CN114174865A - 连续波光探测和测距(lidar)系统 - Google Patents

连续波光探测和测距(lidar)系统 Download PDF

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Abstract

本文描述了片上或集成连续波光检测和测距(LiDAR)的方面。这些方面可以包括：一个或多个激光光源，配置为产生一个或多个光束；以及多个光引擎，配置为分别接收光束。光频以预定模式调制。每个光引擎的光发射器可以配置为接收光束中的一个光束的第一部分，并以预定角度发射该光束的第一部分。每个光引擎的光接收器可以配置为接收从物体反射的光束的第一部分，并将所反射的该光束的第一部分传输到平衡检测器。平衡检测器可以配置为检测所反射的该光束的第一部分和该光束的第二部分之间的差拍。

Description

连续波光探测和测距(LIDAR)系统
相关申请
本申请要求2020年6月22日提交的序列号为16/907,837的美国专利申请的优先权益，其全部内容通过引用并入本文。
背景技术
除非本文中另有说明，否则本部分中所描述的材料不是本申请权利要求的现有技术，并且不通过包含于本部分中而被承认是现有技术。
LiDAR设备现在广泛部署在包括自动车辆在内的不同的场景中。LiDAR可以在扫描场景时主动估计到环境特征的距离，以生成指示环境场景的三维形状的点位置云。通过产生激光脉冲和检测从环境物体表面反射的返回脉冲，并根据发射的脉冲和接收反射的脉冲之间的时间延迟来计算到反射物体的距离来测量各个点，这通常可以称为飞行时间(TOF)方法。激光可以在整个场景中快速重复扫描，以提供到场景中的反射物体的距离的连续实时信息。然而，目前LiDAR系统的效率和扫描速度仍有待提高。
发明内容
下面给出了一个或多个方面的简化概述，以便提供对这些方面的基本理解。该概述不是所有预期方面的广泛概述，并且既不旨在标识所有方面的关键或重要元素，也不旨在描绘任何或所有方面的范围。其唯一目的在于以简化的形式呈现一个或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
本公开的一个示例方面提供了示例片上连续波LiDAR系统或集成连续波LiDAR系统。示例连续波LiDAR系统可以包括：一个或多个片上激光光源或片外激光光源，配置为生成一个或多个光束；以及一个或多个光引擎，配置为分别接收一个或多个光束。光频以预定模式调制。一个或多个光引擎中的每一个可以包括光发射器、光接收器和平衡检测器。光发射器可以配置为接收光束中的一个的第一部分，并以预定角度发射该光束的第一部分。光接收器可以配置为接收从物体反射的该光束的第一部分，并将所反射的该光束的第一部分传输到平衡检测器。平衡检测器可以配置为检测所反射的该光束的第一部分和该光束的第二部分之间的差拍。
为了实现前述及相关目的，一个或多个方面包括在下文中充分描述并在权利要求中特别指出的特征。接下来的描述和附图详细阐述了一个或多个方面的某些说明性特征。然而，这些特征仅指示了可以使用各个方面的原理的各种方式中的一些，并且该描述旨在包括所有这些方面及其等同物。
附图说明
下文将结合附图描述所公开的方面，提供附图是为了说明而不是限制所公开的方面，其中相同的标号表示相似的元件，并且其中：
图1是示出发射的激光束和接收的激光束之间的关系的图；
图2是示出片上连续波LiDAR系统的示例中的示例光引擎的框图；
图2A是示出与光学准直系统集成的示例光引擎的框图；
图2B是示出通过光纤与两个光学准直系统集成的示例光引擎的框图；
图2C是示出与三端口循环器集成的示例光引擎的框图；
图2D是示出与OPA集成的示例光引擎的框图；
图3是示出另一示例光引擎的框图；
图3A是示出与四分之一波片和准直器集成的示例光引擎的框图；
图3B是示出与光学相控阵列和四分之一波片集成的示例光引擎的框图；
图4是示出另一示例光引擎的框图；
图4A是示出与准直器集成的示例光引擎的框图；
图4B是示出与光学相控阵列集成的示例光引擎的框图；
图5是示出包括多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统的框图；
图6是示出包括布置于平面上的多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统的框图；以及
图7是示出包括布置于弯曲边缘上的多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统的框图。
具体实施方式
现在参考附图对各个方面进行描述。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对一个或多个方面的透彻理解。然而，很明显，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些方面。
