CN114270210A - 靠近焦平面的窗口遮挡成像器 - Google Patents

靠近焦平面的窗口遮挡成像器 Download PDF

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Abstract

本公开涉及光学系统及其操作方法。示例光学系统包括光学部件和被配置为发射光信号的一个或多个光源。光信号与光学部件相互作用以提供相互作用光信号。光学系统还包括检测器，其被配置为检测相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号。光学系统附加地包括控制器，其被配置为执行操作，包括使一个或多个光源发射光信号和从检测器接收检测到的光信号。操作还包括基于检测到的光信号确定一个或多个缺陷与光学部件关联。

Description

靠近焦平面的窗口遮挡成像器
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年8月6日提交的美国专利申请第16/532,688号的权益，其内容通过引用并入本文。
背景技术
光检测和测距(LIDAR)设备可以通过将光脉冲发射到环境中并确定每个光脉冲的相应飞行时间来估计到给定环境中的对象的距离。每个光脉冲的飞行时间可用于估计到环境中的反射对象的距离和/或创建指示环境中的反射对象的三维点云。然而，沿着光脉冲的光路的光学像差和/或缺陷会导致错误的点云和/或距离信息。
发明内容
示例实施例涉及用于检测LIDAR设备或另一类型的光学系统(例如，相机)的光学部件上的遮挡(例如，存在碎屑)或光学部件内的缺陷(例如，裂缝、杂质、划痕、空隙、气泡等)的方法和系统。
在第一方面，提供了一种光学系统。该光学系统包括光学部件和被配置为发射光信号的一个或多个光源。光信号与光学部件相互作用以提供相互作用光信号。该光学系统还包括检测器，该检测器被配置为检测相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号。该光学系统附加地包括具有至少一个处理器和至少一个存储器的控制器。至少一个处理器执行存储在至少一个存储器中的指令以执行操作。操作包括使一个或多个光源发射光信号并从检测器接收检测到的光信号。该操作附加地包括基于检测到的光信号确定一个或多个缺陷与光学部件关联。
在第二方面，提供了一种方法。该方法包括使一个或多个光源发射光信号。光信号与光学系统的光学部件相互作用以提供相互作用光信号。该方法还包括通过布置在光学系统的外壳内的检测器检测相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号。该方法附加地包括基于检测到的光信号确定一个或多个缺陷与光学部件关联。
在适当的情况下参考附图，通过阅读以下详细描述，其他方面、实施例和实施方式对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据示例实施例的与环境相互作用的光学系统。
图2A示出了根据示例实施例的光学系统。
图2B示出了根据示例实施例的图2A的光学系统的一部分。
图2C示出了根据示例实施例的图2A的光学系统的一部分。
图2D示出了根据示例实施例的图2A的光学系统的一部分。
图2E示出了根据示例实施例的图2A的光学系统的一部分。
图3A示出了根据示例实施例的光学系统。
图3B示出了根据示例实施例的图3A的光学系统的一部分。
图3C示出了根据示例实施例的图3A的光学系统的一部分。
图4示出了根据示例实施例的光学系统的图像。
图5A示出了根据示例实施例的载具。
图5B示出了根据示例实施例的载具。
图5C示出了根据示例实施例的载具。
图5D示出了根据示例实施例的载具。
图5E示出了根据示例实施例的载具。
图6示出了根据示例实施例的方法。
具体实施方式
本文描述了示例方法、设备和系统。应当理解，本文使用的词语“示例”和“示例性”的意思是“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例”或“示例性”的任何实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征优选或有利。可以使用其他实施例，并且可以做出其他改变，而不背离本文提出的主题的范围。
因此，本文描述的示例实施例不意味着限制。本文大体描述并在图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置被布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被设想。
