CN116457699A - 用于扫描LiDAR系统的光学组件 - Google Patents

Abstract

光学组件(207)包括第一光学元件，具有楔形棱镜(216)，第一光学元件可绕第一轴线(217)旋转，并被配置为在第一光学元件的第一表面(214)处接收光束(140b)，并将光束(140b)折射到第一光学元件的第二表面(218)，光束(140c)在第二表面处离开第一光学元件；还包括第二光学元件(220)，第二光学元件与第一光学元件间隔开，并被定位为接收离开第一光学元件的光束(140c)，第二光学元件(220)可绕第二轴线(222)旋转，并被配置为在第二光学元件(220)的第一表面(224)处折射光束(140c)，并且在光束(140e)离开第二光学元件之前通过第二光学元件(220)的反射表面(226)反射光束(140d)。

Description

用于扫描LiDAR系统的光学组件

技术领域

本公开总体上涉及用于光探测和测距，或激光成像、探测与测距(LiDAR)系统的光学组件，并且更具体地，涉及光学组件、系统及其使用方法的实施例。

背景技术

LiDAR(light detection and ranging，or，laser imaging，detection，andranging)技术涉及通过用激光扫描物体(例如，目标或障碍物)并用传感器测量激光的反射来探测和测量距离的系统和方法。然后可以使用激光返回时间和波长的差异来制作物体的3-D表示。LiDAR技术已得到广泛应用。例如，通过与包括LiDAR技术的各种类型的传感器一起工作，自动驾驶技术能够感测周围环境并生成实时指令以在很少或没有人类交互的情况下安全地驾驶可移动物体，例如自动驾驶车辆。自动驾驶车辆可以配备有一个或多个传感器以从环境收集信息，例如雷达、LiDAR、声纳、相机、全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)，和/或里程计等。基于从一个或多个传感器获得的各种感测数据，自动驾驶车辆需要确定实时位置并生成用于导航的指令。

随着LiDAR技术的发展，需要一种更节省空间、复杂度更低且更具成本效益的光学组件及其有效的使用方法。

公开内容

根据本公开的实施例，提供了用于引导光束扫描环境，以检测所述环境中的一个或多个物体的光学组件。光学组件包括第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境以检测所述一个或多个物体。

还提供了一种用于引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体的可旋转扫描仪。所述可旋转扫描仪包括：光学组件，所述光学组件包括：反射光学元件，所述反射光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为通过反射表面的第一侧将所述光束反射到所述环境；以及平衡元件，所述平衡元件包括：第一表面，所述第一表面在与所述反射表面的所述第一侧相对的第二侧处附接到所述反射光学元件的所述反射表面，以及第二表面，所述第二表面连接到物体，所述物体被配置为在绕所述第一轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件。

还提供了一种用于引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体的方法。所述方法包括使第一光学元件绕第一轴线旋转，并且使第二光学元件绕第二轴线旋转，所述第一光学元件与所述第二光学元件间隔开；将光束从所述第一光学元件引导至所述第二光学元件的反射表面；以及通过所述反射表面反射所述光束以透射到所述环境中。

还提供了一种LiDAR(light detection and ranging，or，laser imaging，detection，and ranging)系统，包括：光源，所述光源被配置为发射脉冲激光光束；扫描光学组件，所述扫描光学组件被配置为引导所述脉冲激光光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述扫描光学组件包括：第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境以检测所述一个或多个物体；接收器，所述接收器被配置为经由所述扫描光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的返回光束。

还提供了一种LiDAR系统，包括：光源，所述光源被配置为发射脉冲激光光束；扫描光学组件，所述扫描光学组件被配置为引导所述脉冲激光光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述扫描光学组件包括：反射光学元件，所述反射光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为通过反射表面的第一侧将所述光束反射到所述环境；以及平衡元件，所述平衡元件包括：第一表面，所述第一表面在与所述反射表面的所述第一侧相对的第二侧处附接到所述反射光学元件的所述反射表面，以及第二表面，所述第二表面连接到物体，所述物体被配置为在绕所述第一轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件；接收器，所述接收器被配置为经由所述扫描光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的一个或多个返回光束。

还提供了一种可移动平台，包括：光学组件，所述光学组件位于所述可移动平台上，并被配置为引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述光学组件包括：第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境以检测所述一个或多个物体；推进系统，所述推进系统被配置为在所述环境中推进所述可移动平台。

应当理解，前面的整体描述和下面的详细描述都仅是示例性和说明性的，并非是对本公开所要保护内容的限制。通过阅读说明书、权利要求书和附图，本公开的其它特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1A示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图1B示出了根据本公开的实施例的用于图1A的LiDAR系统的电路的系统的框图。

图1C示出了根据本公开的一些实施例的在可移动平台上的扫描LiDAR系统的示意图。

图1D示出了根据本公开的实施例的图1A的扫描LiDAR系统的示例性扫描图案。

图1E和图1F示出了根据本公开的实施例的图1A的扫描LiDAR系统的示例性扫描图案。

图2示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图3A和图3B示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图4示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图5A-图5D示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的各种光学组件的示意图。

图6A和图6B示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图6C和图6D示出了根据本公开的实施例的用于容纳扫描LiDAR系统的一个或多个光学元件的示例性壳体的示意图。

图7A示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图7B和图7C示出了根据本公开的实施例的扫描LiDAR系统的示例性光学元件的示意图。

图8示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统的示意图。

图9A-图9D分别示出了根据本公开的实施例的用于扫描LiDAR系统的各种实施例的测距模块的示意图。

图10A-图10C在前视图(图10A)、右视图(图10B)和俯视图(图10C)中示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件的光学元件的壳体的示意图。

图11A-图11C在正视图(图11A)、右视图(图11B)和俯视图(图11C)中示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件的光学元件的壳体的示意图。

图12A-图12C在正视图(图12A)、右视图(图12B)和俯视图(图12C)中示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件的光学元件的壳体的示意图。

图13A和图13B在前视图(图13A)和俯视图(图13B)示出了根据本公开的实施例的多面体壳体的示意图。

图14A、14B、15A、15B、16A、16B、17A、17B、18A、18B、19A和19B示出了根据本公开的实施例的由各种LiDAR系统产生的示例性扫描图案。

图20、21、22和23示出了根据本公开的实施例的包括光学元件和平衡元件的扫描模块的各种实施例的示意图。

图24示出了根据本公开的实施例的用于引导光束扫描环境以检测环境中的一个或多个物体的示例性方法的流程图。

图25A示出了根据本公开的实施例的具有相应旋转轴线的第一光学元件和第二光学元件。

图25B示出了根据本公开的实施例的光束与第一光学元件的表面的法线之间的入射角。

图26示出了根据本公开实施例的具有相应旋转轴线的第一光学元件和第二光学元件的三维视图。

图27A-27C示出了根据本公开实施例的第二光学元件可能方向。

图28示出了根据本公开的实施例的可用于控制光学元件和光源的参数。

图29A-29D示出了根据本公开实施例的可能的扫描图案。

图30A-30C示出了根据本公开实施例的扫描图案如何受到反射元件的倾斜角影响。

图31示出了根据本公开实施例的扫描图案如何受到光学元件的相对转速的影响。

具体实施方式

以下将参考附图进行详细描述。在可能的情况下，相同的附图标记指代相同或相似的部件。尽管本文描述了几个示例性实施例，但是修改、调整和其他实现方式也是可能的。例如，可以对附图中示出的部件进行替换、添加或修改。因此，以下详细描述不限于所公开的实施例和示例，而是合适的范围由所附权利要求限定。

由本公开的各种实施例提供的光学组件可以应用于成像装置、物体检测装置和/或距离测量或测距装置。例如，光学组件的各种实施例可以应用于电子设备，例如激光雷达或激光距离测量设备。在一些实施例中，距离测量设备可以用于感测外部环境信息，例如在环境中检测到的一个或多个物体的距离信息、方位角信息、反射强度信息、速度信息等。在一些实施例中，距离测量设备可以通过例如基于飞行时间(TOF)测量检测到的物体与距离测量设备之间的光传播时间来测量检测到的物体与距离测量设备之间的距离。在一些其他实施例中，距离测量设备还可以通过其他技术来测量检测到的物体与距离测量设备之间的距离，例如基于相移测量、频移测量的距离测量方法或任何其他合适的方法。应当理解，说明书、附图和示例被认为是仅用于说明目的的示例，而并不意味是限制性的。

在一些实施例中，扫描LiDAR系统可以包括使用同轴光路的距离测量设备，其中，由距离测量设备的光源发射的光束与由环境中的一个或多个物体反射并返回到距离测量设备的光束共享距离测量设备中的光路的至少一部分。例如，激光脉冲序列可以由发射器或光源发射，并且通过包括光学组件的扫描模块发射，以改变激光脉冲的传播方向。由一个或多个检测到的物体反射的激光脉冲可以穿过扫描模块的光学组件并由接收器接收。

在一些其他实施例中，扫描LiDAR系统可以包括使用离轴光路的距离测量设备，其中由距离测量设备的光源发射的光束和由一个或多个物体反射并返回到距离测量设备的光束分别沿着距离测量设备中的不同光路传输。

应当理解，本公开的光学组件、距离测量装置和LiDAR系统的实施例使用同轴光路作为示例以用于说明目的，并不意味着是限制性的。如本文所讨论的光学组件、距离测量装置和LiDAR系统的各种实施例也可以使用离轴光路。

图1A示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统100的示意图。在一些实施例中，扫描LiDAR系统100能够旋转360°。在一些实施例中，360°机械扫描(或旋转)LiDAR系统100可以使用多线(例如16、24、128或更多线)光源来发射光束以实现合适的点云图案。这种多线LiDAR系统的成本可能很高，并且组装过程很复杂。在一些实施例中，扫描LiDAR系统100可以使用更少的线，例如6个或更少，或者单个光源线。例如，本公开的一些实施例提供了具有更少或单线光源的机械扫描LiDAR系统，其包括第一光学元件(例如棱镜)和第二光学元件(例如反射镜或包含反射表面的棱镜)的组合。当第一光学元件和第二光学元件旋转(例如，一起或单独地)时，反射表面围绕对应的轴旋转，同时反射光束。当反射表面旋转时，光束的反射可以扫描多个方向，例如包括360°的范围，而不必使用系统中的大量光源。因此，可以利用更少的光源、更低的成本和更简单的LiDAR系统来实现360°立体扫描效果。

在一些实施例中，LiDAR系统100包括测距模块104(例如，距离测量模块)和扫描模块106。在一些实施例中，测距模块104可以被配置为发射光束138a，接收返回光束142d，并且将返回光束142d转换成电信号。在一些实施例中，测距模块104包括被配置为发射光束138a的光源110、设置为反射器112的光学元件、设置为准直元件114的光学元件、被配置为接收反射光束(在本文中被称为返回光束142d)的接收器134、被配置为控制光源110的光发射和接收器134的光接收的控制电路，以及TOF处理器132，其被配置为基于发射光束138a和检测到的返回光束142d之间的时间间隔和光速，使用TOF技术来计算检测到的物体的范围。LiDAR系统100可以是单站扫描LiDAR系统，其中光源和接收器彼此相对靠近，并且出射光束和返回光束可以对准或共享一个或多个同轴光路。

在一些实施例中，反射器112(例如，包括反射镜)将来自光源110的光束138a通过反射器112的中心透射区域透射到准直元件114。在一些实施例中，准直元件114可以作为准直透镜提供，用于准直从反射器112接收的光束138a，并且将从扫描模块106接收的返回光束142c汇集到反射器112。

在一些实施例中，扫描模块106可以定位在测距模块104的出射光路上，并且被配置为产生扫描光束138d，例如，作为从测距模块104接收的光束138b导出的出射光束，例如360°扫描光束，并且将扫描光束138d投射到要扫描的环境。扫描模块106还可以将返回光束142a投射到测距模块104的准直元件114以汇集到反射器112。

