CN114729992A - 光信号路由器件和系统 - Google Patents

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P-Y.德罗兹
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Abstract

一个示例LIDAR器件包括基板和设置在基板上的波导。波导的第一区段在基板上沿第一方向纵向延伸。波导的第二区段在基板上沿不同于第一方向的第二方向纵向延伸。波导的第三区段在基板上沿不同于第二方向的第三方向纵向延伸。第二区段在第一区段和第二区段之间纵向延伸。该LIDAR器件还包括被配置成发射光的光发射器。波导被配置成将第一区段内的光朝向第二区段引导，将第二区段内的光朝向第三区段引导，并将第三区段内的光远离第二区段引导。

Description

光信号路由器件和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年10月29日提交的第16/667,833号美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用整体合并于此。
背景技术
除非这里另有说明，否则本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不因包含在本节中而被承认为现有技术。
光波导可以用于各种系统，诸如医疗设备、制造系统和遥感器件(例如LIDAR等)以及其它示例。通常，光波导是一种限定光路的器件，该光路用于将光信号从一个空间位置(信号进入波导的位置)引导到另一空间位置(信号离开波导的位置)。在一个示例中，光波导可以包括相对于其周围介质具有更高折射率的光学材料。由于折射率之间的差异，在光学材料(或其部分)内部传播的光可以在光学材料的一个或更多个壁处反射回光学材料中(例如，全内反射(TIR))，然后继续在光学材料内部传播。因此，取决于光学材料的形状和/或其它物理特性，光波导可以为在其中被引导的光信号限定特定的光路。
发明内容
在一个示例中，一种光探测和测距(LIDAR)器件包括基板和设置在基板上的波导。波导的第一区段在基板上沿第一方向纵向延伸。波导的第二区段在基板上沿不同于第一方向的第二方向纵向延伸。波导的第三区段在基板上沿不同于第二方向的第三方向纵向延伸。第二区段在第一区段和第二区段之间纵向延伸。该LIDAR器件还包括被配置成发射光的光发射器。波导被配置成将第一区段内的光朝向第二区段引导，将第二区段内的光朝向第三区段引导，并且将第三区段内的光远离第二区段引导。
在另一示例中，一种光探测和测距(LIDAR)器件包括被配置成发射光信号的光发射器。该LIDAR器件被配置成发送呈相对空间排列的多个光束。该LIDAR器件还包括第一波导，该第一波导被配置成接收光信号的第一部分，并在第一发送位置将该第一部分发射出第一波导，作为所述多个光束中的第一光束。第一波导的第一区段在第一方向上纵向延伸。第一波导的第二区段在不同于第一方向的第二方向上纵向延伸。第三波导的第三区段在不同于第二方向的第三方向上纵向延伸。该LIDAR器件还包括第二波导，该第二波导被配置成接收光信号的第二部分，并在第二发送位置将该第二部分发送出第二波导，作为所述多个光束中的第二光束。
在又一示例中，一种方法涉及将光发射到波导中的光发射器。该方法还包括在波导的第一区段内将光沿第一方向朝向波导的第二区段引导。第一区段在第一方向上纵向延伸。该方法还包括在第二区段内沿不同于第一方向的第二方向将光朝向波导的第三区段引导。第二区段在第二方向上纵向延伸。该方法还包括在第三区段内沿不同于第二方向的第三方向引导光。第三区段在第三方向上纵向延伸。
在又一示例中，一种系统包括用于将光发射到波导中的光发射器的装置。该系统还包括用于在波导的第一区段内将光在第一方向上朝向波导的第二区段引导的装置。第一区段在第一方向上纵向延伸。该系统还包括用于在第二区段内将光在不同于第一方向的第二方向上朝向波导的第三区段引导的装置。第二区段在第二方向上纵向延伸。该系统还包括用于在第三区段内沿不同于第二方向的第三方向引导光的装置。第三区段在第三方向上纵向延伸。
前述概述仅是说明性的，而不旨在以任何方式进行限制。除了上述说明性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施方式和特征将变得明显。
附图说明
图1A示出了根据示例实施方式的光学系统。
图1B示出了图1A的系统的截面图。
图1C示出了图1A的系统的另一截面图。
图2A是根据示例实施方式的LIDAR器件的简化框图。
图2B示出了图2A的LIDAR器件的透视图。
图3A是根据示例实施方式的包括波导的系统的图示。
图3B示出了图3A的系统的截面图。
图4A示出了根据示例实施方式的包括波导集合的系统的第一截面图。
图4B示出了图4A的系统的第二截面图。
图4C示出了图4A的系统的第三截面图。
图4D示出了图4A的系统的第四截面图。
图5是根据示例实施方式的方法的流程图。
具体实施方式
在这里描述的任何示例实施方式或特征不一定比其它实施方式或特征更优选或更有利。这里描述的示例实施方式并不意味着是限制性的。将容易理解的是，所公开的实现方式的某些方面可以以多种不同的配置来布置和组合。此外，图中所示的特定布置不应被视为限制。应理解，其它实现方式可能包括给定附图中显示的更多或更少的每个元件。此外，所示元件中的一些可以被组合或省略。类似地，示例实现方式可以包括图中未示出的元件。
I.概述
在这里公开的一些示例光学系统可以用于在一个或更多个光路中路由一个或更多个光学信号(例如信号通道)。一个示例系统包括设置在基板上以在基板上限定光路的波导，该光路用于将光信号从基板上的输入位置发送到输出位置。在各种示例中，光路可以被配置为考虑各种设计和物理因素，诸如在基板上的空间限制(例如，其它部件可以安装在基板上)、输入和输出位置、以及波导和光信号的光学特性(例如，光信号在波导内部的TIR所需的临界入射角)以及其它因素。
在一个示例中，波导从第一端纵向延伸至与第一端相反的第二端；并从第一壁横向延伸到与第一壁相对的第二壁。另外，波导包括在第一方向上纵向延伸的第一区段和在不同于第一方向的第二方向上纵向延伸的第二区段。例如，第一区段可以将光信号朝向第二区段引导，然后第二区段可以将光信号远离第一区段引导。在一些示例中，波导可以包括更多的区段，其中每个区段在不同于与其相邻的一个或更多个其它区段的方向上纵向延伸。
因此，通过这种布置，可以对波导进行成形，以限定从输入位置到输出位置的至少部分光路，同时考虑基板上的空间限制。例如，其它部件(例如其它波导、光发射器、电路等)可以安装在输入位置和输出位置之间，而不与由波导限定的光路物理相交。
在一些示例中，第一区段的第一方向可以从第二区段的第二方向偏移相对大的偏移角(例如，相对于与TIR相关的临界角等)。在一个实施方式中，第一方向和第二方向可以彼此垂直或彼此几乎垂直(例如，80度和100度之间的偏移角等)。其它偏移角是可能的。
为促进此，在这里的一些示例包括光波导配置，其解决和/或减轻与波导的引导方向变化相关的潜在信号泄漏。
其它方面、特征、实现方式、配置、布置和优点是可能的。
II.示例系统和器件
图1A示出了根据示例实施方式的光学系统100。如图所示，系统100包括呈重叠排列的多个基板184、186。注意，为了便于描述，系统100被示为仅包括两个重叠的基板184和186。然而，在替代实施方式中，系统100可以替代地包括更少或更多的基板。
在所示实施方式中，基板184和186的重叠侧面(例如壁)基本上彼此平行地排列。然而，在替代实施方式中，给定的基板可以相对于重叠排列的基板中的相邻基板以一偏移角倾斜。
在一些示例中，系统100的多个基板可以彼此物理联接，使得相邻基板至少相隔给定的分离距离。例如，系统100还可以包括设置在基板184和186之间的一个或更多个间隔结构(未示出)，诸如滚珠轴承、光纤或任何其它类型的固体间隔结构，以将两个基板彼此物理分离至少给定的分离距离。取决于系统100的各种应用，给定的分离距离可以是任何距离。在一个实施方式中，给定的分离距离可以在1毫米和100毫米之间。其它分离距离是可能的。
基板184、186可以包括适用于支撑一个或更多个信号路由结构(图1A中未显示)和/或系统100的其它部件的任何基板。在一个实施方式中，基板184、186的重叠侧面和/或平行侧面可以被配置为安装表面，光波导(图1A中未示出)和/或系统100的其它部件被安装在该安装表面上。在该实施方式中，设置在给定基板的给定安装表面上的部件可以对应于系统100中多层部件集合中的相应层。
