CN116324485B - 用于光检测和测距的光束位移装置 - Google Patents

用于光检测和测距的光束位移装置 Download PDF

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Abstract

一种光检测和测距(LIDAR)系统包括发射器、接收像素、旋转镜和光束位移装置。发射器被配置为发出发射光束。接收像素被配置为接收返回光束。旋转镜被配置为将发射光束指引到目标，并将返回光束指引到接收像素。光束位移装置被设置在接收像素和旋转镜之间。光束位移装置被配置为向返回光束引入位移，以补偿发射器和接收像素之间的间距。

Description

用于光检测和测距的光束位移装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年9月1日提交的美国非临时专利申请号17/463，860的优先权，该申请要求于2020年9月4日提交的美国临时专利申请No.63/074，834和于2020年9月4日提交的美国临时专利申请No.63/074，837的优先权。美国专利申请17/463，860、63/074，834和63/074，837通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及光学器件，并且具体地涉及光检测和测距(LIDAR)。
背景技术
调频连续波(FMCW)LIDAR通过将调频、准直的光束指引到目标来直接测量物体的范围和速度。目标的范围和速度信息都可以从FMCW LIDAR信号中得出。提高LIDAR信号精度的设计和技术是期望的。
汽车工业目前正在开发用于在某些情况下控制车辆的自主特征。根据SAE国际标准J3016，有6个级别的自主性，范围从0级(无自主性)到5级(车辆能够在所有条件下无需操作员输入来运行)。具有自主特征的车辆利用传感器来感知车辆导航的环境。从传感器获取和处理数据使车辆能够在其环境中导航。自主车辆可能包括一个或多个FMCW LIDAR设备，用于感测其环境。
发明内容
本公开的实现方式包括一种光检测和测距(LIDAR)系统，包括发射器、接收像素、旋转镜和光束位移装置。发射器被配置为发出发射光束。接收像素被配置为接收返回光束。旋转镜被配置为将发射光束指引到目标，并将返回光束指引到接收像素。光束位移装置被设置在接收像素和旋转镜之间。光束位移装置被配置为向返回光束引入位移，以补偿发射器和接收像素之间的间距。
在实现方式中，所述光束位移装置被配置为补偿发射光束和从旋转镜反射的返回光束之间的反射角差。
在实现方式中，光束位移装置包括包含双折射材料的光束位移器元件，并且当发射光束遇到光束位移元件时，发射光束具有第一偏振取向。双折射材料将位移引入返回光束的第二偏振取向，该取向与发射光束的第一偏振取向正交。
在实现方式中，光束位移装置包括被设置在发射器和光束位移器元件之间的光束旋转器，并且光束旋转器被配置为旋转发射光束的发射偏振，使得发射光束的发射偏振垂直于光束位移器元件的光轴。
在实现方式中，光束旋转器是可切换的光束旋转器，并且旋转镜被配置为在常规操作期间旋转第一方向和第二相反方向。当旋转镜沿第一方向旋转时，可切换的光束旋转器可以被驱动到第一延迟值，并且当旋转镜沿第二相反方向旋转时，可切换的光束旋转器可以被驱动到第二延迟值。
在实现方式中，所述第一延迟值为0度，并且所述第二延迟值为90度。
在实现方式中，光束位移装置包括被设置在光束位移元件和旋转镜之间的波片。
在实现方式中，所述波片为四分之一波片。
在实现方式中，光束位移装置包括被设置在光束位移器元件和旋转镜之间的透镜，并且透镜被配置为准直发射光束。
在实现方式中，光束位移装置被配置为使发射器和接收像素非同轴。
在实现方式中，返回光束是从目标反射的发射光束。
在实现方式中，发射光束具有近红外波长，并且返回光束具有近红外波长。
本公开的实现方式包括一种用于自主车辆的自主车辆控制系统，包括光检测和测距，其包括LIDAR设备和一个或多个处理器，被配置为响应于LIDAR设备的接收像素的输出来控制自主车辆。LIDAR设备包括发射器、接收像素、旋转镜和光束位移装置。发射器被配置为发出发射光束。接收像素被配置为接收返回光束。旋转镜被配置为将发射光束指引到目标，并将返回光束指引到接收像素。光束位移装置被配置为向返回光束引入位移，以补偿发射器和接收像素之间的间距。
在实现方式中，光束位移装置被配置为补偿发射光束和从旋转镜反射的返回光束之间的反射角差。
在实现方式中，光束位移装置包括包含双折射材料的光束位移器元件，并且当发射光束遇到光束位移元件时，发射光束具有第一偏振取向。双折射材料将位移引入返回光束的第二偏振取向，该取向与发射光束的第一偏振取向正交。
在实现方式中，光束位移装置包括被设置在发射器和光束位移器元件之间的光束旋转器，并且光束旋转器被配置为旋转发射光束的发射偏振，使得发射光束的发射偏振垂直于光束位移器元件的光轴。
在实现方式中，光束旋转器是可切换的光束旋转器，并且旋转镜被配置为在常规操作期间旋转第一方向和第二相反方向。当旋转镜沿第一方向旋转时，可切换的光束旋转器被驱动到第一延迟值，并且当旋转镜沿第二相反方向旋转时，可切换的光束旋转器被驱动到第二延迟值。
本公开的实现方式包括一种自主车辆，其包括发射器、接收像素、旋转镜和光束位移装置，以及被配置为控制响应于红外返回光束的自主车辆的控制系统。发射器被配置为发出红外发射光束。接收像素被配置为接收红外返回光束。旋转镜被配置为将红外发射光束指引到目标，并将红外返回光束指引到接收像素。光束位移装置沿接收像素和旋转镜之间的光路径被设置，并且光束位移装置被配置为向红外返回光束引入位移以补偿发射器和接收像素之间的间距，并被配置为引入位移以补偿红外发射光束和从旋转镜反射的红外返回光束之间的反射角差。
在实现方式中，光束位移装置包括光束位移器元件，包括双折射材料并且当发射光束遇到光束位移元件时，红外发射光束具有第一偏振取向。双折射材料将位移引入红外返回光束的第二偏振取向，该取向与红外发射光束的第一偏振取向正交。
在实现方式中，光束位移装置包括被设置在发射器和光束位移器元件之间的光束旋转器，并且光束旋转器被配置为旋转红外发射光束的发射偏振，使得红外发射光束的发射偏振垂直于光束位移器元件的光轴。