在一些实施例中，扫描模块106可以包括光学组件107，光学组件107包括用于改变从测距模块104接收的光束138b的传播路径的至少一个光学元件。例如，扫描模块106的路径改变光学元件可以通过反射、折射、衍射和/或其组合来改变光束138b的传播路径。因此，例如，扫描模块106的路径改变光学元件可以包括透镜、反射镜、棱镜、光栅、液晶、光学相控阵列或这些光学元件的任何组合。在一些实施例中，至少一个路径改变光学元件的至少一部分是移动地，例如由驱动模块驱动以移动，并且移动路径改变光学元件可以在不同时间将光束138b反射、折射或衍射到不同方向。在一些实施例中，扫描模块106的多个路径改变光学元件可以围绕公共轴线旋转或振动，并且每个旋转或振动光学元件可以用于连续地改变光束138b的传播路径。在一些实施例中，扫描模块106的多个路径改变光学元件可以以不同的旋转速度旋转，或者以不同的速度振动。在一些实施例中，扫描模块106的路径改变光学元件可以以相同的旋转速度旋转。在一些实施例中，扫描模块106的多个路径改变光学元件可以围绕不同的轴旋转。在一些实施例中，扫描模块106的多个路径改变光学元件可以在相同方向上旋转或在不同方向上旋转。多个路径改变光学元件可以在相同方向上振动或在不同方向上振动。应当理解，本文描述的各种实施例是用于说明的示例，而不意味着是限制性的。

在如图1A所示的一些实施例中，光学组件107可以包括设置为棱镜116的第一光学元件。棱镜116可以由驱动器126(例如，电机)驱动以围绕轴线118旋转，以在棱镜116旋转时将由准直元件114准直的光束138b投射到不同的方向。在一些实施例中，棱镜116具有沿着至少一个径向方向变化的厚度。在一些实施例中，棱镜116包括楔形棱镜，该楔形棱镜通过第一表面116-1对准由准直元件114准直的光束138b，并且通过第二表面116-2折射对准的光束。

在一些实施例中，光学组件107还可以包括在图1A中设置为反射器120(也称为反射光学元件)的第二光学元件，其作为另一路径改变光学元件。反射器120可以由驱动器128(例如，包括电机)驱动，以围绕轴线122旋转，以在反射器120旋转时将从棱镜116接收的光束138c投射到不同的方向。在实施例中，轴线122和轴线118是相同的轴线或不同的轴线。在一些实施例中，反射器120包括反射镜或光学元件(例如棱镜，例如楔形棱镜或三棱镜)，其包含反射表面。在一些实施例中，除了棱镜116和反射器120之外，光学组件107还可以包括光学元件。附加光学元件可以是棱镜、反射器或任何其他合适的光学元件，并且可以由附加驱动器驱动以任何合适的方式旋转、振动或移动。

在一些实施例中，驱动器126和128可以由控制器130控制，以驱动棱镜116和反射器120分别围绕轴118和122旋转，用于在不同方向上投射从测距模块104接收的光束138b，以扫描LiDAR系统100周围的环境。在如图1A所示的一些实施例中，棱镜116和反射器120可以由不同的驱动器驱动以具有不同的旋转速度和/或不同的旋转方向，从而将从测距模块104接收的光束138b投射到环境中的更大空间范围。在一些其他实施例中，棱镜116和反射器120可以由相同的驱动器驱动以具有相同的旋转速度和/或相同的旋转方向。在一些实施例中，棱镜116和反射器120的旋转速度可以分别根据预期在环境中扫描的区域和图案来确定。驱动器126和128可以包括电机或其他驱动器。

在一些实施例中，光学组件107包含在透明壳体124内。在如图1A所示的一些实施例中，LiDAR系统100使用同轴光路。在一些其他实施例中，LiDAR系统100还可以使用离轴光路。在一些情况下，透明壳体124可以包括透射区域和调制区域。调制区域可以根据需要调制入射光的出射路径，以在垂直方向上向上或向下扩展视场(FOV)，和/或在水平方向上向左或向右扩展FOV。

在一些实施例中，提供了特殊光学元件，其用于避免由光束发散引起的距离衰减。例如，当透明壳体124是圆柱形或圆锥形时，特殊光学元件可以是圆柱形透镜。在一些实施例中，特殊光学元件可以位于靠近第二光学元件120的发光表面的一侧，使得由第二光学元件120反射的光束可以进入特殊光学元件。例如，特殊光学元件可以位于第二光学元件120和透明壳体124之间。在一些实施例中，特殊光学元件可以位于靠近第二光学元件120的光入射表面的一侧，使得传播通过特殊光学元件的光束可以进入第二光学元件120。例如，特殊光学元件可以位于第二光学元件120和第一光学元件116之间。在一些实施例中，特殊光学元件可以被配置为与第二光学元件120一起旋转。

在一些实施例中，例如用于传播光束138a、138b、138c和138d的光束传播路径上的LiDAR系统100的一个或多个光学元件可以涂覆有滤光器层，或者可以在LiDAR系统100的光束传播路径上提供滤光器，用于允许与由光源110发射的光束138a相对应的某些波段的光穿过，同时反射其他波段的光，以便减少由环境光对接收器134造成的噪声。

在一些实施例中，光源110可用于发射光脉冲序列，例如激光脉冲序列。在一些实施例中，光源110可以是脉冲激光二极管，其被配置为发射光束138a作为脉冲激光束。例如，激光脉冲发射的周期可以是纳秒量级。由光源110发射的激光束可以是波长在可见光范围之外的窄带宽光束。光源110可以是其他类型的光源，其被配置为发射其他形式的辐射，如红外光束。

如图1A所示，由光源110发射的光束138a透射通过反射器112上的区域。在一些实施例中，用于透射通过光束138a的区域设置在反射器112的中心区域中，并且包含两个相对的表面，这两个表面都涂覆有抗反射涂层，使得由光源110发射的光束138a透射通过该中心区域。在一些实施例中，LiDAR系统100的一个或多个光学元件可以涂覆有抗反射涂层。在一些实施例中，反射器112还可以包括在中心区域中的用于透射光束138a的通孔。在一些实施例中，当LiDAR系统100使用同轴光路时，反射器112可以用于在准直元件114之前提供发送(或输出)光路(例如，光束138b、138c或138d)和接收(或返回)光路(例如，返回光束142a、142b或142c)，使得发送光路和接收光路可以共享相同的准直元件114，并且光路可以更紧凑以节省LiDAR系统100可能占据的空间。在一些实施例中，光源110和接收器134可以使用各自的准直元件，并且反射器112可以布置在与接收器134相关联的准直元件后面的光路上。

在一些实施例中，光束138a由光源110的激光管发射，并且由准直元件114准直成近平行光束138b以进入扫描模块106。准直元件114还可以用于汇集由环境中的物体102反射的返回光束142a的至少一部分。准直元件114可以包括准直透镜，或能够准直光束的其他合适的元件。

在一些实施例中，近平行光束138b可以穿过由驱动器126驱动旋转的旋转棱镜116，以形成动态扫描光束138c。例如，如图1A所示，棱镜116的第一表面116-1可以基本平行于准直元件114，并且近平行光束138b可以入射在第一表面116-1上并穿过第一表面116-1。然后，当棱镜116围绕轴线118旋转时，近平行光束138b可以被棱镜116的第二表面116-2重定向(例如由于折射)，以形成动态扫描光束138c。动态扫描光束138c可以被重定向到反射器120。

在一些实施例中，由驱动器128驱动旋转的入射在反射器120上的动态扫描光束138c可以通过旋转可围绕轴122旋转的反射器120来反射，以形成360°扫描光束，其被设置为出射光束138d。出射光束138d可以由LiDAR系统100发射以用于扫描环境。在一些实施例中，棱镜116的旋转和反射器120的旋转可以分别由驱动器128和126驱动，驱动器128和126由控制器130控制。

在一些实施例中，出射光束138d可以入射到(即，撞击)环境中的物体102上。出射光束138d的至少一部分可以被物体102反射并形成反射光束作为返回光束142a，返回光束142a返回到原始光路以由LiDAR系统100接收。如图1A所示，返回光束142a可入射在反射器120上并由反射器120反射成透射到棱镜116的第二表面116-2的返回光束142b。返回光束142b可以由第二表面116-2重定向到第一表面116-1。光束142b可以以基本垂直的角度入射在第一表面116-1上。返回光束142b可以作为返回光束142c穿过棱镜116的第一表面116-1，以入射在准直元件114上。准直元件114还可以将返回光束142c重定向(例如通过汇集)到反射器112。例如，如图1A所示，返回光束142c可由反射器112的非中心区域接收。在一些实施例中，反射器112的接收表面(例如，面向准直透镜114)的非中心区域可以涂覆有高反射膜。因此，返回光束142c可被反射成返回光束142d以由接收器134接收。在一些实施例中，可以例如通过检测从返回光束142d转换的电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间来确定激光接收时间。这样，TOF处理器132可以使用信号接收时间信息和信号发送时间信息来计算TOF，从而确定物体102与LiDAR系统100之间的距离。应当注意，TOF处理器132可以是用于确定物体102与LiDAR系统100之间的距离的一种可能方法。可替换地，LiDAR系统100可以利用其他方法来测量距离，例如，调制激光发射脉冲的振幅，调制激光脉冲的相位，以及调制激光发射频率(或波长)。对于这种情况，可以使用适当编程的处理器基于反射光(例如，反射光束142d)来确定距离。

在一些实施例中，LiDAR系统100的光源110可以是单线或多线光源，用于接收返回光束142d的相应接收器134具有与光源110一致的线数。

在一些实施例中，旋转棱镜116相对于准直元件114的倾斜角、棱镜116的第一表面116-1和第二表面116-2之间的楔角、和/或反射器120相对于准直元件114的倾斜角可以分别根据视场的范围(例如，包括如参考图1C子集(b)所述的俯仰角的范围)来确定。例如，当反射器120围绕LiDAR系统100的轴122旋转时，这样的范围对应于由出射光束(例如，出射光束138d)与LiDAR系统100的主体的水平方向(例如，图1C的子集(b)中所示)之间的角度测量的3D视图。例如，当俯仰角在-60°和30°之间的范围内时，反射器120的倾斜角和棱镜116的楔角可以被确定。

在一些其他实施例中，当视场的俯仰角被确定时(例如，出射光束相对于图1C子集(b)中所示的水平方向形成5°的角度)，可以相应地确定旋转棱镜116的材料和楔角。在一些实施例中，当棱镜116的楔角相对较小时，棱镜116的折射率可以相对较高。在一些其他实施例中，当棱镜116的楔角相对较大时，棱镜116的折射率可以相对较小。在一些实施例中，可以使用具有较高折射率的材料来最小化棱镜116的楔角，从而减少LiDAR系统100的空间占用。例如，棱镜116可以由折射率在1.7-2.1的范围内的光学材料制成，例如1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95、2和2.1的任何值，并且楔角可以在10°-25°的范围内，例如10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°和25°的任何角度。例如，棱镜116可以由折射率为1.9229的材料H-ZF72A组成，并且棱镜116的楔角可以是21°。

在一些其他实施例中，当俯仰角(例如，如图1C所示)为-15°时，反射器120相对于基本垂直于准直元件114的垂直方向的倾斜角为52.5°。

在一些实施例中，可以根据LiDAR系统100生成的点云图案的角度精度来确定光源110的线数和准直元件114的焦距。例如，当点云图案的相邻角度之间的差小于1.35°时，可以相应地确定准直元件114的焦距和光源110的多条线之间的间隔。当光源110是6线光源时，光源110的线之间的间距为470μm，准直元件114的焦距可以被确定为约20mm。在另一示例中，当点云图案的相邻角度之间的差甚至更小时，可以进一步减小光源110的多条线之间的间隔，可以增加准直元件114的焦距，和/或可以增加光源110的线的数量。

图1B示出了根据本公开的实施例的用于图1A的LiDAR系统100的电路的示例性系统180的框图。在一些实施例中，如图1B所示，系统180包括传输电路182(例如连接到光源110)、接收电路184(例如连接到接收器134)、采样电路186(例如连接到TOF处理器132)，以及计算电路188(例如连接到TOF处理器132)。电路182-188彼此连接以操作LiDAR系统100。