在一些实施方式中，基板184和/或186由透明或部分透明的材料形成，或者包括透明或部分透明的材料(例如，载玻片、盖玻璃、塑料膜等)，其对一种或更多种波长的光至少部分透明。例如，在系统100用于路由红外波长范围内的光信号的情况下，所使用的材料可以对红外波长至少部分透明。在各种示例中，除了红外波长之外或者代替红外波长，其它波长也是可能的。
在替代实施方式中，基板184和/或186可以由不透明材料形成或包含不透明材料(例如，诸如硅或砷化镓的半导体基板、印刷电路板(PCB)基板、或任何其它类型的不透明基板)。
图1B示出了系统100的截面图。出于图示的目的，图1B显示了x-y-z轴，其中y轴延伸穿过页面。如所示的，系统100还包括光发射器140、波导150、151、152和反射镜160、161。
光发射器140可以包括激光二极管、光纤激光器、发光二极管、激光棒、纳米堆叠二极管棒、灯丝、LIDAR发送器或任何其它光源。在一些实施方式中，发射器140可以被实现为脉冲激光器(与连续波激光器相反)，允许增加的峰值功率，同时保持等效的连续功率输出。其它实现方式是可能的。
波导150、151、152可以由玻璃基板(例如玻璃板等)、光致抗蚀剂材料(例如SU-8等)、或者对一个或更多个波长的所发射光104至少部分透明的任何其它材料。如图1B所示，在多层系统100中，一个或更多个部件(例如波导151)设置在基板184的第一表面(例如侧面184a)上作为第一层部件，一个或更多个其它部件(例如波导150、152、发射器140)设置在第二表面(例如基板186的侧面186a)上作为第二层光学部件。尽管未示出，但是在一些示例中，系统100可以替代地或附加地包括安装在基板184、186的其它表面(例如侧面184b、186b等)上的一层或更多层部件。
在一些实施方式中，波导150、151、152可以设置在基板184、186的经由光学光刻显示出的相应表面上。例如光敏材料(例如光致抗蚀剂等)可以设置在基板184、186上，暴露于图案化的光，然后被选择性地蚀刻以形成具有图1B所示的相应形状和位置的波导150、151、152。在该示例中，在蚀刻和固定图案之前，光敏材料可以对图案化的光敏感(例如，在蚀刻波导150、151、152之后，对所引导的光104不敏感，等)。为此，光敏材料可以包括SU-8或任何其它光敏材料。在一些示例中，除了波导150、151、152之外或者代替波导150、151、152，光敏材料可以被图案化以形成其它光学元件，诸如输入耦合器、输出耦合器和/或其它光学元件。在一些实现方式中，波导150、151、152可以被配置为多模波导，以促进在其中被引导的光信号的全内反射。其它实现方式也是可能的。
在所示示例中，系统100被示为包括反射镜160、161。反射镜160、161可以由具有适合于(至少部分地)反射光104的波长的反射特性的任何反射材料形成。为此，示例反射材料的非穷尽列表包括金、铝、其它金属或金属氧化物、合成聚合物、混合颜料(例如，纤维粘土和染料)以及其它示例。替代地或附加地，在一些实现方式中，反射镜160、161可以由一种或更多种电介质材料形成。在一个实现方式中，反射镜160(和/或161)可以被配置为电介质反射镜(例如布拉格反射镜等)。例如，电介质反射镜可以由多层电介质材料形成。每个电介质层可以具有适合于使电介质反射镜反射入射在电介质反射镜上的一个或更多个波长的光信号104的相应材料类型和/或厚度特性。其它实现方式是可能的。
在替代示例中，系统100可以在没有反射镜160和/或161的情况下实现。在第一示例中，波导150可以被配置为在不存在反射镜160的情况下在边缘150b处向内部反射光信号104(例如经由全内反射(TIR))。在该示例中，通过选择边缘150b和侧面150c之间的倾斜角，边缘150b可以被配置为TIR反射镜，使得被引导的光104以将导致光104在边缘150b处朝向波导151向内反射的一个或更多个入射角入射在边缘150b上。类似地，在第二示例中，边缘151a可以被配置为TIR反射镜(例如，边缘151a可以以用于在不存在反射镜161的情况下入射到其上的光信号104a的TIR的合适倾斜角倾斜)。
在图1B所示的示例布置中，发射器140排列为将第一光信号104发射到波导150的“输入区段”。波导150的输入区段对应于波导150的其中光信号104通过其进入波导的区段(例如，侧面150a)。此外，在该示例中，波导150设置在基板186上，并成形为在波导150内限定用于将光信号104(在x方向上)朝向波导150的侧面150b引导的第一光路。如所示的，侧面150b向基板184倾斜，并且反射镜160设置于在侧面150b处限定的倾斜边缘上。在该示例中，反射镜160可以被配置为波导150的“输出反射镜”，其反射光信号104离开波导150并朝向基板184(如虚线所示)。波导150的其中光信号104通过其离开波导的区段在这里可以被称为波导150的“输出区段”。
如所示的，侧面150c与侧面150b的倾斜边缘之间的角度是锐角。在一个实施方式中，倾斜边缘150b的锐角倾斜角是45度。然而，其它倾斜角度也是可能的。
如图1B中的虚线所示，波导151在与波导150的输出区段对准的波导151的“输入区段”处接收光信号104。在所示的示例中，波导151的输入区段可以对应于波导151的与输出区段(光信号104从该输出区段离开波导150)重叠的区段。然而，在替代示例中，波导151的输入区段不一定与波导150重叠。例如，波导150可以被配置成在与图1B所示的z方向不同的方向上传输光信号104。在这种情况下，波导151的输入区段可以排列为在不同的位置(例如取决于输出区段的位置和光信号104离开波导150的方向)拦截来自波导150的光信号104。
在所示的示例中，波导151设置在基板184上，并成形为在基板184上限定第二光路(沿x方向)。此外，如所示的，波导151包括在波导151的输入区段处或附近的倾斜边缘151a(反射镜161设置在其上)。因此，反射镜161可以被配置为波导151的输入反射镜，其将入射在反射镜161上的光信号104(或其部分)反射回波导151中并朝向波导151的输出区段(例如侧面151b)。在所示的示例中，由波导151限定的第二光路在x方向上朝向波导151的输出区段(例如侧面151b)延伸。
如所示的，波导152设置于系统100的与波导150相同的层中(即，在基板186的侧面186a上)。波导152可以延伸穿过页面(即，在y方向上)以在波导152内限定第三光路。例如，波导152可以被配置成沿着第三光路引导不同于光信号104的第二光信号。在该示例中，波导152在与波导150、151的引导方向(例如x方向)不平行的方向(例如y方向)上延伸。此外，如所示的，波导152的第一区段与波导151的第二区段重叠。例如，第一区段到第二区段的距离可以小于阈值距离。
因此，在该示例布置中，多层光学系统100为光信号104限定从发射器140向波导151的侧面151b沿x方向延伸的组合光路。该组合光路的第一部分在多层系统100的第一层中(即，在基板186上)；组合光路的第二部分在第二层中(即，在基板184上)。此外，系统100在波导152内限定了独立的非平行光路，该光路不与光信号104的组合光路相交(例如，在系统100的不同层中，这两个光路在彼此下方或上方交叉)。
图1C示出了系统100的另一截面图。为了图示的目的，图1C显示了x-y-z轴，其中z轴延伸穿过页面。例如，在图1C的系统100的截面图中，基板186的侧面186a可以平行于页面的表面，并且光信号104(显示为波导150上的阴影区域)朝向基板184(图1C中未显示)传播出页面。注意，为了描述方便，从图1A-1C的一个或更多个图示中省略了系统100的一个或更多个部件。此外，注意，图1A-1C中示出的系统100的各种部件的尺寸、形状和位置不必按比例绘制的，而是为了便于描述如所示地示出。
如所示的，系统100包括设置在基板186的侧面186a上的一个或更多个附加部件。特别地，如所示的，系统100还包括光学元件132、光发射器142、波导154和反射镜164。光发射器142可以包括类似于光发射器140的任何光源，并且可以被配置成发射第二光信号106。反射镜164可以类似于反射镜160、161中的任一个形成。在替代示例中，如以上在反射镜160、161的描述中所述，系统100可以在没有反射镜164的情况下实现(例如，边缘154c可以被配置为TIR反射镜，其在不存在反射镜164的情况下向内部反射入射到其上的光106a，等)。
