本教导。虽然结合各种实施例和示例描述了本教导，但是并不旨在将本教导限于这样的实施例。相反，如本领域技术人员将理解的，本教导包括各种替代、修改和等同形式。能够获得本文教导的本领域普通技术人员将认识到附加的实施方式、修改和实施例以及其它使用领域，这些都在如本文所述的本公开的范围内。
在说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本教导的至少一个实施例中。说明书中各个地方出现的短语“在一个实施例中”不一定全都指同一个实施例。
应该理解的是，本教导的方法的各个步骤可以以任何顺序和/或同时执行，只要该教导保持可操作即可。此外，应该理解的是，本教导的装置和方法可以包括任何数量或全部所描述的实施例，只要该教导保持可操作即可。
已知的具有移动部件的LIDAR系统由于许多原因是存在问题的，包括容易导致可靠性问题。本教导的一个方面是认识到可以设计具有较少物理约束的不需要移动部件来扫描视场的固态LIDAR系统，从而既可以提高性能，又可以提高LIDAR系统在自主汽车内的集成的灵活性。另外，具有实质上更多的激光器的固态系统使得可以实现机械扫描无法实现的可能的操作模式，诸如随机扫描视场而对扫描模式没有任何机械约束的能力。
由于许多原因，LIDAR系统通常需要多个单独的单元来支持测量要求。这些原因包括，例如，尺寸限制、安装限制、测量要求、与其它系统的集成以及许多其它原因。由此，需要模块化且易于分布的LIDAR系统。
本教导涉及具有多个激光器的不包含移动部件的固态LIDAR系统，其中每个激光器可以对应于单个固定的投影角。固态激光器本身的使用并不意味着没有移动部件，因为MEMS设备通常被称为固态。但是，LIDAR系统中的MEMS设备通常包含物理运动，这可能会影响可靠性和设备寿命。根据本教导的LIDAR系统的一个特征是模块化分布式系统设计与所有固态系统兼容，包括使用固态激光器阵列的那些系统和/或没有MEMS设备的系统。这包括没有物理运动的系统。
图1图示了在车辆中实现的LIDAR系统的操作。LIDAR系统100包括：激光投影仪(也称为照明器)，它将光源生成的光束102投影到目标场景；接收器，其接收该目标场景中反射对象(显示为人106)的光104。LIDAR系统通常还包括：控制器和/或系统处理器，其从反射光计算关于对象106的距离信息；以及可以扫描或提供光的特定模式的元件，该特定模式可以是跨期望范围和视场的静态模式。接收器、控制器和系统处理器用于将接收到的信号光转换成表示落在LIDAR系统范围和视场内的周围环境的逐点3D映射的测量结果。在各种实施例中，取决于特定的应用和期望的性能，控制器可以是简单的电路或者可以是更复杂的处理器。
形成照明器和接收器的激光源和光束投影系统可以位于车辆108的前侧。激光源和光束投影系统也可以被称为发送器。人106和/或另一个对象(诸如，汽车或灯杆)将提供从源反射回到接收器的光。然后，控制器或处理器确定到对象的范围或距离。如本领域中已知的，LIDAR接收器基于从光源发射的光脉冲的飞行时间测量结果来计算范围信息。另外，使用关于照亮与特定范围相关联的目标平面中的场景的光束轮廓的已知信息并且基于源和投影仪系统的特定设计来确定关于反射表面的位置信息，从而生成场景的完整X、Y、Z或三维图片。换句话说，周围环境的逐点三维(3D)映射表示测量数据的集合，该测量数据指示从将来自源的照明反射到LIDAR系统的视场内的接收器的所有表面的位置信息。以这种方式，获得LIDAR系统的视场中的对象的3D表示。逐点3D数据映射也可以称为测量点云。
图2图示了用于自主车辆202的分布式传感器系统200，该自主车辆202利用多种类型的已知传感器204、206、208、210、212、214、216、218。每种传感器技术都有优点和缺点。从不同传感器204、206、208、210、212、214、216、218输出的测量结果的组合用于从场景中产生一组数据。包括来自场景的各种测量结果的来自分布式传感器系统200的数据集被一起处理，从而在所有情况下都可以实现无错误、安全和可靠的导航。分布式传感器系统200包括多个相机204、206、208、多个超声传感器210、212、多个雷达214、216、旋转LIDAR系统218和控制器220。自主汽车202使用可以区分颜色的相机204、206、208。相机204、206、208也可以用于查看交通灯、转向信号以及来自被测量场景的其它发射光。相机204、206、208也可以以小的物理间隔安装，并且它们的图像被组合以产生立体图像。超声波传感器210、212用于检测汽车几米内的对象的接近度。雷达214、216用于检测远距离的移动对象。一般而言，雷达214、216不以LIDAR系统218的高分辨率操作。LIDAR系统218用于实时产生环境的高分辨率3D点云。控制器220用于生成和处理由来自所有各种传感器204、206、208、210、212、214、216、218的测量输出提供的数据集。控制器还可以用于协调各种传感器204、206、208、210、212、214的操作。
图3图示了表示具有用于汽车302的多个二维视场和范围的多传感器LIDAR系统300的示意图。该系统包括多个LIDAR模块。没有显示模块，仅显示了最终的视场和范围。例如，与具有更宽的视场和更短的范围且具有侧面“环绕”视场和范围306、308的系统相比，自适应巡航控制功能可能要求具有窄视场，但具有更长距离范围要求的视场和范围304。汽车的复合视场是定位在车辆周围的所有LIDAR模块的组合视场，这在一些或所有模块的性能特性上可能不同。在图3所示的系统300中，五个LIDAR模块(未示出)用于创建复合视场。长距离前视LIDAR系统的视场和范围304具有与第二LIDAR模块重叠的视场，第二LIDAR模块具有视场和范围310，其具有较宽的视场，但更短的范围能力。还有一种后视模块，其具有与第二LIDAR系统的视场和范围310相似的维度的视场和范围312。
虽然本教导在其中LIDAR被广泛地用于自主驾驶、自我驾驶或驾驶员辅助车辆的汽车的上下文中描述了LIDAR系统，但是应该理解的是，实施例可以适用于任何类型的车辆。其它类型的车辆可以包括机器人、拖拉机、卡车、飞机、无人机、舟、船等。本教导也适用于各种固定应用。例如，在高密度的大都市地区，可以采用LIDAR来监视车辆和行人的交通。可以预期LIDAR系统将部署在许多不同的应用中，尤其是随着LIDAR系统的成本在不久的将来变得越来越低。本领域的技术人员将认识到，本教导不限于本文描述的被检测和测距的目标对象的类型，而是更广泛地适用于任何类型的目标。
图4图示了用于车辆的已知旋转LIDAR系统400的示意图。LIDAR系统400使用旋转马达来提供环境的360°水平扫描。LIDAR系统400具有基座402。例如，基座402可以固定到汽车(未示出)。LIDAR系统的顶部404相对于基座旋转并且包含接收器光学器件和发送器光学器件。发送器的视场和接收器的视场在与目标图像平面对应的距离上重叠。接收器和发送器光学器件可以是激光和检测器的1D阵列，其以使得覆盖期望的垂直视场的方式被固定。有时将16个、32个、64个，甚至128个激光器的阵列与旋转LIDAR系统(诸如图4中所示的LIDAR系统400)一起使用。垂直角分辨率是固定的，并且通常等于垂直视场与固定阵列中激光器数量的比率。水平角分辨率是转速和系统的操作参数的函数，并且可以基于应用和期望性能而不同。