在本公开中，术语“包括(comprising)”和“包括(including)”及其派生词意味着包含(contain)而不是限制；术语“或者”也包括在内，表示和/或。
在本说明书中，用于说明本公开的原理的以下各实施方式仅用于说明目的，因而不应被理解为以任何方式限制本公开的范围。结合附图进行的以下描述是为了便于对由权利要求及其等同物限定的本公开的说明性实施方式的透彻理解。以下描述中有具体的细节以便于理解。然而，这些细节仅仅是为了说明的目的。因此，本领域技术人员应该理解，在不超出本公开的范围和精神的情况下，可以对本说明书中示出的实施方式进行各种替换和修改。另外，为了清楚和简洁的目的，没有描述一些已知的功能和结构。此外，在所有附图中，相同的附图标记表示相同的功能和操作。
图1是示出发射的激光束和接收的激光束之间的关系的图。
如图所示，传统的调频连续波LiDAR系统可以配置为对通常来自激光光源的光进行传输。在一些示例中，发射光的频率可以随时间变化，使得光频变化可以在如图1所示的时间-频率图中呈现为三角形。调频光可以包括光频随时间增加的第一半周期和光频随时间减少的第二半周期。传输的光将分成两部分。第一部分将被发射并且在一段时间后从物体表面被反射，并由LiDAR系统接收。接收到的光的频率变化也可以在时间-频率图中呈现为三角形，这是由于反射只会引入时间延迟，而不会改变传输的光的频率。随后，LiDAR系统可以检测所传输的光的第二部分和所接收的光之间的稳定频率差。LiDAR系统的处理器可以配置为根据以下公式计算LiDAR系统和物体表面之间的距离：
Figure BDA0002731395040000031
其中d表示距离，Δf表示频率差，c表示光速，α表示光频随时间变化的斜率。
图2是示出示例连续波LiDAR系统中的示例光引擎的框图。
如图所示，示例连续波LiDAR系统可以包括一个或多个光引擎(例如光引擎200)，该一个或多个光引擎配置为生成和接收一个或多个光束。在一些示例中，光引擎200可以集成在半导体芯片上以减小示例连续波LiDAR系统的尺寸。光引擎200的组件可以以芯片上的半导体模块的形式实现。光引擎200可以包括激光光源202或者耦接到外部激光光源。在一些示例中，激光光源202可以通过啁啾驱动直接调制。也就是说，控制激光光源202的驱动信号可以以随时间变化的强度输入到激光光源202，使得激光光源202的输出光频在时间-频率图中被成形为图1中的光脉冲。在一些其他示例中，激光光源202还可以包括接收调制信号的调制器。调制器可以配置为基于调制信号调制光束，以产生具有图1中的频率变化的输出光。
光引擎200还可以包括分光器204，分光器204配置为接收从激光光源202输出的光束，并且进一步将光束分成第一部分和第二部分。第一部分可以被传输到光发射器206，第二部分可以被传输到耦合器208。第一部分和第二部分在任何时间点都具有相同的频率。因此，第一部分和第二部分在时间-频率图中在分光器204处是一致的。
光发射器206可以配置为以预定角度发射光束的第一部分。当光束的发射的第一部分从物体表面反射时，光束的反射的第一部分可以被光接收器210接收。所反射的第一部分可以进一步传输到耦合器208。光束的第二部分和所反射的光束的第一部分可以在耦合器208中混合，并进一步传输到平衡检测器212。
如图2至图2D所示，光发射器206和光接收器210可以连接到光引擎200的两个不同端口。在其他图中所示的示例中，可以将光发射器206和光接收器210集成并且共享同一端口。半导体芯片上的端口可以指终止于芯片边缘且使用于光耦合进出的面或模式扩展部分曝光的片上波导。
所返回的光和所传输的光的第二部分将在耦合器208中混合，并且混合的信号将分成两个分支，并被馈送到平衡检测器212中。
平衡检测器212检测信号，并从两个分支中去除普通的噪声和DC信号。由212检测到的信号频率是反射光和发射光之间的频率差，将用于计算距离。在确定差拍信号频率的基础上，处理单元可以根据前述公式进一步计算光引擎200和物体表面之间的距离。
图2A是示出与光学准直系统集成的示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以耦接到光学准直系统224。光学准直系统224可以包括凸透镜或者包括一个或多个透镜的多透镜系统。光学准直系统224可以配置为对所发射的光束的第一部分进行准直，并收集所反射的光束的第一部分。
图2B是示出通过光纤与两个光学准直系统集成的示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以通过光纤230耦接到两个光学准直系统226和228。光学准直系统228可以配置为对从光发射器206发射的并且经由光纤230的光束的第一部分进行准直。光学准直系统226可以配置为收集所反射的光束的第一部分，并将光耦合到光接收器210中。