光学元件132可以插置于光发射器142和波导152、154之间，并可以配置为重定向、聚焦、准直和/或以其它方式调节所发射的光106的光学特性。为此，光学元件132可以包括诸如透镜、反射镜、柱面透镜、滤光器等的光学元件的任何组合。
在一个示例中，光学元件132可以包括圆柱形透镜和/或其它光学元件，其配置为(至少部分地)准直和/或引导光信号106(例如，由发射器142发射)中的光束，作为分别朝向波导154和152的光部分106a和106b。例如，通过准直该光束，光学元件132可以将来自所发射的光部分106b的相对较大量的能量传输到波导152中。替代地或附加地，例如，光学元件132可以以适合于(多个)光束106b在波导152内被引导(例如经由全内反射等)的特定进入角(例如小于波导460的临界角等)将所发射的光部分106b引导到波导152中。
作为示例，在所示实施方式中，光学元件132基本平行于波导152的输入侧面152a(例如平行于y轴)布置。在替代实施方式中，光学元件132可以改为以从y轴的一偏移倾斜，以调节光束106b在波导152的输入端152a的入射角。在一个特定实施方式中，光部分106b的入射角在0度和6度之间(例如4度等)。光部分106b的其它入射角是可能的。
如所示的，光学元件132可以被实现为插置于发射器142和波导152、154之间的单个光学元件。例如，光学元件132可以被实现为布置为柱面透镜的光纤，该柱面透镜被配置为至少部分地准直光部分106a、106b。在其它实施方式中，光学元件132可以替代地实现为多个物理上分离的光学元件(例如多个柱面透镜和/或其它类型的光学元件)。
在所示的示例中，波导152纵向延伸，以将光部分106b从输入端152a引导至输出端152b，并在第一壁(其包括边缘152c)和与第一壁相对的第二壁之间横向延伸。因此，在该示例中，波导152可以被配置为在输入端152a接收光106b，并在输出端152b将光106b传输出波导152。在替代示例中，可以在波导152的输入处接收光部分106b，该输入对应于波导的在该处光部分106b入射到波导上的任何部分(例如，表面、边缘、位置、截面等)。类似地，在替代示例中，波导152的输出可以可选地对应于波导152的在该处光部分106b离开波导的任何位置、表面、边缘或部分。
在所示的示例中，波导152的第一区段152P沿第一方向纵向延伸(例如在边缘152a和边缘152c之间平行于x轴的区段)，波导152的第二区段152Q沿不同于第一方向的第二方向纵向延伸(例如平行于y轴的中间区段)，波导152的第三区段152R沿不同于第二方向的第三方向纵向延伸(例如在第二区段和边缘152b之间平行于x轴的区段)。因此，在该示例中，波导152可以被配置为将第一区段152P内的光106b朝向第二区段152Q引导，将第二区段152Q内的光106b朝向第三区段152R引导，且将第三区段152R内的光106b远离第二区段152Q引导。在替代示例中，波导152可以改为包括更少或更多的区段，和/或波导的一个或更多个区段可以在与以上描述的那些不同的方向上延伸。因此，在一些示例中，可以采用波导152的各种配置和/或形状来适应安装在基板186上的部件的不同布置、位置和/或组合。
在所示的示例中，波导152的第三区段152R的第三方向基本平行于第一区段152P的第一方向(例如两个区段均显示为平行于x轴延伸)。在替代示例中，如上所述，第一方向和第三方向不一定彼此平行。
边缘152c可以在第一壁处相对于波导152的第一区段152P以第一角度170倾斜，该第一角度170不同于在第二壁处在第一区段152P与第二区段152Q之间的第二角度172。例如，如所示的，角度170可以大于角度172。例如，利用这种布置，在第一区段152P内被引导的光信号106b可以从适于光106b朝向波导152的第二区段152Q的内反射(例如TIR)的一个或更多个入射角入射到边缘152c上，这与如果入射角改为大于临界角则在边缘152c处传播出波导相反。
为此，在一些示例中，边缘152c倾斜的角度170可以根据光学系统100的一个或更多个光学特性而变化。在第一示例中，倾斜角度170可以基于光106b的一个或更多个波长、波导152的光学材料的折射率、与边缘152c相邻的光学介质(例如空气、光学粘合剂等)的折射率和/或系统100的影响在边缘152c处光106b的全内反射可能发生的临界角的任何其它光学特性。在第二示例中，倾斜角度170可以基于光束106b在输入端152a的入射角被选择(其可能影响光106b到达边缘152c时的入射角)。例如，如上所述，光学元件132可以倾斜以相对于第一区段152P的光轴(例如相对于第一方向)偏移光束106b的入射角。在第三示例中，倾斜角度170可以至少部分地基于波导152的第二区段152Q(例如平行于y轴的中间区段)的第二方向。在一个实施方式中，角度170可以是大约45度，角度172可以是大约90度。然而，角度170、172的其它值也是可能的。
在所示的示例中，边缘152c为平坦边缘。在替代示例中，边缘152c可以具有不同于图1C所示的平坦形状的形状(例如，弯曲的边缘等)。
虽然未显示，但在一些示例中，系统100还可以包括设置在边缘152c上的反射镜。在这些示例中，反射镜可以被配置为将在边缘152c处离开波导152的光信号106b的至少一部分反射回波导152中，并进入波导的第二区段152Q(例如在第二区段的平行于y轴的第二方向上等)。为此，例如，反射镜可以类似于分别设置在波导150、151的倾斜边缘上的任何反射镜160、161(如图1B最佳示出的)。
如图1C所示，波导152还包括在波导的第二区段152Q和第三区段152R之间的倾斜边缘152d(在第二壁上)。与上面关于边缘152c的讨论一致，边缘152d可以从第二区段152Q以合适的角度(例如大于第一壁处在第二区段和第三区段之间的角度等)倾斜以便于将光信号106b从第二区段152Q重定向到第三区段152R中(例如经由光信号106b在边缘152d处的TIR等)。
如图1C所示，在一些示例中，波导152的第三区段152R可以是锥形的，使得第三区段152R在输出端152b处的截面尺寸小于第三区段152R在距输出端152b给定距离处的截面尺寸。例如，利用这种布置，第三区段152R的锥形配置可以有助于减小在输出端152b处从波导传输出的光束106b的束宽。在替代示例中，波导152的第三区段152R可以是非锥形的，或者可以具有不同的锥形配置。
虽然未显示，但在一些示例中，波导152的一个或更多个其它区段可以是锥形的。在一个示例中，波导152的第一区段152P(例如在输入端152a和边缘152c之间)可以是锥形的，使得第一区段152P在输入端152a处的截面尺寸小于第一区段152P在距输入端152a给定距离处的截面尺寸。例如，利用这种锥形配置，第一区段152P的宽度可以在第一区段152P的纵向引导方向(即第一方向)上增加，以减少和/或减轻与第一区段152P内的被引导的光部分106b的发散相关联的信号泄漏。替代地，在其它示例中，第一区段152P可以具有不同的锥形配置，或者可以具有非锥形配置(诸如图1C所示的配置)。
在一些示例中，任何波导150、151、152和/或154的一个或更多个壁(或边缘)可以包括光栅。
在一个示例中，边缘152c可以包括衍射光栅。例如，边缘152c可以根据光栅图案被成形，该光栅图案使得其上的入射光以特定方式被反射和/或衍射(例如在非垂直方向上等)。在该示例中，边缘152c上的光栅图案因此可以有助于选择与所示角度不同的角度172和/或以其它方式将入射到边缘上的光重引导到区段152Q中。
在另一示例中，边缘152c可以替代地成形为具有光栅图案，基于具有与光栅图案相关联的特定波长(或在波长范围内)的第一部分，该光栅图案在边缘152c处选择性地将所引导的光的第一部分传输出波导152。因此，在该示例中，波导152可以被配置为在边缘152c处将第一部分引导出波导，并且基于第二部分具有与第一部分的(多个)波长不同的(多个)波长，将所引导的光的第二部分引导到区段152Q中。
在其它示例中，波导150、151、152和/或154可以类似地在波导的一个或更多个壁和/或边缘处包括一个或更多个衍射光栅。例如，边缘154c可以替代地包括衍射光栅，该衍射光栅被配置为在不存在反射镜164的情况下将入射到其上的所引导的光106a朝向边缘154d反射。其它示例是可能的。