此外，除非上下文另有说明，否则每个图中所示的特征可以相互结合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个整体实施例的组成方面，但应理解并非所有图示的特征对于每个实施例都是必需的。
一、概述
相机和图像传感器是用于捕获场景的图像的设备。一些相机(例如胶卷相机)在胶卷上以化学方式捕获图像。其他相机(例如，数码相机)以电学方式捕获图像数据(例如，使用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器)。可以分析相机捕获的图像以确定其内容。例如，处理器可以执行机器学习算法，以基于包括对象的形状、颜色、大小等的先前分类的对象的库来识别场景中的对象(例如，这样的机器学习算法可以应用于机器人或其他应用中的计算机视觉)。
相机可以具有能够将一种相机与另一种相机区别开的多种特征。例如，相机和/或相机捕获的图像可以通过诸如光圈大小、f数、曝光时间、快门速度、景深、焦距、国际标准化组织(ISO)感光度(或增益)、像素大小、传感器分辨率、曝光距离等的值来识别。这些特征可以基于透镜、图像传感器和/或相机的其他方面。此外，这些特征也可以在单个相机内能够进行调整(例如，可以在照片之间调整相机上透镜的光圈)。
光检测和测距(LIDAR)设备可以估计或用于估计到给定环境中的对象的距离。例如，LIDAR系统的发射器子系统可以发射近红外光脉冲，该脉冲可以与LIDAR系统的环境中的对象相互作用。至少一部分光脉冲可以朝向LIDAR被重新引导回(例如，由于反射或散射)并由接收器子系统检测。常规的接收器子系统可以包括多个检测器和对应的控制器，该控制器被配置为以高时间分辨率(例如，～400ps)确定各个光脉冲的到达时间。LIDAR系统和给定对象之间的距离可以基于与给定对象相互作用的对应光脉冲的飞行时间来确定。此外，来自LIDAR设备的数据可用于基于光检测器检测到的脉冲生成点云(例如，三维点云)。
在一些情况下，相机或LIDAR设备内的光学部件的缺陷可能会导致对应捕获的图像或生成的点云内的像差。例如，划痕、裂缝、污迹、变形、碎屑、空隙、气泡、杂质、劣化、变色、不完美的透明度、翘曲或冷凝等可能会导致来自场景的光被引导到图像传感器/光检测器的非预期/不正确区域，可能会阻止来自场景的光到达图像传感器/光检测器，或者可能会以其他方式在光到达图像传感器/光检测器之前修改来自场景的光(例如，修改偏振或波长)。这样的像差可能会导致不正确的对象识别、距离确定或其他误差。继而，这样的误差可能会影响从相机或LIDAR设备接收数据的自主载具的操作。
示例实施例涉及用于检测LIDAR设备或相机的光学部件上的遮挡(例如，存在碎屑)或光学部件内的缺陷(例如，裂缝、杂质、划痕、空隙、气泡等)的方法和系统。例如，示例方法和系统可涉及检测LIDAR设备的外部窗口上的污染(例如，污垢、水、冰等)。
本文公开的检测技术可以包括从光源发射光信号以照射正在对其执行诊断测试的光学部件。在一些实施例中，光源可以照射光学部件的一个或多个表面。作为示例，光学部件的被照射表面可以由位于或靠近光学系统的焦平面的一个或多个相机成像。在一些实施例中，相机可以结合到光学系统的主图像传感器中。在其他实施例中，相机可以安装在光学系统的外壳内的其他位置，以对光学部件进行成像，从而针对遮挡特征(例如，污垢、水、冰等)或其他类型的像差引起元素(例如，裂缝、划痕等)对其进行检查。基于相机捕获的图像，可以识别缺陷或遮挡。
在这样的场景中，相机可以包括位于LIDAR或相机系统的主图像传感器上的局部或分布式像素组。此外，用于像差检测的主图像传感器上的像素可以光学耦合到透镜和/或其他光学元件，从而可以在图像捕获时重建光学部件的图像。例如，透镜可以包括一个或多个微透镜，其耦合到主图像传感器的像差感测部分。
在其他实施例中，从光源发射的光可以在光学部件的一端(例如，沿着光学窗口的边缘)耦合到光学部件中。此后，光可以经由全内反射(TIR)传播通过光学部件的主体。如果光学部件上不存在遮挡或光学部件内不存在缺陷，则光信号可以传播到光学部件的相对端(例如，在此它被吸收性挡板吸收，耦合出光学部件进入自由空间，或由光检测器检测)。然而，如果光学部件上存在遮挡或光学部件内存在缺陷，则光信号可能被重新引导(例如，到相机系统/LIDAR设备的光检测器或到用于检测遮挡/缺陷的单独的光检测器)和/或至少部分地被吸收。基于对光信号的检测(例如，基于光信号的强度和/或光信号的存在)，可以识别缺陷/遮挡的存在(例如，通过计算设备执行存储在非暂时性计算机可读介质上的指令)。