在概念上，单个旋转LIDAR系统可以提供完整的360°视图，从而使得能够使用单个LIDAR系统。但是，实际上，使用了多个旋转LIDAR系统，以分割车辆周围的视场。图5图示了配备有多个已知的旋转LIDAR系统500的自主车辆。图5中所示的系统包括安装在车顶行李架上的多个单独的旋转LIDAR系统502，每个系统被配置为实现小于180°的单独的视场。一些系统包括超过十二个单独的旋转LIDAR系统502。注意的是，一般而言，每个旋转LIDAR单元的主要部分具有在使多个旋转LIDAR单元的光学串扰最小化的方向上被阻挡的视场。当旋转单元指向视场被阻挡的方向时，该特定的LIDAR单元不会生成有用的数据。在这方面，相对于以小于180°的视场连续操作的LIDAR系统，使用旋转LIDAR会导致成本和效率的显著降低。
图6图示了具有多个移动部件的已知LIDAR系统600。系统600使用安装在X-Y检流计606上的第一反射镜602和第二反射镜604，该X-Y检流计在垂直和水平方向上扫描环境。来自通常包括一个或两个激光器的激光发送器608的光从第一反射镜602反射到第二反射镜604上，并且两个反射镜602、604的组合确定投影角。在这些系统中通常使用一个或两个激光器，而不是像旋转LIDAR系统中那样使用较大的激光器阵列，因为在没有很大的光学损耗和复杂性的情况下将多个激光器/接收器对准反射镜系统在物理上是困难的。发送的光从图像平面610处的目标反射，并且接收器612被配置为具有与在图像平面610处的目标重叠的视场，使得接收器612捕获反射光。反射镜的尺寸和朝向在设计上施加了各种机械约束。例如，反射镜的尺寸约束了可以聚集的反射光的量，从而充当有效的最大孔径。反射镜尺寸也会影响性能，并在功耗、扫描速度和系统性能之间进行权衡。
图7A图示了固态LIDAR系统的示意图。发送器702包括可以被配置为阵列的多个激光器。每个单独的激光器都可以独立发射，每个激光器发出的光束对应于3D投影角，仅对向整个系统视场的一部分。因此，每个激光发射器在激励(发射)时都会产生光束，该光束照亮目标范围内的对应视场。发送器视场是各种激励的发射器视场的组合。虽然本教导的一些实施例使用激光发射器，但是应该理解的是，可以使用其它发射器，例如LED或在被激励时生成光束的其它设备。在本教导的LIDAR系统的一些实施例中，来自激光器阵列中的激光器的所有光束共享发送器光学器件704以产生投影光(照明)706。来自目标范围710的反射光708共享接收器光学器件712。在这个示例中，汽车714被示出在目标范围710中。在转让给本受让人的美国专利公开No.2017/0307736A1中详细描述了发送器的一个示例。美国专利公开No.2017/0307736A1的全部内容通过引用并入本文。
图7A中所示的LIDAR系统700使用检测器阵列716，该检测器阵列716通常具有比具有单独激光器的发送器阵列更少数量的单独检测器元件。可以单独控制这些检测器，使得激活单个或一组检测器，以检测目标范围内特定接收器视场上的光。接收器视场表示已激活的检测器视场的合成。激活可以包括例如在检测器前面的可控快门，其仅使目标范围内来自特定视场的光通过，或者向特定检测器或检测器组施加偏置。
图7B图示了结合图7A描述的LIDAR系统700的系统视场750的二维投影。检测器阵列的单个检测器视场被显示为小正方形752。圆圈754表示与在发送器中激励的单独激光器相关联的照明测量点。
在图7B中，每个阵列中的检测器的数量(即，小正方形752的数量)与激光器的数量(即，圆圈754的数量)之比为1比9。在图7B中所示的特定示例中，检测器阵列是5X5阵列。与具有等效角分辨率的现有技术的闪光LIDAR系统相比，检测器阵列的成本可以显著降低，因为所需的检测器数量可以显著降低。图7A中系统的测量分辨率不是由检测器元件的尺寸决定的，而是由发送器中激光器的数量和各个激光束的准直度决定的。这些参数以已知的方式转换成目标范围内的圆圈754的尺寸，以及表示检测器元件的视场的圆圈754和正方形752的相对尺寸。
图7B图示了图7A的LIDAR系统的关键方面。在图7A的LIDAR系统的整个视场中的单个3D测量点由特定正方形756中的散列标记突出显示，其中该测量点被显示为特定的黑圆圈758，其对应于激光器阵列中的特定单个激光器。在图7B中还可以看出，该测量点落在单个检测器内，其中该单个检测器的视场已经用交叉阴影线模式示出以进行识别。该图图示了LIDAR系统700的3D分辨率是由激光器的数量决定的，因为每个激光器对应于特定的角投影角，该特定的角投影角导致目标范围处的圆圈754的尺寸以及表示检测器元件的视场的圆圈754和正方形752的相对尺寸。
本教导的一个特征是LIDAR模块是固态的，没有移动部件。LIDAR模块结合了多个激光器，每个激光器生成具有固定投影角的光束。包括一个或多个模块的LIDAR系统的结果合成视场和角分辨率由光学器件、激光器和模块的布置确定。每个模块中的激光器都分组为2D阵列，它们在与对应的光学器件组合在一起时，被定位成既提供期望的模块复合视场又提供期望的模块角分辨率。每个单独的激光器生成与单个指向角对应的光束。可以通过交织两个或更多个2D激光器阵列的视场来实现角分辨率。当由两个单独的2D激光器阵列生成的两个视场在空间上重叠时，将生成具有更好的角分辨率的结果合成复合视场。
LIDAR系统的物理尺寸对于集成到自主车辆中是重要的。虽然当前最先进的系统通常很笨重，并且通常安装在车顶行李架上，但目标是最终将LIDAR系统集成到底盘中，使得它们在外观上与外部无缝结合，并具有美观的外观。有某些组件，诸如前灯，其中可以通过与LIDAR系统的部分或全部共同包装获得协同效应。本文描述的LIDAR系统的一方面在于，它可以被分成小的模块化部件，以支持将来使LIDAR在视觉上不引人注目的需求。
图8A图示了用于照亮视场的单个2D激光器阵列源的测量点云800。每个测量点802表示基于阵列中特定激光器元件发射的光的测量信号。测量点802的垂直间隔之间的距离804确定垂直角分辨率。点云上的点802的水平间隔806确定点云800的水平角分辨率。
图8B图示了本教导的实施例的测量点云850，其中第二2D激光器阵列的照明已经投影为与第一2D激光器阵列基本重叠。对应于第一2D VCSEL阵列的测量点852被示为圆圈，来自第二2D VCSEL阵列的测量点854被示为三角形。通过交织两个单独的2D阵列的视场来形成合成点云850，以便在水平、垂直或水平和垂直方向的组合中实现更好的角度分辨率。这种发送器的一个示例在已转让给本受让人的题为“VCSEL Array LIDAR With SmallAngular Divergence”的美国专利申请序列No.62/538,149中进行了描述。美国专利申请62/538,149的全部内容通过引用并入本文。