在一些实施例中，传输电路182被配置为控制光源110以传输光脉冲序列(例如，激光脉冲序列)。接收电路184被配置为控制接收器134接收由被检测到的物体102反射的光脉冲序列。接收电路184还可以被配置为转换光脉冲序列以获得电信号。电信号可以由接收电路184处理并输出到采样电路186。采样电路186对电信号进行采样以获得采样结果。计算电路188被配置为基于采样电路186的采样结果来确定LiDAR系统100与检测到的物体102之间的距离。

在一些实施例中，系统180还包括被配置为控制电路182-188的控制电路190。例如，控制电路190可以被配置为控制各种电路的工作时间和/或用于设置电路的参数等。应当理解，图1B中所示的电路是用于说明性目的实施例，而不意味是限制性的。如本文所述，图1B所示的一个或多个电路的数量可以多于一个，以分别在相同方向或不同方向上发射至少两个光束。例如，用于发射至少两个光束的至少两个传输电路中的发光芯片可以封装在同一模块中。在另一示例中，每个传输电路可以包括激光发射芯片，所述至少两个传输电路中的激光发射芯片中的管芯被封装在一起并且被容纳在相同的封装空间中。

在一些实施例中，除了图1B中所示的电路，系统180还可以包括扫描模块(未示出)，该扫描模块被配置为控制由传输电路182发射的至少一个激光脉冲序列的传播方向。

图1C示出了根据本公开的一些实施例的在可移动平台101上的扫描LiDAR系统的示意图，该扫描LiDAR系统代表本文描述的任何LiDAR系统。在一些实施例中，LiDAR系统被放置在可移动平台101的顶部上，并且扫描可移动平台101周围的环境。在一些实施例中，在可移动平台101上的LiDAR系统的扫描场包括具有在从0°到360°的范围中的方位角和在从-60°(LiDAR系统的水平方向之下60°)到30°(水平方向之上30°)的范围中的俯仰角θ(在图1C的子集(b)中示出)的围绕可移动平台101的范围。例如，LiDAR系统可以放置在可移动平台101(例如自主车辆)的顶部上，距离地面大约1米到2米，并且被设计成以-40°到5°的俯仰角来扫描环境。LiDAR系统可以被放置在距地面适合于自主车辆的任何高度处。应当理解，图1C中提供的LiDAR系统、可移动平台101和扫描范围是出于说明性目的示例，而不意味是限制性的。鉴于本文描述的各种实施例，可以以任何适当的布置(例如在可移动平台或可移动物体的顶部、底部或侧面上)将LiDAR系统安装在任何类型的可移动平台或可移动物体上，以在环境中提供适当的扫描范围，并且在本公开的范围内。例如，LiDAR系统可以安装在无人驾驶飞行器(UAV)、自主车辆、遥控车辆、手持式万向架、和/或可穿戴设备的任何位置上，以提供对应环境的适当扫描范围。

在一些实施例中，由LiDAR系统检测到的环境中的(一个或多个)物体的距离和方向可以用于遥感、避障、绘图、建模、导航等。在一些实施例中，如在本公开的各种实施例中描述的LiDAR系统可以应用于例如无人驾驶飞行器之类的可移动平台101。例如，LiDAR系统可以安装在可移动平台101的平台主体上。具有LiDAR系统的移动平台101可以测量外部环境，例如，测量移动平台101与障碍物之间的距离，以用于避障和其他目的，例如执行外部环境的二维(2D)或三维(3D)制图。

在一些实施例中，可移动平台101可以包括被配置为在例如表面、空气、水、轨道、空间、地下等的合适的介质上或内行驶的任何合适的可移动物体、设备、机构、系统或机器。例如，可移动平台101包括UAV、汽车、遥控车、机器人和摄像机中的至少一个。在一些实施例中，当将LiDAR系统应用于UAV时，平台主体可以是UAV的机身。在一些实施例中，当将LiDAR系统应用于汽车时，平台主体可以是汽车的主体。例如，汽车可以是自动驾驶汽车或半自动汽车。LiDAR系统可以安装在如图1C的图子集(a)中所示的自动驾驶汽车的顶部。LiDAR系统还可以被耦合、连接、安装或者以任何其它适当的方式安装到可移动平台101上。LiDAR系统还可以是可移动平台101的内置模块。在一些实施例中，当将LiDAR系统应用于遥控车时，平台主体可以是遥控车的主体。在一些实施例中，当将LiDAR系统应用于机器人时，平台主体可以是机器人。在一些实施例中，当将LiDAR系统应用于相机时，平台主体可以是相机本身。

如本公开中所讨论的系统的类型可以等同地应用于其他类型的可移动平台、可移动物体、或被配置为在例如表面、空气、水、轨道、空间、地下等的合适的介质上或内行驶的任何合适的物体、设备、机构、系统或机器。

再参考图1A，在一些实施例中，可以由可移动平台101上的LiDAR系统在移动期间处理和计算TOF信息。LiDAR系统可以生成外部环境的2D或3D映射。在一些实施例中，光束和电信号可以由在可移动平台101上的LiDAR系统收集，并且无线地或者经由有线连接传输到另一计算装置或计算系统，以用于处理和计算物体的距离和位置，并且生成外部环境的2D或3D制图。

图1D示出了根据本公开的实施例的图1A的扫描LiDAR系统100的示例性扫描图案。可以理解，当扫描模块106中的光学元件的速度改变时，扫描图案可以相应地改变。

图1E和1F示出了根据本公开的实施例的图1A的扫描LiDAR系统100的示例性扫描图案。在本文所述的一些实施例中，棱镜116可包括多个旋转棱镜。每个棱镜可以分别由单独的电机分别驱动。在一些实施例中，不考虑反射器120，当棱镜116包括单个棱镜时，扫描图案是如图1E所示的圆形。在一些实施例中，当棱镜116包括多个棱镜时，扫描图案可以包括2D图案，例如图1F中的包括两个棱镜的棱镜116的扫描图案。

在一些实施例中，为了使LiDAR系统更紧凑，可以减小其中包括的一个或多个装置(例如一个或多个光学元件)的尺寸。另一方面，由于对用于LiDAR系统的正常功能的光路的某些要求和限制，LiDAR系统的一些设备的尺寸不能轻易减小。例如，如图1A所示，反射器120的尺寸和用于在其中容纳光学元件(例如图1A中的反射器120和棱镜116)的壳体(例如，下面图2中的壳体223)的尺寸不能自由地减小。因此，需要具有比LiDAR系统100更紧凑的结构的LiDAR系统。例如，如本文所讨论的，通过调整LiDAR系统中的光学组件的一个或多个光学元件的布置，光束在被向外引导以扫描环境之前，可以在更靠近反射表面的中心区域的位置处被反射表面接收和反射。因此，LiDAR系统的光学组件可以比LiDAR系统100更紧凑。应当理解，如本文所述的光学组件的实施例中的两个或更多个可以以任何适当的布置组合在任何LiDAR系统中，并且在本公开的范围内。

图2示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统200的示意图。与LiDAR系统100的元件相同的LiDAR系统200的元件由相同的参考标号来标识。在一些实施例中，LiDAR系统200可以是单站扫描LiDAR系统。在一些实施例中，光学组件207包括第一光学元件，其具备可围绕第一轴线217旋转的楔形棱镜216(也称为透射光学元件或透射棱镜)。楔形棱镜216可由驱动器128驱动以旋转。在一些实施例中，楔形棱镜216可以包括折射率在1.7至2.1的范围内的透明材料，例如1.7、1.75、1.8、1.85、1.9、1.95、2和2.1中的任何值。楔形棱镜216可具有在16°到25°范围内的楔角(即，第一表面214与第二表面218之间的角度)，例如16°、17°、18°、19°、20°、21°、22°、23°、24°和25°的任何角度。例如，楔形棱镜216可以由折射率为1.9229、楔角为21°的玻璃型H-ZF72A构成。

在一些实施例中，楔形棱镜216被配置为在第一表面214接收来自准直元件114的近平行光束140b，近平行光束140b为通过对光源110发射的光束140a进行准直的。在一些实施例中，楔形棱镜216可以被定位成基本平行于准直元件114，使得近平行光束140b可以垂直地进入第一表面214而不发生折射。在一些其它实施例中，楔形棱镜216可以不平行于准直元件114，并且近平行光束140b可以被重定向，例如通过第一表面214折射到第二表面218。在一些实施例中，近平行光束140b可入射在第二表面218上并由其折射，在所述第二表面处，光束140c离开光学组件207的楔形棱镜216。在一些实施例中，光学组件207可包括多个旋转棱镜，该多个旋转棱镜包括楔形棱镜216。每个棱镜可以分别由单独的电机驱动。

在一些实施例中，光学组件207包括与楔形棱镜216间隔开的第二光学元件220(也称为反射光学元件)，其被定位成接收离开楔形棱镜216的光束140c。在一些实施例中，如图2所示的第二光学元件220可以在光学组件207中实现以代替图1A中的光学组件107的反射器120。在一些实施例中，第二光学元件220可绕第二轴线222旋转。在一些实施例中，第二光学元件220可以被配置为通过第一表面224重定向(例如，反射和/或折射)光束140c(例如，作为从楔形棱镜接收到的出射光束)到第二光学元件220的第二表面226(也称为反射表面226)。例如，如图2所示，与图1A相比，光束140c可以入射在第一表面224上并且由其折射成光束140d以透射至第二光学元件220的反射表面226的中心区域。

在一些实施例中，反射表面226被配置为反射光束140d以形成要被透射到第二光学元件220的第二表面228的光束140e。在一些实施例中，反射表面226可以涂覆有高反射涂层，或者可以包括具有高反射的材料。在一些实施例中，由反射表面226反射的光束140e可以被第二表面228折射，之后出射光束140f离开第二光学元件220。第一表面224和/或第二表面228可以涂覆有抗反射涂层以减少相应表面上的反射。如图2所示，第二光学元件220可以由驱动器126驱动以围绕第二轴线222旋转以扫描环境。在一些实施例中，如图2所示，第一轴线217可以与第二轴线222对齐。在一些其它实施例中，第一轴线217可以相对于第二轴线222以例如在5°到10°的范围内的预定角度倾斜，例如5°、6°、7°、8°、9°和10°的任意角度。在另一示例中，第一轴线217可平行于第二轴线222。

在一些实施例中，第二光学元件220可以包括三角棱镜，例如直角棱镜(从直角棱镜的前面观察，如图2所示)。在一些示例中，第二光学元件220可以包括具有大于1.7的折射率的透明材料，以在第一表面224和第二表面228上提供高折射率。例如，第二光学元件220可以包括具有约1.8467的折射率的玻璃材料(例如，成都光明H-ZF52)。通过提供第二光学元件220(如图2所示的棱镜)，出射光束140f在被第一表面224折射并被反射表面226反射之后，可以在棱镜的侧壁(例如，第二表面228)和壳体223上向上折射(例如，与图1A相比)。这可能是由于光束140d在反射表面226的中心区域处被接收，使得光束140e在表面228的较高位置处被接收。这样，光学组件207和对应的LiDAR系统200可以被制造得更小且更紧凑，以覆盖环境的更理想的扫描范围，以便在扫描模块206的旋转期间减少来自气流的阻力并降低系统噪声。出射光束140f的折射角度可以与第二光学元件220的厚度和材料(例如，折射率)相关。这样，可以通过根据需要选择第一表面224和反射表面226之间的角度和/或第二光学元件220的材料来调节光束的偏转程度。