本公开的实现方式包括一种光检测和测距(LIDAR)系统，包括第一接收光耦合器、第二接收光耦合器、第一光混频器、第二光混频器和光切换器。第一光混频器被配置为接收来自第一接收光耦合器的第一接收信号。第二光混频器被配置为接收来自第二接收光耦合器的第二接收信号。光切换器被配置为在第一光混频器和第二光混频器之间切换振荡器光信号。第一光混频器被配置为响应于接收振荡器光信号和第一接收信号而生成第一电信号。第二光混频器被配置为响应于接收振荡器光信号和第二接收信号而生成第二电信号。
在实现方式中，LIDAR系统还包括旋转镜，该旋转镜被配置为在光切换器被切换以向第一光混频器提供振荡器光信号时沿第一方向旋转。旋转镜可以被配置为在光切换器被切换以向第二光混频器提供振荡器光信号时沿第二方向旋转。第一方向可能与第二方向相反。
在实现方式中，LIDAR系统还包括处理逻辑，其被配置为在光切换器被切换以向第一光混频器提供振荡器光信号时接收来自第一光混频器的第一电信号。处理逻辑还被配置为在光切换器被切换以向第二光混频器提供振荡器光信号时接收来自第二光混频器的第二电信号。
在实现方式中，旋转镜被配置为当旋转镜沿第一方向旋转时，将返回光束指引至第一接收光耦合器。旋转镜还被配置为当旋转镜沿第二方向旋转时，将返回光束指引至第二接收光耦合器。
在实现方式中，所述LIDAR系统还包括被设置在第一接收光耦合器和第二接收光耦合器之间的发射光耦合器。
在实现方式中，第一接收光耦合器与发射光耦合器正交，第二接收光耦合器正交于发射光耦合器。
在实现方式中，发射光耦合器被配置为发出具有第一偏振取向的发射光束，并且第一接收光耦合器被配置为接收与第一偏振取向正交的第二偏振取向。第二接收光耦合器还被配置为接收第二偏振取向。
在实现方式中，LIDAR系统还包括被配置为接收激光的分路器，其中分路器被配置为向发射光耦合器提供第一百分比的激光。分路器被配置为向光切换器提供第二百分比的激光。
在实现方式中，激光具有红外波长。
本公开的实现方式包括一种操作光检测和测距(LIDAR)设备的方法。该方法包括：当旋转镜沿第一方向旋转时，驱动光切换器向第一光混频器提供振荡器光信号；在第一光混频器接收振荡器光信号的同时对由第一光混频器生成的第一信号进行采样；当旋转镜沿与第一方向相反的第二方向旋转时，驱动光切换器向第二光混频器提供振荡器光信号；并在第二光混频器正在接收振荡器光信号的同时对由第二光混频器生成的第二信号进行采样。
在实现方式中，第一信号是响应于振荡器光信号和由第一接收光耦合器生成的第一接收信号而生成的。第二信号是响应于振荡器光信号和第二接收光耦合器生成的第二接收信号而生成的。
在实现方式中，旋转镜被配置为将返回光束指引到第一接收光耦合器，并且旋转镜被配置为将返回光束指引到第二接收光耦合器。
在实现方式中，旋转镜还被配置为将发射光束从发射光耦合器指引到目标，并且返回光束是从目标反射的发射光束。
在实现方式中，发射光耦合器被设置在第一接收光耦合器和第二接收光耦合器之间。
在实现方式中，发射光耦合器被配置为发出具有第一偏振取向的发射光束，并且第一接收光耦合器被配置为接收与第一偏振取向正交的第二偏振取向。第二接收光耦合器还被配置为接收第二偏振取向。
在实现方式中，振荡器光信号具有红外波长并且第一接收信号和第二接收信号具有红外波长。
本公开的实现方式包括一种用于自主车辆的自主车辆控制系统，包括光检测和测距(LIDAR)设备以及一个或多个处理器，这些处理器被配置为响应于由所述LIDAR设备生成的第一电信号和第二电信号来控制自主车辆。LIDAR设备包括第一接收光耦合器、第二接收光耦合器、第一光混频器、第二光混频器和光切换器。第一光混频器被配置为接收来自第一接收光耦合器的第一接收信号。第二光混频器被配置为接收来自第二接收光耦合器的第二接收信号。光切换器被配置为在第一光混频器和第二光混频器之间切换振荡器光信号。第一光混频器被配置为响应于接收振荡器光信号和第一接收信号而生成第一电信号。第二光混频器被配置为响应于接收振荡器光信号和第二接收信号而生成第二电信号。
在实现方式中，LIDAR设备还包括旋转镜，该旋转镜被配置为在光切换器被切换以向第一光混频器提供振荡器光信号时沿第一方向旋转。旋转镜被配置为在光切换器被切换以向第二光混频器提供振荡器光信号时沿第二方向旋转。第一方向与第二方向相反。
在实现方式中，LIDAR设备还包括处理逻辑，其被配置为在光切换器被切换以向第一光混频器提供振荡器光信号时接收来自第一光混频器的第一电信号。处理逻辑还被配置为在光切换器被切换以向第二光混频器提供振荡器光信号时接收来自第二光混频器的第二电信号。
在实现方式中，旋转镜被配置为将返回光束指引到第一接收光耦合器，并且旋转镜被配置为将返回光束指引到第二接收光耦合器。
附图说明
本发明的非限制性和非穷举性实现方式是参考下图进行描述的，其中，除非另有指明，否则相同的附图标记是指贯穿各种视图的相同部分。
图1示出了固态FMCW LIDAR系统的混合硅/III-V光子学实现方式，该系统根据公开的实现方式利用光束位移装置来实现非同轴发射器和接收器。
图2示出了固态FMCW LIDAR系统的混合硅/SiO2实现方式，该系统根据公开的实现方式利用光束位移装置实现非同轴发射器和接收器。
图3示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置的示例。
图4示出了根据公开的实现方式的包括可切换的光束旋转器的光束位移装置的示例。
图5A示出了根据公开的实现方式的包括一系列示例传感器的自主车辆。
图5B示出了根据公开的实现方式的包括一系列示例传感器的自主车辆的俯视图。
图5C示出了根据本公开的实现方式的示例车辆控制系统，其包括传感器、传动系统和控制系统。
具体实施方式
本文描述了用于LIDAR的光束位移的实现方式。在下面的描述中，列出了许多具体细节，以提供对实现方式的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，本文所描述的技术可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者用其它方法、组件、材料等进行实践。在其他实例中，不详细显示或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免使某些方面模糊。