由于每个激光器对应于特定的投影角，因此本教导的LIDAR系统可以比现有技术的机械扫描LIDAR系统利用本质上更多的激光器。例如，如果自主汽车需要完整的360°水平视场，其中统一的垂直视场为20°，并且两个方向上的平均角分辨率为0.5°，那么所需的激光器的数量等于28,800。对于需要成千个单独激光器的LIDAR系统，并不是所有类型的激光器都可以以实用的方式实现。实际上，由于其当前的尺寸、成本和性能能力，本教导的需要大量激光器的LIDAR系统的各种实施例将可能使用垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的2D阵列。但是，也可以使用其它种类的发送器阵列。本领域技术人员将认识到，根据本教导，在LIDAR系统中可以使用多种类型的激光器。
本教导的一个特征是它可以使用各种已知的VCSEL设备，包括顶部发射VCSEL、底部发射VCSEL和各种类型的高功率VCSEL。图9图示了可以在本教导的LIDAR系统中使用的已知的底部发射VCSEL激光器900的结构的横截面的示意图。VCSEL激光器900的发射孔902的面积通常从直径几微米(用于mW功率操作)到直径100微米或更大(用于100mW和更大的CW功率操作)。VCSEL 900被制造在基板904上，该基板可以是例如GaAs或许多其它半导体材料。N-型分布式布拉格反射器(DBR)层906被定位在基板上。有源区908构造在n-型DBR层906上，随后是可以在氧化物材料中形成的孔。然后在有源区上生长p-型分布式布拉格光栅DBR层912。典型地，p-型DBR是高反射的，并且n-型DBR是部分反射的，从而导致从层结构的底部、基板侧的光输出914。有源区908、氧化物孔910和p-型DBR层912在台面(mesa)结构中形成。顶部触点916和底部触点918用于向有源区提供电流以生成输出光。氧化物孔910将电流限制到有源区908。顶部触点916是p-型，并且底部触点918是n-型。发射孔902在底部触点918中形成，以允许输出光914从底部发射VCSEL的底部基板侧发射。注意的是，在图9中仅示出了一个发射孔902，图9图示了多元件阵列的一个元件。这种类型的VCSEL 900可以是单个元件，或者是可以被制造为基板904上的一维或二维阵列的多元件VCSEL。
在一些实施例中，VCSEL阵列是单片的，并且激光器全部共享相同的基板。可以使用多种常见的基板类型。例如，公共基板可以是半导体材料。公共基板也可以包括陶瓷材料。在一些实施例中，从一组1D激光棒组装2D VCSEL阵列。
在一些实施例中，VCSEL是顶部发射的VCSEL。在其它实施例中，VCSEL是底部发射的VCSEL。单个VCSELS可以具有单个大发射孔，或者单个VCSELS可以由较大的有效发射直径内的两个或更多个子孔形成。形成较大的有效发射区的一组子孔有时被称为簇(cluster)。当一个或多个电驱动信号被供应给触点时，VCSEL上的触点可以将驱动信号连接到一个或多个单独的元件或所有元件或元素的子集，以提供各种不同的照明模式。
图10图示了根据本教导的具有256个单独的激光发射器1002的2D单片VCSEL阵列1000的实施例的示意图。每个激光发射器1002具有直径为“a”的发射孔1004。来自每个单个激光发射器1002的发射基本上充满整个发射孔。因此，每个激光发射器1002生成具有初始直径“a”的激光束，该初始直径“a”等于发射孔的直径1004。激光发射器1002在水平方向上以间距dx 1006均匀地间隔开。激光发射器在垂直方向上以间隔dy 1008均匀地间隔开。从最外面的激光器的中心测量的阵列的总尺寸在水平方向上是距离Dx 1010并且在垂直方向上是距离Dy 1012。实际芯片尺寸在维度上将比距离Dx 1010和距离Dy 1012稍大。在各种实施例中，发射器1002可以产生具有不同于圆形发射器形状的各种形状的光束。例如，在各种实施例中可以实现椭圆形、正方形、矩形和各种奇怪形状。在将激光器布置为2D阵列的实施例中，可以以矩阵可寻址方式电驱动激光器的行和列。
本教导的一些实施例利用每个激光器具有单个大孔的VCSEL的底部发射高功率阵列，诸如图9中所示的配置。本教导的其它实施例利用VCSEL的顶部发射或底部发射的高功率阵列，其中总发射面积包括子孔。但是，本领域的技术人员将认识到，本教导不限于顶部和底部发射VCSEL和相关联的发射孔的任何单个配置。
使用2D VCSEL阵列作为本文所述的LIDAR系统的构建块建立允许发送器的物理尺寸小的平台。带有256个高功率单独激光器的典型2D阵列可以在约4mm x4mm的单片芯片上实现。然后将激光2D阵列与选择的光学器件一起使用，以保持物理维度尽可能小，作为示例，例如，通过使用微透镜阵列、维度小于20mm的共享透镜或最大维度为20mm的衍射光学器件。
图11图示了根据本教导的模块化LIDAR系统1100的实施例的示意图，该系统每个模块包括单个发送器和单个接收器。发送器、接收器和控制器是物理上分开的模块1102、1104、1106、1108。存在两个发送器模块1102、1104、接收器模块1106和控制器模块1108。在模块1102、1104、1106、1108之间存在用于供给电力的连接1110，并且在控制器模块1108与其它模块1102、1104、1106之间存在通信。模块1102、1104、1106、1108之间的通信可以光学地或电气地进行，并且它们可以使用各种通信协议，包括以太网或其它各种其它通信协议。发送器和接收器模块1102、1104、1106的电力可以如图所示通过控制器模块1108供应，也可以单独供应。模块化LIDAR系统1100是相对简单的配置，仅包括两个发送器模块1102、1104和单个接收器模块1106。在其它实施例中，使用单个控制器模块1108控制一个或多个发送器和/或一个或多个接收器。
图12图示了由结合图11描述的模块化LIDAR系统1100生成的示例复合视场1200的实施例。参考图11和图12，存在表示一个发送器模块1102的视场1202的区域和表示另一个发送器模块1104的视场1204的区域。如前所述，每个发送器模块1102、1104使用至少两个在视场中基本重叠的2D激光器阵列，以产生更好的角度测量分辨率。圆圈1206图示了来自第一阵列的各个激光器元件的视场。正方形1208图示了来自第二阵列的各个激光器元件的视场。如图所示，在每个发送模块1102、1104中有两个由256个激光器组成的16X16阵列。它们产生由对应的圆圈1206和正方形1208的密排阵列显示的基本上重叠的视场。在这个实施例中，两个模块1102、1104的双阵列配置是相同的。而且，用于对应发送器的视场1202、1204被配置为并排位于目标范围内。