在一些实施例中，除了具有更紧凑的系统之外或者作为具有更紧凑的系统的替代，可以在LiDAR系统中包括平衡元件，以用于在旋转期间平衡第二光学元件220。图3A和3B示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统300的示意图。与LiDAR系统100和200的元件相同的LiDAR系统200的元件由相同的附图标记来标识。LiDAR系统300可以是单站扫描LiDAR系统。在一些实施例中，光学组件307包括附接到第二光学元件220的平衡元件310，其被配置为在围绕第二轴线222旋转期间平衡第二光学元件220。如图3B所示，平衡元件310可以附接到包括在驱动器128中的电机320，该驱动器驱动第二光学元件220从平衡元件310的顶部绕第二轴线222旋转。平衡元件310可以进一步在侧表面上附接到第二光学元件220。平衡元件310被配置为定位成使得第二光学元件220和平衡元件310的组合的重心位于旋转轴线222上，由此减少电机320在旋转期间的振动。在一些实施例中，平衡元件310可以包括附接到第二光学元件220的金属件，或者如图3A所示的附接到第二光学元件220的反射表面226的具有反射表面的三棱镜。平衡元件310的进一步细节和各种实施例将在下面参考图20-24进行描述。

图4示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统400的示意图。与LiDAR系统100、200和300的元件相同的LiDAR系统400的元件由相同的附图标记来标识。LiDAR系统400可以是单站扫描LiDAR系统。在一些实施例中，为了进一步将光束140d朝向第二光学元件220的反射表面226的中心区域平移以使得系统更紧凑，LiDAR系统400还包括第三光学元件410，其与楔形棱镜216的第一表面214间隔开，并且包括相对于楔形棱镜216的第一表面214倾斜(或偏斜)的至少一个表面。例如，第三光学元件410可以放置在楔形棱镜216和准直元件114之间，以将从准直元件114出射的光束140b移动为用于进入楔形棱镜216的光束140bb。在分别被楔形棱镜216和第二光学元件220的表面224折射之后，光束140dd被移动到更靠近第二光学元件220的反射表面226的中心区域。在一些实施例中，当光束140b进入第三光学元件410时，光束140b可以被第三光学元件410的表面412折射，并且当作为光束140bb离开第三光学元件410时，进一步被第三光学元件410的表面414折射。

在如图4所示的一些实施例中，第三光学元件410可以包括一对或多对平行表面。例如，表面412可以平行于表面414。因此，光束140bb的行进方向可以平行于光束140b的行进方向。在一些实施例中，至少一个表面，例如表面414或表面412可相对于楔形棱镜216的表面214倾斜。在一些实施例中，第三光学元件410可以包括平行玻璃板。在一些实施例中，光束140b的折射度以及由第三光学元件410引起的光束140b到光束140bb的对应移动距离可以与第三光学元件410的厚度、包括第三光学元件410的材料和/或第三光学元件410的表面412或414相对于楔形棱镜216倾斜的角度有关。例如，平行玻璃板越厚，或者在第三光学元件410中使用的材料的折射率越高，光束140b可以在表面412处被折射的程度越高，因此光束(例如，光束140dd)可以更多地朝向反射表面226的中心区域平移或移动。在一些实施例中，第三光学元件410可以具有高折射率，例如高于1.8的折射率。

图5A-5D示出了根据本公开的实施例的用于本文所公开的示例性扫描LiDAR系统的各种光学组件的示意图。在一些实施例中，图5A的光学组件510可以对应于图1A的LiDAR系统100的光学组件107和准直元件114，或者图2的LiDAR系统200的光学组件207和准直元件114。在一些实施例中，图5B的光学组件520可以对应于图4的LiDAR系统400的光学组件307、第三光学元件410和准直元件114，其中，光束可以朝着第二光学元件220的反射表面226的中心移动(例如，平移)。

在一些实施例中，如图5C的光学组件530中所示，图5B中的第三光学元件410和楔形棱镜216可以由光学元件550代替，以获得将光束558朝向第二光学元件220的反射表面226的中心区域移动的类似效果。光学元件550可以是特殊形状或不规则棱镜。与光学组件520相比，包括更少的光学元件来构造光学组件530，因此，LiDAR系统可以更紧凑并且更简单。此外，与光学组件510相比，可以在光学组件530中的反射表面226的中心区域处接收光束，这对于更紧凑的LiDAR系统也是有益的。

在一些实施例中，可以基于多个因素，例如在LiDAR系统的一个或多个光学元件中使用的材料的折射率、一个或多个光学元件的尺寸和/或一个或多个光学元件之间的布置等，来确定与出射光束(例如，图2中的光束225)的扫描视场的垂直范围有关的俯仰角(例如，图1C中的俯仰角θ)。例如，关于俯仰角的特定范围，为了减小光学组件530的尺寸，可以为光学元件550选择具有合适折射率和/或合适形状的材料。在一个实例中，对于-60°到30°之间的范围内的俯仰角(例如，图1C中的倾斜角θ)，光学组件530中的光学元件550可由折射率在1.9-2.1范围内(例如，1.9、1.95、2.0、2.05和2.1中的任何值)的透明材料制成。在各种实施例中，俯仰角θ的范围可为可变的。例如，其可以在-50°至20°的范围内，或-20°至50°的范围内或任何其它合适的范围内。在一些情况下，当俯仰角的范围大时，光学元件550具有相对高的折射率(例如，接近于2的值)。举例来说，光学元件550可由具有2.00的折射率的玻璃类型H-ZLAF90组成。如图5C所示，光学元件500可以具有四条边，包括一对平行边。最短边可以具有从5mm到20mm的长度，例如5mm、7mm、10mm、12mm、15mm、18mm和20mm中的任何数字。例如，光学元件500的侧边551可以具有10mm的长度。

参照图5C，在一些实施例中，作为不规则棱镜提供的光学元件550的第一表面552可以具有在10°到30°范围内的第一倾斜角α，例如10°、12°、15°、18°、20°、22°、25°、28°和30°的任何角度，其中第一表面552更靠近准直元件114，并且在第一表面552与平行于准直元件114的方向之间测量第一倾斜角α。例如，第一倾斜角α可以是26°。在一些实施例中，第二表面554可以具有在30°到50°范围内的第二倾斜角β，例如30°、32°、35°、38°、40°、42°、45°、48°和50°的任何角度，其中第二表面554远离准直元件114(或者更靠近第二光学元件220的第一表面224)，并且第二倾斜角β是在第二表面554和平行于准直元件114的方向之间测量的。例如，第二倾斜角β可以是40°。在一些实施例中，为了使光学组件530更紧凑，第一倾斜角α被选择为大于10°，并且第二倾斜角β与第一倾斜角α之间的差大于10°(相应地，第一表面552与第二表面554之间的距离可以增加)，以进一步使出射光束朝向反射表面226的中心区域弯曲。在一些实施例中，图5C的光学组件530可以帮助将出射光束(例如，光束558)朝向光学元件220的反射表面226的中心区域折射，以使光学组件530更紧凑。例如，与使用楔形棱镜216(例如，由具有1.9229的折射率和21°的楔角的玻璃类型H-ZF72A制成)的图5A的光学组件510相比，图5C的光学组件530可以通过使用光学元件550将第二光学元件220的宽度减小大约20％。通过使光学组件更小，还可以降低电机功耗和噪声。

在一些实施例中，如图5D所示，光学组件540的光学元件560可以用于获得将光束570d向第二光学元件220的反射表面226的中心区域移动的类似效果。在一些实施例中，光学元件560可以包括棱镜。在一些实施例中，如图5D所示光学元件560包括通过具有内表面566的侧壁连接的第一表面562和第二表面564。在一些实施例中，由准直元件114准直的光束570a可以由第一表面562折射以形成要被传输到侧壁的内表面566的光束570b。在一些实施例中，光束570b可以被侧壁的内表面566反射以形成光束570c。在一些实施例中，在由表面562折射之后，入射在表面566上的光束570b的角度可以允许光束570b由表面566全内反射。在一些实施例中，光束570c可以入射在第二表面564上并且由其折射，以在朝向第二光学元件220的第一表面224离开光学元件560时形成光束570d，使得光束570d可以进一步由第一表面224朝向第二光学元件220的反射表面226的中心区域折射。

在一些实施例中，光学元件560的侧壁的内表面566可涂覆有高反射膜。在一些实施例中，光学元件560的第一表面562更靠近准直元件114，并且可以具有在光学元件560的第一表面562和平行于准直元件114的方向之间测量的倾斜角γ。倾角γ可以被调节以通过第一表面562重定向光束570a，使得折射光束570b可以在侧壁的内表面566处被全反射，例如使得光束570b的入射角大于全内反射(TIR)角。在一些实施例中，可以通过控制光学元件560的材料来控制折射度。在一些实施例中，第二表面564可以基本平行于准直元件114。在一些其它实施例中，第二表面564可以相对于准直元件114倾斜。

图6A和6B分别示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统600和650的示意图。与LiDAR系统100、200、300和400的元件相同的LiDAR系统600和650的元件由相同的附图标记来标识。LiDAR系统600或650可以是单站扫描LiDAR系统。在一些实施例中，使用同轴路径的LiDAR系统中的光路可能受到例如杂散光之类的各种噪声的影响。在一些实施例中，杂散光可以包括由光源110发射的并且由LiDAR系统的一个或多个光学元件和/或其它部件(例如，图2的平衡元件310、光源110、接收器134或壳体223的内表面)散射和/或反射的光，杂散光可以由接收器134检测到，并且对有效信号的分析具有负面地影响，从而降低TOF计算的准确度和LiDAR系统的效率。例如，当应用LiDAR系统来扫描更靠近可移动物体的环境时，由杂散光引起的噪声信号可能对准确度具有更大的影响。本文所述的一些实施例可以通过使杂散光偏离接收器134的接收范围来减少杂散光对接收器134的干扰。此外，可以组合如本文所述的两个或更多个实施例以减少或消除杂散光对LiDAR系统的负面影响，并且这些实施例在本公开的范围内。

在一些实施例中，为了减少LiDAR系统600中的杂散光的负面影响，可以将用于容纳楔形棱镜216、第二光学元件220和平衡元件310的壳体610制成如图6A中所示的圆锥形状。壳体610可以是透明的或者由能够将光传递到扫描环境的材料构成。在一些实施例中，具有弧形形状的壳体660可以用在如图6B中所示的LiDAR系统650中，以减少来自杂散光的噪声。壳体610可以是透明的或者由能够将光传递到扫描环境的材料构成。在一些实施例中，锥形壳体610或弧形壳体660可使入射在壳体610或壳体660的表面上并被其反射或散射的光偏离接收器134的接收范围。在一些实施例中，杂散光的减少程度可与锥形壳体610的倾斜或壳体660的曲面的曲率有关。

在一些实施例中，具有圆锥形状的壳体610可具有在从1.3到1.7的范围内的锥度，例如1.3、1.4、1.5、1.6和1.7的任何值，其中所述锥度由顶部截面圆612和底部截面圆614的直径差与圆锥的高度(H)的比率来测量。例如，当锥形壳体610的锥度为大约1.5时，可以有效地减少来自杂散光的噪声。

图6C示出了根据本公开的实施例的用于容纳扫描LiDAR系统(例如，本文中描述的任何LiDAR系统)的一个或多个光学元件(例如是楔形棱镜216和第二光学元件220或者本文中描述的任何其它合适的光学元件)的示例性壳体670的示意图。壳体670可以是图6A的壳体610、图6B的壳体660、或图13A的壳体1300。壳体670可以由具有均匀厚度的材料构成。壳体670也可由具有不同厚度的多种材料构成。

图6D示出了根据本公开的实施例的用于容纳扫描LiDAR系统的一个或多个光学元件的示例性壳体680的示意图。壳体680可以由类似于壳体610、660、670或1300的材料构成。例如，壳体680可以由具有低折射率的材料构成，例如低于1.65。壳体680可以由透明塑料材料、透明玻璃、透明聚合物等构成。壳体680可以包括从俯视图或前视图看具有均匀壁厚的光发射部分。壳体680可以包括多个发光部分，从俯视图或前视图看，每个发光部分具有均匀或不均匀的壁厚。在示例性实施例中，至少两个光发射部分可以以一定角度延伸，并且相邻光发射部分的接合处可以涂覆有墨水或涂料，以避免当光束穿透两个不同的光发射部分时错误测量点的风险。从俯视图看，壳体680的发光部分可以形成封闭或不封闭的圆周。例如，如图6D所示，壳体680由三个部分形成，包括具有均匀壁厚的第一部分682、具有均匀壁厚的第二部分684和具有不均匀壁厚的第三部分686。在其它实施例中，壳体680可以包括不同数量的部分，例如一个、两个、四个、五个、六个部分等，其中每个部分分别具有均匀的或不均匀的壁厚。