在一些实施例中，还可以基于光信号的强度和/或存在来确定存在于光学部件内/上的缺陷/碎屑的类型(例如，光学部件中的裂缝与光学部件上的泥)。例如，光源可以包括一个或多个发光二极管(LED)或激光器。在各种实施例中，LED或激光器可以邻近光学元件定位(例如，在阵列中)和/或嵌入光学部件内。此外，可以将光源发射的光信号的光学质量(例如，波长和/或偏振)预先确定为与可能潜在地遮挡光学部件的各种类型的碎屑(例如，泥、树叶、昆虫、雨水、雪等)对应。例如，可以由光源产生已知从树叶反射或在有机荧光化合物中生成荧光的波长。附加地或替代地，可以将光源发射的光信号的光学质量(例如，波长和/或偏振)预先确定为与可能潜在地存在于光学部件内的各种类型的缺陷(例如，裂缝、变形、气泡等)对应。
为了实现全内反射，可以基于光学部件和周围介质的折射率将光信号以实现全内反射的角度耦合到光学部件中(例如，光信号可以以相对高的入射角耦合到光学部件中)。在一些实施例中，光学部件可以是相机系统或LIDAR系统的外部或内部透镜。替代地，光学部件可以是放置在相机/LIDAR系统的光学器件和外部环境之间的外部光学窗口(例如，圆顶)。在使用外部光学窗口的实施例中，外部光学窗口可以被设计成增强光信号的全内反射。例如，外部光学窗口可以相对较薄，使得光信号的反射角相对于外部光学窗口的曲率相对较浅(例如，从而确保满足全内反射条件)。在各种实施例中，这样的外部光学窗口可以成形为半球形或者可以成形为半圆柱体。
可以以重复的间隔执行诊断测试，以确保LIDAR设备/相机的正确功能。例如，可以每天、每小时、每分钟、每三十秒、每五秒、每秒、每500ms、每100ms、每50ms、每10ms、每5ms、每1ms等执行诊断测试，以确定对应的光学部件上或中是否存在缺陷。在检测到与对应的光学部件关联的缺陷时，可以采取纠正措施。例如，光学部件可以被清洁(例如，使用挡风玻璃雨刷)、修理(例如，由维护技师)、替换(例如，用新的光学部件)、重新对准等。此外，采取的纠正措施可以与检测到的缺陷类型对应。例如，如果检测到光学部件上的遮挡，则可以接合挡风玻璃雨刷，而如果检测到光学部件中的裂缝，则可以订购和/或安装替换光学部件。
更进一步，在一些实施例中，也可以使用升级方案。例如，如果检测到缺陷，则可以使用光学部件的清洁例程。在使用清洁例程之后，可以执行另一次诊断测试。如果光学部件上/中仍然存在相同的缺陷，则可以使用重新对准/重新校准例程。如果在执行附加的诊断测试之后，缺陷仍然存在于光学部件上/中，则可以安装替换光学部件。如果在执行再另一次诊断测试之后，光学部件上/中仍然存在缺陷，则可以停用LIDAR系统/相机。如果在任何中间诊断测试期间检测到缺陷已被纠正，则可以重置升级方案并且可以不执行附加的检测事件。
二、示例光学系统
图1示出了根据示例实施例的光学系统100。光学系统100包括光学部件110和一个或多个光源120。在各种实施例中，光学部件110可以包括透镜。在这样的情况下，光学部件110可以包括一个或多个平凸透镜、棱镜透镜、柱面透镜、圆锥透镜和/或其他类型的透镜。然而，其他类型的光学部件，诸如滤光器、胶片、反射镜、窗口、漫射器、光栅和/或棱镜也被考虑并且是可能的。
在示例实施例中，一个或多个光源120可以包括发光二极管(LED)、激光器、LED阵列或激光器阵列。应当理解，在本公开的上下文中，其他发光器件也被考虑并且是可能的。在这样的情况下，光源120可以被配置为发射光信号122。光信号122与光学部件110相互作用以提供相互作用光信号124。
光学系统100还包括检测器130。检测器130可以是光敏器件，其被配置为检测相互作用光信号124的至少一部分作为检测到的光信号126。在一些情况下，检测器130可以包括以下中的至少一种：电荷耦合器件(CCD)、CCD的一部分、相机的图像传感器或相机的图像传感器的一部分。附加地或替代地，检测器130可以包括硅光电倍增管(SiPM)、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩检测器(SPAD)、低温检测器、光电二极管或光电晶体管。其他光敏器件或系统在本文中也是可能并且被考虑。
在一些实施例中，光学系统100可以包括图像传感器140。例如，图像传感器140可以包括多个电荷耦合器件(CCD)元件和/或多个互补金属氧化物半导体(CMOS)元件。在一些实施例中，光学系统100可以包括多个图像传感器。在示例实施例中，图像传感器140可以被配置为检测红外光谱(例如，约700纳米到约1000纳米)和/或可见光谱(例如，约400纳米到约700纳米)内的光。使用图像传感器140来感测其他光谱范围内的光(例如，具有8-12微米之间的波长的长波长红外(LWIR)光)在本文中也是可能并且被考虑。