贯穿本说明书的对“一个实现方式”或“实现方式”的引用意指与所述实现方式相关的描述中的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实现方式中。因此，短语“在一个实现方式中”或“在实现方式中”在本说明书的不同位置出现并不一定都指同一个实现方式。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实现方式中以任何合适的方式组合。
在整个本说明书中，使用了若干技术术语。这些术语具有其来自的本领域的通常含义，除非在此明确定义或其使用上下文明确表明另有说明。对于本公开的目的，术语“自主车辆”包括具有SAE国际标准J3016的任何自主级别的自主特征的车辆。
在本公开的各方面，可见光可被定义为具有大约380纳米-700纳米的波长范围。非可见光可以定义为波长超出可见光范围的光，诸如紫外光和红外光。波长范围约为700nm-1mm的红外光包括近红外光。在本公开的各方面，近红外光可被定义为具有大约700nm-1.6μm的波长范围。
在本公开的各方面，术语“透明”可被定义为具有大于90％的透射光。在某些方面，术语“透明”可被定义为具有大于90％可见光透射率的材料。
调频连续波(FMCW)LIDAR通过将调频、准直的光束指引到物体上来直接测量物体的范围或速度。从物体反射的光与光束的分接的版本相结合。一旦针对需要第二次测量的多普勒频移进行校正，生成的节拍音的频率与物体与LIDAR系统的距离成正比。可能同时进行，也可能不同时进行的这两个测量提供范围和速度信息两者。
FMCW LIDAR可以利用集成光子学来改进可制造性和性能。集成光子系统通常使用微米级波导设备操纵单个光学模式。
LIDAR系统可以包括一个或多个连续移动的镜，其将出射光引导朝向在距离处的目标并将来自该目标的接收到的光反射到接收器中。由于光从LIDAR移动到目标并返回的传输时间，镜的连续运动导致接收到的光远离几微米大小的收发器。这种“光束走偏”效应可能导致系统性能下降。
FMCW LIDAR操作通常涉及将光源功率分成“本地振荡器”(LO)分量和“信号”分量。FMCW LIDAR的简单集成实现方式涉及将发射器和接收器放在一起。然而，这可能导致额外的损耗，因为接收光功率必须通过LO/信号分路器。为了提高性能，希望将发射器和接收器分开，以便该分路器不给光学系统增加额外的损耗。在这些实现方式中，发射器和接收器是非同轴的，并且彼此间隔开。
在本公开的实现方式中，LIDAR系统包括非同轴发射器和接收像素、旋转镜和光束位移装置，其被配置为向返回光束引入位移以补偿发射器和接收像素之间的间距。光束位移装置还可以被配置为补偿发射光束和从旋转镜反射的返回光束之间的反射角差。光束位移器装置可以包括光束位移器元件，其包括双折射材料，双折射材料将位移引入返回光束的特定偏振取向以将返回光束指引到接收像素。发射光束和返回光束(目标的发射光束反射/散射)可能具有近红外波长。
在一些实现方式中，光束位移装置包括光束旋转器，其旋转(由发射器发出的)发射光束的发射偏振。在一些实现方式中，光束旋转器是可切换的光束旋转器(例如可切换的波片)。当旋转镜沿第一方向(例如顺时针)旋转时，可切换的光束旋转器可以被驱动到第一延迟值(例如0度)，当旋转镜以第二相反方向(例如逆时针)旋转时，可旋转的光束旋转器可以被驱动到第二延迟值(例如90度)。
在公开的一些方面，描述了用于校正LIDAR应用中光束走偏的装置，其包括混合硅/III-V或混合硅/SiO2平台。光可以从偏振A的发射器阵列发出，该偏振A穿过双折射材料。当光穿过双折射材料时，由于折射，光束相对于光源偏移。该光离开LIDAR系统，并从距离系统一定距离的漫反射表面反射。从漫反射表面反射的光可能具有其偏振随机化。与发出的偏振(A)正交的偏振光通过双折射材料传播回去，与发出的光相比，这给光束引入不同的位移。该光束照亮位于硅芯片中的相干像素阵列，该芯片接收与发射器正交的偏振光。可以选择双折射材料和几何形状，以选择一组特定的发射和接收偏移，其缓解LIDAR系统中的光束走偏。还可以选择双折射材料和几何形状，以选择一组特定的发射和接收偏移，其实现非同轴发射器和接收器。结合图1至图5C更详细地描述这些和其它实现方式。
图1示出了根据公开的实现方式的固态FMCW LIDAR系统的混合硅/III-V光子学实现方式，该系统利用光束位移装置111来实现非同轴发射器和接收器。图1描绘了光学组件101的顶视图和组件102的侧视图。激光器103为系统提供光功率。激光器103可以是固态的并与硅芯片102共同封装或在硅芯片102外部。激光103发出的光179通过1x2分路器104，1x2分路器104将X％的功率分成底部功率，将Y％的功率分成顶部端口(通常为X>>Y)。离开底部端口耦合的光被路由到1xM分路器105中，1xM分路器105在M通道半导体光学放大器(SOA)106/107中的M输出波导136之间均匀分配功率，从而提高每个通道中的光功率。图1示出了当M为整数4时，多个波导136A、136B、136C和136D(统称为波导136)，尽管M可以是任意整数。SOA 106/107封装在硅芯片102的凹槽181中。放大后，光从SOA 106/107的边缘耦合出来，并从倾斜的镜109/110反射，该镜109/110在硅芯片102中形成，例如使用湿蚀刻。反射光束(由反射镜109/110反射)作为发射光束108垂直传播远离硅芯片102，通过光束位移装置111传播。镜109/110可以形成在SOA 106/107被设置在硅芯片102的凹陷凹槽181的倾斜侧壁上。光束位移装置111可以部分悬垂在硅芯片102的凹陷的凹槽181中，以接收从倾斜侧壁上的镜110反射的发射光束108。
在通过光束位移装置111传播后，发射光束108传播到环境中，从目标反射，并通过光束位移装置111返回作为返回光束112。该返回光束112聚焦到M接收光栅耦合器114/115之一，该耦合器馈送M硅光子相干像素阵列113。图1示出了多个光栅耦合器114A、114B、114C和114D(统称为光栅耦合器114)，尽管更多或更少的光栅耦合器114可以被包括在多个光栅耦合器中。图1示出了多个相干像素116A、116B、116C和116D(统称为相干像素116)，尽管更多或更少的相干像素116可以被包括在多个像素中。光被路由到每个相干像素116，在那里它与LO光场结合。