两个发送器的总复合视场由1,024个激光器视场组成。在一些实施例中，第一发送模块1102和第二发送模块1104中的激光器阵列的发射波长不同。而且，在一些实施例中，单个发送器模块1102、1104内的激光器波长是不同的。例如，每个激光器阵列可以发射不同的波长。在这种配置中，由圆圈1206表示的激光器视场的波长可以与由正方形1208表示的激光器视场的波长不同。一般而言，对阵列或模块内的波长的数量和分布没有限制。基于对测量目标范围的视场的期望效果来选择不同激光器波长的数量和位置。对于复合视场1200，虚线框1210示出了单个接收器模块的视场，其略大于组合的发送器视场1202、1204的视场。在一些实施例中，接收器视场1210包括来自被配置为阵列的多个检测器的多个检测器视场。通常期望接收器视场1210稍微大于发送器视场1202、1204，以简化接收器视场和发送器视场的对准。
控制器模块1108管理两个发送器模块1102、1104的操作以最小化光学串扰以及用于眼安全操作的光功率水平。控制器模块1108还管理接收器模块1106，其在一些实施例中使用检测器的至少一个2D阵列，并且在其它实施例中，使用检测器的多个2D阵列。选择各种检测器阵列的数量和位置，以在目标范围内实现特定的接收视场。例如，如果使用两个波长，那么接收器可以具有检测器的两个分开的2D阵列，每个波长对应一个。
一般而言，本教导的发送器模块包括多个激光发射器。每个激光发射器被定位成在目标范围内照亮特定发射器视场。在各种实施例中，多个发射器以各种模式定位。例如，多个发射器可以是一维和/或二维阵列，在垂直和/或水平方向上的发射器之间具有特定的间隔。本发明的中心是这样的事实，即，单独的和/或成组的发射器被定位成在目标范围内照亮特定的发射器视场。该信息通常是控制器已知的，并用于通过控制单独的和/或成组的发射器的激励来在目标范围内的特定视场中产生照明。包含在特定发送器中的在任何特定时间基于来自控制器的信号被照亮的一个或多个发送器视场的视场被称为发送器视场。
一般而言，本教导的接收器模块包括多个检测器元件。每个检测器元件被定位成检测来自目标范围内的特定检测器视场的光。在各种实施例中，多个检测器以各种模式定位。例如，多个检测器可以是一维和/或二维阵列，在垂直和/或水平方向上的检测器之间具有特定的间隔。本教导的一方面是这样的事实，即，单独的和/或成组的检测器可以被定位成在目标范围内检测来自特定检测视场的光。控制器可以知道该视场信息，并且通过控制检测器/接收器使得所选择的检测器被激活以检测从激活的一个或多个检测器的视场中的目标范围反射的光，可以使用该视场信息来检测目标范围内来自特定视场的照明。包含在特定接收器中的在任何特定时间被激活以基于来自控制器的信号进行检测的一个或多个检测器视场的视场被称为接收器视场。
控制器可以通过许多已知的控制机制中的任何一种来控制特定检测器的激活。例如，可控孔径可以用于控制接收器视场中的一个或多个检测器视场的激活。还可以控制各个检测器偏置，以控制接收视场内单独检测器视场的激活。
通常将不同发送器和/或不同接收器之间的重叠区域设计到系统中，以跨特定的复合视场提供对对象的连续跟踪。例如，当每个发送器的发射器的至少一些视场在某种程度上重叠时，由两个发送器提供连续的复合视场。此外，当至少一个检测器视场与重叠的发射器视场重叠时，提供连续发送接收复合视场。来自两个接收器的至少一些单独的检测器视场的重叠也用于提供跨两个不同接收器的连续的复合接收视场。
在重叠区域中，使用控制器来实现系统的性能目标。例如，控制器可以控制选定的发射器的激励，这些发射器生成具有在目标范围内重叠的视场的光束，使得两个重叠发送器中的每一个中只有一个发射器会生成当从目标范围处的对象反射时在特定的光检测和测距测量期间被其中一个光检测器检测到的光束。这消除或显著降低了串扰，尤其是在相同波长下操作的那些发送器。
本教导的一个特征是，可以使用发射器和检测器的控制来支持模块化LIDAR系统的性能。控制器具有关于各种FOV位置的信息，以及控制单独的和成组的激光发射器的通电以及控制各个检测器的激励的能力。知识可以扩展到单独的发送器和/或接收器之外，以包括所有连接的模块。由此，控制器能够在任何特定时间和/或在目标范围内从所有连接的发送、接收和/或发送/接收模块针对任何期望的测量序列提供特定的发送器视场和特定的接收器视场。如果在单个发送器内或跨多个发送器使用不同的波长，那么多个波长的发送和检测的细节通常是已知的并且也由控制器进行主动管理。
在本教导的LIDAR系统的一些实施例中，接收器可以分别检测不同的波长。在这些实施例中，激光发射器可以在重叠的视场中同时被激励，从而允许同时进行测量并改善角分辨率，如结合图8B所描述的。本教导的一个方面是认识到，利用具有控制特定发射器的激励和特定检测器的激活的能力的控制器来配置LIDAR系统为设计者提供了对系统的许多重要性能参数的控制。例如，控制器可以被配置为控制发送器的激励，使得目标范围内的照明不超过特定孔尺寸下光功率的人眼安全最大允许曝光(MPE)限制。例如，如果两个或更多个发射器视场重叠，使得由眼睛安全标准所定义的孔内的光功率之和太高，那么可能会超过最大允许曝光。
控制器还可以被配置为控制发送器发射器和接收器检测器，使得在激励的发射器和被配置为检测的检测器之间维持一一对应关系。控制器可以控制发送器发射器和接收器检测器，使得在来自一组发射器的激励的发送器视场与来自被配置为检测的一组检测器的接收器视场之间维持一一对应关系。控制器还可以被配置为控制发射器的激励和/或检测器的检测以改善各种性能度量，诸如减少测量串扰。例如，当多于一个发射器的视场与检测器和/或接收器视场重叠时，会产生测量串扰。通常将这些重叠区域设计到系统中，以跨复合视场提供对对象的连续跟踪。即，当每个发送器的发射器的至少一些视场在某种程度上重叠时，由两个发送器提供连续的复合视场。此外，至少一个检测器视场与发射器视场重叠。一般而言，来自两个接收器的至少一些单独的检测器视场的重叠也用于跨两个不同的接收器提供连续的复合视场。
另外，控制器可以被配置为控制发射器的激励和/或检测器的激活以在目标范围处产生期望的和/或变化的角分辨率。控制器还可以被配置为控制发射器的激励和/或检测器的激活，以跨复合视场跟踪对象。复合视场可以由形成模块化LIDAR系统的一个或多个发送器、一个或多个接收器和/或一个或多个模块提供。
根据本教导的LIDAR系统设计的模块化方法的一个特征是能够容易地将各种模块集成到自主车辆中。图13图示了根据本教导的与模块化LIDAR系统1300的实施例集成的自主汽车。在汽车1306的车顶附近描绘了三个接收器模块1302、1304、1306。示出了八个发送器模块1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324，它们位于各个区域中，诸如汽车1308的后视镜、前灯和护栏(grill)。控制器模块1326分别位于汽车1308的后备箱区域中。具有相对小尺寸的多个模块的能力允许在汽车1308的几乎任何位置中定位发送器和接收器，这允许无缝集成到车辆中。控制器模块1326用于协调各种接收器模块1302、1304、1306和发送器模块1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324的操作，以最小化光学串扰并控制眼睛安全。