可以根据图像传感器格式来配置(例如，设置大小或尺寸)图像传感器140。例如，图像传感器140可以包括全画幅(例如，35mm)格式传感器。附加地或替代地，图像传感器140可以包括“截幅传感器”格式，诸如APS-C(例如，对角线28.4mm)或一英寸(例如，对角线15.86mm)格式。在本公开的范围内，其他图像传感器格式也被考虑并且是可能的。
光学系统100附加地包括控制器150。在一些实施例中，控制器150可以是电耦合到图像传感器140的读出集成电路(ROIC)。控制器150包括现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中的至少一种。附加地或替代地，控制器150可以包括一个或多个处理器152和存储器154。一个或多个处理器152可以包括通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器等)。一个或多个处理器152可以被配置为执行存储在存储器154中的计算机可读程序指令。在一些实施例中，一个或多个处理器152可以执行程序指令以提供本文描述的功能和操作中的至少一些。
存储器154可以包括可由一个或多个处理器152读取或访问的一个或多个计算机可读存储介质或采取这样的形式。一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储部件，例如光学、磁、有机或其他存储器或盘存储装置，其可以整体或部分地与一个或多个处理器152中的至少一个集成。在一些实施例中，存储器154可以使用单个物理设备(例如，一个光学、磁、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，存储器154可以使用两个或更多个物理设备来实现。
如上所述，存储器154可以包括与光学系统100的操作相关的计算机可读程序指令。至少一个处理器152执行存储在至少一个存储器154中的指令以执行操作。
所述操作包括使一个或多个光源120发射光信号122。在一些实施例中，光信号122可以被发射通过光学部件110并且朝向光学系统100的环境10。
操作还包括从检测器130接收检测到的光信号126。
操作还包括基于检测到的光信号126确定一个或多个缺陷118与光学部件110关联(例如，存在于光学部件110的主体116中或光学部件110的表面(包括第一光学部件表面112和/或第二光学部件表面114)上)。
图2A示出了根据示例实施例的光学系统200。光学系统200可以与光学系统100相似或相同。一些实施例可以包括放置在图像传感器的焦平面处或附近的小型相机和LED照明器。在这样的情况下，图像平面可能足够稀疏以便为遮挡检测相机提供空间，而不会在图像中造成实质性遮挡。
例如，在一些实施例中，光学系统200可以包括光轴206。光学系统200还可以包括限定焦平面202的沿着光轴206的焦距204。在各种实施例中，光学系统200可以包括多个光学元件(例如，透镜)110b-110g。例如，光学元件110b-110g可以包括光学透镜组的透镜。
在一些实施例中，图像传感器140可以沿着焦平面202布置。在这样的情况下，检测器130也可以沿着焦平面202布置。
如图2A所示，在一些实施例中，检测器130可以被布置成沿着光检测轴检测检测到的光信号126，其中，光检测轴相对于光轴206以非零偏置角210布置(例如，至少离轴5度)。
图2B示出了根据示例实施例的图2A的光学系统200的一部分220。在一些实施例中，图像传感器140可以包括多个光电检测器元件222(例如，256像素、1000像素、高达20兆像素或更多)。在这样的情况下，检测器130可以包括光电检测器元件222的至少一部分。例如，检测器130可以包括百万像素级图像传感器阵列的100×100像素。应当理解，检测器130可以包括整个图像传感器140的更多或更少的光电检测器元件。
图2C示出了根据示例实施例的图2A的光学系统200的一部分230。如图2C所示，图像传感器140可以包括多个检测器(例如，检测器130a和检测器130b)。例如，多个检测器可以与图像传感器140的多个像素对应。
图2D示出了根据示例实施例的图2A的光学系统200的一部分240。如图2D所示，检测器130可以包括在检测器的第一区域上的第一滤光器242和在检测器130的第二区域上的第二滤光器244。在这样的情况下，第一滤光器242和第二滤光器244可以被配置为选择不同的波长范围(例如，光谱通带)。
在一些实施例中，检测器130可以包括一个或多个微透镜246。(一个或多个)微透镜246可以光学耦合到检测器130、第一滤光器242和/或第二滤光器244。
