CN115552282A - 同轴激光雷达结构中的增强偏振光收集 - Google Patents

同轴激光雷达结构中的增强偏振光收集 Download PDF

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王佑民
郭永宏
吕越
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Abstract

本说明书公开了一种同轴激光雷达系统，其包括光检测器、第一偏振分束器，第一偏振分束器被配置为接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束，并将不同的线性偏振分量定向到不同的各自方向，偏振合束器被配置为将第一线性偏振分量从第一偏振分束器传输到光检测器；非互易偏振旋转器被配置为从第一偏振分束器传输第二线性偏振分量，以及第二偏振分束器被配置为将第二线性偏振分量从非互易偏振旋转器反射到偏振合束器；偏振合束器进一步被配置为将所述第二线性偏振分量从所述第二偏振分束器反射到所述光检测器。

Description

同轴激光雷达结构中的增强偏振光收集
交叉引用
本申请基于并要求2020年5月7日提交的申请号为16/869,406的非临时美国申请的优先权，其全部内容通过引用的方式被包含于此。
背景技术
现代车辆通常配备传感器，用于实时检测车辆周围的物体和景观特征，以实现车道变换辅助、防撞和自动驾驶等技术。一些常用的传感器包括图像传感器(例如，红外或可见光摄像机)、声学传感器(例如，超声波停车传感器)、无线电检测和测距(雷达)传感器、磁强计(例如，对大型铁质物体，如卡车、汽车或轨道车的被动传感)和光检测和测距(激光雷达)传感器。
激光雷达系统通常使用光源和光检测系统来估计与环境特征(例如，行人、车辆、结构、植物等)的距离。例如，激光雷达系统可以发射光束(例如，脉冲激光束)以照亮物体，并测量发射光束到达物体然后返回发射器附近或已知位置的接收器(例如，光检测器)所需的时间。在一些激光雷达系统中，光源发射的光束可以根据扫描模式在感兴趣区域上转向，以生成“点云”，其中包括与感兴趣区域中的物体点对应的数据点集合。点云中的数据点可以动态且连续地更新，并且可以用于估计例如物体相对于激光雷达系统的距离、尺寸和位置。
出于安全、用户体验和其他原因，用于自动驾驶或驾驶辅助的激光雷达系统通常需要在大范围和视场内具有高精度和高灵敏度。例如，汽车和飞行器等车辆通常需要检测概率高、虚警概率低的激光雷达系统。
发明内容
本文公开的技术通常涉及光检测和测距激光雷达系统。具体的，本文公开了用于提高同轴激光雷达系统中的返回光收集效率的技术，以提高感兴趣信号的信号电平，从而提高同轴激光雷达系统的信噪比。本文描述了各种发明实施例，包括设备、单元、子系统、模块、系统、方法等。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统可包括光检测器、第一偏振分束器，其被配置为接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束，并将第一线性偏振分量和第二线性偏振分量指向到不同的各自方向，偏振合束器，被配置为将第一线性偏振分量从第一偏振分束器传输到光检测器；非互易偏振旋转器，被配置为从第一偏振分束器传输第二线性偏振分量，以及第二偏振分束器，其被配置成将第二线性偏振分量从非互易偏振旋转器反射到偏振合束器。偏振合束器还可以被配置为将第二线性偏振分量从第二偏振分束器反射到光检测器。
在同轴激光雷达系统的一些实施例中，非互易偏振旋转器可以包括法拉第旋转器，其被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°，以及半波片。法拉第旋转器和半波片的布置使得非互易偏振旋转器被配置为将在第一方向上传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°，将沿与第一方向相反的第二方向传播的线偏振光的偏振方向旋转0°。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统可以包括被配置为发射包括第一线性偏振分量的线性偏振扫描光束的光源，并且还可以包括光学扫描仪。第二偏振分束器还可以被配置为将线性偏振扫描光束的第一线偏振分量从光源传输到非互易偏振旋转器。非互易偏振旋转器还可以被配置为通过将线性偏振扫描光束的偏振方向旋转90°来将线性偏振扫描光束的第一线偏振分量转换为第二线偏振分量。第一偏振分束器还可以被配置为将具有第二线性偏振分量的线性偏振扫描光束反射到光学扫描仪。
在一些实施例中，第一偏振分束器、偏振合束器和第二偏振分束器可以包括偏振分束器立方体。光检测器可以包括PIN光检测器、雪崩光电二极管、单光子雪崩光电二极管、硅光电倍增管传感器、多像素光子计数器或光电倍增管中的至少一个。在一些实施例中，第一线性偏振分量可以包括p波，第二线性偏振分量可以包括s波。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统还可以包括偏振合束器和光检测器之间的滤光器或透镜中的至少一个。在一些实施例中，同轴激光雷达系统还可以包括反射镜或棱镜反射器中的至少一个，其中反射镜或棱镜反射器中的至少一个可以被配置为将第二线性偏振分量从非互易偏振旋转器定向到偏振合束器。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统可包括光检测器；偏振分束器，其被配置成接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束，并将第一线性偏振分量和第二线性偏振分量定向到不同的各自方向；偏振合束器，被配置为将第一线性偏振分量从偏振分束器传输到光检测器；非互易偏振旋转器，被配置为从偏振分束器接收第二线性偏振分量，并将第二线性偏振分量转换为第一线性偏振分量；双折射器件，其被配置成从非互易偏振旋转器接收第一线性偏振分量，并将第一线性偏振分量偏移空间走离距离；一个或多个反射器，其被配置成将第一线性偏振分量从双折射器件指向偏振合束器；以及偏振旋转器，其被配置成将第一线性偏振分量转换为第二线性偏振分量。偏振旋转器可以在双折射装置和一个或多个反射器之间，在一个或多个反射器之间，或者在偏振合束器和一个或多个反射器之间。偏振合束器还可以被配置为将第二线性偏振分量从偏振旋转器反射到光检测器。
在同轴激光雷达系统的一些实施例中，非互易偏振旋转器可以包括法拉第旋转器，其被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°，和半波片。法拉第旋转器和半波片可以被布置成使得非互易偏振旋转器被配置成将在第一方向上传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°，将沿与第一方向相反的第二方向传播的线偏振光的偏振方向旋转0°。
在一些实施例中，偏振分束器和偏振合束器可以包括偏振分束器立方体。在一些实施例中，第一线性偏振分量可以包括e射线，第二线性偏振分量可以包括o射线。一个或多个反射器可以包括镜子或棱镜反射器中的至少一个。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统还可以包括被配置为发射包括第二线偏振组件的线性偏振扫描光束的光源和光学扫描仪。双折射装置还可以被配置为在没有空间走离的情况下，将线性偏振扫描光束的第二线偏振分量从光源传输到非互易偏振旋转器。非互易偏振旋转器还可以被配置为将线性偏振扫描光束的第二线偏振分量从双折射装置传输到偏振分束器。偏振分束器还可以被配置为将具有第二线性偏振分量的线性偏振扫描光束反射到光学扫描仪。在一些实施例中，同轴激光雷达系统还可以包括偏振合束器和光检测器之间的滤光器或透镜中的至少一个。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统可包括光检测器；第一偏振分束器，其被配置为接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束，并将第一线性偏振分量和第二线性偏振分量定向到不同的各自方向；偏振旋转器，被配置为从第一偏振分束器接收第一线性偏振分量，并将第一线性偏振分量转换为第二线性偏振分量；偏振合束器，其被配置成将第二线性偏振分量从偏振旋转器发射到光检测器；非互易偏振旋转器，被配置为从第一偏振分束器接收第二线性偏振分量，并将第二线性偏振分量转换为第一线性偏振分量，以及第二偏振分束器，其被配置成将第一线性偏振分量从非互易偏振旋转器反射到偏振合束器。偏振合束器还可以被配置为将第一线性偏振分量从第二偏振分束器反射到光检测器。
在同轴激光雷达系统的一些实施例中，第一线性偏振分量可以包括s波，第二线性偏振分量可以包括p波。在一些实施例中，第一偏振分束器、偏振合束器和第二偏振分束器可以包括偏振分束器立方体。在一些实施例中，非互易偏振旋转器可以包括法拉第旋转器，其被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°，以及半波片，法拉第旋转器和半波片可以被布置成使得非互易偏振旋转器可以被配置成将在第一方向上传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°，将沿与第一方向相反的第二方向传播的线偏振光的偏振方向旋转0°。