如上所述，在一些实现方式中，波导150、151、152、154等可以通过选择性蚀刻设置在基板上的光致抗蚀剂材料来形成。
在一个实现方式中，基于掩模的特征，光栅图案可以被包括在波导的特定侧壁(或边缘)中，该掩模过滤用于固化光致抗蚀剂材料的对应于波导的部分的曝光光。
在另一实现方式中，在基板上沉积光致抗蚀剂材料之前(以及在曝光/固化光致抗蚀剂材料的对应于波导的部分之前)，表面浮雕光栅(SRG)可以应用于基板184、186等的特定区域。例如，当光致抗蚀剂材料随后设置在基板上时，SRG可以限定波导的壁的光栅图案，该光栅图案对应于设置在SRG上的光致抗蚀剂材料的一部分。
对于这种布置，返回参照图1B，例如，波导150的边缘150b可以替代地在没有反射镜160的情况下且没有倾斜的边缘150c的情况下实现。例如，基板186的在波导150的输出端的区域可以根据特定光栅图案被蚀刻作为SRG。在该示例中，通过在SRG所在的波导的光栅部分处衍射，所引导的光可以被传输出波导150(例如，而不是被反射镜160反射)。
在替代示例中，可以将SRG实现为固体结构(例如塑料或具有与光致抗蚀剂材料不同的折射率的其它光学结构)，其在沉积光致抗蚀剂材料之前设置于基板上，而非蚀刻基板以形成SRG。
波导154可以类似于波导150、151和152中的任何一个形成，并且可以为光106的另一部分106a限定另一光路。
在所示的示例中，波导154从输入端154a纵向延伸至输出端154b并且在第一壁(其包括平边缘154c)和与第一壁相对的第二壁(其包括弯曲边缘154d)之间横向延伸。因此，在该示例中，波导154可以被配置为在输入端154a接收光106a，并在输出端154b将光106a传输出波导154。在替代示例中，可以在波导154的输入处接收光部分106a，该输入对应于波导的光部分106a入射到其上的任何部分(例如，表面、边缘、位置、截面等)。类似地，在替代示例中，波导154的输出可以可选地对应于波导154的在该处光部分106a离开波导的任何位置、表面、边缘或部分。
在所示的示例中，输入侧面154a包括弯曲表面(例如远离波导154弯曲)。例如，利用这种配置，输入端154a可以根据输入表面154a的弯曲形状将入射到其上的光106a聚焦和/或重引导到波导中。因此，在一些实施方式中，可以选择输入侧面151a的曲率配置，从而有助于控制进入波导的光束106a的发散和/或方向。
在替代示例中，输入端154a可以改为包括与波导152的输入端152a相似的平坦边缘。此外，在一些示例中，波导152的输入端152a可以类似地具有弯曲表面，而不是图1C所示的平坦表面。
在所示的示例中，波导154的第一区段154P沿第一方向纵向延伸(例如在边缘154a和边缘154c之间平行于x轴的区段)；波导154的第二区段154Q在不同于第一方向的第二方向上纵向延伸(例如中间区段)；波导154的第三区段154R在不同于第二方向的第三方向上纵向延伸(例如在第二区段和边缘154b之间平行于x轴的区段)。因此，在该示例中，波导154可以被配置为将第一区段154P内的光106a朝向第二区段154Q引导，将第二区段154Q内的光106a朝向第三区段154R引导，并将第三区段154R内的光106a远离第二区段154Q引导。在替代示例中，波导154可以改为包括更少或更多的区段，和/或波导的一个或更多个区段可以在与图1C所示不同的方向上延伸。因此，在一些示例中，可以采用波导154的各种配置和/或形状来适应安装在基板186上的部件的不同布置、位置和/或组合。
在所示的示例中，波导154的第二区段154Q具有相对于波导154的第一区段154P以第三角度174倾斜的平坦边缘154c(在第一壁中)以及与平坦边缘154c相对的弯曲边缘154d(在第二壁中)。如所示的，第三角度174可以不同于波导154的第一区段154P和波导154的第二区段154Q之间(在第二壁处)的第四角度176。
如所示的，反射镜164可以设置在平坦边缘154c上。例如，反射镜164可以被配置为接收从波导154的第一区段154P入射到平坦边缘154c上并且在平坦边缘处从波导传输出去的至少一部分光信号106a。反射镜164然后可以将入射到其上的所接收的光106a反射回波导中并朝向弯曲边缘154d。在该示例中，弯曲边缘154d然后可以将入射到其上的光106a朝向波导154的第三区段154R(例如经由TIR)反射。例如，弯曲边缘154d可以远离波导154弯曲，以在波导内部限定凹形表面，该凹形表面将光106a的入射部分反射(和/或聚焦)到波导154的第三区段154R中。这样，例如，通过将光信号106a“汇集”到第三区段154R中，弯曲边缘154d可以有助于控制/减小在输出端154b离开波导的光束106a的束宽。因此，在所示的示例中，波导154的第三区段154R的截面尺寸(例如在输出端154b处等)可以小于波导154的第一区段154P的截面尺寸(例如在输入端154a处等)。
在替代示例中，系统100可以在没有反射镜164的情况下实现。例如，倾斜角度174可以被选择，使得光106a从一个或更多个入射角入射到边缘154c上，该入射角适于在边缘154c处将光106a(例如经由TIR)朝向边缘154d向内反射(例如而不是从反射镜164反射)。
在一些示例中，第二区段154Q的边缘154c可以替代地配置为弯曲边缘(例如类似于边缘154d)，而不是具有如图1C的示例中所示的平坦边缘配置。
在第一示例中，边缘154c可以远离波导154弯曲，以限定凹入表面(在波导内)，该凹入表面将入射到其上的光106a(例如经由TIR)朝向弯曲边缘154d重新引导(和/或聚焦)。例如，利用这种配置，弯曲边缘154c可以进一步促进“汇集”光106a，与上面在弯曲边缘154d的描述中的讨论一致。此外，在第一示例中，系统100因此可以在没有反射镜164的情况下实现(例如，边缘154c可以对应于TIR反射镜等)。
替代地，在第二示例中，边缘154c可以具有第一示例的弯曲配置，系统100还可以包括反射镜164。例如，在第二示例中，反射镜164可以替代地配置为设置在弯曲边缘154c上的曲面镜(例如凹面镜)(而不是具有所示的平坦反射镜配置)。
在第三示例中，边缘154c可以替代地向内弯曲(即，朝向波导)，以在波导内限定凹入表面154c。边缘154c的其它示例和/或形状也是可能的。
如上所述，光学系统，诸如系统100，可以用于为各种技术领域的各种器件(诸如光探测和测距(LIDAR)器件、医疗成像器件、数据通信系统以及其它示例)路由光学信号。
图2A是根据示例实施方式的LIDAR器件200的简化框图。在一些示例中，LIDAR器件200可以安装到运载工具上，并用于绘制运载工具的周围环境(例如，包括对象298的场景等)的地图。如所示的，LIDAR 200包括可类似于发射器140的激光发射器240、光学系统290、控制器292、旋转平台294和一个或更多个致动器296。
系统290包括一个或更多个光探测器210、不透明材料220和透镜230。注意，LIDAR器件200可以替代地包括比所示出的那些更多或更少的部件，诸如针对系统100描述的任何部件(例如，波导等)。
(多个)探测器210可以包括一个或更多个光探测器。在一个实施方式中，(多个)探测器210包括光探测器阵列，其限定了用于探测由透镜230聚焦的光202的探测区域。此外，(多个)光探测器210可以包括各种类型的光探测器，诸如光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)、其它类型的雪崩光电二极管(APD)、硅光电倍增器(SiPM)、多像素光子计数器(MPPC)、光敏电阻、电荷耦合器件(CCD)、光电池和/或任何其它类型的光探测器。
不透明材料220(例如掩模、孔径光阑等)可以阻挡从场景(例如背景光)返回并被透镜230聚焦的一部分光202传输到(多个)探测器210。例如，不透明材料220可以被配置成阻挡某些背景光，这些背景光会对由(多个)探测器210执行的测量的准确性产生不利影响。替代地或附加地，不透明材料220可以阻挡可由(多个)探测器210探测的波长范围内的光等。在一个示例中，不透明材料220可以通过吸收一部分入射光来阻挡透射。在另一示例中，不透明材料220可以通过反射一部分入射光来阻挡透射。不透明材料220的示例实现方式的非穷尽列表包括被蚀刻的金属、聚合物基板、双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(BoPET)片、或覆盖有不透明掩模的玻璃等。在一些示例中，不透明材料220可以包括一个或更多个孔径，被聚焦的光202(或其一部分)可以通过该孔径透射穿过不透明材料220。