单个控制器模块1326的使用还允许平滑跟踪车辆前方的对象，因为利用固态系统，该系统可以控制各种发送器模块1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324内激光器阵列中的元件的激光器激励模式，以连续测量关注的对象。当对象越过从一个发送器视场到下一个发送器视场的边界时，控制器模块1326可以协调发送器模块1310、1312、1314、1316、1318、1320、1322、1324和接收器模块1302、1304、1306以防止测量中的任何间隙。由于物理尺寸相对小，因此本文描述的模块化设计也更易于集成到不同类型的车辆中。具有较大单个单元并占用更多空间的已知LIDAR系统可能必须位于车辆外部，诸如结合图5描述的系统中所示。显然，结合图5描述的汽车由于需要具有机械旋转的LIDAR的大型车顶行李架而在美学上没有吸引力并且将具有影响汽车效率的非期望的空气动力学结构。
本教导的模块化LIDAR系统的一个特征是能够使发送器和接收器元件之间的电串扰最小化。通常，用于汽车LIDAR的激光器具有相对高的功率，在眼睛安全的前提下操作，并且通常需要大的电驱动脉冲电流来生成光脉冲。如果允许来自发送器的电信号电磁耦合到接收电路，那么会产生过多的噪声，这可能会提供错误的返回信号。在LIDAR系统具有使用不同波长激励一个以上激光脉冲的能力的情况下，这是特别困难的问题。在这些系统配置中，任何特定发送激光器的激励时间可以完全独立于接收器定时。本教导的模块化LIDAR系统可以将发送信号和接收信号分离以极大减轻任何电串扰问题。这种分离也可以用来改善EMI发射。
图14图示了根据本教导的模块化LIDAR系统1400的实施例的示意图，该系统每个模块包括多个发送器。在图14中，一个模块化单元1402、1404包含几个发送器1406和单个接收器1408。控制器模块1410是单独的模块。在模块之间存在使用电缆1412的连接，以供给电力和进行通信。模块1402、1404、1410之间的通信可以光学地或电气地进行并且以包括以太网或其它通信协议的各种通信协议进行。可以通过所示的控制器模块1410或单独地向发送/接收模块供应电力。
图15图示了由图14的模块化LIDAR系统1400生成的复合视场1500的实施例。参考图14和15，存在为发送/接收模块1402生成的视场1502和为发送/接收模块1404生成的视场1504。这些视场1502、1504中的每一个包括针对每个模块1402、1404中的两个发送器中的每一个的发送视场1506、1508、1510、1512，以及针对每个模块1402、1404中的每个接收器的接收视场1514、1516。每个模块1402、1404的发送/接收视场1502、1504名义上与图12中所示的相同，并且包括基本上重叠的1,024个激光器中的每一个的视场。因此，复合视场具有2,048个激光器中的每一个的视场。两个模块1402、1404的视场1500已经被布置为提供相对于一个单独的单元而言在水平方向上精确两倍的总视场。在各种实施例中，两个发送/接收模块的波长可以相同或可以不同。本领域的技术人员将认识到，本教导不受系统所采用的波长数量的限制。控制器模块1410既操作发送-接收模块1402、1404，又起到通过控制用于发送阵列的激光器驱动激励模式来最小化模块之间的光学串扰并且还维持眼睛安全的作用。
本教导的模块化LIDAR系统的一个特征是，复合视场被设计为允许跨视场连续跟踪对象。参考结合图15描述的复合视场1500，连续跟踪的优点在于，在发送视场1506、1508、1510、1512之间没有间隙。但是，接收视场1514、1516中有重叠。这产生了重叠区域1518，在该重叠区域中，两个接收视场1514、1516都可以检测来自两个发送视场1508、1510的光。控制器模块1410用于管理发送阵列中的特定激光器的激励，该发送阵列在重叠区域1518中产生光，使得仅存在最小的串扰。因此，在接收视场1514中，在发送视场1510中产生的激光被最小化。而且，来自发送视场1508的激光在接收视场1516中被最小化。另外，控制器模块1410管理发送器阵列中的特定激光器的激励，使得在复合视场1500内的峰值功率永远不会超过眼睛安全阈值功率。另外，控制器控制发送器阵列中的特定激光器的激励，该特定激光器生成具有在目标范围处的重叠区域1518的光束，使得发送/接收模块1402中的第一发送器和发送/接收模块1404中的第二发送器中的仅一个在特定光检测和测距测量期间生成在从目标范围处的对象反射时仅被第一和第二发送/接收模块1402、1404之一中的多个光检测器之一检测到的光束。
图16图示了根据本教导的被集成到自主车辆1602中的模块化LIDAR系统1600的实施例。图16示出了如何将模块化发送/接收模块1604、1606、1608定位在汽车1602上。两个发送/接收模块1604、1606被放置靠近车顶1610，而单个模块1606被放置在汽车1602的护栏1612中。控制器模块1614在汽车1602的后备箱中。与已知的大型机械旋转LIDAR系统相比，这种布置可以更容易地集成到各种车辆中。
本教导的一个特征是发送、接收和/或发送/接收模块不必与控制器模块分开包装。由此，发送、接收和/或发送/接收模块和控制器模块不必位于物理上不同的位置。图17图示了本教导的具有共同定位的控制器模块1702的模块化LIDAR系统1700的实施例的示意图。单个外壳1704用于将一组发送/接收模块1706、1708、1710、1712、1714、1716与单个控制器模块1702分组在一起。例如，在大型车辆(诸如，半挂车或垃圾车)的情况下，可能期望使用具有单个公共外壳1704的模块化系统。这样的公共外壳1704可以为环境因素提供附加的坚固性。
图18图示了由图17的模块化LIDAR系统1700生成的复合视场1800的实施例。参考图17和图18，每个发送/接收模块1706、1708、1710、1712、1714、1716具有对应的接收视场1802、1804、1806、1808、1810、1812和两个对应的发送视场1814、1816、1818、1820、1822、1824、1826、1828、1830、1832、1834、1836。发送/接收模块1706、1708、1710、1712、1714、1716使用各自具有256个激光器的二十四个2D激光器阵列。图18图示了在接收器视场1802、1804、1806、1808、1810、1812中存在多个重叠。接收视场1802、1804、1806、1808、1810、1812以不同的线型显示，以帮助说明重叠。在这种配置中，需要管理发送视场之间的多个边缘或重叠区域，以避免光学串扰并且还确保眼睛安全。控制器模块1702操作所有发送/接收模块1706、1708、1710、1712、1714、1716，以确保满足安全和性能规范，并允许优化功能，例如跟踪复合视场1800内的对象。