在一些实施例中，同轴激光雷达系统还可以包括被配置为发射包括第二线偏振组件的线性偏振扫描光束的光源和光学扫描仪。第二偏振分束器还可以被配置为将线性偏振扫描光束的第二线偏振分量从光源传输到非互易偏振旋转器。非互易偏振旋转器还可以被配置为将具有第二线性偏振分量的线性偏振扫描光束从第二偏振分束器发射到第一偏振分束器。第一偏振分束器还可以被配置为将具有第二线性偏振分量的线性偏振扫描光束传输到光学扫描仪。
所使用的术语和表达用作描述而非限制性术语，使用此类术语和表达无意排除所示和描述的特征或其部分的任何等价物。然而，人们认识到，在所声称的系统和方法的范围内可以进行各种修改。因此，应当理解，尽管本系统和方法已通过示例和可选特征具体公开，但本领域技术人员应当认识到本文所公开概念的修改和变化，并且这些修改和变化被认为在所附权利要求所定义的系统和方法的范围内。
此发明内容并非旨在确定所要求的主要内容的关键或基本特征，也不旨在孤立地使用它来确定声称的主要内容的范围。应当通过参考本申请的整个说明书的适当部分、任何或所有图纸以及每项权利要求来理解主要内容。
下文将在以下规范、权利要求和附图中更详细地描述上述内容以及其他特征和示例。
附图说明
通过参考附图描述示例，各种实施例的方面和特征将更加明显，其中类似的标号指的是整个附图中的类似组件或部件。
图1是根据一些实施例所示的包括光检测和测距激光雷达系统的车辆示例；
图2是根据一些实施例所示的激光雷达系统示例的简化框图；
图3A和3B是根据一些实施例所示的激光雷达系统的示例；图3A是根据一些实施例所示的光束控制操作的激光雷达系统的示例；图3B是根据一些实施例所示的由激光雷达系统进行的返回光束检测操作的示例；
图4是根据一些实施例所示的激光雷达系统中光学子系统示例的简化图；
图5A是根据一些实施例所示的用于检测不同距离范围内物体的激光雷达系统的示例；图5B是根据一些实施例所示的激光雷达系统示例的接收信号强度和物体距离之间的关系示例；
图6是根据一些实施例所示的同轴激光雷达系统的示例图；
图7A是根据一些实施例所示的法拉第旋转器的示例；图7B是根据一些实施例所示的在前向传递中通过非互易偏振旋转器的示例的线性偏振光束的示例；图7C是根据一些实施例所示的线性偏振光束在反向通过中通过非互易偏振旋转器的示例；
图8是根据一些实施例所示的同轴激光雷达系统的示例，该系统包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器；
图9是根据一些实施例所示的包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器的同轴激光雷达系统的示例；
图10是根据一些实施例所示的包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器的同轴激光雷达系统的示例；
图11是根据一些实施例所示的包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器的同轴激光雷达系统的示例；
图12是根据一些实施例所示的用于实现本申请的一些技术的计算机系统示例的简化框图。
具体实施方式
本申请公开的技术通常涉及光检测和测距激光雷达系统。具体的，本申请公开了用于将同轴激光雷达系统中的返回光收集效率提高，从而提高感兴趣信号的信号电平，从而提高同轴激光雷达系统的信噪比的技术。本申请描述了各种发明实施例，包括可由一个或多个处理器执行的设备、系统、电路、方法、代码或指令等。
激光雷达系统可包括发射脉冲光束(例如红外光束)的发射子系统和接收子系统，接收返回的脉冲光束并检测物体(例如人、动物和汽车)和环境特征(例如树木和建筑结构)。车辆(例如，汽车或无人机)携带的激光雷达系统可用于确定车辆相对于其他物体或环境特征的相对位置、速度和方向，因此在某些情况下可用于自动驾驶、自动驾驶、驾驶辅助、停车辅助、防撞等。对于宽检测范围(例如，从约1米到约200或300米)，激光雷达系统可能需要保持高精度(例如，低虚警概率)和高灵敏度(例如，高检测概率)。
同轴激光雷达系统通常包括激光源、光束扫描仪或扫描仪系统、光检测器和其他光学部件。激光源发出的出射光可以是线性偏振的，也可以由线性偏振器偏振。从远场反射回来的返回光可能包括随机偏振分量。由于系统是同轴的，返回光可能与出射光重叠，因此可能需要与从激光源发射的出射光分离，以便返回光可能被引导到光检测器进行检测。在一些系统中，偏振分束器(偏振分光棱镜)可用于分离出射光和返回光，其中返回光的偏振分量具有与出射光的偏振状态正交的偏振状态，可由偏振分光棱镜发射或反射以到达与光源分离的光检测器。具有与出射光的偏振状态相同的偏振状态的返回光的偏振分量可能由偏振分光棱镜向光源发射或反射，因此可能无法到达光检测器。由于返回光的随机偏振，光检测器只能收集约50％的返回光，导致返回光损失约50％，总体光收集效率降低约50％。因此，可能需要具有更高输出功率的光源或具有更高灵敏度的光检测器来进行物体检测，特别是用于远程检测。
在一些实施例中，包括法拉第旋转器的非互易偏振旋转器可用于同轴激光雷达系统中，以在激光雷达系统内实现接近100％的光收集效率。法拉第旋转器是定向(非互易)偏振光学元件，因此可与互易偏振光学组件(例如，波片)一起使用，以将沿一个方向传播的偏振光从第一偏振状态转换为第二正交偏振状态，同时保持偏振光在相反方向传播的偏振状态。来自光源的线偏振出射光可以通过非互易偏振旋转器，并且可以入射到物体上。物体反射或散射的返回光可能会随机偏振。可通过第一偏振分光棱镜将随机偏振光分离为具有正交偏振方向的两部分。这两部分中的第一部分可以向光检测器传播，第二部分可以向光源传播并通过非互易偏振旋转器。由于法拉第旋转器内的传播方向相反，从光源到达非互易偏振旋转器的出射光和通过非互易偏振旋转器的返回光的第二部分可能具有不同的偏振状态，因此可以使用例如，第二偏振分束器或双折射装置。返回光的第一部分和第二部分可由另一个偏振分光棱镜组合，并可定向到光检测器。这样，激光雷达系统接收到的接近100％的返回光可以定向到光检测器以生成检测信号。因此，可以提高激光雷达系统的信噪比，以实现高精度和高灵敏度。
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了具体细节，以提供对本说明书示例的透彻理解。显然，在没有这些具体细节的情况下，可以练习各种示例。随后的描述仅提供示例，并不旨在限制本发明的范围、适用性或配置。相反，接下来对示例的描述将为本领域技术人员提供实现示例的使能描述。应当理解，在不脱离所附权利要求书中所述的本发明的精神和范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。附图和说明不具有限制性。电路、系统、网络、过程和其他组件可以框图形式显示为组件，以避免在不必要的细节中模糊示例。在其他情况下，为了避免混淆示例，可以在没有不必要的细节的情况下展示众所周知的电路、过程、算法、结构和技术。本申请公开的教导还可以应用于各种类型的应用，例如移动应用、非移动应用、桌面应用、web应用、企业应用等。此外，本发明的教导不限于特定的操作环境(例如，操作系统、设备、平台等)，而是可以应用于多个不同的操作环境。
此外，示例可以通过硬件、软件、固件、中间件、微码、硬件描述语言或其任何组合来实现。当在软件、固件、中间件或微码中实现时，用于执行必要任务(例如，计算机程序产品)的程序代码或代码段可存储在机器可读介质中。处理器可以执行必要的任务。
如果组件被描述为“被配置为”执行某些操作，则可以通过设计电子电路或其他硬件来执行操作，通过编程或控制电子电路(例如微处理器或其他合适的电子电路)来执行操作，或其任何组合来完成此类配置。
本文中使用的“示例”或“示例性”表示“用作示例、实例或说明”本文中描述为“示例性地”或“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为优于其他实施例或设计。
激光雷达系统是一种主动遥感系统，可用于获取从发射器到视场(FOV)中物体上一个或多个点的距离。激光雷达系统使用光束(通常是激光束)照亮物体上的一个或多个点。与其他光源相比，激光束可以长距离传播而不会显著扩散(高度准直)，并且可以聚焦到小光斑，以提供高光功率密度并提供精细分辨率。可以调制激光束，使得发射的激光束可以包括一系列脉冲。发射的激光束可以定向到物体上的一个点，然后该点可以反射或散射发射的激光束。可以测量从物体点反射或散射回激光雷达系统的激光束，并且可以测量从发射光束的脉冲从发射器发射到脉冲到达发射器附近或已知位置的接收器的飞行时间(ToF)。然后，可以通过例如r＝c×t/2确定发射器到物体上的点的范围，其中r是发射器到物体上的点的范围，c是自由空间中的光速，t是从发射器到接收器的光束脉冲的ToF。
例如，激光雷达系统可以包括单点扫描系统或单脉冲闪光系统。单点扫描系统可以使用扫描仪将脉冲光束(例如，脉冲激光束)一次引导到视场中的单个点，并使用光检测器测量反射或后向散射光束。然后，扫描仪可以稍微倾斜脉冲光束以照亮下一点，并且可以重复该过程以扫描整个视场。另一方面，闪光激光雷达系统可以发射更宽的光束，并使用光电二极管阵列(例如焦平面阵列(FPA))同时测量多个点的反射光或后向散射光。由于光束传播范围更广，闪光激光雷达系统可能比单点扫描系统更快地扫描视场，但可能需要更强大的光源来同时照亮更大的区域。