透镜230可以将从场景返回的光202朝向不透明材料220的孔径聚焦。利用这种布置，在透镜230处从场景收集的光强度可以被聚焦以具有光202被投射在其上的减小的截面面积(即，光202的增加的空间功率密度)。为此，透镜230可以包括会聚透镜、双凸透镜和/或球面透镜以及其它示例。替代地，透镜230可以被实现为一个接一个定位的连续透镜组(例如将光聚焦在第一方向上的双凸透镜和将光聚焦在第二方向上的附加双凸透镜)。其它类型的透镜和/或透镜布置也是可能的。此外，系统290可以包括位于透镜230附近的其它光学元件(例如反射镜等)，以帮助将入射到透镜230上的光202聚焦到不透明材料220上。
器件200可以操作发射器240以向包括对象298的场景发射光202。为此，在一些实现方式中，发射器240(和/或器件200的一个或更多个其它部件)可以被配置为LIDAR器件200的LIDAR发送器。然后，器件200可以探测从场景返回的光202的反射，以确定关于对象298的信息。为此，在一些实现方式中，(多个)探测器210(和/或系统290的一个或更多个其它部件)可以被配置为LIDAR器件200的LIDAR接收器。
控制器292可以被配置成控制LIDAR器件200的一个或更多个部件并分析从所述一个或更多个部件接收的信号。为此，控制器292可以包括一个或更多个处理器(例如微处理器等)，其执行存储在器件200的存储器(未示出)中的指令以操作器件200。附加地或替代地，控制器292可以包括有线的数字或模拟电路，以执行这里描述的各种功能中的一个或更多个。
旋转平台294可以被配置为绕一轴线旋转，以调节LIDAR 200的指向(例如所发射的光202相对于环境的方向等)。为此，旋转平台294可以由适于支撑LIDAR 200的一个或更多个部件的任何固体材料形成。例如，系统290(和/或发射器240)可以由旋转平台294(直接地或间接地)支撑，使得这些部件中的每个相对于环境移动，同时响应于旋转平台294的旋转而保持处于特定的相对布置。特别地，所安装的部件可以绕一轴线(同时)旋转，使得LIDAR 200可以在扫描周围环境的同时调节其指向。以这种方式，可以通过将旋转平台294驱动到绕旋转轴线的不同方向来水平调节LIDAR 200的指向。在一个示例中，LIDAR 200可以安装在运载工具上，并且旋转平台294可以旋转以从运载工具的各个方向扫描周围环境的区域。
为了以这种方式旋转平台294，一个或更多个致动器296可以驱动旋转平台294。为此，致动器296可以包括电机、气动致动器、液压活塞和/或压电致动器等。
利用这种布置，控制器292可以操作(多个)致动器296，以各种方式旋转旋转平台294，从而获取关于环境的信息。在一个示例中，旋转平台294可以绕一轴线在任一方向上旋转。在另一示例中，旋转平台294可以绕该轴线进行完整的旋转，使得LIDAR 200扫描环境的360°视场(FOV)。在又一示例中，旋转平台294可以在特定范围内旋转(例如，通过重复地绕该轴线从第一角度位置旋转到第二角度位置以及回到第一角度位置等)来扫描环境的更窄的FOV。其它示例也是可能的。
此外，旋转平台294可以以各种频率旋转，从而使LIDAR 200以各种刷新率扫描环境。在一个实施方式中，LIDAR 200可以被配置成具有3Hz和30Hz之间的刷新率。例如，在LIDAR 200被配置成以10Hz的刷新率扫描360°FOV的情况下，(多个)致动器296可以每秒旋转平台294十整圈。其它刷新率也是可能的。
图2B显示了LIDAR器件200的透视图。在一些实施方式中，器件200可以被配置为包括单个共享透镜230，用于将来自发射器240的所发射的光朝向环境引导并将入射光202聚焦到系统290中。在其它实施方式中，器件200可以包括不同于透镜230的用于引导所发射的光240的分离的发送器透镜(未示出)。
如图2B所示，LIDAR 200可以被配置为绕旋转轴线201旋转。这样，根据LIDAR 200绕轴线201的不同旋转位置，LIDAR 200可以扫描周围环境的不同区域。例如，当LIDAR绕轴线201旋转时，器件200(和/或另一计算系统)可以通过处理与LIDAR 200的不同指向相关联的数据来确定器件200的环境的360°(或更小)视图的三维地图。
在一些示例中，轴线201可以是基本垂直的。在这些示例中，可以通过绕轴线201旋转系统290(和发射器240)来水平调节器件200的指向。
在一些示例中，系统290(和发射器240)可以倾斜(相对于轴线201)，以调节LIDAR200的FOV的垂直范围。作为示例，LIDAR器件200可以安装在运载工具顶部。在该示例中，系统290(和发射器240)可以倾斜(例如朝向运载工具)以从更靠近运载工具所在的驾驶表面的环境区域收集比从运载工具上方的环境区域收集的数据点更多的数据点。LIDAR器件200的其它安装位置、倾斜配置和/或应用也是可能的(例如在运载工具的不同侧，在机器人器件上，或者在任何其它安装表面上)。
现在回到图2A，在一些实现方式中，控制器292可以使用与阵列210测量的信号相关联的定时信息来确定对象298的位置(例如距LIDAR器件200的距离)。例如，在发射器240是脉冲激光器的实施方式中，控制器292可以监控输出光脉冲的定时，并将这些定时与由阵列210测量的信号脉冲的定时进行比较。例如，控制器292可以基于光速和光脉冲的传播时间(其可以通过比较定时来计算)来估计器件200和对象298之间的距离。在一个实现方式中，在平台294旋转期间，发射器240可以发射光脉冲(例如光202)，并且系统290可以探测所发射的光脉冲的反射。然后，器件200(或处理来自器件200的数据的另一计算机系统)可以基于所发射的光脉冲和探测到的其反射的一个或更多个特征(例如定时、脉冲长度、光强度等)的比较来生成被扫描的环境的三维(3D)表示。
注意，针对器件200的部件示出的各种功能块可以通过以与所示的布置不同的各种方式被重新分配、重新布置、组合和/或分离。
图3A是根据示例实施方式的包括波导350的系统300的图示。图3B示出了系统300的截面图。在一些实现方式中，代替发送器240和系统290或者除了发送器240和系统290之外，系统300可以被包括在器件200中。如所示的，系统300可以分别类似于器件200、光202和对象298来测量由场景内的对象398反射的光302。此外，如所示的，系统300包括光探测器310的光探测器阵列、不透明材料320、透镜330和光源340，它们可以分别类似于(多个)探测器210、材料220、透镜230和发射器240。
如所示的，系统100还包括限定在不透明材料320内的孔径320a。为了举例，孔径320a被显示为具有椭圆形形状。然而，其它孔径形状也是可能的(例如圆形、矩形或任何其它形状)。孔径320a在不透明材料320内提供了一个端口，光可以通过该端口透射。可以以多种方式在不透明材料320内限定孔径320a。在一个示例中，不透明材料320(例如金属等)可以被蚀刻以限定孔径320a。在另一示例中，不透明材料320可以被配置为覆盖有掩模的玻璃基板，并且该掩模可以包括(例如经由光刻等)限定孔径320a的间隙。在各种实施方式中，孔径320a可以至少对于可由光探测器阵列310探测的光波长是部分或全部透明的。例如，在不透明材料320是覆盖有掩模的玻璃基板的情况下，孔径320a可以被定义为玻璃基板的未被掩模覆盖的部分，使得孔径320a不是完全中空的，而是由玻璃制成的。因此，在一些情况下，孔径320a对于一种或更多种波长的光302可以是部分而不是完全透明的。替代地，在一些情况下，孔径320a可以形成为不透明材料320的中空区域。其它孔径实现方式也是可能的。
如所示的，系统300还包括波导350(例如光波导等)，其可以类似于波导150、151和/或152中的任何一个。如所示的，系统300还包括输入反射镜360和输出反射镜370，它们可以类似于反射镜160和/或161中的任何一个。
在所示的示例中，波导350位于不透明材料320和阵列310之间。然而，在其它示例中，不透明材料320可以替代地位于波导350和阵列310之间。如所示的，波导350可以被布置成使得波导350的一部分延伸到被聚焦的光302的传播路径中，而波导350的另一部分延伸到被聚焦的光302的传播路径之外。结果，被聚焦的光302的透射通过孔径320a的第一部分可以投射到波导350上(如波导350表面上的阴影区域所示)。