LO光场是从离开分路器104的顶部端口的光功率获得的。在一些实现方式中，该LO光场可能来自具有自己调制的单独激光源。该光被路由到第二光学放大器117，其可以以类似于SOA 106的方式封装或在芯片外部。这种放大后的光被路由到1xM分路器118中，其均匀地分布M相干像素116之间的LO场。
每个相干像素116将接收光场(由入射到相应光栅耦合器的返回光束112生成)与LO场混合，并将所得拍频信号转换为电信号119，其由FMCW LIDAR系统读出。图1示出了多个电信号119A、119B、119C和119D(统称为电信号119)，尽管更多或更少的电信号119可以被包括在对应于多个M个相干像素116中。
图2示出了根据公开的实现方式的固态FMCW LIDAR系统的混合硅/SiO2实现方式，该系统利用光束位移装置213来实现非同轴发射器和接收器。图2描绘了光学组件201的顶视图和组件202的侧视图。激光器203为系统提供光功率。激光器203可以是固态的并与硅芯片202共同封装或在芯片外部。激光器203发出的光279通过光学放大器204，然后通过1x2分路器205，1x2分路器205将X％的功率分成底部功率，将Y％的功率分成顶部端口(通常为X>>Y)。光学放大器204和1x2分路器205两者可以是分立的光纤组件，或与硅芯片组件202封装的固态组件。离开底部端口的光被路由到玻璃平面光波电路(PLC)206/207中，该电路包括1xM分路器208和M自由空间边缘耦合器209。在图2的图示中，M为整数四，四个自由空间边缘耦合器209A、209B、209C和209D统称为自由空间边缘耦合器209。
离开PLC 206的边缘耦合器209的光从倾斜镜211/212反射，其使用例如湿蚀刻在硅芯片中形成。反射光束(由反射镜211/212反射)作为发射光束210垂直传播远离硅芯片202，通过光束位移装置213传播。
在通过光束位移装置213传播后，发射光束210传播到环境中，从目标反射，并通过光束位移装置213返回作为返回光束214。该返回光束214聚焦到M接收光栅耦合器216/217之一，该耦合器馈送M硅光子相干像素阵列215。图2示出了多个光栅耦合器216A、216B、216C和216D(统称为光栅耦合器216)，尽管更多或更少的光栅耦合器216可以被包括在多个中。图2示出了多个相干像素218A、218B、218C和218D(统称为相干像素218)，尽管更多或更少的相干像素218可以被包括在多个中。光被路由到每个相干像素218，在那里它与LO光场结合。
LO光场是从离开分路器205顶部端口的光功率获得的。该光被路由到硅光子1xM分路器219中，其均匀地分布M相干像素218之间的LO场。
每个相干像素218，将接收光场(由入射到相应光栅耦合器的返回光束214生成)与LO场混合，并将所得拍频信号转换为电信号220，其由FMCW LIDAR系统读出。图2示出了多个电信号220A、220B、220C和220D(统称为电信号220)，尽管更多或更少的电信号220可以被包括在对应于数量M的相干像素218的多个中。
图3示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置333的示例。例如，示例光束位移装置可用作光束位移装置111或213。图3说明了光束位移装置的操作，以便在FMCW LIDAR中实现非同轴发射器和接收器以及校正光束走偏的目的。光束位移装置333的操作可以相对于发射路径301和接收路径314来描述。
在发射路径301中，发射器302发出具有特定偏振的发射光束303。发射光束303可以是例如由激光器103/203生成的激光179/279。发射光束303可以是红外光。在一些实现方式中，发射光束303是近红外光。在一些实现方式中，所描绘的发射器302的位置可以与镜110或212共址。在图3的图示中，发射光束303的发射偏振为45度，然而，这种初始偏振在不同的实现方式中可以不同。发射光束303通过可选的光束旋转器304传播，其旋转发射偏振，由发射光束305描绘，使得它垂直于光束位移器元件306的光轴。可选的光束旋转器304可以使用半波片或其它各向异性晶体来实现。在图3中，光束位移器元件306被设置在发射器302和旋转镜311之间。
在通过光束位移器元件306传播之后，发射光束307沿其原始轴传播并且其偏振不变(与发射光束305的图示相比)。发射光束307进入透镜308，在图3中，该透镜308被设置在光束位移器元件306和旋转镜311之间。透镜308可以准直光线并将其引导到所需的方向。透镜308可以使用一个或多个体光学透镜元件、微透镜或薄衍射光栅来实现。在通过透镜308传播之后，光可以通过被设置在光束位移元件306和旋转镜311之间的可选波片309传播。波片309可以是四分之一波片，其被配置为将入射光的偏振轴移动45度。因此，入射线偏振光可以通过波片309转换为圆偏振光。类似地，入射圆偏振光可以通过波片309转换为线偏振光。例如，波片309可以由诸如石英、有机材料片或液晶的双折射材料制成。
在图示实现方式中，此圆偏振发射光束310，反射出旋转镜311。旋转镜311可以是连续旋转的镜，其沿特定方向381(例如图3中的逆时针方向381)旋转。旋转镜311被配置为将发射光束310指引到LIDAR系统或设备环境中的目标313。旋转镜311还被配置为将返回光束指引至接收路径314中的一个或多个接收像素328。
在撞击环境中的目标之后，发射光束作为返回光束316返回，如图3的接收路径314所示。换句话说，返回光束316是从目标313反射/散射的发射光束312。因此，返回光束316可以具有与发射光束312相同的波长。
从目标313反射/散射的返回光束316传播回旋转镜311。在光传播到目标313并返回所花费的时间内，旋转镜311沿方向381少量地旋转。结果，返回光束316的光相对于沿发射路径301传播的光以小角度(反射角差393)从旋转镜311反射，如返回光束318所示。返回光束318传播到被设置在接收像素328和旋转镜311之间的光束位移装置333。光束位移装置333被配置为向返回光束引入位移D2 395以补偿发射器302和接收像素328之间的间距391。在图3中，光束位移装置333还被配置为补偿发射光束310和从旋转镜311反射的返回光束318之间的反射角差393。