图1是在一些实施例中所示的包括激光雷达系统102的车辆100的示例。激光雷达系统102可允许车辆100在周围环境中执行物体检测和测距。例如，基于物体检测和测距的结果，车辆100可以自动机动(很少或没有人为干预)以避免与环境中的物体碰撞。激光雷达系统102可以包括发射器104和接收器106。在一些实施例中，发射器104和接收器106可以共享至少一些光学组件。例如，在同轴激光雷达系统中，来自发射器104的出射光和返回到接收器106的回射光可以由相同的扫描系统引导，并且可以在空间上至少部分重叠。
发射器104可以根据合适的扫描模式，在不同时间在不同方向上引导一个或多个光脉冲108(或调频连续波(FMCW)光信号、调幅连续波(AMCW)光信号等)。接收器106可以检测返回光脉冲110，返回光脉冲110可以是发射光脉冲108的一部分，发射光脉冲108被一个或多个物体上的一个或多个区域反射或散射。激光雷达系统102可以基于检测到的返回光脉冲110来检测物体，并且还可以基于光脉冲108的发射和相应返回光脉冲110的接收之间的时间差(称为飞行时间)来确定检测到的物体上每个区域的范围(例如，距离)。检测到的物体上的每个区域可以由与相对于激光雷达系统102的二维或三维方向和距离相关联的数据点表示。
上述操作可以快速重复许多不同的方向。例如，可以根据用于二维或三维检测和测距的一维或二维扫描图案，使用各种扫描机制(例如旋转镜或MEMS设备)扫描光脉冲。在二维或三维空间中收集数据点可以形成“点云”，其可以指示例如相对于激光雷达系统的检测物体的方向、距离、形状和尺寸。
在图1所示的示例中，激光雷达系统102可在时间T1向车辆100前方的场发射光脉冲108，并可在时间T2接收由物体112(例如，另一车辆)反射的返回光脉冲110。基于返回光脉冲110的检测，激光雷达系统102可以确定物体112在车辆100的前面。此外，基于T1和T2之间的时间差，激光雷达系统102可以确定车辆100和物体112之间的距离114。激光雷达系统102还可以基于检测到的额外光脉冲确定其他有用信息，例如两辆车之间的相对速度和/或加速度和/或检测到的物体的尺寸(例如，物体的宽度或高度)。因此，车辆100可以调整其速度(例如，减速、加速或停车)以避免与其他物体碰撞，或者可以基于激光雷达系统102对物体的检测和测距来控制其他系统(例如，自适应巡航控制、紧急制动辅助、防抱死制动系统等)。
激光雷达系统可以检测几米到200米以上距离的物体。由于其准直激光的能力及其短波长(例如，约905nm至约1550nm)，使用红外(IR)光的激光雷达可以实现比雷达更好的方位角和仰角的空间或角度分辨率(例如，约0.1°)，从而实现更好的物体分类。这可能允许场景中物体的高分辨率3D特征化，而无需进行大量后端处理。相比之下，使用更长波长(例如，对于约77GHz的信号，约4mm)的雷达可能无法分辨小特征，尤其是随着距离的增加。激光雷达系统也可能具有比雷达更大的水平(方位)视场和更好的垂直(仰角)视场。激光雷达系统可以在夜间具有非常高的性能。使用调制激光雷达技术的激光雷达系统可能对来自其他传感器的干扰具有鲁棒性。
返回光脉冲的强度或信号电平可能受到许多因素的影响，包括但不限于透射光信号强度、光在物体上的入射角、物体反射或散射特性、传播介质的衰减、系统前端增益或损耗、激光雷达系统102中的光学元件引起的损耗，等等。噪声地板可能受到环境光照水平和前端增益设置等因素的影响。通常，在激光雷达系统中，中远程测量信号的信噪比(SNR)可能会随着检测距离的增加而降低。对于处于某个短或中等范围(例如，约20米)的物体，返回光脉冲的信号电平可能比环境噪声电平高得多，因此光检测器的检测信号的SNR可能相对较高。另一方面，从长距离(例如，约200米)返回的光脉冲信号可能明显较弱，并且可能具有类似于环境噪声水平的信号强度水平，因此具有低SNR，或者甚至可能无法被一些低灵敏度光检测器检测到。此外，一些激光雷达系统可能难以在近距离检测物体，因为飞行时间短，并且激光雷达光学系统可能被配置为中远程检测。例如，如果没有更复杂的组件，一组透镜可能不适用于短距离(例如<1米)和长距离(例如>40米)。
因此，即使未在图1中显示，在一些实施例中，车辆100可以在不同位置包括其他传感器，例如，摄像机、超声波传感器、雷达传感器(例如，短程和远程雷达)、运动传感器或惯性测量单元(IMU，例如，加速计和/或陀螺仪)、车轮传感器(例如，转向角传感器或旋转传感器)，GNSS接收器(例如GPS接收器)等。这些传感器中的每一个都可以生成信号，提供与车辆100和/或周围环境有关的信息。每个传感器可以发送和/或接收信号(例如，广播到周围环境的信号和从周围环境返回的信号)，这些信号可以被处理以确定周围环境中特征(例如，物体)的属性。激光雷达、雷达、超声波传感器和摄像机各有优缺点。高度或完全自主的车辆通常使用多个传感器来创建车辆周围环境的精确远程和短期地图，例如，使用传感器融合技术。此外，还希望不同传感器具有足够的覆盖重叠，以增加冗余并提高安全性和可靠性。
摄像机可用于提供与车辆100和/或其周围环境有关的视觉信息，例如，用于停车辅助、交通标志识别、行人检测、车道标线检测和车道偏离警告、环绕视图等。摄像机可以包括广角镜头，例如可以提供大视角(例如大于150°)的鱼眼镜头。多个摄像机可以提供多个视图，这些视图可以缝合在一起以形成聚合视图。例如，来自位于车辆100每侧的摄像机的图像可以缝合在一起，以形成车辆和/或其周围环境的360°视图。摄像机成本低，易于使用，并可以提供颜色信息。然而，摄像机可能强烈依赖于环境光条件，并且可能需要对捕获的图像执行重要处理以提取有用信息。
在一些实施例中，车辆100可以包括位于车辆100的前保险杠、驾驶员侧、乘客侧和/或后保险杠上的超声波传感器。超声波传感器可以发射超声波，车辆控制系统可以使用超声波来检测周围环境中的物体(例如，人、结构和/或其他车辆)。在一些实施例中，车辆控制系统还可以使用超声波来确定物体相对于车辆100的速度、位置(包括距离)和/或其他属性。超声波传感器也可用于例如停车辅助。超声波在几米以外的空气中可能会受到强烈衰减。因此，超声波传感器主要用于近程物体检测。
IMU可以测量速度、线性加速度或减速度、角加速度或减速度，或与车辆100运动相关的其他参数。例如，车轮传感器可以包括测量方向盘位置角和转动率的转向角传感器、测量车轮转速的转速传感器或另一个车轮转速传感器。
雷达传感器可发射射频波，车辆控制系统可使用该射频波检测周围环境中的物体(例如，人、结构和/或其他车辆)。在一些实施例中，车辆控制系统可以使用无线电波来确定物体的速度、位置(包括距离)和/或其他属性。雷达传感器可包括远程雷达、中程雷达和/或短程雷达，并可用于盲点检测、追尾警告、交叉交通警报、自适应巡航控制等。
图2是在一些实施例中所示的激光雷达系统200的示例性简化框图。激光雷达系统200可以包括发射器，发射器可以包括处理器/控制器210、光源220、用于扫描来自光源220的输出光束的扫描仪230和发射器透镜250。例如，光源220可以包括激光器、激光二极管、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、发光二极管(LED)或其他光源。该激光器可包括例如红外脉冲光纤激光器或其他锁模激光器，其输出波长为例如930-960nm、1030-1070nm、约1550nm或更长。处理器/控制器210可以控制光源220发射光脉冲。例如，扫描仪230可以包括由电机驱动的旋转平台、多维机械台、振镜控制的反射镜、由微电机驱动的微机电(MEMS)反射镜、使用压电材料(例如石英或锆钛酸铅(PZT)陶瓷)的压电转换器/换能器、电磁致动器、谐振光纤扫描仪、或声学执行器。在一个示例中，激光雷达系统200可以包括单点扫描系统，该系统使用与镜子结合的微机电系统(MEMS)将脉冲光束反射到视场中的单个点。在一些实施例中，扫描仪230可以不包括机械移动部件，并且可以使用例如相控阵技术，其中可以调制光束阵列的相位(例如，来自一维(1-D)或二维(2-D)激光阵列中的激光器)以改变叠加光束的波前。发射器透镜250可以将光束232指向物体260，如光束252所示。
激光雷达系统200可包括接收器，接收器可包括接收器透镜270、光检测器280和处理器/控制器210。来自物体260的反射或散射光束262可由接收器透镜270收集并引导至光检测器280。光检测器280可以包括具有与光源220的波长相当的工作(敏感)波长的探测器。光检测器280可以是高速光检测器，例如在p型半导体区域和n型半导体区域之间具有本征区域的PIN光电二极管、硅光电倍增管(SiPM)传感器、雪崩光检测器(APD)等。处理器/控制器210可用于同步和控制光源220、扫描仪230和光检测器280的操作，并基于光源220和扫描仪230的控制信号以及光检测器280检测到的信号分析测量结果。
在一些实施例中，分束器240可以将来自扫描仪230的光束232分离，并将光束232的一部分指向光检测器280，如图2中的光束242所示。光束242可以通过分束器240直接或间接地通过一个或多个反射镜定向到光检测器280。在一些实施例中，来自光源的光束可以在进入扫描仪230之前被分割并定向到接收器。通过将发射源附近的发射脉冲部分定向到光检测器280，在发射后立即由光检测器280捕获的脉冲可以用作用于确定飞行时间的发射脉冲或参考脉冲。为了测量飞行时间，必须在光检测器280的检测信号波形内识别发射和返回脉冲的近似位置。例如，激光雷达系统可以使用前沿检测器、峰值检测器或匹配滤波器检测器来恢复来自光检测器的检测信号中的发射和/或返回光脉冲。