如图3B最佳示出的，被聚焦的光302的第二部分可以从透镜330传播至阵列310，而不传播通过波导350。
在一些情况下，被聚焦的光302的第一部分(投射到波导350上的)的至少一部分可以通过波导350的透明区域传播(例如，从侧面350c到侧面350d，然后朝向阵列310传播出波导350，而不会被反射镜370拦截。然而，在一些情况下，被聚焦的光302的第一部分302可以至少部分地被反射镜370拦截，然后远离阵列310(例如在波导350内被引导等)反射。
为减轻这种情况，在一些示例中，反射镜370可以被配置为相对于孔径320a和/或相对于在反射镜370的位置处被聚焦的光302的投射面积具有较小尺寸。在这些示例中，被聚焦的光302的较大部分可以邻近反射镜370(和/或波导350)传播，以继续向阵列310传播。替代地或附加地，在一些示例中，反射镜370可以部分地或选择性地由使入射到其上的被聚焦的光302的至少一部分透射通过反射镜370以向阵列310传播的反射材料(例如半反射镜、分色镜、偏振分束器等)形成。因此，同样在这些示例中，更大量的被聚焦的光302可以最终到达阵列310。
在一些示例中，输入反射镜360可以被配置为将(来自发射器340且被反射镜360截取的)所发射的光304引导到波导350中。然后，波导350将波导350内的光304朝向输出反射镜370引导。然后，输出反射镜370可以将所引导的光304反射出波导350并朝向孔径320a。
如图3B最佳示出的，例如，输入反射镜360可以向波导350的侧面350c以一偏移角359倾斜。例如，反射镜360和侧面350c之间的角度可以小于反射镜360和侧面360d之间的角度。在一个实现方式中，反射镜360的偏移或倾斜角359为45°。然而，其它角度是可能的。在所示的实施方式中，输入反射镜360设置在波导350的侧面350a上。因此，在该实施方式中，所发射的光304可以通过侧面350c传播到波导350中，然后朝向反射镜360反射出侧面350a。然后，反射镜360可以将光304以合适的入射角通过侧面350a反射回波导350，使得波导350可以将光304朝向侧面350b引导。例如，波导350可以形成为使得侧面350a和350c之间的角359小于侧面350a和侧面350d之间的角(即，侧面350a朝向侧面350c倾斜)。然后，输入反射镜360可以沉积到侧面350a上(例如经由化学气相沉积、溅射、机械联接或另一工艺)。然而，在其它实施方式中，反射镜360可以替代地设置在波导350内(例如在侧面350a和350b之间)，或者可以与波导350物理分离。
如图3B最佳示出的，输出反射镜370也可以朝向波导350的侧面350c倾斜。例如，反射镜370和侧面350c之间的角度371可以小于反射镜370和侧面360d之间的角度。在一个实现方式中，反射镜370的偏移或倾斜角371为45°。然而，其它角度是可能的。因此，在一些示例中，输入反射镜360可以在第一方向上(例如在图3B的视图中为顺时针方向)朝向侧面350c倾斜，并且输出反射镜370可以在第二方向上(例如与第一方向相反)朝向侧面350c倾斜。输出反射镜370可以以类似于反射镜360的各种方式物理实现(例如设置在波导350的倾斜侧面350b上，等)。
在一些示例中，波导350可以由具有与波导350周围的材料的折射率不同的折射率的材料形成。因此，波导350可以经由内反射(例如全内反射、受抑全内反射等)在波导350的一个或更多个边缘、侧面、壁等处引导在波导内传播的光的至少一部分。例如，如图3B所示，波导350可以通过在波导350的侧面350c、350d和/或其它侧面处的内反射将(从发射器340接收的)所发射的光304朝向侧面350b引导
如图3B所示，孔径320a可以位于波导350的输出区段附近，以向透镜330传输光304。然后，透镜330可以将光304朝向场景引导。然后，所发射的光304可以被场景中的一个或更多个对象(例如对象398)反射，并且返回到透镜330(例如作为来自场景的光302的一部分)。然后，透镜330可以聚焦光302(其包括所发射的光304的反射)通过孔径320a并朝向阵列310。
利用这种布置，系统300可以从与系统300从其接收被聚焦的光302(例如孔径320a)基本相同的物理位置(例如孔径320a)发射光304。因为所发射的光304的传输路径和被聚焦的光302的接收路径是共同对准的(例如两个路径都来自孔径320a的视点)，所以系统300对视差效应不太敏感。例如，来自包括系统300的LIDAR器件的数据可以用于生成场景的表示(例如点云)，该表示不太容易受到与视差相关的误差影响。
注意，所示的系统300的部件和特征的尺寸、位置、取向和形状不一定按比例绘制，而是仅出于描述方便的目的被如所示地示出。还注意，系统300可以包括比所示的部件更少或更多的部件，并且所示的部件中的一个或更多个可以被不同地布置、物理地组合和/或物理地分成单独的部件。
在第一实施方式中，波导350可以替代地具有圆柱形形状或任何其它形状。此外，在一些示例中，波导350可以被实现为刚性结构(例如平板波导)或柔性结构(例如光纤)。在第二实施方式中，波导350可以具有弯曲形状或其它类型的形状，而不是图3A和图3B所示的垂直矩形配置。在第三实施方式中，波导350可以替代地被实现为没有倾斜边缘350a。例如，侧面350a可以处于相对于侧面350c和350d的相同(例如垂直等)角度。在第四实施方式中，反射镜360、370可以被从系统300省略，并且波导350可以替代地被配置为执行上述反射镜360、370的功能。例如，波导350的侧面350a和350b可以被实现为将光304反射进或反射出波导350的TIR反射镜。
图4A示出了根据示例实施方式的包括多个波导的系统400的第一截面图。出于图示的目的，图4A显示了x-y-z轴，其中z轴延伸穿过页面。系统400可以类似于系统100、290和/或300，并且可以代替系统290和发送器240与LIDAR器件200一起使用，或者除了系统290和发送器240之外与LIDAR器件200一起使用。
如所示的，系统400包括：发送器440和442，其每个可以类似于发射器140；多个波导450、452、454、456，其每个可以类似于波导150；以及多个输出反射镜460、462、464、466，其每个可以类似于反射镜160。在一些示例中，图4A所示的系统400的光学部件可以对应于设置在多个重叠基板的第一基板(例如基板186)上的第一层光学部件。返回参照图1B，例如，波导450的沿着页面表面延伸的侧面可以类似于波导150的侧面150c。
在所示的示例中，发送器440发射第一光信号404，发送器442发射第二光信号406。波导450接收光信号404的第一光部分404a并将其朝向反射镜460引导，然后反射镜460将光部分404a在波导的输出区段(被示为波导的阴影区域)沿z方向反射出波导450(即，离开页面)。类似地，波导452沿着第二光路引导第一光信号404的第二光部分404b；波导454沿着第三光路引导第二光信号406的第三光部分406a；并且波导456沿着第四光路引导第四光部分406b。
图4B示出了系统400的第二截面图，其中z轴也延伸穿过页面。如图4B所示，系统400还包括：波导451、453、455、457，其每个可以类似于系统100的波导151；输入反射镜461、463、465、467，其每个可以类似于系统100的反射镜161；以及输出反射镜470、472、474、476，其每个可以类似于系统300的反射镜370。
图4B所示的系统400的光学部件可以对应于与图4A所示的第一层光学部件重叠的第二层光学部件。作为示例，返回参照图1B，图4A所示的系统400的光学部件可以设置在基板186的表面186a上；图4B所示的系统400的光学部件可以设置在基板184的表面184a上。在该示例中，波导451的沿着图4B中的页面表面的侧面可以类似于波导151的图1B中设置在基板184上的侧面。
例如，与系统100的反射镜161类似，系统400的输入反射镜461可以接收(如图4A所示，从波导450传输出去的)光部分404a。然后，反射镜461可以将入射到其上的光部分404a反射回波导451，然后波导可以将光部分404a朝向反射镜470引导。类似于波导350的输出反射镜370，然后输出反射镜470可以在波导的输出区段(阴影区域)沿z方向(离开页面)将光部分404a反射出波导451。