图2C是示出与三端口循环器集成的示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以耦接到三端口循环器234。三端口循环器234可以包括用于接收和传输光的三个端口，例如分别是端口1、端口2和端口3。在一些示例中，在端口1处接收的光可以传输到端口2，并且类似地，从端口2接收的光可以传输到端口3。传输到端口2的光可以进一步传输到光学准直系统232。
图2D是示出与光学相控阵列(OPA)集成的示例光引擎的框图。在一些示例中，可以设置光学相控阵列(OPA)222，以将所发射的光束的第一部分导向第一方向。在至少一些示例中，OPA 222可以与光引擎200集成在同一光子芯片上。光学相控阵列(OPA)可以指无线电波相控阵列的光学模拟。通过在微观尺度上动态控制表面的光学特性，可以引导光的方向。在至少一些示例中，OPA 222可以与光引擎200集成在同一光子芯片上。除了OPA 222引导发射的光束之外，替代引导装置也可以配置为在垂直于第一方向的方向上引导所发射的光束的第一部分。替代引导装置可以是光栅、镜式检流计、多面镜、MEMS镜或者OPA与上述装置的组合。
图3是示出另一示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以包括集成有光发射器和光接收器的偏振分光装置302。偏振分光装置302可以包括分别接收和传输光的三个端口。光束的第一部分可以在端口1处输入到偏振分光装置302，而不管其偏振如何，并且从端口2输出。在端口2处接收的光可以基于偏振被分光，并分别传输到端口1和端口3。例如，在端口2处接收的横向电(TE)偏振光可以传输到端口1，在端口2处接收的横向磁(TM)偏振光可以传输到端口3，并进一步传输到耦合器208。
图3A是示出耦接到四分之一波片的示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以与四分之一波片304和准直器306集成在一起。在一些示例中，四分之一波片304可以位于准直器306和光引擎200之间。在一些其他示例中，准直器306可以放置在四分之一波片304和光引擎200之间。
图3B是示出与光学相控阵列集成的示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以耦接到配置为引导光的方向的OPA 222。在至少一些示例中，OPA 222可以与光引擎200集成在同一光子芯片上。在一些示例中，四分之一波片304还可以耦接到OPA 222。除了引导发射的光束的OPA 222之外，替代引导装置也可以配置为在垂直于第一方向的方向上引导光束的发射的第一部分。替代引导装置可以是光栅、镜式检流计、多面镜、MEMS镜或者OPA与上述装置的组合。
图4是示出另一示例光引擎的框图。如图所示，光引擎200可以包括1×2耦合器402，该1×2耦合器402配置为从分光器204接收光束的第一部分并输出光束的第一部分。该1×2耦合器402还配置为接收所反射的光束的第一部分，并将所反射的光束的第一部分传输到耦合器208。
该1×2耦合器402可以指集成在与光引擎200相同的半导体芯片上或者在光引擎200外部的三端口光学组件。在一些示例中，输入到端口1的光可以传输到端口2，有50％的光损失。类似地，传输到端口3中的光可以传输到端口2，有50％的光损失。在端口2处接收的光可以被均匀地分配到端口1和端口2。也就是说，在端口2处接收的光的50％可以传输到端口1，而另外的50％可以传输到端口3。
图4A是示出耦接到准直器的示例光引擎的框图。如图所示，包括1×2耦合器402的光引擎200可以耦接到准直器404。准直器404可以配置为准直从端口2发射的光并收集返回的光。
图4B是示出耦接到光学相控阵列的示例光引擎的框图。如图所示，包括1×2耦合器402的光引擎200可以耦接到OPA 222，OPA 222配置为引导从端口2发射的光。在至少一些示例中，OPA 222可以与光引擎200集成在同一光子芯片上。除了引导发射的光束的OPA 222之外，替代引导装置也可以配置为在垂直于第一方向的方向上引导光束的发射的第一部分。替代引导装置可以是光栅、镜式检流计、多面镜、MEMS镜或者OPA与上述装置的组合。
图5是示出包括多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统500的框图。
如图所示，示例连续波LiDAR系统500可以包括多个光引擎(并且该光引擎可以使用图2至图4B中描述的架构)，例如光引擎501、511、521等。同样，系统500可以与包括OPA在内的许多其他引导系统相结合，以形成完整的LiDAR系统。示例连续波LiDAR系统虽然包括多个光引擎，但也可以集成在单个半导体芯片上，以使得整个系统的尺寸可以最小化。值得注意的是，尽管光引擎501包括利用芯片上不同端口的光发射器506和光接收器510，但是其他光引擎可以包括集成在同一端口中的光接收器和光发射器。