在图2所示的示例中，激光雷达系统200可以是非同轴激光雷达系统，其中接收器和发射器可以使用不同的光学组件，并且出射光和返回光可以在空间上不重叠。在一些实施例中，激光雷达系统可以是同轴系统，其中，例如，出射光和返回光可以由同一扫描仪扫描，并且可以在扫描仪处至少在空间上重叠。
图3A和图3B是在一些实施例中所示的激光雷达模块300的示例性简化框图。激光雷达模块300可以是激光雷达系统102的示例，并且可以包括发射器302、接收器304和控制发射器302和接收器304的操作的激光雷达控制器306。发射器302可以包括光源308和准直器透镜310，而接收器304可以包括透镜314和光检测器316。激光雷达模块300可能还包括镜像组件312和光束偏转器313。在一些实施例中，发射器302和接收器304可被配置为共享镜像组件312(例如，使用分束器/合束器)以执行光转向和检测操作，其中光束偏转器313被配置为将镜像组件312反射的入射光反射到接收器304。在一些实施例中，光束偏转器313也可由发射器302和接收器304共享(例如，通过分束器/合束器)，其中来自光源308并由镜像组件312反射的出射光也可由光束偏转器313反射，而返回的光束可由镜像组件312和光束偏转器313偏转到透镜314和光检测器316。
图3A示出了由激光雷达模块300进行的波束引导操作的示例。为了投射光，激光雷达控制器306可以控制光源308以发射光束318(例如，光脉冲、FMCW光信号、AMCW光信号等)。光束318可在离开光源308时发散，并可由准直器透镜310准直。被准直的光束318可以以基本相同的光束尺寸传播。
被准直的光束318可以入射到镜像组件312上，镜像组件312可以沿输出投影路径319反射和引导光束朝向感兴趣的领域，例如物体112。镜像组件312可以包括一个或多个可旋转镜，例如一维或二维微镜阵列。镜像组件312还可以包括一个或多个致动器(图3A中未示出)，用于旋转可旋转反射镜。致动器可以围绕第一轴322旋转可旋转反射镜，和/或可以围绕第二轴326旋转可旋转反射镜。围绕第一轴322的旋转可以改变输出投影路径319相对于第一维度(例如，x轴或z轴)的第一角度324(例如，经度角)，而围绕第二轴326的旋转可以改变输出投影路径319相对于第二维度(例如，y轴)的第二角度328(例如，高度角)。激光雷达控制器306可以控制致动器以产生围绕第一轴322和第二轴326的不同旋转角度组合，使得输出投影路径319的移动可以遵循扫描模式332。输出投影路径319沿x轴的移动范围334以及输出投影路径319沿y轴的移动范围338可以定义FOV。FOV内的物体，例如物体112，可以接收并散射被准直的光束318，以形成可由接收器304接收的返回光信号。
图3B示出了由激光雷达模块300进行的返回光束检测操作的示例。激光雷达控制器306可以选择入射光方向339，以通过接收器304检测入射光。选择可以基于设置镜像组件312的可旋转反射镜的旋转角度，使得只有沿入射光方向339传播的光束320被反射到光束偏转器313，然后光束偏转器313可以通过透镜314将光束320转向光检测器316。光检测器316可以包括能够检测激光雷达系统工作波长中的光脉冲的任何合适的高速探测器，例如PIN光电二极管、硅光电倍增管(SiPM)传感器或雪崩光检测器。通过这种布置，接收器304可以选择性地接收与目标物体的测距/成像相关的信号，例如由物体112反射准直光束产生的光脉冲110，而不接收其他信号。因此，可以减少环境干扰对物体测距/成像的影响，提高系统性能。
图4是在一些实施例中所示的激光雷达系统(如图1所示的激光雷达系统102)中光学子系统400的示例性简化框图。在一些实施例中，多个光学子系统400可以集成到激光雷达系统中，以实现例如在横向平面中的360°覆盖。在一个示例中，激光雷达系统可包括围绕一个圆分布的八个光学子系统400，其中每个光学子系统400可在横向平面上具有约45°的视场。
在图4所示的示例中，光学子系统400可以包括光源410，例如激光器(例如，脉冲激光二极管)。由光源410发射的光束412可由准直透镜420准直。准直光束422可以入射到第一偏转器430上，第一偏转器430可以是静止的，或者可以在至少一个维度上旋转，使得准直光束422可以至少被第一偏转器430向例如不同的y位置偏转。由第一偏转器430偏转的准直光束432可以由第二偏转器440进一步偏转，第二偏转器440可以是静止的，或者可以在至少一个维度上旋转。例如，第二偏转器440可以向不同的x位置旋转和偏转准直光束432。由第二偏转器440偏转的准直光束442可到达目标物体405上所需(x，y)位置的物体点。因此，第一偏转器430和第二偏转器440可以单独或组合地在二维中将准直光束扫描到远场中的不同(x，y)位置。
目标物体405可以通过镜面反射或散射反射准直光束442。反射光402的至少一部分可以到达第二偏转器440，并且可以被第二偏转器440作为光束444向第三偏转器450偏转。第三偏转器450可以将光束444作为光束452偏转到接收器，接收器可以包括透镜460和光检测器470。透镜460可以将光束452作为光束462聚焦到光检测器470上的位置，该位置可以包括单个光检测器或光检测器阵列。光检测器470可以是任何合适的高速检测器，可以检测激光雷达系统的工作波长中的光脉冲，例如销光电二极管，SIPM传感器或雪崩光检测器。在一些实施例中，可以在光路中使用一个或多个其他偏转器来改变光束的传播方向(例如，折叠光束)，从而可以减小或最小化光学子系统400的尺寸，而不影响激光雷达系统的性能。例如，在一些实施例中，第四偏转器可以放置在第三偏转器450和透镜460之间，使得透镜460和光检测器470可以放置在光学子系统400中的所需位置。
上述光偏转器可以使用微镜阵列、振镜、固定镜、光栅等来实现。在一个示例中，第一偏转器430可以包括微镜阵列，第二偏转器440可以包括振镜，第三偏转器450和其他偏转器可以包括固定镜。微镜阵列可以具有微镜像组件阵列，每个微镜像组件具有可移动的微镜和致动器(或多个致动器)。微镜和致动器可以在半导体基板上形成微机电系统(MEMS)，这可以允许MEMS与半导体基板上的其他电路(例如控制器、接口电路等)集成。
如上所述，可能希望激光雷达系统能够在很宽的距离范围内检测物体，例如从约1米到大于约200米。然而，返回光脉冲的强度或信号电平可能受到物体距离和许多其他因素的影响。通常，在激光雷达系统中，中距离和长距离测量信号的光强度可能会随着探测范围的增加而降低。从长距离(例如，约200米)返回的光信号可能非常弱，并且可能具有接近环境噪声级的信号强度水平，或者甚至可能无法被某些光检测器检测到。
图5A示出了用于检测不同距离范围内的物体的激光雷达系统510的示例。激光雷达系统510可安装在车辆505上，并可用于检测物体，例如车辆505前方或周围较长距离的物体590或较短距离的物体592。在图5A所示的示例中，激光雷达系统510的发射器可以在线520和线524之间具有垂直视场。激光雷达系统510的接收器可以在线530和线534之间具有垂直视场。对于不同范围的物体，透射光在物体上的入射角以及可能到达接收器的反射或散射光的角度可能不同。在所示示例中，透射光(由线524所示)在远处照射在被摄体590上的入射角可能接近零，并且可能到达接收器的来自被摄体590(由线534所示)的反射角可能在零左右。在中间范围内，透射光(由线522所示)在物体592上的入射角可以大于零，并且可能到达接收器的来自物体592(由线532所示)的返回光的反射角可以大于零。透射光(由线520所示)在短距离物体上的入射角可以远大于零，并且可能到达接收器的短距离(由线530所示)返回光的反射角可以远大于零。
图5B包括曲线550，其示出了激光雷达系统示例的接收信号强度和物体距离之间关系的示例。如上所述，返回光脉冲的信号电平可能受物体的距离和其他因素的影响，例如透射光信号强度、传播介质中的衰减、透射光和物体之间的相互作用、物体的特性、激光雷达系统中接收器的性能等。在简化模型中，激光雷达系统的光检测器接收到的光子数Ns可以是：
Figure BDA0003929740690000071
在上述等式中，NL是透射光子的数量；T1是介质在从光源到物体的光路上的透射率；β(θ,R)是透射光子被物体散射成单位立体角的概率，可以是入射角θ和范围R的余弦的函数；T2是从物体到接收器的光路中介质的透射率；
Figure BDA0003929740690000072
是接收器收集散射光子的概率(接收器孔径与散射物体的面积A相对的立体角)；η是激光雷达硬件的光学效率(例如镜子、透镜、滤波器、检测器等)；G是几何形状因子，描述了光照射面积与接收器光学元件视场之间的重叠，是距离R的函数；NB是背景噪声和其他噪声，如太阳辐射、路灯、前照灯和电子设备噪声。因此，如图5B所示，对于中距离检测，接收信号强度可能最高，对于短距离和长距离，接收信号强度可能较低。
为了增加接收信号强度，可以增加发射功率。然而，出于担忧，对光源(例如激光器)的最大输出功率进行了调节，以使激光能量/输出功率低于法规规定的眼睛安全极限。这些规定可能会影响激光波长的选择、激光雷达系统的工作模式(例如，脉冲或连续)，以及检测方法和光检测器。例如，在同时照亮2D场景的闪光激光雷达系统中，接收的光功率可能与1/R4成比例，其中R是距离。在光束控制激光雷达系统中，接收的光功率可能与1/R2成比例。因此，光束控制激光雷达系统可能更适合远程检测。