在一些实施例中，壳体680包括具有均匀壁厚的第一部分682。在一些实施例中，第一部分682的内表面可以是倾斜表面或曲面。例如，第一部分682可以包括如图6D所示的弯曲的或倾斜的拐角。倾斜表面的倾斜角或曲面的曲率可以根据在第一部分682上入射在壳体680的内表面上的光的角度来确定，例如是从例如反射表面120或第二光学元件220的第二表面228离开光学组件的光束688a。在一些实施例中，倾斜表面的倾斜角度或曲面的曲率可以被设计成避免光束688a直接入射到壳体680的内壁上以减少或避免杂散光。

在一些实施例中，第一部分682可以具有不均匀的壁厚，光束688a可以入射到第一部分682上，并且由壳体680的第一部分682折射，以形成离开LiDAR系统的光束688b。在一些实施例中，第一部分682可以具有均匀的壁厚，光束688b可以相对于光束688a在不存在壳体680的第一部分682的情况下将离开光学组件的位置处被垂直地或/和横向地移动。在一些实施例中，当光学组件的一个或多个光学元件旋转时，LiDAR系统的光束688b可以以从0°到360°的方位角和大于0°的俯仰角θ1(例如，光束688b与0°处的水平方向之间的角度)来扫描视场，例如0°到5°。例如，俯仰角θ1可以被配置为高于目标角度值，其中目标角度值的范围可以在0度和几十度之间。

在一些实施例中，壳体680包括具有均匀壁厚的第二部分684。第二部分684的倾斜角σ(例如，锥形部分的半锥角)在3°至10°的范围内。还可以选择第二部分684的倾斜角以避免光束689a直接入射在壳体680的内壁上，以减少或避免杂散光。

在一些实施例中，第二部分684可以具有不均匀的壁厚，光束689a可以入射在第二部分684上，并且由壳体680的第二部分684折射以形成离开LiDAR系统的光束689b。在一些实施例中，当光学组件的一个或多个光学元件旋转时，LiDAR系统的光束689b可以以从0°到360°的方位角和在从-20°到0°的范围内的俯仰角θ2(例如，光束689b与0°处的水平方向之间的角度)扫描场。在一些实施例中，第二部分684可以具有均匀的壁厚，光束689a可以相对于在不存在壳体680的第二部分684的情况下其将离开光学组件的位置处被垂直地或/和横向地移动。

在一些实施例中，壳体680还包括第三部分686，第三部分686具有朝向壳体680的底部增加的厚度。例如，如图6D所示，壳体680的内壁可以在第二部分684和第三部分686两者中具有均匀的倾斜度(例如，沿着如虚线箭头所示的基本直线)，而壳体680的外壁的倾斜度可以在不同部分中变化。例如，如虚线箭头所示，第二部分684中的外壁可以具有比第三部分686的外壁更小的倾斜角(相对于水平方向)。因此，第三部分686的厚度朝向壳体680的底部增加。例如，光束690a可以入射在第三部分686上，并且被壳体680的第三部分686的内表面折射，以形成光束690b，当光束690b离开LiDAR系统时，光束690b被第三部分686的外表面进一步折射，以形成光束690c。在示例性实施例中，第三部分686可以具有均匀的壁厚，光束690c可以相对于在不存在透明壳体的情况下光束690a离开光学组件的位置显著移动。

在一些实施例中，当光学组件的一个或多个光学元件旋转时，LiDAR系统的光束690c可以以从0°到360°的方位角和低于-20°(例如在-60°到-20°的范围内)的俯仰角θ3(例如，光束690c与在0°处的水平方向之间的夹角)扫描场。通常，壳体680的壁越厚，其使光束弯曲得越多，从而将光束(例如，光束690c)朝向较低方向折射，以沿着垂直方向(例如，朝向图6D中的较低范围)提供更宽的可扫描视场。在一些实施例中，可以调节第三部分686的厚度与第二部分684的厚度之间的差或比率以获得期望的视场。例如，第三部分686比第二部分684越厚，可以获得的视场越宽(例如，俯仰角θ3的范围可以越大)。

因此，通过选择壳体680的第一部分682和/或第二部分684的适当倾斜角或表面曲率，可以有效减少或避免杂散光。此外，通过选择合适的厚度和第三部分686的厚度变化程度，可以增加LiDAR系统可扫描的视场，例如，沿垂直方向。例如，通过使用在第三部分686中具有较厚部分的壳体680的设计，与图6C中的壳体670相比，可以将LiDAR系统可扫描的视场从-20°到5°的范围增加到-60°到5°的范围。

应当理解，第一部分682、第二部分684和第三部分686是壳体680可以用于减少杂散光和/或加宽LiDAR系统的可扫描视场的示例，其不意味是限制性的。类似于第一部分682、第二部分684和第三部分686中的任一个的任何数量的部分可以以任何合适的顺序、倾斜角和/或厚度布置，以用于LiDAR系统的壳体来提供期望的可扫描视场。

图7A示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统700的示意图。与LiDAR系统100、200、300、400、600和650的元件相同的LiDAR系统700的元件由相同的附图标记标识。LiDAR系统700可以是单站扫描LiDAR系统。在一些实施例中，为了进一步减少杂散光对LiDAR系统700的负面影响，第二光学元件720的光出射表面(如表面726)可以为倾斜表面。在如图7A所示的一些实施例中，LiDAR系统700可以使用图6A所示的锥形壳体610。此外，第二光学元件720的光入射表面722和反射表面724可以分别与如本文所述的第二光学元件220的第一表面224和反射表面226大致类似。在一些实施例中，第二光学元件720可以包括与第二光学元件220类似的材料。在一些实施例中，第二光学元件720的光出射表面726和第二光学元件720的光入射表面722可以形成在从91°至120°的范围内的钝角θ。如图7A所示，钝角θ可以用于引导光，使得光学组件的尺寸可以减小。角度θ的值(或可能的值范围)可以根据多个因素来确定，例如第二光学元件720的材料的折射率、由光入射表面722折射的光束的折射角等。例如，当第二光学元件720由折射率为1.818的材料组成时，钝角可以是大约100°。

在一些实施例中，通过使光出射表面726成为倾斜表面，可以减小LiDAR系统700的光学组件占据的空间。因此，光出射表面726的倾斜表面可以用于使光学组件更紧凑。光出射表面726的倾斜表面还可以减少杂散光的负面影响。例如，倾斜的光出射表面可以与本公开中描述的其他方法(例如锥形壳体610或弧形壳体660)结合使用，以在减少来自杂散光的系统噪声的同时减小系统空间。

图7B示出了根据本公开的实施例的扫描LiDAR系统的楔形棱镜216的示意图。如上所述，楔形棱镜216可以包括在从18°到23°的范围内的第一表面214和第二表面218之间的楔角，例如18°、19°、20°、21°、22°和23°中的任何角度。例如，楔形棱镜216可以具有约21°的楔角。在一些实施例中，楔形棱镜216可以被定位为使得第一表面214可以基本平行于准直元件114。

图7C示出了根据本公开的实施例的作为用于各种扫描LiDAR系统的楔形棱镜216的替代的示例性光学元件760(例如，透射棱镜)的示意图。在一些实施例中，光学元件760可以是楔形棱镜，其具有在16°至25°的范围内的位于第一表面762和第二表面764之间的楔角。例如，光学元件760可具有约21°的楔角。

在如图2和图7B所示的一些实施例中，可以通过楔形棱镜216的第一表面214对从准直元件114接收的光束144的反射来检测杂散光。为了减少杂散光，光学元件760的至少一个表面可以倾斜，如图7C所示。在一些实施例中，更靠近准直元件114的第一表面762可以倾斜，使得预定路径的杂散光可以偏离接收器134的接收范围。例如，如图7C所示，第一表面762可以顺时针倾斜。在一些实施例中，光学元件760的第一表面762可以具有在第一表面762和平行于准直元件114的方向之间测量的倾斜角倾斜角/>在5°至9°的范围内，例如5°、6°、7°、8°和9°中的任何角度。在一些实施例中，光学元件760的远离准直元件114的第二表面764可以具有在第二表面764和平行于图7C中所示的准直元件114的方向之间测量的倾斜角ψ，倾斜角ψ在12°至16°的范围内，例如12°、13°、14°、15°和16°中的任何角度。例如，如图7C所示，第一倾斜角/>可以是约7°，并且第二倾斜角ψ可以是约14°。因此，可以通过使用光学元件760有效地减少杂散光。应当理解，如本文所述的光学元件760的参数是出于说明性目的而讨论的，而不意味是限制性的。光学元件760可以具有任何其他适当和优化的倾斜角和/或楔角，以有效地减少LiDAR系统的杂散光。

图8示出了根据本公开的实施例的示例性扫描LiDAR系统800的示意图。与LiDAR系统100、200、300、400、600、650和700的元件相同的LiDAR系统800的元件为相同的附图标记标识。LiDAR系统800可以是单站扫描LiDAR系统。LiDAR系统800可以包括第一光学元件860，例如楔形棱镜或透射棱镜。在一些实施例中，第一光学元件860可以由与第一光学元件116或216类似的材料构成。第一光学元件860的楔形棱镜可以具有与第一光学元件116或216的楔形棱镜类似的楔角。在一些实施例中，第一光学元件860可以相对于准直元件114倾斜。因此，更靠近准直元件114的第一表面862倾斜，使得预定路径的杂散光可以偏离接收器134的接收范围。例如，第一光学元件860可以在逆时针方向上倾斜，如图8所示。第一光学元件860也可以在顺时针方向上倾斜以减少杂散光。在光学元件860的第一表面862与平行于准直元件114的方向之间测量的倾斜角ω可以在5°至10°的范围内，例如5°、6°、7°、8°、9°和10°中的任何角度。因此，如图8所示，第一光学元件860围绕其旋转的第一轴线217可以相对于第二光学元件220的第二轴线222倾斜，以减少由元件134接收的反射光。在一些实施例中，第一光学元件860可以改为在顺时针方向上倾斜，如图7C所示。应当理解，图8中讨论的参数是出于说明性目的，而不意味是限制性的。可以在系统模拟过程期间基于LiDAR系统800的各种实施例来确定光学元件860的倾斜角和/或方向。在一些实施例中，第一光学元件860可以相对于准直元件114倾斜成具有约7°的倾斜角ω，以有效地减少或消除系统800的杂散光。

图9A和9B分别示出了根据本公开的实施例的用于扫描LiDAR系统的各种实施例的测距模块910和920的示意图。在如图9A和9B所示的一些实施例中，每个测距模块910和920包括分别处于不同位置的反射器112、准直元件114、光源110和接收器134。在如图9A所示的一些实施例中，测距模块910包括反射器112，反射器112包括用于透射由光源110生成的光束138的第一区域912。反射器112的第一区域912可以在其中心。光源110可以与反射器112间隔开并且放置在反射器112的与第二侧909相对的第一侧907上。中心区域的第一侧907和第二侧909的两个表面可以涂覆有用于透射光束138的抗反射涂层。反射器112还可以包括第二区域914，该第二区域914例如位于外围区域上，并且在第二侧909上涂覆有高反射涂层，用于将返回光束916朝向接收器134反射。接收器134可以与反射器112间隔开并且邻近光学元件112的第二侧909放置。在一些实施例中，准直元件114位于反射器112和楔形棱镜216(图9A中未示出)之间。