在一些未示出的例子中，光引擎中的每一个可以包括激光光源。在一些其他示例中，外部激光光源502可以配置为提供多个光束分别到每个光引擎。这里示出的每个光引擎可以包括与光引擎200中的组件相似的组件，例如，分光器504、光发射器506、耦合器508、光接收器510、平衡检测器512。
每个光引擎可以独立操作。例如，每个光引擎可以配置为以预定角度发射光，使得整个系统可以同时检测系统和多个点之间的距离，从而在总体上提高示例连续波LiDAR系统的效率和性能(例如，分辨率等)。
图6是示出包括布置于平面上的多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统600的框图。
如图所示，示例连续波LiDAR系统600可以包括多个光引擎601、611、621等。多个光引擎中的每一个可以配置为执行与光引擎200、501、511、521等相似的操作并且包括相似的组件。类似地，多个光引擎601、611、621等也可以集成在单个半导体芯片上。在一些示例中，光引擎601、611、621等可以布置在平面芯片边缘。从光引擎输出的各自的光脉冲可以通过准直器并朝预设角度行进。
如图所示，两个光引擎之间的距离可以表示为d，空间中的角间距可以表示为Δα，并且可以由每个光引擎的预设角度之间的差(例如，α1-α2)来确定。Δα的目的是将每个光引擎设置为朝向不同的方向发射并检测不同的方向，使得作为一个整体的光引擎阵列将覆盖空间中所有感兴趣的方向(即角度)。为了实现这一点，芯片边缘需要恰好放置在准直透镜的焦平面上，离准直透镜有一定距离。在将光引擎布置在距准直器620一定距离处并且彼此定位的示例中，来自光引擎的发射光可以由准直器620定向到不同的方向以覆盖感兴趣的空间。
图7是示出包括布置于弯曲表面上的多个光引擎的示例片上连续波LiDAR系统700的框图。
如图所示，示例连续波LiDAR系统700可以包括多个光引擎701、711、721等。多个光引擎中的每一个可以配置为执行与光引擎200、501、511、521等相似的操作并且包括相似的组件。类似地，多个光引擎701、711、721等也可以集成在单个半导体芯片上。
既然将光引擎的光接收器放置在各自的焦点处以实现最佳耦合可能是最佳的，那么可以将多个光引擎701、711、721等布置在弯曲的芯片边缘上。可以基于准直器720的前曲率、准直器720的后曲率以及准直器720的折射率确定弯曲的芯片边缘的曲率。在集成了一个或多个准直器(或准直透镜)的一些非限制性示例中，曲率可以基于以下公式来确定：
Figure BDA0002731395040000081
其中ri表示一个或多个准直器中的一个的第i表面的半径，ni+1和ni分别表示准直器720表面的第一侧面和第二侧面的反射指数，i开始于准直器的最外表面。
在以上描述中，本公开的每个实施方式都是参考某些说明性实施方式来说明的。显然，在不超出由所附权利要求所提出的本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对每个实施方式进行各种修改。相应地，说明书和附图应该被理解为仅仅是说明性的，而不是限制性的。应当理解，所公开的过程中的步骤的特定顺序或层次结构是对示例性方法的说明。基于设计偏好，可以理解，可以重新安排过程中的步骤的特定顺序或层次结构。此外，可以合并或省略一些步骤。所附方法权利要求以示例顺序呈现各个步骤的要素，并不意味着仅限于所呈现的特定顺序或层次结构。
提供前面的描述是为了使本领域的任何技术人员能够实践本文所描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的，并且本文定义的一般原理可以应用于其他方面。因此，权利要求不旨在限于本文所示的方面，而是符合与语言权利要求一致的全部范围，其中除非另有说明，否则引用单数形式的元素不旨在表示“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。除非另有说明，术语“一些”是指一个或多个。本领域普通技术人员已知的或以后将会知道的本文所描述的各个方面的元素的所有结构上和功能上的等同物通过引用被明确地并入本文，并且旨在被权利要求所涵盖。此外，无论在权利要求中是否明确记载了这种公开，本文所公开的任何内容都不旨在专用于公众。除非使用短语“用于……的手段方式”明确地记载该要素，否则任何权利要求要素都不应被解释为功能性限定。
此外，术语“或”意在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明，或者从上下文中清楚得知，否则短语“X使用A或B”旨在表示任何自然的包含置换。也就是说，短语“X使用A或B”由以下任一实例满足：X使用A；X使用B；或者X既使用A也使用B。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一个(a)”和“一个(an)”通常应被解释为表示“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中清楚得知指向单数形式。