激光雷达系统通常使用波长在红外波段(例如约0.80至1.55μm)的激光源，以利用这些波长的大气透射窗口(尤其是水)，同时使用人眼看不到的光束。在近红外(NIR)区域以较短波长工作的激光器可能具有较低的输出功率/能量限制，因为人眼可能将较短波长的近红外光聚焦到视网膜上，从而将激光辐射集中到一个小区域。更长波长的近红外激光可能被角膜吸收，因此可能具有更高的输出功率/能量限制。例如，对于1ns激光脉冲，1550nm的激光安全极限可能比905nm的激光高1000000倍。激光雷达系统中使用的激光器示例包括固态激光器(SSL)和二极管激光器(DLs)。
光检测器是激光雷达接收器中用于ToF测量的光子传感设备。光检测器需要对特定波长范围内的光具有高灵敏度，因为只有一小部分激光发射的光可能到达光检测器。硅基探测器可用于检测波长在约0.3μm至约1.1μm之间的光。InGaAs探测器可用于检测波长超过1.1μm的光，尽管它们对波长超过0.7μm的光可能具有可接受的灵敏度。光检测器可能还需要具有用于检测短脉冲的高带宽、最小时间抖动、高动态范围和高信噪比(信噪比或SNR)。为了使检测具有有用信息，SNR可能需要大于1，SNR越高，距离测量可能越精确。例如，激光雷达系统中的噪声可能包括未滤波的背景以及光检测器和放大器的暗电流和增益变化。测量的距离不确定性可近似为：
Figure BDA0003929740690000081
其中，B是检测带宽(由脉冲持续时间设置)；c是自由空间中的光速；S/N是信噪比。因此，希望光检测器具有高光谱光敏性、低噪声高增益、低暗电流和小终端电容(用于更高带宽)。可以在激光雷达系统中使用几种类型的探测器，例如PIN二极管、APD、SPAD、多像素光子计数器(MPPC)和光电倍增管(PMT)。然而，可能难以制造具有上述所有期望性能的光检测器。
在同轴激光雷达系统中，激光源发出的出射光可能是线偏振的。来自远场的返回光可以包括随机偏振分量。由于系统是同轴的，返回光可能在空间上与激光源发射的出射光重叠，因此可能需要与出射光分离，以便将返回光定向到光检测器进行检测。偏振分光棱镜可用于分离出射光和返回光，其中具有与出射光的偏振状态正交的偏振状态的返回光的偏振分量可由偏振分光棱镜发射或反射以到达与光源分离的光检测器。具有与出射光的偏振状态相同的偏振状态的返回光的偏振分量可能由偏振分光棱镜向光源发射或反射，因此可能无法到达光检测器。由于返回光的随机偏振，光检测器只能收集约50％的返回光，导致返回光损失约50％，总体光收集效率降低约50％。因此，同轴激光雷达系统中的物体检测可能需要更高功率的光源或更高灵敏度的光检测器。
图6示出了同轴激光雷达系统600的示例。同轴激光雷达系统600可以包括光源610，例如激光器，其在如上所述的红外波长范围内发射光信号，例如光脉冲、FMCW光信号或AMCW光信号。从光源610发射的光信号可以是偏振光，或者可以使用线性偏振器(图6中未示出)进行偏振。同轴激光雷达系统600还可以包括偏振分光棱镜620。偏振分光棱镜620可反射s偏振光(其电场垂直于入射面622，也称为横向电(TE)、sigma偏振或矢状面偏振波)。偏振分光棱镜620可发射p偏振光(其电场平行于入射面622，也称为横向磁(TM)、pi偏振光或切向平面偏振光)。在图6所示的示例中，来自光源610的光信号可以是s偏振光，因此可以由偏振分光棱镜620反射到扫描仪630。扫描仪630可以是上述任何类型的光学扫描仪，例如振镜或MEMS镜。扫描器630可以将s偏振光引导到目标605。
目标605可以将s偏振光散射成随机偏振光，随机偏振光可以包括s偏振光和p偏振光。散射光的一部分可以返回到扫描仪630，扫描仪630可以将返回的光引导到偏振分光棱镜620。返回光的p偏振分量可以通过偏振分光棱镜620朝向光检测器660。光检测器660可以是上述任何光检测器，并且可以将返回的光转换为电信号。在一些实施例中，滤波器640可用于例如阻挡来自周围环境的可见光并发射感兴趣的红外光。在一些实施例中，透镜650可用于将返回光聚焦到光检测器660上。返回光的s偏振分量可被偏振分光棱镜620反射回光源610。因此，返回光的s偏振分量可能不会被光检测器660接收。因此，只有大约一半由扫描仪630引导至偏振分光棱镜620的返回光可由光检测器660检测。因此，激光雷达硬件的光学效率降低。如上所述，对于远程检测，返回到激光雷达系统的光可能具有非常低的强度。激光雷达系统内s偏振光的损失可进一步降低入射到光检测器660上的返回光的强度，从而降低光检测器660产生的电信号的信噪比，即使光检测器660足够敏感以检测低强度光。
在一些实施例中，包括法拉第旋转器的非互易偏振旋转器可用于同轴激光雷达系统中，以在激光雷达系统内实现接近100％的光收集效率。法拉第旋转器是定向(非互易)偏振光学元件，因此可与互易偏振光学组件(例如，波片)一起使用，以将沿一个方向传播的偏振光从第一偏振状态转换为第二正交偏振状态，同时保持偏振光在相反方向传播的偏振状态。来自光源的线偏振出射光可以通过非互易偏振旋转器，并且可以入射到物体上。物体反射或散射的返回光可能会随机偏振。可通过第一偏振分光棱镜将随机偏振光分离为具有正交偏振方向的两部分。这两部分中的第一部分可以向光检测器传播，第二部分可以向光源传播并通过非互易偏振旋转器。由于法拉第旋转器内的传播方向相反，从光源到达非互易偏振旋转器的出射光和通过非互易偏振旋转器的返回光的第二部分可能具有不同的偏振状态，因此可以使用例如，第二偏振分束器或双折射装置。返回光的第一部分和第二部分可由另一个偏振分光棱镜组合，并可定向到光检测器。这样，激光雷达系统接收到的接近100％的返回光可以定向到光检测器以生成检测信号。因此，可以提高激光雷达系统的信噪比，以实现高精度和高灵敏度。
图7A示出了法拉第旋转器700的示例。法拉第旋转器700是基于磁光效应的偏振旋转器，其中输入光的一个偏振分量可以与晶体710(例如，铋替代钇铁石榴石(Bi-YIG)晶体)处于铁磁共振，导致其相速度高于其他偏振分量。因此，当向晶体710施加平行于传播方向的磁场时，可以旋转穿过晶体710的线偏振光的偏振状态。旋转角度可根据β＝VBd确定，其中B是传播方向上的磁通密度(单位为特斯拉)，d是光和磁场相互作用路径的长度(单位为米)，V是晶体710的费尔德常数(单位为弧度/特斯拉/米，rad/(T·m))。费尔德常数V可能随光波长和工作温度而变化。
法拉第旋转是非互易光传播的示例。在偏振光通过法拉第介质并在正向过程中被法拉第介质旋转后，将旋转的偏振光反射回同一法拉第介质不会反转偏振光在正向过程中经历的偏振方向旋转。相反，在倒数介质中，当在向前和向后过程中从光传播方向观察时，偏振方向可以在相同意义上旋转(例如，左手或右手旋转或顺时针或逆时针旋转)。因此，通过互易介质发送线偏振光，然后通过互易介质反射旋转的线偏振光，可以反转旋转，并将入射的线偏振光返回其原始偏振方向。
图7B示出了线性偏振光束在前向传递中通过非互易偏振旋转器705的示例。非互易偏振旋转器705可以包括法拉第旋转器720和半波片730。法拉第旋转器720可以具有特定长度并且可以经历特定磁场，使得法拉第旋转器720可以使通过法拉第旋转器720的线偏振光的偏振方向顺时针旋转45°。半波片730还可用于旋转线偏振光的偏振方向，其中旋转角度可为半波片730的快轴与输入线偏振光的偏振面(偏振方向)之间的角度的两倍。例如，放置半波片730，使其快轴相对于线偏振光的偏振面处于45°可导致线偏振光的偏振方向旋转90°。放置半波片730，使其快轴相对于线偏振光的偏振面处于22.5°可能导致线偏振光的偏振方向旋转45°。在所示示例中，半波片730的方向可以使其可以将线偏振光的偏振方向进一步顺时针旋转45。因此，在前向传递中，可以通过法拉第旋转器720和半波片730的组合将线偏振光的偏振方向旋转90°。
例如，如图7B所示，在正向过程中，水平偏振光的偏振方向可由法拉第旋转器720顺时针旋转45°，半波片730可进一步顺时针旋转偏振光的偏振方向45°，使得入射的水平偏振光束的偏振方向可以由法拉第旋转器720和半波片730沿顺时针方向旋转总共90°，以变成垂直偏振。类似地，在正向过程中，垂直偏振光束的偏振方向可由法拉第旋转器720顺时针旋转45°，半波片730可进一步顺时针旋转偏振光束的偏振方向45°，使得入射的垂直偏振光束的偏振方向可以由法拉第旋转器720和半波片730沿顺时针方向旋转总共90°，以变为水平偏振。
图7C示出了线性偏振光束在反向通过中通过非互易偏振旋转器705示例的示例。在后向过程中，半波片730可以逆时针方向将线性偏振光束的偏振方向旋转45°，法拉第旋转器720可以顺时针方向将线性偏振光束的偏振方向旋转45°。因此，在反向过程中，可以通过法拉第旋转器720和半波片730的组合将线性偏振光束的偏振方向旋转0°。
例如，如图7C所示，在反向过程中，入射垂直偏振光束的偏振方向可以由半波片730沿逆时针方向旋转45°，法拉第旋转器720可以沿顺时针方向旋转偏振光束的偏振方向45°，使得入射的垂直偏振光束的偏振方向可通过法拉第旋转器720和半波片730旋转总共0°以保持垂直偏振。类似地，在反向过程中，入射的水平偏振光束的偏振方向可以由半波片730沿逆时针方向旋转45°，法拉第旋转器720可以沿顺时针方向将偏振光束的偏振方向旋转45°，使得入射的水平偏振光束的偏振方向可通过法拉第旋转器720和半波片730旋转总共0°以保持水平偏振。