图19图示了操作场景1900的实施例，该操作场景1900包括根据本教导的模块化LIDAR系统，其具有两个分离的接收器1902、1904和两个分离的发送器1906、1908。在该操作场景1900中，两个接收器1902、1904各自具有等于30°的整体视场，并且被配置为在它们的视场中具有一些重叠，以确保在覆盖范围内没有间隙。这允许连续跟踪例如行人1910、1912、1914。两个分离的发送器1906、1908各自包含多个激光器。从每个发送器开始的两对虚线1916、1918、1920、1922示出了每个发送器内的两个激光器的投影角。选择这两个激光器以对应于行人1910、1912、1914。行人#1 1910仅在发送器#1 1906和接收器#1 1902的视场内。行人#3 1914仅在发送器#2 1908和接收器#2 1904的视场内。但是，行人#2 1912在两个发送器1906、1908和两个接收器1902、1904的视场内。
两个接收器1902、1904均使用检测器阵列。检测器阵列中的每个检测器都有作为整个接收器视场的子集的视场。参见例如图7B和相关联的描述。在所示的操作场景1900中，每个接收器的视场被图示为分成三个部分，每个部分具有10°的视场。对于接收器#11902，它们是区域1A 1924、1B 1926和1C 1928。对于接收器#2 1904，它们是区域2A 1930、2B1932和2C 1934。在水平平面上具有均匀维度的三元件检测器阵列将对应于任一接收器1902、1904的视场1924、1926、1928、1930、1932、1934。应该理解的是，为简单起见绘制了操作场景1900，并且在实际实践中检测器阵列的尺寸可能更大，以便每个单独的检测器具有较小的视场。每个检测器的视场被唯一标记(1A、1B、1C、2A、2B、2C)，以供参考。
单个控制器1938可以用于控制两个接收器1902、1904和两个发送器1906、1908。图19中所示的操作场景1900图示了行人#1仅被接收器#1看到，但是被两个检测器1A和1B看到。行人#2可以被两个接收器#1和接收器#2看到，因为检测器1C和检测器2A的视场基本重叠。重叠由斜线阴影区域1936指示。控制器1938知道与两个接收器1902、1904的每个检测器元件对应的特定视场1924、1926、1928、1930、1932、1934，并且因此知道该重叠区域。控制器1938还知道发送器#1 1906内和发送器#2 1908内的激光器的投影角1916、1918、1920、1922，并且因此可以计算出在哪个范围距离处可以使用哪些检测器来测量来自每个发送器1906、1908内的每个激光器的反射脉冲。
控制器1938设置两个发送器1906、1908中的激光器的激光激励模式，并选择所有可能的接收器1902、1904内的哪个检测器或检测器组合来测量返回信号脉冲。选择最佳检测器以测量每个激光器和范围的典型标准可以包括最大接收信号功率或最高SNR。如果控制器1938不控制两个接收器1902、1904中的检测器之间的重叠区域1936中的激励模式，那么存在光串扰导致错误测量的可能性。例如，可以使用任一发送器1906、1908来测量行人#21912。如果控制器1938在行人#2 1912处激励了来自发送器#1 1906的脉冲，并且在该脉冲被接收器1902、1904测量之前，激励了来自发送器#2 1908的第二脉冲，那么两个脉冲将在单次测量期间在单个检测器处被观察到。这将导致距离错误和/或检测到假对象。控制器1938控制激励模式，以便在所选择的检测器的视场内，在单次测量期间在激光器和检测器之间维持严格的一对一映射。这防止了光学串扰和模块化LIDAR系统内的测量误差。
图20图示了本教导的控制器2002的实施例的框图2000。为了简单起见，控制器2002被示为与两个接收器2004、2006和两个发送器2008、2010通信，而在实际使用中，可以存在任何数量的接收器和控制器。控制器2002具有存储和可用的各种信息集。该信息可以在设置/校准期间确定和/或在系统操作期间更新。该信息包括系统约束2012。例如，系统约束可以包括单个激光器的最大占空比、对系统操作的眼睛安全约束以及其它类型的约束。还存在激光器数据2014，其包括每个激光器相对于对应发送器的投影角和原点。另外，存在检测器数据2016，其包括每个检测器的视场以及每个检测器相对于其对应接收器的原点。此外，控制器2002具有系统位置信息2018，例如，关于系统内每个发送器和接收器模块相对于某个全局原点和/或轴线的位置的信息。
控制器2002可以利用来自接收器的TOF测量信息作为附加输入来确定激光器选择和激励模式算法/处理。TOF计算可以在与光接收器相同的物理单元内执行，或者可以在其它地方执行。
控制器2002执行控制激光器选择和激励模式的算法。由于这是固态系统，因此在视场内可能有许多类型的激励和扫描模式。在根据本教导的方法的一个实施例中，控制器2002执行为每个发送器选择要发射的激光器的第一步骤2020。在第二步骤2022中，控制器选择对应的检测器。在第三步骤2024中，控制器检查那些激光器和检测器在视场中的重叠。如果不存在可能导致错误和/或光学串扰的重叠，那么控制器进行到其中激光器被激励的第四步骤2026。在接收器#12004和/或接收器#2 2006处接收到对应的返回脉冲。如果存在重叠，那么控制器2002返回到第一步骤2020，并选择一组新的激光器来相应地激励，并根据需要调整激励模式以适应期望的重叠条件。在接收器#1 2004和/或接收器#2 2006接收到返回脉冲之后，执行TOF分析2028。分析2028的结果可以在步骤2020中使用，以确定接下来要进行哪种激励模式。
等效形式
虽然结合各种实施例描述了申请人的教导，但是并不意图将申请人的教导限于这样的实施例。相反，如本领域技术人员将认识到的，申请人的教导涵盖各种替代、修改和等效形式，这些形式可以在不背离本教导的精神和范围的情况下进行。

Claims (44)

1.一种模块化的光检测和测距(LIDAR)系统，包括：
a)第一光发送器，包括多个第一发射器，所述多个第一发射器中的每个发射器被定位成在被激励时生成具有在目标范围处的视场(FOV)的光束；
b)第二光发送器，包括多个第二发射器，所述多个第二发射器中的每个发射器被定位成在被激励时生成具有在目标范围处的视场的光束，其中第一光发送器和第二光发送器相对于彼此定位，使得第一光发送器和第二光发送器在被激励时生成的光束中的至少一些光束的视场在目标范围处重叠；
c)光接收器，包括多个光检测器，所述多个光检测器中的相应一个检测器被定位成检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成并由目标范围处的视场中的目标反射的相应光束；以及