该光通过四分之一波片309返回。如果目标表面保持入射偏振，则离开四分之一波片309的返回光束将导致垂直于在发射方向上离开透镜的偏振的线性偏振。如果目标随机化偏振，则离开四分之一波片309的返回光束的偏振包括发射偏振和垂直偏振两者。该光通过透镜308返回。由于镜的角度的微小变化(反射角差393)，返回光束以小角度进入透镜308，这转化为相对于发射路径在透镜下方的返回光束321的位置中的小偏移，或“光束走偏”322。该返回光束的偏振取向的分量323将具有光束位移器元件306的光轴上的非零投影。这导致返回光束在通过光束位移器元件306传播时被固定位移量395位移。光束位移器元件306的参数(例如材料、厚度、光轴取向)可以被选择为产生位移尺寸D2 395，该位移尺寸D2 395在指定距离处抵消(或至少调整)目标的光束走偏。也就是说，光束位移元件306可以被配置为补偿发射光束310和反射镜的返回光束318之间的反射角差393。此外，光束位移元件可以被配置为产生位移尺寸D2 395，其还补偿发射器302和接收像素328之间的间距391。
在一些实现方式中，光束位移器元件306包括双折射材料。在一些实现方式中，双折射材料可以是LiNO3(硝酸锂)。在一些实现方式中，双折射材料可以是YVO4(正钒酸钇)。在一些实现方式中，光束位移器元件306不包括双折射材料。在图3中，发射光束305具有第一偏振取向，因为发射光束305遇到光束位移元件306，并且返回光束323具有与发射光束305的第一偏振取向正交的第二偏振取向。光束位移器元件306的双折射材料可以被选择/被配置为将位移尺寸D2 395引入第二偏振取向，但不引入第一偏振取向。
在一些实现方式中，在通过光束位移器元件306之后，返回光束325现在沿与发射光束305相似的轴传播(其可以近似地平行于发射光束305的轴)，但具有垂直于发射光束305的发射偏振的偏振。在一些实现方式中，返回光束325和发射光束305的轴之间的间距与发射器302和接收像素328之间的间距391大致相同。在一些实现方式中，在通过光束位移器元件306之后，返回光束325现在沿与发射光束相同的轴传播，但具有垂直于发射光束305的发射偏振的偏振。返回光束325通过可选的光束旋转器304(其被设置在发射器302和光束位移器元件306之间)传播，光束旋转器304将偏振旋转所需量以生成具有与发射光束303正交的偏振取向的返回光束327。接收像素328被配置为接收返回光束327。
图4示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置433的示例，其包括可切换的光束旋转器404。可切换的光束旋转器404被配置为响应于电信号405改变光束位移方向。可切换的光束旋转器404可以是包括液晶的可切换的半波片。
在图4中，401-404和406-429的行为与601-628相同或相似，除了可切换的光束旋转器404可以使用电信号405进行控制。可切换的光束旋转器404可以在旋转镜沿第一方向(例如方向481)旋转时被驱动到第一延迟值(例如0度)，并且在旋转镜沿第二相反方向(例如方向482)旋转时被驱动到第二延迟值(例如90度)。因此，发射光束406的偏振取向可以动态改变90度，导致光束在不同方向上位移。这在旋转镜412在常规操作期间沿顺时针(例如方向482)和逆时针(例如方向481)两者旋转(其反转走偏方向)的情况下是有用的。
图5A示出了根据本公开的可包括图1至图4的LIDAR设计的自主车辆500的示例。示出的自主车辆500包括传感器阵列，这些传感器被配置为捕获自主车辆外部环境的一个或多个对象，并生成与所捕获的一个或多个对象相关的传感器数据，以用于控制自主车辆500的操作的目的。图5A示出了传感器533A、533B、533C、533D和533E。图5B示出了自主车辆500的俯视图，包括传感器533F、533G、533H和533I以及传感器533A、533B、533C、533D和533E。传感器533A、533B、533C、533D、533E、533F、533G、533H和/或533I中的任何一个都可以包括包含图1至图4的设计的LIDAR设备。图5C示出了用于自主车辆500的示例系统599的框图。例如，自主车辆500可以包括动力系统502，其包括由能源506提供动力并且能够向传动系统508提供动力的原动机504。自主车辆500还可以包括控制系统510，其包括方向控制512、动力系统控制514和制动控制516。自主车辆500可以被实现为任意数量的不同车辆，包括能够运输人员和/或货物并且能够在各种不同的环境中行驶的车辆。可以理解的是，上述组件502-516可以根据使用这些组件的车辆类型而有很大差异。
以下讨论的实现方式例如将关注于轮式陆地车辆，诸如汽车、厢式货车、卡车或公共汽车。在这样的实现方式中，原动机504可以包括一个或多个电动机和/或内燃机(等等)。能源可以包括，例如，燃料系统(例如，提供汽油、柴油、氢气)、电池系统、太阳能电池板或其它可再生能源、和/或燃料电池系统。传动系统508可以包括车轮和/或轮胎以及变速器和/或任何其他机械驱动组件，适于将原动机504的输出转换为车辆运动，以及一个或多个被配置为可控地停止或减速自主车辆的制动器500和适用于控制自主车辆500的轨迹的方向或转向组件(例如，齿条和小齿轮转向连杆使自主车辆500的一个或多个车轮绕一般垂直轴旋转以改变车轮的旋转平面相对于车辆纵轴的角度)。在一些实现方式中，可以使用动力系统和能源的组合(例如，在电动/气体混合动力汽车的情况下)。在一些实现方式中，多个电动机(例如，专用于单个车轮或车轴)可用作原动机。
方向控制512可以包括一个或多个致动器和/或传感器，用于控制和接收来自方向或转向组件的反馈，以使自主车辆500能够遵循所期望的轨迹。动力系统控制514可以被配置为控制动力系统502的输出，例如，控制原动机504的输出功率，控制传动系统508中的变速器齿轮，从而控制自主车辆500的速度和/或方向。制动控制516可以被配置为控制一个或多个使自主车辆500减速或停止的制动器，例如，耦合到车辆的车轮的盘式或鼓式制动器。
其它车辆类型，包括但不限于越野车辆、全地形或履带车辆、或建筑设备，将必然利用不同的动力系统、传动系统、能源、方向控制、动力系统控制和制动控制，正如那些受益于即时公开的普通技术人员所理解的。此外，在一些实现方式中，一些组件可以被组合，例如，车辆的方向控制主要通过变化一个或多个原动机的输出来加以处理。因此，本文公开的实现方式不限于本文所描述的技术在自主轮式陆地车辆中的特定应用。