图8示出了在一些实施例中的同轴激光雷达系统800的示例，该系统包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器。在图8所示的示例中，同轴激光雷达系统800可包括可发射p偏振光的光源810，或可包括可将发射光偏振为p偏振光的偏振器。p偏振光可以通过第一偏振分光棱镜820，其可以类似于可以反射s偏振光并发射p偏振光的偏振分光棱镜620。然后，p偏振光可以通过法拉第旋转器830和半波片840，该半波片840可以共同形成非互易偏振旋转器(例如，非互易偏振旋转器705)，并且因此可以由于法拉第旋转器830和半波片840的90°旋转而成为s偏振光，如上文关于图7B所示的前向传递操作所述。s偏振光可被第二偏振分光棱镜850反射，其可类似于偏振分光棱镜620和第一偏振分光棱镜820。由第二偏振分光棱镜850反射的s偏振光可以由扫描仪860扫描到目标805。扫描仪860可以类似于扫描仪630或上述其他光学扫描仪。
目标805可以将s偏振光散射成随机偏振光，随机偏振光可以包括s偏振光和p偏振光。散射光的一部分可以返回到扫描仪860，扫描仪860可以将返回的光引导到第二偏振分光棱镜850。返回光的p偏振分量可穿过第二偏振分光棱镜850和第三偏振分光棱镜870，朝向光检测器880。光检测器880可以是上述任何光检测器，并且可以将返回的光转换为电信号。在一些实施例中，可选地，滤波器872(例如，滤波器640)可用于阻挡来自周围环境的可见光并发射红外光，并且透镜874(例如，透镜650)可用于将返回的光聚焦到光检测器880上。
返回光的s偏振分量可被第二偏振分光棱镜850反射回光源810。返回光的反射s偏振分量可以在后向传递中通过半波片840和法拉第旋转器830，其中返回光的s偏振分量可以在通过半波片840和法拉第旋转器830后保持s偏振，如上文关于图7C所示的后向传递操作所述。通过法拉第旋转器830的s偏振光可由第一偏振分光棱镜820向反射器890(例如，镜子或反射棱镜)反射。反射器890可将s偏振光引导至第三偏振分光棱镜870，第三偏振分光棱镜870可将s偏振光反射至光检测器880。因此，可以由光检测器880检测返回光的s偏振分量和p偏振分量。因此，提高了激光雷达硬件的光学效率。
图9示出了在一些实施例中的同轴激光雷达系统900的另一个示例，该系统包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器。在图9所示的示例中，同轴激光雷达系统900可包括可发射p偏振光的光源910，或可包括可将发射光偏振为p偏振光的偏振器。p偏振光可以通过第一偏振分光棱镜920，其可以类似于可以反射s偏振光并发射p偏振光的偏振分光棱镜620。然后，p偏振光可以通过半波片930和法拉第旋转器940，该半波片930和法拉第旋转器940可以共同形成非互易偏振旋转器(例如，非互易偏振旋转器705)，因此可以由于半波片930和法拉第旋转器940的0°旋转而保持p偏振光，如上文关于图7C所示的后向传递操作所述。p偏振光可由第二偏振分光棱镜950发射，其可类似于第一偏振分光棱镜920或偏振分光棱镜620。通过第二偏振分光棱镜950的p偏振光可以由扫描仪960扫描到目标905。扫描仪960可以类似于扫描仪630或860或上述任何其他光学扫描仪。
目标905可以将p偏振光散射成随机偏振光，随机偏振光可以包括s偏振光和p偏振光。散射光的一部分可以返回到扫描仪960，扫描仪960可以将返回的光引导到第二偏振分光棱镜950。返回光的s偏振分量可被第二偏振分光棱镜950反射。由第二偏振分光棱镜950反射的返回光的s偏振光分量可以通过波片970转换为p偏振光，波片970可以是半波片，其定向使得其快轴相对于s偏振光的偏振面处于45°处，从而导致s偏振光的偏振方向旋转90°。p偏振光可穿过第三偏振分光棱镜980朝向光检测器990。光检测器990可以是上述任何光检测器，并且可以将返回的光转换为电信号。在一些实施例中，如上文关于图6所述，滤波器(例如，滤波器640，未在图9中示出)可用于阻挡来自周围环境的可见光并发射红外光，并且透镜(例如，透镜650，未在图9中示出)可用于将返回的光聚焦到光检测器990上。
返回光的p偏振分量可以通过第二偏振分光棱镜950、法拉第旋转器940和半波片930，其中返回光的p偏振分量可以在通过法拉第旋转器940和半波片930后转换为s偏振光，如上文关于图7B所示的前向通过操作所述。s偏振光可由第一偏振分光棱镜920向反射器995(例如，镜子或反射棱镜)反射。反射器995可将s偏振光引导至第三偏振分光棱镜980，其可将s偏振光反射至光检测器990。因此，可以由光检测器990检测返回光的s偏振分量和p偏振分量。因此，提高了激光雷达硬件的光学效率。
图10示出了在一些实施例中的同轴激光雷达系统1000的又一示例，该系统包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器。在图10所示的示例中，同轴激光雷达系统1000可包括可发射s偏振光的光源1010，或可包括可将发射光偏振为s偏振光的偏振器。s偏振光可由第一偏振分光棱镜1020反射，其可类似于可反射s偏振光并发射p偏振光的偏振分光棱镜620。s偏振光可被引导至半波片1030和法拉第旋转器1040，其可共同形成非互易偏振旋转器(例如，非互易偏振旋转器705)。由于半波片1030和法拉第旋转器1040的0°旋转，s偏振光在通过半波片1030和法拉第旋转器1040后可以保持s偏振光，如上文关于图7C所示的后向操作所述。s偏振光可被第二偏振分光棱镜1050反射。由第二偏振分光棱镜1050反射的s偏振光可以由扫描仪1060扫描到目标1005。扫描仪1060可以类似于扫描仪630或上述任何其他光学扫描仪。
目标1005可将s偏振光散射成随机偏振光，随机偏振光可包括s偏振光和p偏振光。散射光的一部分可以返回到扫描仪1060，扫描仪1060可以将返回的光引导到第二偏振分光棱镜1050。返回光的p偏振分量可穿过第二偏振分光棱镜1050和第三偏振分光棱镜1070，朝向光检测器1080。光检测器1080可以是上述任何光检测器，并且可以将返回的光转换为电信号。在一些实施例中，可选地，滤波器1072(例如，滤波器640)可用于阻挡来自周围环境的可见光并发射红外光，并且透镜1074(例如，透镜650)可用于将返回的光聚焦到光检测器1080上。
返回光的s偏振分量可由第二偏振分光棱镜1050向法拉第旋转器1040和半波片1030反射。返回光的s偏振分量在通过法拉第旋转器1040和半波片1030后可以变为p偏振，如上文关于图7B所示的前向操作所述。通过法拉第旋转器1040和半波片1030的p偏振光可以向第一偏振分光棱镜1020传播。第一偏振分光棱镜1020可以将p偏振光发射到反射器1090。反射器1090可将p偏振光指向反射器1092，反射器1092可将p偏振光反射到波片1094。波片1094可以是半波片，并且可以如上所述定位，使得其可以将p偏振光转换为s偏振光。然后，s偏振光可被第三偏振分光棱镜1070反射到光检测器1080。因此，可以由光检测器1080检测返回光的s偏振分量和p偏振分量。因此，提高了激光雷达硬件的光学效率。
图11示出了在一些实施例中的同轴激光雷达系统1100的又一示例，该系统包括用于提高返回光收集效率的非互易偏振旋转器。在图11所示的示例中，同轴激光雷达系统1100可包括可发射线偏振光(例如，s偏振光)的光源1110，或可包括可将发射光偏振为s偏振光的偏振器。s偏振光可以通过双折射走离块1120。双折射走离块1120可以包括相对于其光轴以一定角度(≠90°)切割的双折射材料块，因此可以将正常入射的非偏振表面光分离为普通光线(o射线)和特殊光线(e射线)。来自光源1110的s偏振光可以作为普通光线(o射线)通过双折射走离块1120，而没有空间走离。
然后，o射线可以通过半波片1130和法拉第旋转器1140，这两个旋转器可以共同形成非互易偏振旋转器(例如，非互易偏振旋转器705)，因此，由于半波片1130和法拉第旋转器1140的0°旋转，如上文关于图7C所示的反向通过操作所述，可以保持o射线。o射线可以由第一偏振分光棱镜1150反射，第一偏振分光棱镜1150可以类似于偏振分光棱镜620，并且可以反射o射线并发射e射线。由第一偏振分光棱镜1150反射的o射线可以由扫描仪1160扫描到目标1105。扫描器1160可以类似于扫描器630或860或上述其他光学扫描器。
目标1105可将o射线散射到随机偏振光中，随机偏振光可包括o射线和e射线。散射光的一部分可以返回到扫描仪1160，扫描仪1160可以将返回的光引导到第一偏振分光棱镜1150。返回光的e射线分量可由第一偏振分光棱镜1150和第二偏振分光棱镜1170发射到光检测器1180。光检测器1180可以是上述任何光检测器，并且可以将返回的光转换为电信号。在一些实施例中，可选地，滤波器1172(例如，滤波器640)可用于阻挡来自周围环境的可见光并发射红外光，并且透镜1174(例如，透镜650)可用于将返回的光聚焦到光检测器1180上。
返回光的o射线成分可被第一偏振分光棱镜1150反射，并通过法拉第旋转器1140和半波片1130，其中返回光的o射线成分可在通过法拉第旋转器1140和半波片1130后转换为e射线，如上文关于图7B所示的前向操作所述。当入射到双折射走离块1120上时，e射线可以以如图11所示的空间走离穿过双折射走离块1120，因此可以在空间上与从光源1110发射的线偏振光分离。第一反射器1190(例如，镜子或反射棱镜)和第二反射器1192(例如，镜子或反射棱镜)可通过波片1194将e射线引导至第二偏振分光棱镜1170，波片1194的放置可使其快轴与e射线的偏振面成45°以将e射线转换为o射线。o射线可由第二偏振分光棱镜1170向光检测器1180反射。因此，可以由光检测器1180检测返回光的o射线分量和e射线分量。因此，提高了激光雷达硬件的光学效率。