类似地，如图4B所示，输入反射镜463、波导453和输出反射镜472为光部分406a限定光路；输入反射镜465、波导455和输出反射镜474为光部分404b限定光路；输入反射镜467、波导457和输出反射镜476为光部分406b限定光路。
图4C示出了根据示例实施方式的系统400的第三截面图。如图4C所示，系统400还包括不透明材料420，其可以类似于系统300的不透明材料320。如图4C所示，不透明材料420限定了多个孔径，例如孔径420a、420b、420c和420d，其每个可以类似于孔径320a。例如，分别类似于孔径320a和输出反射镜370，孔径420a可以与输出反射镜470对准。例如，孔径420a可以在z轴方向上与输出反射镜470重叠，以接收由输出反射镜470反射出波导450的光404a。类似地，孔径420b可以与输出反射镜472对准以接收光部分406a，孔径420c可以与输出反射镜474对准以接收光部分404b，并且孔径420d可以与输出反射镜476对准以接收光部分404b。因此，每个孔径可以与系统400的相应传输通道的位置相关联。
此外，在一些示例中，来自场景(例如传播到图4B的页面中)的光可以聚焦到不透明材料420上，类似于聚焦到不透明材料320上的光302。在这些示例中，系统400因此可以提供多个接收通道，这些接收通道与被聚焦的光在孔径420a、420b、420c、420d等的相应位置处投射在不透明材料420上的相应部分相关联。例如，被聚焦的光的传输通过孔径420a的第一部分可以被与第一接收通道相关联的第一光探测器拦截，被聚焦的光的传输通过孔径420b的第二部分可以被与第二接收通道相关联的第二光探测器拦截，被聚焦的光的传输通过孔径420c的第三部分可以被与第三接收通道相关联的第三光探测器拦截，被聚焦的光的传输通过孔径420d的第四部分可以被与第四接收通道相关联的第四光探测器拦截。
利用这种布置，每个传输通道可以与传输路径相关联，该传输路径与相应接收通道相关联的接收路径在空间上共线(通过各自的孔径)。
图4D示出了系统400的第四截面图，其中z轴也指向页面外。如图4D所示，系统400还包括安装多个接收器的支撑结构480，以接收器410、412、414和416为例，每个接收器可以类似于任何光探测器210和/或310。此外，如所示的，系统400还包括一个或更更多个遮光罩482。
接收器410、412、414、416、418等的每个可以包括一个或更多个光探测器。此外，每个接收器可以被布置成拦截透过不透明材料420的相应孔径的被聚焦的光(如图4C所示)。例如，接收器410、412、414、416可以被布置成拦截分别传输通过孔径420a、420b、420c、420d(如图4C所示)的被聚焦的光。在一个实施方式中，接收器410、412、414、416可以被定位成分别与输出反射镜470、472、474、476重叠(例如，在z轴的方向上)。
支撑结构480可以包括固体结构，该固体结构具有适于支撑接收器410、412、414、416等的材料特性。在一个示例中，支撑结构480可以包括印刷电路板(PCB)，接收器410、412、414、416、418等的光探测器安装到该印刷电路板上。
(多个)遮光罩482可以包含布置在接收器410、412、414、416等周围的一种或更多种吸光材料(例如炭黑、黑铬、黑塑料等)。在一些示例中，(多个)遮光罩482可以防止(或减少)来自外部光源的光(例如环境光等)到达接收器410、412、414、416等。替代地或附加地，在一些示例中，(多个)遮光罩482可以防止或减少与接收器410、412、414、416等相关联的接收通道之间的串扰。因此，(多个)遮光罩482也可以被配置成使接收器410、412、414、416等彼此光学分离。
现在回到图4C，如上所述，不透明材料420限定了孔径410、412、414、416等的网格。因此，在系统400被包括在LIDAR器件中的一些示例中，不透明材料420中的每个孔径可以向LIDAR的视场(FOV)的相应部分传输光，并且还接收所传输光的从FOV的相同相应部分返回的反射部分。因此，每个孔径可以与LIDAR的发送/接收通道相关联。在一个实施方式中，不透明材料420可以包括64个孔径的四行，其中水平(例如沿着y轴)相邻的孔径的每一行与另一行孔径隔开垂直偏距(例如沿着z轴)。在该实施方式中，系统400因此可以提供4*64＝256个共同对准的发送/接收通道。在其它实施方式中，系统400可以包括不同数量的发送/接收通道(以及不同数量的相关孔径)。
此外，该示例中的LIDAR可以具有多个光发射器，其每个分配给一个或更多个发送/接收通道。返回参照图4A，例如，光发射器440发射光部分404a和404b，用于扫描与孔径420a和420c(如图4C所示)相关联的发送/接收通道；光发射器442发射光部分406a和406b，用于扫描与孔径420b和420d相关联的通道。
根据上述讨论，采用系统400的示例LIDAR器件可以被配置成发送朝向场景的呈相对空间排列(例如如图4C所示的孔径420a、420b、420c、420d等的空间排列)的多个光束404a、406a、404b、406b等。所发送光束的每个可以对应于由特定光发射器发射的一部分(或全部)光。例如，如图4A最佳示出的，光404的第一部分404a(从光发射器404发射)可以在由波导450和451限定的组合光路中朝向呈相对空间排列的第一光束的第一发送位置(图4B中示出的阴影区域404a)引导，并且光404的第二部分404b可以朝向呈相对空间排列的第二光束的第二发送位置(图4B中示出的阴影区域404b)引导。以这种方式，单个光发射器440可以用于驱动LIDAR的两个分离的通道(例如经由图4C所示的孔径420a和420c扫描的通道)，这两个通道彼此相对更远(例如与和孔径420a和420b相关联的相邻通道相比)。例如，利用这种布置，系统400的多通道LIDAR器件可以通过在空间上分离使用单个发射器照明的通道减轻扫描误差(例如，使用单个发射器照明的多个通道之间的串扰误差、与来自场景中的回射器的返回反射相关联的回射器误差等)。
如上所述，在这里的一个示例LIDAR器件可以使用系统400发送呈相对空间排列的多个光束。为此，例如，该LIDAR器件可以包括第一波导(例如453)，其被配置为接收由第一光发射器(例如442)发射的第一光信号(例如406)的第一部分(例如406a)，并在呈光束的相对空间排列的第一光束的第一发送位置(例如波导453的输出)将第一光部分发送出第一波导；以及第二波导(例如457)，其被配置为接收相同光信号(例如406)的第二部分(例如406b)，并在第二发送位置(例如波导457的输出)将第二光部分发送出第二波导，作为呈相对空间排列的第二光束。该示例LIDAR器件还可以包括第三波导(例如451)，其被配置为接收从第二光发射器(例如440)发射的第二光信号(例如，404a)，并在第三发送位置(例如波导451的输出)将第二光信号发送出第三波导，作为呈相对空间排列的多个光束的第三光束。
在该示例中，如图4B最佳示出的，光束406a的第一发送位置可以在与光束406b的第二发送位置相距第一距离处；并且光束404a的第三发送位置可以在与第一发送位置相距不同于第一距离的第二距离处。例如，如图4B最佳示出的，第一距离(光束406a和406b之间)可以大于第二距离(光束404a和406a之间)。
在一些示例中，多个光束(例如404a、406a、404b、406b等)可以是远离系统400的LIDAR器件发散的发散光束。在这些示例中，发散光束因此可以在距LIDAR器件的给定距离处相交。例如，如图4B最佳示出的，光束404a和406a最初可以作为分离的光束(该分离的光束从LIDAR发散开)离开系统400的LIDAR，并最终在距LIDAR的给定距离处彼此相交。
在一些示例中，波导450、451、452、453、454、455、456和/或457(和/或其部分)中的一个或更多个可以替代地配置为类似于系统100和/或300中描述的任何波导。在第一示例中，波导463(如图4B所示)或其一部分可以替代地类似于波导152和/或154(如图1C最佳示出的)成形从而以有效的方式(例如，有效利用基板上的空间，和/或减少在不同方向上纵向延伸的波导的相邻区段之间的信号泄漏等)将光信号406a经孔径420a、420b、420c、420d等中的任何一个路由。在第二示例中，波导452(如图4A所示)或其一部分可以替代地类似于波导154(如图1C所示)或其一部分成形和/或配置。在第二示例中，系统400还可以可选地包括类似于反射镜164设置在波导452的中间区段上的反射镜(例如类似于反射镜164)。其它示例是可能的。