在一些实施例中，与第一滤光器242对应的波长范围可以包括光信号122的波长。附加地或替代地，与第二滤光器244对应的波长范围可以被配置为不包括光信号122的波长。在这样的情况下，控制器150执行的操作还可以包括将检测器130的第一区域提供的第一图像部分与检测器130的第二区域提供的第二图像部分进行比较。基于比较，可以确定一个或多个缺陷(例如，划痕、虫子、污垢、水、雪、裂纹等)中的至少一个的缺陷类型。
图2E示出了根据示例实施例的图2A的光学系统200的一部分250。在一些实施例中，光信号122的波长可以与有机荧光化合物(例如，荧光团)的激发波长对应。在这样的情况下，检测器130可以包括使有机荧光化合物的发射波长通过而阻挡有机荧光化合物的激发波长的滤光器(例如，第一滤光器242)。在这样的情况下，检测到的光信号126的至少一部分可以包括发射波长。在一些实施例中，操作还可以包括基于检测到的光信号126确定一种或多种有机荧光化合物(例如，缺陷118)存在于光学部件110a的表面上。这样的特征可以提供关于缺陷118是否可能是具有特定有机荧光化合物的昆虫(例如，萤火虫“飞溅物”)的信息。
图3A示出了根据示例实施例的光学系统300。光学系统300可以在各个方面与参考图1和2A-2E所示和描述的光学系统100和/或光学系统200相似或相同。在一些实施例中，光信号122可以被引导到光学元件110a的主体116中，从而经由全内反射302在光学元件110a的主体116内反射。在一些实施例中，光信号122可以以期望的角度引导到主体116中以实现全内反射302。
在示例实施例中，一个或多个光源120可以定位在光学部件110a的第一端304附近。在这样的情况下，光信号122可以经由第一端304光学耦合到光学部件110a中。
图3B示出了根据示例实施例的图3A的光学系统300的一部分320。在这样的情况下，检测器130可以定位在与光学部件110a的第一端304相对的光学部件110a的第二端322处。
附加地或替代地，光学部件110a可以被附着成型在一个或多个光源120上，使得一个或多个光源120至少部分地嵌入光学部件110a内。因此，一个或多个光源120可以嵌入到光学部件110a内或以其他方式光学地和物理地耦合到光学部件110a。
图3C示出了根据示例实施例的图3A的光学系统300的一部分330。在一些示例中，光学部件110a可以是外部光学窗口(例如，透明外壳)。在这样的情况下，外部光学窗口可以是弯曲的(例如，半球形或半圆柱形)。应当理解，外部光学窗口可以具有其他形状或形式。
图4示出了根据示例实施例的光学部件的各种图像400。图像400可以包括来自图像传感器(例如，图像传感器140)和/或检测器(例如，检测器130)的输出。作为示例，图像400可以包括来自光学部件110a的内表面的图像。然而，可以对其他光学部件进行成像，如本文其他地方所述。
在各种实施例中，图像400可以示出无窗口402、白色漫射器404、水滴406、尺子408、干净的窗口410、脏的窗口412和其他异物414。在一些实施例中，各种图像400可以经受控制器150和/或另一计算设备的图像分析。在这样的情况下，控制器150和/或另一计算设备可以基于图像分析来确定遮挡类型(例如，水滴、干净/脏的窗口等)。
在一些实施例中，结合光学系统100、光学系统200和/或光学系统300的一个或多个传感器单元可以附接或以其他方式安装到载具，如下所述。
三、示例载具
图5A、5B、5C、5D和5E示出了根据示例实施例的载具500。载具500可以是半自主或全自主载具。虽然图5将载具500示为汽车(例如，客货车)，但应当理解，载具500可以包括能够使用传感器和关于其环境的其他信息在其环境中导航的其他类型的自主载具、机器人或无人机。
载具500可以包括一个或多个传感器系统502、504、506、508和510。在一些实施例中，传感器系统502、504、506、508和510可以包括关于图1、2A-2E和3A-3C所示和描述的光学系统100、200和/或300。换言之，本文别处描述的光学系统可以耦合到载具500和/或可以与载具500的各种操作结合使用。作为示例，可以在传感器系统502、504、506、508和510中或与传感器系统502、504、506、508和510结合实现光学系统100、200和/或300，该传感器系统可用于载具500的自动驾驶或其他类型的导航、规划和/或绘图操作。