在所示的实现方式中，自主车辆500上的自主控制是在车辆控制系统520中实现的，其可以包括处理逻辑522中的一个或多个处理器和一个或多个存储器524，其中处理逻辑522被配置为执行存储在存储器524中的程序代码(例如指令526)。处理逻辑522可以包括例如图形处理单元(GPU)和/或中央处理单元(CPU)。车辆控制系统520可以被配置为响应于返回光束(例如返回光束316或417)或响应于信号119或120，控制自主车辆500的动力系统502。车辆控制系统520可以被配置为响应于来自多个LIDAR像素的输出，控制自主车辆500的动力系统502。
传感器533A-533I可以包括各种传感器，适用于从自主车辆的周围环境收集数据，以用于控制自主车辆的操作。例如，传感器533A-533I可以包括雷达单元534、LIDAR单元536、3D定位传感器538，例如卫星导航系统，诸如GPS、GLONASS、北斗、伽利略或指南针。图1至图4的LIDAR设计可被包括在LIDAR单元536中。LIDAR单元536可以包括多个LIDAR传感器，其分布在例如自主车辆500周围。在一些实现方式中，3D定位传感器538可以使用卫星信号确定车辆在地球上的位置。传感器533A-533I可可选地包括一个或多个超声波传感器、一个或多个相机540和/或惯性测量单元(IMU)542。在一些实现方式中，相机540可以是单面或立体相机，并且可以记录静止和/或视频图像。相机540可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其被配置为在自主车辆500的外部环境中捕获一个或多个物体的图像。IMU 542可以包括多个陀螺仪和加速度计，其能够检测自主车辆500在三个方向上的线性和旋转运动。一个或多个编码器(未示出)诸如车轮编码器可用于监视自主车辆500的一个或多个车轮的旋转。
传感器533A-533I的输出可以提供给控制子系统550，包括定位子系统552、轨迹子系统556、感知子系统554和控制系统接口558。定位子系统552被配置为确定自主车辆500在其周围环境中，并且通常在特定地理区域内，的位置和取向(有时也称为“姿势”)。作为生成标记的自主车辆数据的一部分，可以将自主车辆的位置与同一环境中其他车辆的位置进行比较。感知子系统554可以被配置为检测、跟踪、分类和/或确定自主车辆500周围环境中的物体。轨迹子系统556被配置为在特定时间范围内为自主车辆500生成给定期望目的地以及环境中的静态和移动物体的轨迹。根据若干实现方式的机器学习模型可被利用于生成车辆轨迹。控制系统接口558被配置为与控制系统510通信，以便实现自主车辆500的轨迹。在一些实现方式中，机器学习模型可被利用于控制自主车辆以实现计划的轨迹。
可以理解的是，图5C所示的车辆控制系统520的组件集合在性质上仅仅是示例性的。在一些实现方式中可以省略单个传感器。在一些实现方式中，不同类型的传感器如图5C所示可用于冗余和/或覆盖自主车辆周围环境中的不同区域。在一些实现方式中，可以使用不同类型和/或控制子系统的组合。此外，虽然子系统552-558被示为独立于处理逻辑522和存储器524，但可以理解的是，在一些实现方式中，子系统552-558的一些或全部功能可以用诸如驻留在存储器524中的指令526的程序代码加以实现，并通过处理逻辑522执行，并且这些子系统552-558在一些实例中可以使用相同的处理器和/或存储器加以实现。一些实现方式中的子系统可以至少部分地使用各种专用电路逻辑、各种处理器、各种现场可编程门阵列(“FPGA”)、各种专用集成电路(“ASIC”)、各种实时控制器等来实现，如上所述，多个子系统可以利用电路、处理器、传感器和/或其他组件。此外，车辆控制系统520中的各种组件可以以各种方式联网。
在一些实现方式中，自主车辆500还可以包括辅助车辆控制系统(未示出)，其可用作自主车辆500的冗余或备用控制系统。在一些实现方式中，辅助车辆控制系统能够响应于特定事件操作自主车辆500。辅助车辆控制系统可以仅具有响应于在主车辆控制系统520中检测到的特定事件的功能。在还有一些其它实现方式中，辅助车辆控制系统可以省略。
在一些实现方式中，可以使用不同的体系结构，包括软件、硬件、电路逻辑、传感器和网络的各种组合来实现图5C所示的各种组件。每个处理器可以被实现，例如，作为微处理器并且每个存储器可以代表包括主存储的随机存取存储器(“RAM”)设备，以及任何补充级别的存储器，例如，高速缓存存储器、非易失性或备份存储器(例如，可编程存储器或闪存)、或只读存储器。此外，每个存储器可被认为包括物理上位于自主车辆500中其他地方的存储器存储，例如，处理器中的任何高速缓存存储器，以及用作虚拟存储器的任何存储容量，例如，存储在大容量存储设备或另一计算机控制器上。如图5C所示的处理逻辑522或完全独立的处理逻辑可用于在自主车辆500中实现自主控制目的之外的附加功能，例如，控制娱乐系统、操作门、灯或便利功能。
此外，对于附加存储，自主车辆500还可以包括一个或多个大容量存储设备，例如，可移动磁盘驱动器、硬盘驱动器、直接访问存储设备(“DASD”)、光驱(例如，CD驱动器、DVD驱动器)、固态存储驱动器(“SSD”)、网络附接的存储、存储区域网络、和/或磁带机等。此外，自主车辆500可以包括用户接口564，以使自主车辆500能够接收来自乘客的若干输入并为乘客生成输出，例如一个或多个显示器、触摸屏、语音和/或手势接口、按钮和其它触觉控制。在一些实现方式中，来自乘客的输入可以通过另一台计算机或电子设备接收，例如，通过移动设备上的app或通过Web接口。
在一些实现方式中，自主车辆500可以包括一个或多个网络接口，例如，网络接口562，其适用于与一个或多个网络570通信(例如，局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、无线网络和/或因特网等)以允许与其它计算机和电子设备——包括，例如，中央服务，诸如云服务，自主车辆500从中接收环境和其它数据以用于其自主控制——进行信息通信。在一些实现方式中，由一个或多个传感器533A-533I收集的数据可以通过网络570上传到计算系统572以进行附加处理。在此类实现方式中，时间戳可以在上传之前与车辆数据的每个实例相关联。