d)控制器，包括连接到第一光发送器和第二光发送器的相应控制输入端的第一输出端和第二输出端，以及连接到光接收器的控制输入端的第三输出端，所述控制器在第一输出端和第二输出端处生成控制信号，该控制信号控制生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中选定发射器的激励；并且在第三输出端处生成控制信号，该控制信号激活所述多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束。
2.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定发射器的激励，使得在特定的光检测和测距测量期间仅第一发送器和第二发送器中的一个生成当从目标范围处的对象反射时被所述多个光检测器之一检测到的光束。
3.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定发射器的激励，使得减小由于具有在目标范围处重叠的视场的光束而导致的串扰。
4.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定发射器的激励，使得最小化由于具有在目标范围处重叠的视场的光束而导致的串扰。
5.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器在所述第一输出端和第二输出端处生成控制信号，该控制信号控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定发射器的激励，使得目标范围处孔径中的光功率小于预定量。
6.如权利要求5所述的模块化光检测和测距系统，其中所述预定量小于最大允许曝光(MPE)。
7.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，还包括：
a)第二光接收器，包括多个光检测器，第二光接收器中的所述多个光检测器中的相应一个光检测器被定位成检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成并由目标范围处的视场中的目标反射的相应光束；以及
b)所述控制器还包括连接到第二光接收器的控制输入端的第四输出端，所述控制器在第四输出端处生成控制信号，该控制信号激活第二光接收器中的所述多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束，
其中所述控制器在第三输出端和第四输出端处生成控制信号，使得在某个时间第一光接收器中的所述多个光检测器或者第二光接收器中的所述多个光检测器中只有所选定的光检测器检测从目标范围处的对象反射的光束。
8.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器被容纳在单个外壳中。
9.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器被容纳在物理上分离的外壳中。
10.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述光接收器被容纳在与容纳第一光发送器和第二光发送器的外壳物理上分离的外壳中。
11.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器中的至少一个与所述光接收器被容纳在同一外壳中。
12.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器中的至少一个、所述光接收器和所述控制器被容纳在同一外壳中。
13.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述光接收器中的所述多个光检测器包括二维阵列。
14.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器中的所述多个第一发射器包括发射器的二维阵列。
15.如权利要求14所述的模块化光检测和测距系统，其中所述发射器的二维阵列包括发射器的矩阵可寻址阵列。
16.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器中的所述多个第一发射器包括发射器的第一和第二二维阵列。
17.如权利要求16所述的模块化光检测和测距系统，其中所述发射器的第一和第二二维阵列生成具有交织视场的光束。
18.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器中的所述多个第一发射器包括VCSEL阵列。
19.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述多个第一发射器生成第一波长的光束，并且所述多个第二发射器生成第二波长的光束。
20.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述多个第一发射器中的至少两个发射器生成不同波长的光束。
21.如权利要求1所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器在第一输出端和第二输出端处生成控制信号，所述控制信号基于第一光发送器和第二光发送器的相对位置来控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中所选定的发射器的激励。
22.如权利要求1所述的模块化的光检测和测距系统，其中所述控制器在第一输出端、第二输出端和第三输出端处生成控制信号，所述控制信号控制所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中选定发射器的激励并且基于第一光发送器、第二光发送器和光接收器的相对位置来控制所述多个光检测器中所选定的光检测器的激活。
23.一种模块化的光检测和测距(LIDAR)系统，包括：
a)第一光发送器，包括发射器的第一和第二二维阵列，其在被激励时生成具有在目标范围处交织的视场的光束的第一和第二阵列；
b)第二光发送器，包括发射器的第一和第二二维阵列，其在被激励时生成具有在目标范围处交织的视场的光束的第一和第二阵列，其中第一光发送器和第二光发送器被定位成使得由第一光发送器在被激励时生成的光束的第一和第二阵列中的至少一些光束与由第二光发送器在被激励时生成的光束的第一和第二阵列中的至少一些光束在目标范围处重叠；
c)光接收器，包括多个光检测器，所述多个光检测器中的相应一个光检测器被定位成检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成并被目标范围处的视场中的目标反射的相应光束；以及