注意，即使在上述实施例中未示出，在各种实施例中，可在光路中适当添加一个或多个反射器，以改变光的传播方向，而不改变反射光的偏振方向。在一些实施例中，可以在上述实施例中的光路径中适当地添加一个或多个相互偏振旋转器，例如波片，以将线偏振光的偏振方向旋转90°。
图12示出了用于实现本文所公开的一些实施例的计算机系统1200的示例。计算机系统1200可用于实现上述任何激光雷达系统。例如，计算机系统1200可用于实现激光雷达系统102、处理器/控制器210、激光雷达控制器306或本文所述的其他系统、子系统、单元或组件。计算机系统1200可以包括一个或多个处理器1202，其可以经由内部总线子系统1204与多个外围设备(例如，输入设备)通信。这些外围设备可以包括存储子系统1206(包括内存子系统1208和文件存储子系统1210)、用户接口输入设备1214、用户接口输出设备1216和网络接口子系统1212。
在一些示例中，内部总线子系统1204可以提供一种机制，用于让计算机系统1200的各种组件和子系统按预期相互通信。尽管内部总线子系统1204示意性地显示为单个总线，但总线子系统的替代实施例可以利用多个总线。此外，网络接口子系统1212可以用作计算机系统1200和其他计算机系统或网络之间通信数据的接口。网络接口子系统1212的实施例可以包括有线接口(例如，以太网、CAN、RS-232、RS-485等)或无线接口(例如，ZigBee、Wi-Fi、蜂窝等)。
在某些情况下，用户界面输入设备1214可以包括键盘、定点设备(例如鼠标、轨迹球、触摸板等)、条形码扫描仪、并入显示器的触摸屏、音频输入设备(例如语音识别系统、麦克风等)、人机界面(HMI)和其他类型的输入设备。通常，术语“输入设备”的使用旨在包括用于将信息输入到计算机系统1200的所有可能类型的设备和机制。此外，用户界面输出设备1216可以包括显示子系统、打印机或非视觉显示器，例如音频输出设备等。显示子系统可以是任何已知类型的显示设备。通常，术语“输出设备”的使用旨在包括用于从计算机系统1200输出信息的所有可能类型的设备和机制。
存储子系统1206可以包括内存子系统1208和文件存储子系统1210。子系统1208和1210表示可以存储提供本文所公开的功能的程序代码和/或数据的非瞬态计算机可读存储介质。在一些实施例中，内存子系统1208可以包括多个存储器，包括用于在程序执行期间存储指令和数据的主随机存取存储器(RAM)1218和可存储固定指令的只读存储器(ROM)1220。文件存储子系统1210可以为程序和数据文件提供持久(即非易失性)存储，并且可以包括磁性或固态硬盘驱动器、光盘驱动器以及相关的可移动介质(例如，CD-ROM、DVD、蓝光等)、基于可移动闪存的驱动器或卡和/或本领域已知的其他类型的存储介质。
应当理解，计算机系统1200是说明性的，并不旨在限制本发明的实施例。许多其他配置可能具有比计算机系统1200更多或更少的组件。各种实施例还可以在各种各样的操作环境中实现，在一些情况下可以包括一个或多个用户计算机、计算设备或处理设备，这些设备可以用于操作许多应用中的任何一个。用户或客户端设备可以包括许多通用个人计算机中的任何一种，例如运行标准或非标准操作系统的台式机或笔记本电脑，以及运行移动软件并能够支持许多网络和消息传递协议的蜂窝、无线和手持设备。这样的系统还可以包括许多运行各种商用操作系统和其他已知应用程序的工作站，用于开发和数据库管理等目的。这些设备还可以包括其他电子设备，例如虚拟终端、瘦客户端、游戏系统和能够通过网络通信的其他设备。
大多数实施例利用本领域技术人员熟悉的至少一个网络来支持使用各种商用协议的通信，例如TCP/IP、UDP、OSI、FTP、UPnP、NFS、CIFS等。例如，该网络可以是局域网、广域网、虚拟专用网、互联网、内联网、外联网、公共交换电话网络、红外网络、无线网络及其任意组合。
在使用网络服务器作为操作服务器或安全服务器的实施例中，网络服务器可以运行各种服务器或中间层应用程序中的任何一种，包括HTTP服务器、FTP服务器、CGI服务器、数据服务器、Java服务器和业务应用程序服务器。服务器还可以响应来自用户设备的请求执行程序或脚本，例如通过执行一个或多个应用程序，这些应用程序可以实现为用任何编程语言编写的一个或多个脚本或程序，包括但不限于
Figure BDA0003929740690000121
C、C#或C++，或任何脚本语言，例如Perl、Python或TCL，以及它们的组合。服务器还可以包括数据库服务器，包括但不限于从
Figure BDA0003929740690000123
和
Figure BDA0003929740690000122
商用的数据库服务器。
如上文所述，此类设备还可以包括计算机可读存储介质读取器、通信设备(例如调制解调器、网卡(无线或有线)、红外通信设备等)和工作存储器。计算机可读存储介质读取器可以连接或被配置为接收非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质表示远程、本地、固定和/或可移动存储设备以及用于临时和/或更永久地包含、存储、传输和检索计算机可读信息的存储介质。系统和各种设备通常还将包括位于至少一个工作存储器设备内的多个软件应用程序、模块、服务或其他元素，包括操作系统和应用程序，例如客户端应用程序或浏览器。应当理解，替代实施例可以具有与上述不同的多种变体。例如，也可以使用定制硬件和/或在硬件、软件(包括便携式软件，例如小程序)或两者中实现特定元素。此外，可以使用到诸如网络输入/输出设备的其他计算设备的连接。
本文阐述了许多具体细节，以提供对所主张主要内容的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践所要求保护的主要内容。在其他情况下，未详细描述普通技术人员将已知的方法、装置或系统，以避免混淆所要求保护的主要内容。所示和描述的各种实施例仅作为示例来说明权利要求的各种特征。然而，关于任何给定实施例所示和描述的特征不一定限于相关实施例，并且可以与所示和描述的其他实施例一起使用或组合。此外，权利要求不受任何一个示例实施例的限制。
虽然已经就本主要内容的具体实施例详细描述了本主要内容，但应当理解，本领域技术人员在理解上述内容后，可以很容易地对这些实施例进行修改、变化和等效。因此，应当理解，本发明是出于示例而非限制的目的而提出的，并且不排除对本领域普通技术人员显而易见的对本主要内容的修改、变更和/或添加。实际上，本文描述的方法和系统可以以各种其他形式体现；此外，在不违背本发明精神的情况下，可以以本文所述的方法和系统的形式进行各种省略、替换和更改。所附权利要求及其等价物旨在涵盖将属于本发明范围和精神的形式或修改。
尽管本发明提供了某些示例实施例和应用，但本领域普通技术人员显而易见的其他实施例，包括不提供本文所述所有特征和优点的实施例，也在本发明的范围内。因此，本发明的范围旨在仅通过参考所附权利要求来定义。
除非另有明确说明，否则应理解，在本规范的整个讨论中，使用诸如“处理”、“计算”、“计算”、“确定”和“识别”等术语是指计算设备的动作或过程，例如一台或多台计算机或类似的电子计算设备，在计算平台的存储器、寄存器或其他信息存储设备、传输设备或显示设备内操纵或转换表示为物理电子量或磁性量的数据。
本文讨论的一个或多个系统不限于任何特定的硬件架构或配置。计算设备可以包括提供以一个或多个输入为条件的结果的组件的任何适当排列。合适的计算设备包括访问存储软件的基于多用途微处理器的计算机系统，该存储软件将计算系统从通用计算设备编程或被配置为实现本主要内容的一个或多个实施例的专用计算设备。可以使用任何合适的编程、脚本或其他类型的语言或语言的组合来实现本文中包含的教学，该教学包含在将用于编程或配置计算设备的软件中。
本说明书公开的方法的实施例可以在此类计算设备的操作中执行。上述示例中呈现的块的顺序可以改变，例如，可以将块重新排序、组合和/或分解为子块。某些块或过程可以并行执行。
本说明书使用的条件语言，例如，“可以”，“可能”，“例如”等，除非另有明确说明，或在所使用的上下文中以其他方式理解，通常旨在传达某些示例包括，而其他示例不包括某些特征、元素和/或步骤。因此，这种条件语言通常并不意味着一个或多个示例以任何方式需要特征、元素和/或步骤，或者一个或多个示例必然包括逻辑，用于在有或没有作者输入或提示的情况下，决定这些特征、元素和/或步骤是否包括在任何特定示例中或将在任何特定示例中执行。
术语“包含”、“包括”、“具有”等是同义词，以开放式方式包括在内地使用，不排除其他元素、特征、动作、操作等。此外，术语“或”在其包含意义上使用(而不是在其排他意义上)，因此当用于连接元素列表时，术语“或”表示列表中的一个、一些或所有元素。本文中“适配”或“被配置为”的使用是指开放且包容的语言，不会阻止适配或被配置为执行额外任务或步骤的设备。此外，“基于”的使用意味着开放和包容，因为“基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作在实践中可能基于所述条件或值之外的其他条件或值。类似地，“至少部分基于”的使用意味着开放和包容，因为“至少部分基于”一个或多个所述条件或值的过程、步骤、计算或其他动作实际上可能基于所述条件或值之外的其他条件或值。此处包含的标题、列表和编号仅为便于解释，并不具有限制性。