图5C中所示的处理逻辑522，以及本文公开的各种附加控制器和子系统，通常在操作系统的控制下运行，并执行或否则依赖于各种计算机软件应用、组件、程序、对象、模块或数据结构，如下文更详细地描述。此外，各种应用、组件、程序、对象或模块还可以在通过网络570耦合到自主车辆500的另一台计算机中的一个或多个处理器上执行，例如，在分布式、基于云的或客户端-服务器计算环境中，由此实现计算机程序的功能所需的处理可以通过网络分配给多个计算机和/或服务。
为实现本文描述的各种实现方式而执行的例程，无论是作为操作系统的一部分还是作为特定应用、组件、程序、对象、模块或指令序列，甚至它们的子集而实现的，都将在本文中称为“程序代码”。程序代码通常包括一个或多个指令，这些指令在不同时间驻留在各种存储器和存储设备中，并且当由一个或多个处理器读取和执行时，执行必需的步骤以执行体现本发明各个方面的步骤或元素。此外，虽然实现方式已经并且此后可以在完全起作用的计算机和系统的上下文中描述，但可以理解的是，这里描述的各种实现方式能够以各种形式作为程序产品进行分发，并且实现方式可以与用于实际执行分发的特定类型的计算机可读介质无关。计算机可读介质的示例包括有形的非暂时性介质，诸如易失性和非易失性存储器设备、软盘和其他可移动盘、固态驱动器、硬盘驱动器、磁带和光盘(例如，CD-ROM、DVD)等。
此外，下面描述的各种程序代码可以基于其在特定实现方式中被实现的应用来识别。然而，应当理解，以下任何特定的程序命名法仅仅是为了方便而使用的，因此本发明不应仅限于在这种命名法所标识和/或暗示的任何特定应用中使用。此外，鉴于计算机程序可以被组织成例程、过程、方法、模块、对象等的通常无穷无尽的方式，以及程序功能可以在驻留在典型计算机中的各种软件层(例如，操作系统、库、API、应用、小程序)当中被分配的各种方式，应该理解的是，本发明不限于本文描述的特定的组织和程序功能的分配。
受益于本公开的本领域技术人员将认识到图5C所示的示例性环境不旨在限制此处公开的实现方式。实际上，本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本文公开的实现方式范围的情况下使用其它替代的硬件和/或软件环境。
术语“处理逻辑”(例如处理逻辑522)在本公开中可以包括一个或多个处理器、微处理器、多核处理器、专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)来执行本文公开的操作。在一些实施例中，存储器(未示出)被集成到处理逻辑中以存储执行操作和/或存储数据的指令。处理逻辑还可以包括模拟或数字电路，以根据本公开的实施例执行操作。
本公开中描述的“存储器”或“多个存储器”可以包括一个或多个易失性或非易失性存储器体系结构。“存储器”或“多个存储器”可以是以任何方法或技术实现的可移动和不可移动介质，用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息。示例存储器技术可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪存、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)、高清多媒体/数据存储盘、或其它光存储、磁带合、磁带、磁盘存储或其它磁性存储设备，或可用于存储信息以供计算设备访问的任何其他非传输介质。
网络可以包括任何网络或网络系统，诸如，但不限于，以下：对等网络；局域网(LAN)；广域网(WAN)；公共网络，诸如互联网；专用网络；蜂窝网络；无线网络；有线网络；无线和有线组合网络；以及卫星网络。
通信信道可以包括或通过利用IEEE 802.11协议的有线或无线通信、SPI(串行外设接口)、I2C(内部集成电路)、USB(通用串行端口)、CAN(控制器局域网)、蜂窝数据协议(例如3G、4G、LTE、5G)、光通信网络、互联网服务提供商(ISP)、点对点网络、局域网(LAN)、广域网(WAN)、公共网络(例如“互联网”)、专用网络、卫星网络或其他中的一个或多个。
计算设备可以包括台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、平板手机、智能电话、功能手机、服务器计算机或其他。服务器计算机可以远程地位于数据中心或被存储在本地。
上面解释的过程是按照计算机软件和硬件来描述的。所描述的技术可以构成体现在有形或非暂时性的机器(例如，计算机)可读存储介质内的机器可执行指令，机器可执行指令当由机器执行时将使机器执行所描述的操作。此外，这些过程可以体现在硬件，诸如专用集成电路(“ASIC”)或其他中。
有形的非暂时性机器可读存储介质包括以机器(例如，计算机、网络设备、个人数字助理、制造工具、具有一组一个或多个处理器的任何设备等)可访问的形式提供(即存储)信息的任何机制。例如，机器可读存储介质包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备等)。
以上对本发明实施例的描述，包括在摘要中描述的内容，并不旨在穷举或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然在此描述本发明的具体实施例和示例是为了说明目的，但在本发明的范围内可以进行各种修改，正如本领域技术人员所认识到的那样。
可以根据上述详细描述对本发明进行这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制在说明书中公开的特定实施例中。相反，本发明的范围应完全由以下权利要求确定，这些权利要求应根据既定的权利要求解释原则进行解释。

Claims (18)

1.一种光检测和测距LIDAR系统，包括硅芯片，所述硅芯片包括：
发射器，所述发射器被配置为发出发射光束；
接收像素，所述接收像素包括光栅耦合器并且被配置为通过所述光栅耦合器接收返回光束；以及
固定镜，所述固定镜被配置为将所述发射光束从所述发射器指引到光束位移装置；
所述LIDAR系统进一步包括：
旋转镜，所述旋转镜被配置为将所述发射光束指引到目标并将所述返回光束指引到所述接收像素；以及