在一些实施例中，由光源110发射的光束138的一部分透射穿过反射器112的中心区域。在一些实施例中，光源110的激光二极管可以具有大的发光角度，例如，覆盖宽范围。在一些实施例中，光束138的发射角可以由涂覆在反射器112的中心区域上的抗反射涂层的面积和/或位置控制。在测距模块910的一些实施例中，由在出射光束138的中心区域中反射的光束(例如，图9A中的光束902)引起的杂散光可能显著影响LiDAR系统的性能。

在一些实施例中，可以如图9B所示切换光源110和接收器134的位置以减少杂散光。例如，光源110可以邻近反射器112的第二侧909放置，并且接收器134可以邻近反射器112的第一侧907放置。在一些实施例中，如图9B所示，测距模块920包括反射器112，该反射器112包括用于反射由光源110生成的光束138的第一区域922。反射器112的第一区域922可以在中心区域中。第一区域922的面向光源110的表面可以涂覆有用于反射光束138的高反射涂层。反射器112还可以包括位于外围区域上的第二区域924，并且第二区域924的第一侧907和第二侧909上的两个表面可以涂覆有抗反射涂层，用于透射返回光束916，以由位于反射器112下方的接收器134接收。在一些实施例中，准直元件114可以位于反射器112和楔形棱镜216(图9B中未示出)之间。

如图9B所示，在一些实施例中，光束整形器930可位于光源110的前面，以减小从光源110的激光二极管发射的光束138的发光角度，并且光束138可以集中到反射器112的中心区域。在一些实施例中，光束整形器930可以是根据激光二极管和从其发射的光束138设计的单个透镜、柱面透镜或一组透镜。

在一些实施例中，在如图9B所示，切换光源110和接收器134的位置之后，中心区域中的反射光束(例如，图9B中的光束902)可以被反射器112阻挡，从而减少由接收器134检测到的杂散光。

图9C和图9D分别示出了根据本公开的实施例的用于扫描LiDAR系统的各种实施例的测距模块950和960的示意图。在一些实施例中，图9C的测距模块950可以类似于图9A所示的测距模块910，除了测距模块950还包括位于光源110和准直元件114之间的波导952，用于将由光源110发射的光束138的光传播引导到波导952中的准直元件114，以减少由接收器134检测到的杂散光。

在一些实施例中，图9D的测距模块960可以类似于如图9B所示的测距模块920，除了测距模块960还包括位于光源110和准直元件114之间的波导962，用于将由光源110发射的光束138的光传播引导到波导962中的准直元件114，以减少由接收器134检测到的杂散光。另外，图9D中的测距模块960可以不包括反射器(例如图9C中的反射器112)，因为波导962的侧壁可以将光束138反射到准直元件114，从而使测距模块960的结构更紧凑。在一些实施例中，光源110和接收器134可以设置在相同的水平，以使光学组件更紧凑。在这种系统中，一个或多个光学元件(例如，倾斜的，包括反射和/或透射区域，和/或波导)可以设置在光源110和准直元件114之间，以将从光源110发射的出射光束引导到准直元件114，并引导来自准直元件114的返回光束由接收器134接收。在示例性实施例中，由于波导962的存在，光可以在波导962中被反射多次，从而允许减小模块960的整体尺寸，并且还允许光源110和接收器134在同一平面上。

如图9C和9D所示，通过使用光波导952或962，可以有效地避免由准直元件114的表面上的反射产生的杂散光。在一些实施例中，光波导952与测距模块950中的准直元件114集成以形成连接的光学元件。在一些实施例中，光波导962与测距模块960中的准直元件114集成以形成连接的光学元件。由图9C中的接收器134接收的光束的有效场角可以略大于图9D中的有效场角。应当理解，本文描述的各种实施例可以在各种LiDAR系统中单独使用或组合使用。

如图9C-9E所示，波导952、962和972用于将光束(例如，在图9C-9E中示出的光束138)从光源110引导到准直元件114。在各种实施例中，波导952-972可以由透光材料(例如，玻璃、透明塑料、透光晶体等)制成。在一个实施例中，由于波导952-972在侧面971A-971B上具有反射涂层，可以从波导952-972的侧面(例如，侧面971A-971B，如图9C-9E所示)反射光束138。例如，侧面971A-971B可以涂覆有具有高反射率(例如，80％、85％、90％、95％、98％、99％反射率等)的金属材料。在示例性实施例中，金属材料可以是铝、银、钛、铜等。可替代地，光束138可以由于全内反射而从侧面971A-971B反射。在这种情况下，波导952-972的折射率可以显著高于环境折射率。例如，如果环境折射率约为1(例如，如果环境是空气)，则波导952、962或972的折射率可以是1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0等。在一些情况下，波导952、962或972的折射率可以高于2.0。为了实现全内反射，侧面971A-971B可以被抛光以具有粗糙度大小，该粗糙度大小相当或小于由光源110发射的光的波长。例如，如果光源110发射波长为700纳米的红光，则侧面971A-971B的粗糙度大小可以小于700纳米。在各种实施例中，来自光源110的光束以一定角度发射到侧面971A-971B，以导致来自这些侧面的全内反射。在一些情况下，为了确保从侧面971A-971B的反射，这些侧面可以包括多层电介质涂层。例如，可以选择这样的涂层以用作布拉格反射器。在一些情况下，波导952、962或972可以包括光子晶体结构(例如，与侧面971A-971B相邻的孔)，其可以进一步改善由光源110发射的光束从侧面971A-971B的反射。

如本文中所描述的一些实施例可用于减少系统像差。例如，因为用于容纳扫描模块的光学元件的壳体(例如壳体223、610或660)包括圆形形状并且具有一定壁厚，所以壳体可能导致对应LiDAR系统的像差。用于制造壳体的材料可以具有一定的硬度、刚度和光学特性。为了减少由壳体引起的像差，可以使用具有薄外壳壁设计的具有低折射率的材料。在一些实施例中，锥形壳体610可以具有在1.3至1.7的范围内的锥度，例如1.3、1.4、1.5、1.6和1.7中的任何值。壳体610或壳体660可以由厚度在0.8mm至1.2mm范围内的材料构成。壳体610或壳体660可以由具有低折射率的材料构成，例如，在1.4至1.7的范围内，例如1.4、1.5、1.6和1.7的任何值。例如，壳体610可以具有1.5的锥度，并且构成壳体610的材料可以具有约1mm的厚度和约1.53的折射率。应当理解，如本文所述的两个或更多个实施例可以组合以减少或消除像差对LiDAR系统的负面影响，并且在本公开的范围内。

除了图6A的锥形壳体610之外，第二光学元件220的一个或多个表面可以弯曲以补偿像差，如下面参考图10A-10C、11A-11C和12A-12C所述，以应用于各种LiDAR系统中。在一些实施例中，第二光学元件220可以是棱镜，例如三角形棱镜、直角棱镜或如本文所述的任何其他合适的棱镜(例如不规则形状的棱镜)。在一些实施例中，如参考图2所述的用于折射或反射光束的表面224、226或228可以是弯曲的以补偿像差。

图10A-10C从前视图1010(图10A)、右视图1020(图10B)和俯视图1030(图10C)示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件310的第二光学元件220的壳体610的示意图。在一些实施例中，第二光学元件220的第二表面228(其折射离开第二光学元件220的光束223(图2)并且接收进入第二光学元件220的返回光束142(图2))可被制成曲面。例如，如图10C所示，第二表面228可以朝向离开第二光学元件220的光束223(图2)的离开方向向外弯曲。弯曲的第二表面228的曲率可以被优化以补偿由壳体610引起的像差。

图11A-图11C从正视图1110(图11A)、右视图1120(图11B)和俯视图1130(图11C)示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件310的第二光学元件220的壳体610的示意图。在一些实施例中，第二光学元件220的表面224(其将从楔形棱镜216接收的光束140c(图2)折射到反射表面226的中心区域)可以是曲面。例如，如图11B所示，表面224可以与进入第二光学元件220的光束219(图2)的方向相反地向外弯曲。可以优化曲面224的曲率以补偿由壳体610引起的像差。

图12A-图12C从正视图1210(图12A)、右视图1220(图12B)和俯视图1230(图12C)示出了根据本公开的实施例的包含附接到平衡元件310的第二光学元件220的壳体610的示意图。在一些实施例中，第二光学元件220的反射表面226(其将从第一表面224接收的光束221(图2)反射到第二表面228)可以是曲面。例如，如图12A所示，反射表面226可以朝向平衡元件310向外弯曲。弯曲反射表面226的曲率可以被优化以补偿由壳体610引起的像差。

在一些实施例中，表面224、226和228中的两个或多个表面可以在形状上被优化，例如曲面，以补偿像差。

图13A和13B从前视图1310(图13A)和俯视图1320(图13B)示出了根据本公开的实施例的多面体壳体1300的示意图。在一些实施例中，为了减少或防止由圆形壳体(例如壳体610或650)引入的散光，壳体1300可具有多面体形状，例如八面体形状，如图13A和图13B所示。在一些实施例中，外壳1300可具有其他类型的多面体形状，例如四面体、六面体或其他合适的结构。应当理解，本文描述的各种实施例可以单独地或组合地用于壳体和/或光学元件220的形状。

图14A、14B、15A、15B、16A、16B、17A、17B、18A、18B、19A和19B示出了根据本公开的实施例所描述的由各种LiDAR系统(例如，LiDAR系统100、200、300、400、600、650、700和/或800)产生的示例性扫描图案。在一些实施例中，如本文所述，在扫描环境时，LiDAR系统可以包括第一旋转光学元件，例如楔形棱镜116、216、760或860，以及包括反射表面的第二旋转光学元件，例如反射器120、第二光学元件220或第二光学元件720。尽管图14A、图14B、图15A、图15B、图16A、图16B、图17A、图17B、图18A、图18B、图19A和图19B中的扫描图案可以对应于以从0°到360°的方位角和在从60°到120°的范围内的天顶角为特征的场，应当理解，可以从本文描述的LiDAR系统的各种实施例获得类似的扫描图案，并且扫描图案可以以适合于不同范围或扫描场的其他参数(例如使用方位角-俯仰角(例如，图1C的子集(b))等)为特征。

图14A、14B、15A、15B、16A和16B是由具有单线激光二极管的LiDAR系统获得的示例性扫描图案。假设第一旋转光学元件的旋转速度为v1，第二旋转光学元件的旋转速度为v2，光源线的数目为1，准直元件(例如准直元件114)的焦距为20mm，楔形棱镜216、760或860的楔角为21°。

在一些实施例中，图14A和图14B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1400和1410，该LiDAR系统具有光源发光频率为40kHz的单线激光二极管，其中第一光学元件(例如，楔形棱镜216)作为反射器或包括反射表面的棱镜以比第二光学元件220更高的速度旋转，并且v1/v2的比率大于10。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1为24000rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2为603rpm。扫描图案中的点云的积分时间为0.1s。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图14A中所示的扫描图案1400。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图14B中所示的扫描图案1410。

在一些实施例中，图15A和图15B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1500和1510，该LiDAR系统具有光源发光频率为40kHz的单线激光二极管，其中第一光学元件(例如，楔形棱镜216)以比第二光学元件220(例如作为反射器或包括反射表面的棱镜)更低的速度旋转，并且v2/v1的比率大于10。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1是600rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2是13250rpm。扫描图案中的点云的积分时间为0.1s。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图15A中所示的扫描图案1500。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图15B中所示的扫描图案1510。

在一些实施例中，图16A和16B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1600和1610，该LiDAR系统具有光源发光频率为40kHz的单线激光二极管，其中第一光学元件(例如楔形棱镜216)和第二光学元件220(例如作为反射器或包括反射表面的棱镜)高速旋转，例如v1＞6000rpm，v2＞6000rpm。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1是16250rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2是17569rpm。扫描图案中的点云的积分时间为0.1s。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图16A中所示的扫描图案1600。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图16B中所示的扫描图案1610。