Claims (12)

1.一种连续波光探测和测距(LiDAR)系统，包括：
一个或多个激光光源，配置为产生一个或多个光束，其中所述光束的光频以预定模式调制；以及
一个或多个光引擎，配置为分别接收一个或多个所述光束，其中一个或多个所述光引擎中的每一个包括：
光发射器，配置为：
接收所述光束中的一个光束的第一部分，以及
以预定角度发射所述光束的所述第一部分；
光接收器，配置为：
接收从物体反射的所述光束的所述第一部分，以及
将所反射的所述光束的所述第一部分传输到平衡检测器，其中所述平衡检测器配置为检测所反射的所述光束的所述第一部分与所传输的所述光束的第二部分之间的差拍。
2.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，还包括距离处理器，所述距离处理器配置为基于所反射的所述光束的所述第一部分和所传输的所述光束的所述第二部分之间的频率差来计算距离。
3.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，其中所述光发射器和所述光接收器分别连接到两个端口。
4.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，其中所述光发射器和所述光接收器通过偏振分光装置集成到同一端口。
5.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，其中所述光发射器和所述光接收器通过1×2耦合器集成到同一端口。
6.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，其中一个或多个所述光引擎的所述光发射器布置于弯曲的芯片边缘上。
7.根据权利要求6所述的连续波LiDAR系统，其中所述弯曲的芯片边缘的曲率基于准直器的前曲率、所述准直器的后曲率和所述准直器的折射率来确定。
8.根据权利要求4所述的连续波LiDAR系统，所述连续波LiDAR系统与四分之一波片集成，所述四分之一波片配置为将所发射的所述光束的发射的所述第一部分转换成圆偏振光束，并将返回的光转换回垂直于所发射的光的线性偏振，并耦合到所述偏振分光装置中。
9.根据权利要求1所述的连续波LiDAR系统，所述连续波LiDAR系统与光束引导装置集成，所述光束引导装置配置为在不同方向上引导发射的所述光束的所述第一部分，并接收所反射的光的所述第一部分。
10.根据权利要求9所述的光束引导装置，所述光束引导装置包括选自由光学相控阵列、光栅、镜式检流计、多面镜、MEMS镜组成的组中的装置。
11.根据权利要求7所述的连续波LiDAR系统，还包括辅助引导装置，所述辅助引导装置配置为在空间中的不同方向引导所发射的所述光束的所述第一部分。
12.根据权利要求10所述的连续波LiDAR系统，其中所述辅助引导装置包括选自由光学相控阵列、光栅、镜式检流计、MEMS镜、多面镜或这些装置的组合组成的组中的装置。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5164784A (en) 1992-01-17 1992-11-17 The Boeing Company CW doppler lidar
JP2013238474A (ja) * 2012-05-15 2013-11-28 Mitsubishi Electric Corp レーザーレーダー装置
US20160266322A1 (en) 2015-03-12 2016-09-15 Samtec, Inc. Optical module including silicon photonics chip and coupler chip
US11585899B2 (en) * 2017-03-01 2023-02-21 Pointcloud Inc. Modular three-dimensional optical sensing system
US10338321B2 (en) 2017-03-20 2019-07-02 Analog Photonics LLC Large scale steerable coherent optical switched arrays
KR102430667B1 (ko) 2017-03-24 2022-08-09 주식회사 히타치엘지 데이터 스토리지 코리아 거리 측정 장치
US10545240B2 (en) 2017-03-28 2020-01-28 Luminar Technologies, Inc. LIDAR transmitter and detector system using pulse encoding to reduce range ambiguity
US11226403B2 (en) 2017-07-12 2022-01-18 GM Global Technology Operations LLC Chip-scale coherent lidar with integrated high power laser diode
US11340339B2 (en) * 2017-12-22 2022-05-24 Waymo Llc Systems and methods for adaptive range coverage using LIDAR
KR20240006715A (ko) * 2018-08-10 2024-01-15 오로라 오퍼레이션스, 인크. 콜리메이트된 빔들의 팬을 이용한 코히런트 lidar의 스캐닝을 위한 방법 및 시스템
US11579294B2 (en) 2018-09-14 2023-02-14 GM Global Technology Operations LLC Lidar system with integrated frequency shifter for true doppler detection
US11709240B2 (en) * 2018-10-18 2023-07-25 Aeva, Inc. Descan compensation in scanning LIDAR

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115421151A (zh) * 2022-11-02 2022-12-02 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 激光雷达

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