虽然一个或多个传感器系统502、504、506、508和510示为在载具500上的某些位置，但应理解，对于载具500可以使用更多或更少的传感器系统。此外，与图5A、5B、5C、5D和5E中所示的传感器系统的位置相比，这样的传感器系统的位置可以被调整、修改或以其他方式改变。
在一些实施例中，一个或多个传感器系统502、504、506、508和510可以附加地或替代地包括LIDAR传感器。例如，LIDAR传感器可以包括相对于给定平面(例如，x-y平面)布置在一定角度范围内的多个发光器件。例如，传感器系统502、504、506、508和510中的一个或多个可以被配置为绕垂直于给定平面的轴(例如，z轴)旋转以用光脉冲照射载具500周围的环境。基于检测反射的光脉冲的各个方面(例如，经过的飞行时间、偏振、强度等)，可以确定关于环境的信息。
在示例实施例中，传感器系统502、504、506、508和510可以被配置为提供可以与载具500的环境内的物理对象相关的相应点云信息。虽然载具500和传感器系统502、504、506、508和510被示为包括某些特征，但是应当理解，在本公开的范围内可以考虑其他类型的传感器系统。
示例实施例可以包括具有多个发光器件的系统。该系统可以包括LIDAR设备的发射块。例如，该系统可以是载具(例如，汽车、卡车、摩托车、高尔夫球车、飞行器、船等)的LIDAR设备或可以是其一部分。多个发光器件中的每个发光器件被配置为沿着相应的光束仰角发射光脉冲。相应的光束仰角可以基于参考角或参考平面，如本文别处所述。在一些实施例中，参考平面可以基于载具500的运动轴。
虽然本文描述和示出了具有单个发光器件的LIDAR系统，但也可以考虑具有多个发光器件的LIDAR系统(例如，在单个激光管芯上具有多个激光条的发光器件)。例如，可以在系统的环境周围可控地引导一个或多个激光二极管发射的光脉冲。例如，可以通过诸如机械扫描镜和/或旋转马达的扫描设备来调整光脉冲的发射角度。例如，扫描设备可以绕给定轴以往复运动进行旋转和/或绕竖直轴旋转。在另一实施例中，发光器件可以向旋转棱镜镜(spinning prism mirror)发射光脉冲，该旋转棱镜镜可以使光脉冲在旋转棱镜镜与每个光脉冲相互作用时基于棱镜镜角的角度而被发射到环境中。附加地或替代地，扫描光学器件和/或其他类型的电光机械设备可以使光脉冲在周围环境扫描。
在一些实施例中，如本文所述，单个发光器件可以根据可变的发射计划和/或每次发射以可变功率发射光脉冲。也就是说，每个激光脉冲或发射的发射功率和/或定时可以基于发射的相应仰角。此外，可变的发射计划可以基于在距LIDAR系统或距支撑LIDAR系统的给定载具的表面(例如，前保险杠)的给定距离处提供期望的竖直间距。作为示例，当来自发光器件的光脉冲被向下引导时，由于到目标的预期最大距离较短，因此每次发射的功率会减少。相反，发光器件以高于参考平面的仰角发射的光脉冲可以具有相对较高的每次发射功率，以提供足够的信噪比从而足以检测行进更长距离的脉冲。
在一些实施例中，可以以动态方式控制每次发射的每次发射功率/能量。在其他实施例中，可以对于连续的一组几个脉冲(例如，10个光脉冲)控制每次发射功率/能量。也就是说，光脉冲串的特性可以以每个脉冲为基础和/或以每几个脉冲为基础改变。
虽然图5A-5E示出了附接到载具500的各种LIDAR传感器，但是应当理解，载具500可以结合其他类型的传感器，例如相机、超声传感器和/或雷达传感器。
四、示例方法
图6示出了根据示例实施例的方法600。应当理解，方法600可以包括比本文明确示出或以其他方式公开的步骤或框更少或更多的步骤或框。此外，方法600的各个步骤或框可以以任何顺序执行，并且每个步骤或框可以执行一次或多次。在一些实施例中，方法600的一些或所有框或步骤可以涉及关于图1、2A-2E、3A-3C和5A-5E所示和描述的光学系统100、200、300和/或载具500的元件。
框602包括使一个或多个光源(例如，光源120)发射光信号(例如，光信号122)。使光源发射光信号可以包括使脉冲发生器电路将电流或电压脉冲传输到光源以生成一个或多个光脉冲。在一些实施例中，光信号122与光学系统(例如，光学系统100)的光学部件(例如，光学部件110)相互作用以提供相互作用光信号(例如，相互作用光信号124)。
框604包括在布置在光学系统的外壳内的检测器(例如，检测器130)处检测相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号(例如，检测到的光信号126)。在示例实施例中，接收检测到的光信号可以包括接收指示光学部件上的一个或多个缺陷的信息。在这样的情况下，该信息可以包括光学部件的图像和/或关于来自光学系统的环境的光子强度的信息。