上述各种特征和过程可以相互独立地使用，也可以以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均在本发明的范围内。此外，在一些实施例中可以省略某些方法或过程块。本文描述的方法和过程也不限于任何特定序列，并且可以在适当的其他序列中执行与之相关的块或状态。例如，所描述的块或状态可以按照非具体公开的顺序执行，或者可以在单个块或状态中组合多个块或状态。示例块或状态可以串行、并行或以某种其他方式执行。块或状态可以添加到所公开的示例中或从中移除。类似地，本文描述的示例系统和组件的配置可能与所描述的不同。例如，与所公开的示例相比，可以添加、移除或重新排列元素。

Claims (20)

1.一种同轴激光雷达系统，包括：
光检测器；
第一偏振分束器，被配置为：
接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束；
将所述第一线性偏振分量和所述第二线性偏振分量分别指向不同的方向；
偏振合束器，被配置为将所述第一线性偏振分量从所述第一偏振分束器传输到所述光检测器；
非互易偏振旋转器，被配置为从所述第一偏振分束器发射所述第二线性偏振分量；
第二偏振分束器，被配置为将所述第二线性偏振分量从所述非互易偏振旋转器反射到所述偏振合束器；
其中，所述偏振合束器进一步被配置为将所述第二线性偏振分量从所述第二偏振分束器反射到所述光检测器。
2.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述非互易偏振旋转器包括：
法拉第旋转器，被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°；
半波片；
其中，所述法拉第旋转器和所述半波片的布置使得所述非互易偏振旋转器被配置为：
将沿第一方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°；
将沿与所述第一方向相反的第二方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转0°。
3.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，还包括：
光源，被配置为发射包括所述第一线偏振分量的线性偏振扫描光束；
光学扫描仪；
其中，所述第二偏振分束器进一步被配置为将所述线性偏振扫描光束的所述第一线偏振分量从所述光源传输到所述非互易偏振旋转器；
所述非互易偏振旋转器进一步被配置为通过将所述线性偏振扫描光束的偏振方向旋转90°来将所述线性偏振扫描光束的所述第一线偏振分量转换为所述第二线偏振分量；
所述第一偏振分束器进一步被配置为将具有所述第二线性偏振分量的所述线性偏振扫描光束反射到所述光学扫描仪。
4.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述第一偏振分束器、所述偏振合束器和所述第二偏振分束器包括偏振分束器立方体。
5.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，还包括所述偏振合束器和所述光检测器之间的滤光片或透镜中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，还包括镜子或棱镜反射器中的至少一个，所述镜子或棱镜反射器中的至少一个被配置为将所述第二线性偏振分量从所述非互易偏振旋转器引导至所述偏振合束器。
7.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述光检测器包括PIN光检测器、雪崩光电二极管、单光子雪崩光电二极管、硅光电倍增管传感器、多像素光子计数器或光电倍增管中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的同轴激光雷达系统，其特征在于：
所述第一线性偏振分量包括p波；
所述第二线性偏振分量包括s波。
9.一种同轴激光雷达系统，包括：
光检测器；
第一偏振分束器，被配置为：
接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束；
将所述第一线性偏振分量和所述第二线性偏振分量分别指向不同的方向；
偏振合束器，被配置为将所述第一线性偏振分量从所述第一偏振分束器传输到所述光检测器；
非互易偏振旋转器，被配置为从所述第一偏振分束器发射所述第二线性偏振分量；
双折射装置，被配置为从所述非互易偏振旋转器接收所述第一线性偏振分量，并将所述第一线性偏振分量偏移空间走离距离；
一个或多个反射器，被配置为将所述第一线性偏振分量从所述双折射装置指向所述偏振合束器；
偏振旋转器，被配置为将所述第一线性偏振分量转换为所述第二线性偏振分量，其中所述偏振旋转器为：
在所述双折射装置和所述一个或多个反射器之间；
在所述一个或多个反射器之间；或者，
在所述偏振合束器和所述一个或多个反射器之间，
其中，所述偏振合束器进一步被配置为将所述第二线性偏振分量从所述偏振旋转器反射到所述光检测器。
10.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述非互易偏振旋转器包括：
法拉第旋转器，被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°；
半波片；
其中，所述法拉第旋转器和所述半波片的布置使得所述非互易偏振旋转器被配置为：
将沿第一方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°；
将沿与所述第一方向相反的第二方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转0°。
11.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，其中：
所述第一线线性偏振分量包括e射线；
所述第二线性偏振分量包括o射线。
12.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，还包括：
光源，被配置为发射包括所述第二线偏振分量的线性偏振扫描光束；
光学扫描仪；
所述双折射装置进一步被配置为在没有空间走离的情况下，将线性偏振扫描光束的第二线偏振分量从所述光源传输到所述非互易偏振旋转器；
所述非互易偏振旋转器进一步被配置为将所述线性偏振扫描光束的所述第二线偏振分量从所述双折射装置传输到所述偏振分束器；
所述偏振分束器进一步被配置为将具有所述第二线性偏振分量的所述线性偏振扫描光束反射到所述光学扫描仪。
13.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述偏振分束器和所述偏振合束器包括偏振分束器立方体。
14.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，还包括所述偏振合束器和所述光检测器之间的滤光片或透镜中的至少一个。
15.根据权利要求9所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述一个或多个反射器包括镜子或棱镜反射器中的至少一个。
16.一种同轴激光雷达系统，包括：
光检测器；
第一偏振分束器，被配置为：
接收包括第一线性偏振分量和第二线性偏振分量的返回光束；
将所述第一线性偏振分量和所述第二线性偏振分量分别指向不同的方向；
偏振合束器，被配置为将所述第一线性偏振分量从所述第一偏振分束器传输到所述光检测器；
非互易偏振旋转器，被配置为从所述第一偏振分束器发射所述第二线性偏振分量；
第二偏振分束器，被配置为将所述第二线性偏振分量从所述非互易偏振旋转器反射到所述偏振合束器；
其中，所述偏振合束器进一步被配置为将所述第二线性偏振分量从所述第二偏振分束器反射到所述光检测器。
17.根据权利要求16所述的同轴激光雷达系统，其特征在于：
所述第一线性偏振分量包括s波；
所述第二线性偏振分量包括p波。
18.根据权利要求16所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述非互易偏振旋转器包括：
法拉第旋转器，被配置为将线性偏振光束的偏振方向旋转45°；
半波片，
其中，所述法拉第旋转器和所述半波片的布置使得所述非互易偏振旋转器被配置为：
将沿第一方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转90°；
将沿与所述第一方向相反的第二方向传播的线性偏振光束的偏振方向旋转0°。
19.根据权利要求16所述的同轴激光雷达系统，还包括：
光源，被配置为发射包括所述第一线偏振分量的线性偏振扫描光束；
光学扫描仪，
其中，所述第二偏振分束器进一步被配置为将所述线性偏振扫描光束的所述第一线偏振分量从所述光源传输到所述非互易偏振旋转器；
所述非互易偏振旋转器进一步被配置为通过将所述线性偏振扫描光束的偏振方向旋转90°来将所述线性偏振扫描光束的所述第一线偏振分量转换为所述第二线偏振分量；
所述第一偏振分束器进一步被配置为将具有所述第二线性偏振分量的所述线性偏振扫描光束反射到所述光学扫描仪。
20.根据权利要求16所述的同轴激光雷达系统，其特征在于，所述第一偏振分束器、偏振合束器和第二偏振分束器包括偏振分束器立方体。
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