图17A、17B、18A、18B、19A和19B是由具有多线激光二极管的LiDAR系统获得的示例性扫描图案。在一些实施例中，当发射光源使用多线激光二极管时，与使用如图14A、图14B、图15A、图15B、图16A和图16B所示的单线激光二极管的扫描图案的点云密度相比，如图17A、图17B、图18A、图18B、图19A和图19B所示的扫描图案的点云密度可以有效地改善。另外，与使用单线激光二极管的LiDAR系统的电机速度相比，使用多线激光二极管的LiDAR系统的电机速度可以更低以实现类似的点云效果。假设第一旋转光学元件的旋转速度为v1并且第二旋转光学元件的旋转速度为v2，光源线的数量为6，光源间距为470μm，准直元件(例如，准直元件114)的焦距为20mm，并且第一光学元件的楔形棱镜216、760或860的楔角为21°。

在一些实施例中，图17A和图17B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1700和1710，其中LiDAR系统具有光源发光频率为240kHz的多线激光二极管(例如，六线)，并且点云的积分时间为0.1s。第一光学元件(例如，楔形棱镜216)以比第二光学元件220(例如，作为反射器或包括反射表面的棱镜)更高的速度旋转。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1为24000rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2为603rpm。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图17A中所示的扫描图案1700。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图17B中所示的扫描图案1710。

在一些实施例中，图18A和图18B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1800和1810，其中LiDAR系统具有光源发光频率为240kHz的多线激光二极管(例如，六线)，并且点云的积分时间为0.1s。第一光学元件(例如，楔形棱镜216)以比第二光学元件220(例如，作为反射器或包括反射表面的棱镜)更低的速度旋转。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1为600rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2为13250rpm。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图18A中所示的扫描图案1800。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图18B中所示的扫描图案1810。

在一些实施例中，图19A和图19B分别示出了LiDAR系统的示例性扫描图案1900和1910，其中LiDAR系统具有光源发光频率为240kHz的多线激光二极管(例如，六线)，并且点云的积分时间为0.1s。第一光学元件(例如，楔形棱镜216)和第二光学元件220(例如，作为反射器或包括反射表面的棱镜)都可以高速旋转。例如，第一旋转光学元件的旋转速度v1是15250rpm，并且第二旋转光学元件的旋转速度v2是17569rpm。第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以生成图19A中所示的扫描图案1900。第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以生成图19B中所示的扫描图案1910。

在一些实施例中，可以根据不同的系统结构和/或实际应用场景来确定第一光学元件(例如，楔形棱镜216)和第二光学元件220(例如，作为反射器或包括反射表面的棱镜)的旋转速度和/或方向。

在一些实施例中，如本文所讨论的LiDAR系统可以用于各种应用场景中。在一些实施例中，如果LiDAR系统用于避障并且更紧凑的尺寸和低成本是优选的，则可以应用使用参考图15A、图15B和图16A描述的单线光源和参数的LiDAR系统来获得如图15A、图15B和图16A所示的点云图案。

在一些实施例中，如果LiDAR系统用于识别环境中的物体或障碍物，并且用于低速应用场景，则使用参考图15A、15B和16A描述的单线光源和参数的LiDAR系统可以用于获得图15A、15B和16A中所示的点云图案。可以增加积分时间以增加点云的密度，从而对扫描环境具有的更好覆盖。

在一些实施例中，如果LiDAR系统在识别障碍物时需要高分辨率和准确度，并且用于中速和高速应用场景，则使用参考图18A-18B和图19A描述的多线光源和参数的LiDAR系统可以用于获得如图18A和18B以及图19A所示的点云图案。在一些实施例中，对于一次行程内或多次行程内的各种应用场景，LiDAR系统可以自动地或手动地改变如本文所述的一个或多个操作参数，或者在不同的操作模式之间切换。应当理解，LiDAR系统还可以被配置为改变一个或多个参数，例如旋转速度、旋转方向和/或使用单线或多线激光二极管，以在多个应用场景之间切换。

图20-23示出了根据本公开的实施例的扫描模块2000的各种实施例的示意图，扫描模块2000包括光学元件(例如，本文所述的第二光学元件220)和平衡元件(例如，本文所述的平衡元件310)。在一些实施例中，如图20-23中所述的扫描模块2000可以用在LiDAR系统中，例如LiDAR系统100、200、300、400、600、650、700、800和/或任何其他合适的LiDAR系统。应当理解，图20-23中讨论的光学元件可以使用在本公开的各种实施例中描述的第二光学元件220，作为示例用于说明目的而不意味是限制性的。任何合适的光学元件(例如图7A的光学元件720)或其他光学元件也可用于如本文所述的扫描模块中。

在一些实施例中，作为LiDAR系统的功能模块之一，扫描模块可以包括驱动器(例如电机)，以驱动光学元件(例如第二光学元件220或包括反射表面的另一光学元件)围绕轴线(例如，轴线222)旋转。在旋转期间，光学元件可以将光束反射和/或折射到空间中，用于扫描环境以识别一个或多个物体，并且对空间中的一个或多个物体进行测距(例如，测量距离、映射等)以形成2D或3D点云图像，例如，例如图14A、图14B、图15A、图15B、图16A、图16B、图17A、图17B、图18A、图18B、图19A或图19B中的扫描图案中的点云。在一些实施例中，取决于光学设计，扫描模块中的电机的旋转速度的范围可以从几百RPM(每分钟转数)到数万RPM。

在一些实施例中，对于高速旋转电机，如果转子和/或由电机驱动旋转的物体具有不平衡的质量，例如质量分布不平衡，或者在安装时不平衡，例如如果质量的中心偏离旋转中心，则电机的转子可能振动、变形和/或产生内应力。对转子的这种冲击可能进一步导致电机振动并产生噪声，从而降低电机的工作效率和运行寿命。因此，期望在制造和组装过程期间改善转子的质量分布和平衡，以改善电机在旋转期间的动态平衡。

在一些实施例中，可以通过增加重量或减少用于平衡的重量来改善平衡的质量分布和动态平衡。例如，为了平衡而增加重量是通过例如将粘合剂(如胶水)附接到转子的比其他区域更轻的区域以增加重量来获得的。同时，通过例如经由机加工从转子的较重的区域去除材料来实现用于平衡的减轻重量。

在一些实施例中，LiDAR系统的扫描模块的转子可以包括光学元件和电机的转子两者。因此，可以平衡光学元件的质量，以便改善扫描模块的转子的动态平衡。在一些实施例中，可以通过向光学元件增加重量来改善扫描模块的光学元件的质量的平衡。例如，可以将一件或多件平衡粘合剂材料添加到光学元件的一个或多个区域(例如表面)，以补偿光学元件的比其他区域更轻的区域。在一些实施方案中，平衡粘合剂材料可具有较暗的颜色或可不透光。因此，平衡粘合材料可能阻挡光路，减少光透射，从而负面地影响LiDAR系统的性能。此外，从制造和组装LiDAR系统的角度来看，期望具有用于将平衡粘合材料添加到光学元件的可预测位置，而不阻挡光路或影响系统效率。

在一些实施例中，下面参考图20-23描述的用于LiDAR系统的扫描模块的光学元件的重量平衡结构和方法可以减少或防止粘合材料阻挡光学元件的光路，从而避免扫描模块的光透射区的减少或损失，并保持LiDAR系统的高性能。在一些实施例中，用于将粘合剂材料添加到转子的位置可以是更可预测的，从而确保用于光学元件的一致的光路和足够的透射区域，以为LiDAR系统提供一致的性能。用于添加(一种或多种)粘合剂材料的(一个或多个)可预测位置对于流线型制造和组装过程也可以是有益的。

图20从正视图示出了根据本公开的实施例的用于LiDAR系统的扫描模块2000的示意图。图21从透视图示出了根据本公开的实施例的扫描模块2000的示意图。在一些实施例中，扫描模块2000包括电机模块2010和光学模块2020(或光学组件2020)，如图20和图21所示。在一些实施例中，电机模块2010被配置为驱动光学模块2020围绕轴线旋转，以用于由LiDAR系统扫描环境。

在如图20和图21所示的一些实施例中，电机模块2010包括电机的定子2030，其固定地连接到LiDAR系统结构。电机模块2010还包括被配置为能够围绕轴线旋转的转子2040。在一些实施例中，当被电机驱动旋转时，转子2040连接到光学模块2020并与光学模块2020一起旋转。

在一些实施例中，光学模块2020包括光学元件，该光学元件包括折射表面和/或反射表面，用于在光学模块2020的旋转期间折射和/或反射光束以扫描环境。光学模块2020的光学元件可包括光学元件220、光学元件720或另一合适的光学元件。例如，光学元件220可以是楔形棱镜、三棱镜、直角棱镜，或包括如本文所述的反射表面的其他光学元件。

在一些实施例中，光学模块2020还可以包括连接到光学元件220的平衡元件310。在一些实施例中，平衡元件310的重量可以小于光学元件220的重量。光学元件220可以通过表面224折射光束，并且通过如本公开中所述的反射表面226的第一侧2001反射光束。

在一些实施例中，平衡元件310包括表面312，以从反射表面226的第二侧2002附接到光学元件220的表面，例如反射表面226。例如，平衡元件310可以使用粘合胶附接(例如胶合)到光学元件220的反射表面226。

在一些实施例中，用于调节平衡元件310的重量的一个或多个物体(例如，平衡胶)可以附接到平衡元件310，以用于平衡光学元件220和平衡元件310之间的重量，并且用于在围绕轴线旋转期间平衡光学模块2020。在一些实施例中，重量调节物体(例如平衡胶)可以附接到平衡元件310的一个或多个表面，例如表面314、表面318和/或表面319(在平衡元件310的背面并且平行于表面318)。在一些实施例中，平衡胶可以包括环氧树脂ab胶。平衡胶可以具有高密度，并且为黑色或红色。平衡胶可以通过热固化工艺附接到平衡元件310的一个或多个表面。在一些实施例中，平衡胶可以粘附到表面314的上部322(例如，约顶部1/5)和/或下部324(约底部1/5)，如图21所示，以改善扫描模块2000在旋转期间的动态平衡。平衡胶可以条状或点状涂抹。

在一些实施例中，平衡元件310还包括表面316，该表面316可连接到电机模块2010并且被配置为使光学模块2020围绕轴线旋转。例如，电机模块2010的转子2040可以例如通过胶合或其他类型的物理连接或嵌入连接到平衡元件310的表面316，如图20所示。在一些实施例中，可连接到电机模块2010的平衡元件310的表面316可以不同于用于附接到光学元件220的表面312或待联接到平衡胶的表面318、314或319。

在一些实施例中，如图20所示，平衡元件310可以包括楔形棱镜、三棱柱或直角棱镜。例如，楔形棱镜310可以从楔形棱镜220的反射表面226的第二侧2002胶合到楔形棱镜220。在一些实施方案中，光学模块2020可以形成为立方体、矩形长方体、截头棱锥、圆柱体、圆锥体、截头圆锥体或任何其他合适的形状。在一些实施例中，光学模块2020的光学元件220可如本文所述在其表面上折射或反射激光束，并且平衡元件310可平衡光学部件2020的重量。在一些实施例中，平衡元件310可以由例如玻璃、金属、塑料和/或聚合物等的材料制成。光学元件220可以由例如透明玻璃、聚合物材料和/或树脂等的材料制成。在如图21所示的一些实施例中，表面318、314和/或319可以是曲面，以提高平衡元件310(例如，经由表面316)和电机轴承之间的连接的精度，并降低旋转噪声。在示例性实施例中，光学元件220可以与平衡元件310的尺寸不同。在一些情况下，光学元件220可以由与平衡元件310不同的材料形成。例如，光学元件220的折射率可以不同于平衡元件310的折射率。在一些情况下，光学元件220的透明度特性可以不同于平衡元件310的透明度特性。此外，光学元件220的表面特性(例如，表面的粗糙度)可以不同于平衡元件310的表面特性。在一些情况下，光学元件220的形状可以不同于平衡元件310的形状(例如，光学元件220可以是所有角度都是锐角的三棱柱，而平衡元件310可以具有直角或钝角的至少一个角度)。在一些情况下，平衡元件310和光学元件220可以具有任何合适的尺寸和形状，并且由任何合适的材料制成。