因此，在一些示例中，可以在LIDAR器件(或基于光信号运行的其它器件)中采用多层光学系统布置，诸如针对系统100和400描述的布置，以经由非平行光路(例如光部分406a和404b的光路)并以空间高效的方式将来自多个光发射器的光信号路由至多个空间分离的发射/通道。
注意，关于系统400的各种部件在图4A-4D中显示的尺寸、形状和位置不一定按比例绘制，而是仅为了便于描述被如所示地示出。
III.示例方法
图5是根据示例实施方式的方法500的流程图。方法700呈现了可借助例如系统100、290、300、400和/或器件200使用的方法的实施方式。方法500可以包括如块502-508中的一个或更多个所示的一个或更多个操作、功能或动作。尽管这些块以连续的顺序示出，但是在一些情况下，这些块可以并行执行，和/或以与这里描述的顺序不同的顺序执行。此外，基于期望的实现方式，各种块可以被组合成更少的块、被分成额外的块和/或被移除。此外，对于方法500以及在这里公开的其它过程和方法，流程图显示了当前实施方式的一种可能实现方式的功能和操作。在这点上，每个块可以代表模块、片段、制造或操作过程的一部分、或程序代码的一部分，其包括可由处理器执行的用于实现该过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或更多个指令。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质上，例如诸如包括磁盘或硬盘驱动器的存储器件。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如，诸如像寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)那样短时间存储数据的计算机可读介质。计算机可读介质还可以包括非暂时性介质，例如诸如像只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、紧凑盘只读存储器(CD-ROM)那样的二级或永久长期存储。计算机可读介质也可以是任何其它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，或者有形存储器件。此外，对于方法500和在这里公开的其它过程和方法，图5中的每个块可以表示被装设导线以执行该过程中的特定逻辑功能的电路。
在块502处，方法500包括通过光发射器(例如发射器142)将光(例如光106b)发射到波导(例如波导152)中。
在块504处，方法500包括在波导的第一区段(例如区段152P)内将光在第一方向(例如平行于图1C中的x轴)朝向波导的第二区段(例如区段152Q)引导。
在块506处，方法500包括在第二区段内将光在不同于第一方向的第二方向(例如平行于图1C中的y轴)上朝向波导的第三区段(例如区段152R)引导。
在块508处，方法500包括在第三区段内将光在不同于第二方向的第三方向(例如平行于图1C中的x轴)上引导。
IV.结论
上述详细描述参照附图描述了所公开的系统、器件和方法的各种特征和功能。虽然在这里已经公开了各个方面和实施方式，但是其它方面和实施方式将是明显的。在这里公开的各个方面和实施方式仅是为了说明的目的，而不旨在限制，真正的范围由所附权利要求来指示。

Claims (20)

1.一种光探测和测距(LIDAR)器件，包括：
基板；
设置在所述基板上的波导，其中所述波导的第一区段在所述基板上沿第一方向纵向延伸，其中所述波导的第二区段在所述基板上沿不同于所述第一方向的第二方向纵向延伸，其中所述波导的第三区段在所述基板上沿不同于所述第二方向的第三方向纵向延伸，以及其中所述第二区段在所述第一区段和所述第三区段之间纵向延伸；以及
光发射器，被配置为发射光，其中所述波导被配置为将所述光在所述第一区段内朝向所述第二区段引导，在所述第二区段内朝向所述第三区段引导，并在所述第三区段内远离所述第二区段引导。
2.根据权利要求1所述的LIDAR器件，其中所述第一区段的所述第一方向平行于所述第三区段的所述第三方向。
3.根据权利要求1所述的LIDAR器件，其中所述波导具有输入端和与所述输入端相反的输出端，其中所述第一区段在所述输入端和所述第二区段之间延伸，其中所述第三区段在所述第二区段和所述输出端之间延伸，其中所述波导具有从所述输入端延伸到所述输出端的第一壁和与所述第一壁相对的第二壁，以及其中所述波导被配置为在所述输入端接收光并在所述输出端将光发送出所述波导。
4.根据权利要求3所述的LIDAR器件，其中所述第一壁包括在所述波导的所述第二区段中的平坦边缘，以及其中所述第二壁包括在所述波导的所述第二区段中的弯曲边缘。
5.根据权利要求4所述的LIDAR器件，还包括：
设置在所述平坦边缘上的反射镜，其中所述反射镜被配置成将从所述平坦边缘发送出的所述光的至少一部分反射回所述波导中并朝向所述第二壁的所述弯曲边缘。
6.根据权利要求3所述的LIDAR器件，其中所述第一壁包括在所述波导的所述第一区段和所述第二区段之间的边缘，以及其中在所述第一壁处在所述第一区段和所述边缘之间的第一角度不同于在所述第二壁处在所述第一区段和所述第二区段之间的第二角度。
7.根据权利要求6所述的LIDAR器件，其中所述第一角度大于所述第二角度。
8.根据权利要求6所述的LIDAR器件，其中所述边缘是平坦边缘，并且所述第一角度是所述平坦边缘的倾斜角度，以及其中所述平坦边缘的所述倾斜角度与由所述光发射器发射的光的一个或更多个光学特性相关联。
9.根据权利要求8所述的LIDAR，其中所述一个或更多个光学特性包括所述光的一个或更多个波长。
10.根据权利要求8所述的LIDAR，其中所述一个或更多个光学特性包括所述光在所述输入端的入射角。
11.根据权利要求10所述的LIDAR，其中所述入射角偏离所述第一区段的所述第一方向。
12.根据权利要求3所述的LIDAR器件，其中所述波导的所述第一区段是锥形的，使得所述第一区段在所述输入端的截面尺寸小于所述第一区段在距所述输入端给定距离处的截面尺寸。
13.根据权利要求3所述的LIDAR器件，其中所述波导的所述第三区段是锥形的，使得所述第三区段在所述输出端的截面尺寸小于所述第三区段在距所述输出端给定距离处的截面尺寸。
14.一种光探测和测距(LIDAR)器件，包括：
光发射器，被配置成发射光信号，其中所述LIDAR器件被配置成发送呈相对空间排列的多个光束；
第一波导，被配置为接收所述光信号的第一部分，并且在第一发送位置将所述第一部分发送出所述第一波导，作为所述多个光束中的第一光束，其中所述第一波导的第一区段在第一方向上纵向延伸，其中所述第一波导的第二区段在不同于所述第一方向的第二方向上纵向延伸，以及其中所述第一波导的第三区段在不同于所述第二方向的第三方向上纵向延伸；以及
第二波导，被配置为接收所述光信号的第二部分，并在第二发送位置将所述第二部分发送出所述第二波导，作为所述多个光束中的第二光束。
15.根据权利要求14所述的LIDAR器件，其中所述第一波导被配置成将所述光信号的所述第一部分在所述第一区段内朝向所述第二区段引导，在所述第二区段内朝向所述第三区段引导，并在所述第三区段内朝向所述第一发送位置引导。
16.根据权利要求14所述的LIDAR器件，还包括：
第二光发射器，被配置为发射第二光信号；以及
第三波导，被配置为引导所述第二光信号，并在第三发送位置将所述第二光信号发送出所述第三波导，作为所述多个光束中的第三光束。
17.根据权利要求16所述的LIDAR器件，其中所述第一波导的所述第一发送位置距所述第二波导的所述第二发送位置第一距离，以及其中所述第三波导的所述第三发送位置距所述第一发送位置不同于所述第一距离的第二距离。
18.根据权利要求17所述的LIDAR器件，其中所述第一距离大于所述第二距离。
19.根据权利要求14所述的LIDAR器件，其中所述多个光束中的光束是远离所述LIDAR器件发散的发散光束，以及其中所述发散光束中的至少两个在距所述LIDAR器件给定距离处相交。
20.根据权利要求14所述的LIDAR器件，其中所述第一波导具有第一壁和与所述第二壁相对的第二壁，其中所述第一波导被配置为在所述第一壁和所述第二壁之间引导所述光信号的所述第一部分，以及其中所述第一壁包括衍射光栅。
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