所述光束位移装置，所述光束位移装置被设置在所述接收像素和所述旋转镜之间，其中，所述光束位移装置被配置为向所述返回光束引入位移以补偿所述发射器和所述接收像素之间的间距，其中所述光束位移装置包括可切换的光束旋转器，所述可切换的光束旋转器被配置为基于所述旋转镜的旋转方向来改变所述发射光束的偏振取向。
2.根据权利要求1所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述光束位移装置被配置为补偿所述发射光束与从所述旋转镜反射的所述返回光束之间的反射角差。
3.根据权利要求1所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述光束位移装置包括光束位移器元件，所述光束位移器元件包括双折射材料，并且其中所述双折射材料引入具有与所述发射光束的第一偏振取向正交的所述返回光束的第二偏振取向的所述位移。
4.根据权利要求3所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述可切换的光束旋转器被设置在所述发射器和所述光束位移器元件之间，并且其中，所述可切换的光束旋转器被配置为旋转所述发射光束的发射偏振。
5.根据权利要求4所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述旋转镜被配置为在常规操作期间交替地沿第一方向或沿第二相反方向旋转。
6.根据权利要求4所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述光束位移装置包括被设置在所述光束位移器元件和所述旋转镜之间的波片。
7.根据权利要求6所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述波片为四分之一波片。
8.根据权利要求4所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述光束位移装置包括被设置在所述光束位移器元件和所述旋转镜之间的透镜，其中所述透镜被配置为准直所述发射光束。
9.根据权利要求1所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述返回光束是从所述目标反射的所述发射光束。
10.根据权利要求1所述的光检测和测距LIDAR系统，其中，所述发射器包括至少一个边缘耦合器，其中所述固定镜被配置为从所述至少一个边缘耦合器接收所述发射光束，其中所述固定镜被配置为从所述硅芯片的表面垂直地指引所述发射光束。
11.一种用于自主车辆的自主车辆控制系统，所述自主车辆控制系统包括：
光检测和测距LIDAR设备，所述光检测和测距LIDAR设备包括：
硅芯片，所述硅芯片包括：
发射器，所述发射器被配置为发出发射光束；
接收像素，所述接收像素包括光栅耦合器并且被配置为通过所述光栅耦合器接收返回光束；以及
固定镜，所述固定镜被配置为接收并重定向所述发射光束；
旋转镜，所述旋转镜被配置为将所述发射光束指引到目标并将所述返回光束指引到所述接收像素；以及
光束位移装置，所述光束位移装置被配置为向所述返回光束引入位移以补偿所述发射器和所述接收像素之间的间距，其中所述光束位移装置包括可切换的光束旋转器，所述可切换的光束旋转器被配置为基于所述旋转镜的旋转方向来改变所述发射光束的偏振取向，其中所述固定镜被配置为将来自所述发射器的所述发射光束从所述硅芯片指引到所述光束位移装置；以及
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为响应于所述接收像素的输出而控制所述自主车辆。
12.根据权利要求11所述的自主车辆控制系统，其中，所述光束位移装置被配置为补偿所述发射光束与从所述旋转镜反射的所述返回光束之间的反射角差。
13.根据权利要求11所述的自主车辆控制系统，其中，所述光束位移装置包括光束位移器元件，所述光束位移器元件包括双折射材料，并且其中所述双折射材料引入具有与所述发射光束的第一偏振取向正交的所述返回光束的第二偏振取向的所述位移。
14.根据权利要求13所述的自主车辆控制系统，其中，所述可切换的光束旋转器被设置在所述发射器和所述光束位移器元件之间，并且其中，所述可切换的光束旋转器被配置为旋转所述发射光束的发射偏振。
15.根据权利要求14所述的自主车辆控制系统，其中，所述旋转镜被配置为在常规操作期间交替地沿第一方向或沿第二相反方向旋转。
16.一种自主车辆，包括：
至少一个硅芯片，所述至少一个硅芯片包括：
发射器，所述发射器被配置为发出红外发射光束；
接收像素，所述接收像素被配置为接收红外返回光束，其中所述接收像素中的至少一个包括光栅耦合器，其中所述接收像素中的所述至少一个被配置为通过所述光栅耦合器接收所述红外返回光束中的至少一个；以及
至少一个固定镜，所述至少一个固定镜被配置为接收并重定向所述红外发射光束；
旋转镜，所述旋转镜被配置为将所述红外发射光束指引到目标并将所述红外返回光束指引到所述接收像素；
光束位移装置，所述光束位移装置沿所述接收像素和所述旋转镜之间的光路设置，其中所述光束位移装置被配置为向所述红外返回光束引入位移以补偿所述发射器和所述接收像素之间的间距并且被配置为引入所述位移以补偿所述红外发射光束和从所述旋转镜反射的所述红外返回光束之间的反射角差，其中所述光束位移装置包括可切换的光束旋转器，所述可切换的光束旋转器被配置为基于所述旋转镜的旋转方向来改变所述发射光束的偏振取向，其中所述至少一个固定镜被配置为将来自所述发射器的所述红外发射光束从所述至少一个硅芯片指引到所述光束位移装置；以及
控制系统，所述控制系统被配置为响应于所述红外返回光束而控制所述自主车辆。
17.根据权利要求16所述的自主车辆，其中，所述光束位移装置包括光束位移器元件，所述光束位移器元件包括双折射材料，并且其中所述双折射材料引入具有与所述红外发射光束的第一偏振取向正交的所述红外返回光束的第二偏振取向的所述位移。
18.根据权利要求17所述的自主车辆，其中，所述可切换的光束旋转器被设置在所述发射器和所述光束位移器元件之间，并且其中，所述可切换的光束旋转器被配置为旋转所述红外发射光束的发射偏振。
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