d)控制器，包括连接到第一光发送器和第二光发送器的相应控制输入端的第一输出端和第二输出端，以及连接到光接收器的控制输入端的第三输出端，所述控制器在第一输出端和第二输出端处生成控制信号，该控制信号控制在被激励时生成具有在目标范围处的交织视场的光束的第一和第二阵列的第一光发送器和第二光发送器两者中的发射器的第一和第二二维阵列中的选定发射器的激励；并且在第三输出端处生成控制信号，该控制信号激活所述多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束。
24.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中选定第一光发送器和第二光发送器中的至少一个的第一和第二阵列的相对位置，以提供所述模块化光检测和测距系统的期望角分辨率。
25.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中在第一光发送器和第二光发送器中的至少一个中，发射器的第一二维阵列的波长与发射器的第二二维阵列的波长不同。
26.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制第一光发送器和第二光发送器二者中在被激励时生成具有在目标范围处的交织视场的光束的第一和第二阵列的发射器的第一和第二二维阵列中选定发射器的激励，使得在特定的光检测和测距测量期间第一发送器和第二发送器中只有一个生成当从目标范围处的对象反射时被所述多个光检测器之一检测到的光束。
27.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制第一光发送器和第二光发送器两者中在被激励时生成具有在目标范围处的交织视场的光束的第一和第二阵列的发射器的第一和第二二维阵列中选定发射器的激励，使得减小由于具有在目标范围处重叠的视场的光束而导致的串扰。
28.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中所述控制器控制第一光发送器和第二光发送器两者中在被激励时生成具有在目标范围处的交织视场的光束的第一和第二阵列的发射器的第一和第二二维阵列中选定发射器的激励，使得最小化由于具有在目标范围处重叠的视场的光束而导致的串扰。
29.如权利要求23所述的模块化的光检测和测距系统，其中所述控制器控制第一光发送器和第二光发送器两者中在被激励时生成具有在目标范围处的交织视场的光束的第一和第二阵列的发射器的第一和第二二维阵列中选定发射器的激励，使得目标范围处孔径中的光功率小于预定量。
30.如权利要求29所述的模块化光检测和测距系统，其中所述预定量小于最大允许曝光(MPE)。
31.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，还包括：
a)第二光接收器，包括多个光检测器，所述多个光检测器中的相应一个光检测器被定位成检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成并由目标范围处的视场中的目标反射的相应光束；以及
b)所述控制器还包括连接到第二光接收器的控制输入端的第四输出端，所述控制器在第四输出端处生成控制信号，该控制信号激活第二光接收器中的所述多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束，
其中所述控制器在第三输出端和第四输出端处生成控制信号，使得在某个时间第一光接收器中的所述多个光检测器或者第二光接收器中的所述多个光检测器中只有所选定的光检测器检测从目标范围处的对象反射的光束。
32.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器被容纳在单个外壳中。
33.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器被容纳在物理上分离的外壳中。
34.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中所述光接收器被容纳在与容纳第一光发送器和第二光发送器的外壳物理上分离的外壳中。
35.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器中的至少一个与所述光接收器被容纳在同一外壳中。
36.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器中的至少一个、所述光接收器和所述控制器被容纳在同一外壳中。
37.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中所述光接收器中的所述多个光检测器包括二维阵列。
38.如权利要求23所述的模块化光检测和测距系统，其中第一光发送器和第二光发送器中的至少一个的第一和第二二维阵列中的至少一个包括VCSEL阵列。
39.一种模块化光检测和测距方法(LIDAR)，所述方法包括：
a)当通过第一发送器中的多个第一发射器激励时，生成具有在目标范围处的视场(FOV)的多个光束；
b)当通过第二发送器中的多个第二发射器激励时，生成具有在目标范围处的视场的多个光束；
c)将第一光发送器和第二光发送器相对于彼此定位，使得在被激励时由第一光发送器和第二光发送器生成的至少一些光束的视场在目标范围处重叠；
d)定位多个光检测器，使得所述多个光检测器中的相应检测器检测由第一光发送器和第二光发送器中的至少一个生成的由目标范围处的视场中的目标反射的光束；以及
e)激励所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定的发射器，并激活所述多个光检测器中所选定的光检测器以检测从目标范围处的对象反射的光束。
40.如权利要求39所述的模块化LIDAR的方法，还包括：激励所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定的发射器，使得第一发送器和第二发送器中仅一个在特定的光检测和测距测量期间生成当从目标范围处的对象反射时被所述多个光检测器之一检测到的光束。
41.如权利要求39所述的模块化LIDAR的方法，还包括：激励所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定的发射器，使得减小由于具有在目标范围处重叠的视场的光束而导致的串扰。
42.如权利要求39所述的模块化LIDAR的方法，还包括：激励所述多个第一发射器和所述多个第二发射器中生成具有在目标范围处重叠的视场的光束的选定的发射器，使得在特定眼睛安全测量孔径中的光功率小于预定量。
43.如权利要求39所述的模块化LIDAR的方法，其中由第一发射器生成的所述多个光束具有第一波长，并且由第二发射器生成的所述多个光束具有第二波长。
44.如权利要求39所述的模块化LIDAR的方法，其中所述多个第一发射器中的至少两个发射器生成不同波长的光束。
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