框606包括基于检测到的光信号确定至少一个缺陷(例如，缺陷118)与光学部件关联。作为示例，缺陷可能存在于光学部件的主体(例如，主体116)中或光学部件的表面(例如，第一光学部件表面112或第二光学部件表面114)上。在一些实施例中，确定至少一个缺陷可以包括对从检测器或图像传感器接收的信息执行图像分析(例如，对象识别)。作为示例，检测器或图像传感器可以提供图像，诸如参考图4所示和描述的图像。
在一些实施例中，方法600可以附加地包括如果确定光学部件的主体中或光学部件的表面上存在一个或多个缺陷，则采取纠正措施。
在各种实施例中，采取纠正措施可以包括清洁、修理、重新校准、替换、重新对准或停用检测器或光学部件中的至少一个。
在示例实施例中，使一个或多个光源发射光信号可以包括使一个或多个光源以使得光信号经由全内反射在光学部件的主体内被反射的角度朝向光学部件的主体发射光信号。
附加地或替代地，方法600可以包括确定至少一个缺陷的缺陷类型，其中，缺陷类型包括以下中的至少一种：划痕、裂缝、污迹、变形、碎屑、气泡、杂质、劣化、变色、不完美的透明度、翘曲或冷凝(例如，水滴)。
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给定附图中所示的每个元件。此外，示出的元件的一些可以被组合或省略。再另外，说明性实施例可以包括附图中未示出的元件。
表示信息处理的步骤或框可以与可以被配置为执行本文描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路对应。替代地或附加地，表示信息处理的步骤或框可以与程序代码(包括相关数据)的模块、段或一部分对应。程序代码可以包括可由处理器执行的一个或多个指令，用于实现方法或技术中的特定逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质(诸如包括盘、硬盘驱动器或其他存储介质的存储设备)上。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短时间段存储数据的计算机可读介质，比如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括将程序代码和/或数据存储更长时间段的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括二级或永久长期存储，比如只读存储器(ROM)、光或磁盘、紧凑式盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质或有形存储设备。
虽然已经公开了各种示例和实施例，但其他示例和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。各种公开的示例和实施例是为了说明的目的而不是意图进行限制，真实范围由随附的权利要求指示。

Claims (20)

1.一种光学系统，包括：
光学部件；
一个或多个光源，被配置为发射光信号，其中，所述光信号与所述光学部件相互作用以提供相互作用光信号；和
检测器，被配置为检测所述相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号；和
控制器，包括至少一个处理器和至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器执行存储在所述至少一个存储器中的指令以执行操作，所述操作包括：
使所述一个或多个光源发射光信号；和
基于来自所述检测器的检测到的光信号确定一个或多个缺陷与所述光学部件关联。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学系统还包括：
光轴；
限定焦平面的沿着所述光轴的焦距；和
沿着所述焦平面布置的图像传感器，其中，所述检测器沿着所述焦平面布置。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述图像传感器包括多个光电检测器元件，其中，所述检测器包括所述光电检测器元件的至少一部分。
4.根据权利要求2所述的光学系统，其中，所述检测器被布置成沿着光检测轴检测检测到的光信号，其中，所述光检测轴相对于所述光轴离轴至少5度。
5.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述一个或多个光源包括发光二极管(LED)、激光器、LED阵列或激光器阵列。
6.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光信号以使得所述光信号经由全内反射在所述光学部件内被反射的角度被引导到所述光学部件中。
7.根据权利要求6所述的光学系统，其中，所述一个或多个光源被定为在所述光学部件的第一端附近，并且其中，所述光信号经由所述第一端耦合到所述光学部件中。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其中，所述检测器被定位在所述光学部件的第二端处，其中，所述第二端与所述第一端相对。
9.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述一个或多个光源至少部分地嵌入在所述光学部件内。
10.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光学部件包括外部光学窗口，其中，所述外部光学窗口具有弯曲形状。
11.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器包括以下中至少一种：电荷耦合器件(CCD)、CCD的一部分、相机的图像传感器或相机的图像传感器的一部分。
12.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述检测器包括硅光电倍增管(SiPM)、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩检测器(SPAD)、低温检测器、光电二极管或光电晶体管。
13.根据权利要求1所述的光学系统，还包括光学耦合到所述检测器的第一区域的第一滤光器和光学耦合到所述检测器的第二区域的第二滤光器，其中，所述第一滤光器和所述第二滤光器选择不同的波长范围，其中，所述第一滤光器选择的波长范围包括所述光信号的波长，其中，所述第二滤光器选择的波长范围不包括所述光信号的波长，并且其中，所述操作还包括：
将所述检测器的第一区域提供的第一图像部分与所述检测器的第二区域提供的第二图像部分进行比较；和
基于比较确定一个或多个缺陷中的至少一个的缺陷类型。
14.根据权利要求1所述的光学系统，其中，所述光信号的波长与有机荧光化合物的激发波长对应，其中，所述检测器包括滤光器，所述滤光器使所述有机荧光化合物的发射波长通过，并且而阻挡所述有机荧光化合物的激发波长，其中，所述检测到的光信号的至少一部分包括所述发射波长，并且其中，所述操作还包括：
基于检测到的光信号确定一种或多种有机荧光化合物存在于所述光学部件的表面上。
15.一种方法，包括：
使一个或多个光源发射光信号，其中，所述光信号与光学系统的光学部件相互作用以提供相互作用光信号；
通过布置在所述光学系统的外壳内的检测器检测所述相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号；和
基于检测到的光信号确定一个或多个缺陷与所述光学部件关联。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括：
响应于确定一个或多个缺陷与所述光学元件关联而采取纠正措施。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，采取纠正措施包括：
清洁、修理、重新校准、替换、重新对准或停用所述检测器或所述光学部件中的至少一个。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，使所述一个或多个光源发射光信号包括使所述一个或多个光源以使得光信号经由全内反射在光学部件的主体内被反射的角度朝向所述光学部件发射光信号。
19.根据权利要求15所述的方法，还包括确定所述一个或多个缺陷中的至少一个的缺陷类型，其中，所述缺陷类型包括以下中的至少一种：划痕、裂纹、污迹、变形、碎屑、气泡、杂质、劣化、变色、不完美的透明度、翘曲或冷凝。
20.一种载具，包括：
至少一个光学系统，所述光学系统包括：
光学部件；
一个或多个光源，被配置为发射光信号，其中，所述光信号与所述光学部件相互作用以提供相互作用光信号；和
检测器，被配置为检测所述相互作用光信号的至少一部分作为检测到的光信号；和
控制器，包括至少一个处理器和至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器执行存储在所述至少一个存储器中的指令以执行操作，所述操作包括：
使所述一个或多个光源发射光信号；
接收来自所述检测器的检测到的光信号；和
基于检测到的光信号确定一个或多个缺陷与所述光学部件关联。
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