图22示出了根据本公开的实施例的使用平衡元件310来平衡LiDAR系统的扫描模块2000的示意图。在一些实施例中，如图22所示，光学模块2020可以包括附接(例如，胶合)到平衡元件310的光学元件220。在一些实施例中，光学元件220和平衡元件310可以各自包括棱镜。光束140c(例如，从先前描述的光学元件216接收的光束140c)可以经由表面224进入并且被表面224朝向反射表面226折射。光束140d可以由反射表面226朝向第二表面228反射。光束140e可以被第二表面228折射以离开光学元件220，并且光束140f可以在光学元件220由电机模块2010驱动以围绕轴线旋转时扫描环境。

在一些实施例中，可以根据LiDAR系统可扫描的不同视场来调整反射表面226的倾斜角η(例如，相对于垂直方向，例如当光学元件220是直角棱镜时，反射表面226和第二表面228之间的角度)。当倾斜角η较大时，可以向下弯曲的光束140d越多，其中如图22所示的出射光束140d的角度β的值变得更大，并且LiDAR系统可扫描的视场向下弯曲以聚焦在环境的较低区域上。另一方面，当倾斜角η较小时，出射光束140d的角度β的值较小(这里，当从线2210向下测量时，角度β为正，并且当从线2210向上测量时，角度β为负)，并且LiDAR系统可扫描的视场聚焦在较高区域上。在一些情况下，角度β可以是负的(如从垂直于表面228绘制的线2210测量，出射光束140f可以朝上指向)。例如，当倾斜角η为45°时，角度β可以为零，出射光束140d可以指向水平方向。在示例性实施例中，当第二光学元件的反射表面的倾斜角较大时，可由光学组件扫描的视场可以降低，并且当倾斜角较小时，视场可以较高。角度β可以是俯仰角的中间角。在示例性实施例中，对于倾斜角η为45°，角度β可以为零；对于倾斜角η为50°，角度β可以为10°；并且对于倾斜角η为40°，角度β可以为-10°。在示例性实施例中，倾斜角η可以确定俯仰角以及俯仰角的中间角的角度范围。

在一些实施例中，平衡元件310可以由具有与用于光学元件220的材料不同密度的材料制成。例如，用于平衡元件310的材料可以具有比光学元件220的材料更小的密度。在一个示例中，平衡元件310可以由具有约3.4-3.5g/cm3的密度的材料制成，并且光学元件220可以由具有约3.6-3.7g/cm3的密度的材料制成。在一些实施例中，在不调整平衡元件310的重量的情况下，光学模块2020可能由于密度差异而不平衡。例如，光学元件220可以比平衡元件310重。这样，在扫描模块2000的旋转期间，不平衡光学模块2020可能导致转子2040的振动，从而负面地影响LiDAR系统的性能。因此，为了平衡光学模块2020，一个或多个重量调节物体(例如平衡胶)可以附接到平衡元件310的一个或多个表面，用于调节平衡元件310的重量，以在围绕轴线旋转期间平衡光学模块2020。在一些实施例中，用于附接一个或多个重量调节物体的一个或多个表面可以包括如图20和22所示的表面314、318和/或319。平衡胶或其他重量调节物体可被添加到这些表面，以用于在光学模块2020的旋转期间平衡重量并保持动态平衡。

图23示出了根据本公开的实施例的使用平衡元件310来平衡LiDAR系统的扫描模块2000的示意图。光学模块2020可以包括附接(例如，胶合)到平衡元件310的光学元件220。在一些实施例中，光学元件220和平衡元件310可以各自包括棱镜。光束可以在第二光学元件220中在如参考图22所述的相同的光路中行进。

在如图23所示的一些实施例中，光学模块2020和电机模块2010可以非同轴地安装。例如，光学模块2020可安装到电机模块2010，使得光学模块2020的中心轴线2050(例如，几何中心轴线或重心)不与电机模块2010的旋转轴线2060重合。例如，当安装到电机模块2010时，光学模块2020可从中心轴线向左或向右移动。在一些实施例中，光学元件220和平衡元件310的相应材料可以具有相同的密度。因此，几何中心轴线可以与重心重叠。在一些实施例中，光学元件220和平衡元件310的相应材料可以具有不同的密度。因此，几何中心轴线可以不与重心重叠。

非同轴安装方案可能导致扫描模块2000不平衡。例如，如图23所示，光学模块2020在旋转轴2060左侧的部分可以比光学模块2020在旋转轴2060右侧的部分重。在扫描模块2000围绕轴线2060旋转期间，不平衡光学模块2020可能引起转子2040的振动，从而负面地影响LiDAR系统的性能。因此，期望调节和平衡光学模块2020的重量以提供平衡的旋转。在一些实施例中，可以将重量调节物体(例如如上所述的平衡胶)添加到平衡元件310。例如，用于附接一个或多个重量调节对象的一个或多个表面可以包括如图21和23所示的表面314、318和/或319。平衡胶或其他重量调节物体可被添加到这些表面，以用于在光学模块2020的旋转期间平衡重量并保持动态平衡。

在如图20-23所述的一些实施例中，用于平衡扫描模块2020的重量的平衡胶或其他重量调节物体可以被添加到平衡元件310的与表面312不同的一个或多个表面，例如，在光学元件220的用于反射光束的反射表面226的相对侧上，以便避免阻挡光路、浪费光学元件220中的光透射区以及降低光学元件220的性能。

此外，平衡元件310上用于添加平衡胶或用于平衡扫描模块2020的重量的其他物体的位置可以是可预测的，例如在平衡元件310的表面314、318或319中的一个或多个表面上。因此，光学元件220中的光透射区影响LiDAR系统的性能。平衡元件310上用于添加可调整重量的可预测位置可以优化用于制造和组装平衡扫描模块2020的过程，并且提高LiDAR系统中平衡扫描模块2020的运行效率。应当理解，平衡胶作为平衡元件310的示例，而不意味是限制性的。平衡元件310可以包括任何其他合适的重量平衡物体，其可以连接到如本文所述的平衡元件310的一个或多个表面，包括但不限于附接至、钩住、卡入、悬挂、连接到或通过磁吸引附接等。

图24示出了根据本公开的实施例的用于引导光束扫描环境以检测环境中的一个或多个物体的示例性方法2400的流程图。在一些实施例中，方法2400可以由各种LiDAR系统执行，例如LiDAR系统100、200、300、400、600、650、700和/或800，或包括其在内的光学组件的各种实施例。

在步骤2402中，方法2400包括使第一光学元件(例如，光学元件116、216、图5B的216和410的组合、550、560、760或860)围绕第一轴线(例如，轴线118或217)旋转，并且使第二光学元件(例如，光学元件120、220或720)围绕第二轴线(例如，轴线122、222或2060)旋转。在一些实施例中，第一光学元件与第二光学元件间隔开。在一些实施例中，第一光学元件包括楔形棱镜。在一些实施例中，第二光学元件包括三棱镜。在一些实施例中，第一轴线可以与第二轴线对准。

在步骤2404中，方法2400还包括将光束(例如，光束219)从所述第一光学元件引导至所述第二光学元件的反射表面(例如，表面226)。

在步骤2408中，方法2400还包括通过反射表面(例如，反射表面226)反射光束(例如，反射成光束140e的光束140d)以透射到环境中。

图25A示出了根据本公开的实施例的具有相应旋转轴线的第一光学元件和第二光学元件。更具体地，图25A示出了具有第一光学元件116的轴线122A和第二光学元件120的不同轴线122B的系统100。在示例性实施例中，轴线122A和轴线122B可以不对准。例如，轴线122A可以相对于轴线122B以角度γ定位，该角度Y可以是时间的函数(即，Y＝Y(t))或者可以是常数。例如，当角度γ是时间的函数时，轴线122B随时间相对于轴线122A移动。如图25A所示，光学元件116可以以速率R1围绕轴线122A旋转，并且光学元件120可以以速率R2围绕轴线122B旋转。在一些情况下，R1和R2具有相同的值，并且在其他情况下，R1与R2不同(例如，更小或更大)。在一些情况下，R1或R2中的任一个(或两者)可以是时间依赖性的。在一些情况下，R1或/和R2的时间变化率可以与Y(t)的时间变化率相关(或反相关)。图26示出了光学元件116和120的三维视图。如图26所示，元件116和120可以彼此以任何合适的角度Y定位，并且彼此以任何合适的位置定位(例如，该位置可以由从元件116的中心到元件120的中心的位移矢量来表征)。

图26示出了根据本公开实施例的具有相应旋转轴线的第一光学元件和第二光学元件的三维视图。

如图26所示，轴线122A可以不与绘制到元件116的对应表面2610的法向量N1平行。类似地，轴线122B可以不与绘制到元件120的对应表面2611的法向量N2平行。然而，在一些情况下，轴线122A或/和轴线122B可以平行于相应的法向量N1和N2。可选地，轴线122A可以相对于法向量N1或N2在任何合适的方向上定向。类似地，轴线122B可以相对于法向量N1或N2在任何合适的方向上定向。

回到图25A，在一些情况下，轴线122A和轴线122B可以被配置为指向相同的方向(例如，Y(t)＝0)。例如，当光学元件116被配置为在第一表面(例如，界面2511，如图25A所示)处接收光束时，如果第一轴线(例如，轴线122A)相对于第二轴线(例如，轴线122B)不倾斜，并且第一光学元件(例如，光学元件116)的表面(例如，界面2511，如图25A所示)平行于准直元件114，则光束可以被接收器134反射和接收。在各种情况下，可以选择γ(t)的量值以确保入射光路偏离反射光路，使得反射光束可以不被接收器134接收。

图25B示出了根据本公开的实施例的光束与第一光学元件的表面的法线之间的入射角。而图25B示出了准直元件114将示例光束2521朝向元件116的表面2511引导。在一些情况下，准直元件114可以被定位为使得当相对于表面2511的法线方向2523测量时存在大于零的入射角τ。取决于入射角τ，选择光学元件116和反射元件120的位置和取向以允许来自物体(例如，图25B中的物体102)的反射光不被接收器134接收，下面进一步解释。

图27A-27C示出了相对于第一光学元件116的方向的第二光学元件120的取向。例如，如图27B所示的第二光学元件120相对于如图27A所示的第二光学元件120围绕轴线122B旋转。例如，当光学元件120旋转到处于如图27B所示的位置时，在光学元件120的表面的平面中绘制的向量P1A旋转到指向向量P1B的方向。图27C示出了由在向量P1A和旋转的对应向量P1B之间测量的角度q表征的旋转的示例。角度q在本文中被称为第一光学元件116和第二光学元件120旋转之间的相位角。

在示例性实施例中，当光学元件116和元件120在相同方向上旋转并且当它们各自的旋转速度相同时(例如，当R1和R2的相对速度不是时间的函数时)，扫描点云可以通过控制轴线122A或轴线122B的角度、轴线122A和轴线122B之间的角度γ(t)以及如上面关于图27A-27C所述的相位角q，而在不同方向上倾斜。在一些情况下，当光学元件116和120在相同方向上旋转时(例如，当光学元件116和120以相同速度或不同速度在相同方向上旋转时)，通过控制相对相位(例如，图27C中的向量q)，可以控制扫描图案。在一些实施例中，可以通过控制例如旋转速度R1或R2来调节光学元件116和120之间的相对相位。例如，当旋转速度R1和R2相同时，并且在一段时间之后，R1(或R2)的旋转速度之一增加(或减小)，扫描图案改变。在一些情况下，旋转速度R1(或/和R2)可首先增大然后减小(或首先减小然后增大)，从而导致在旋转速度R1(或/和R2)的改变之后(和期间)扫描图案的改变。

另外，扫描点云也可以由光学元件116和120的位置和取向来控制。图28示出了根据本公开的实施例的可用于控制光学元件和光源的参数。例如，图28示出了光学元件116、120和114，其可以被定位和对准(即，定向)以允许反射光束2820被接收器134接收。在示例实施例中，可以调整如图28所示的倾斜角η，μ，ξ，以允许光束2820被接收器134接收。附加地或可替代地，还可以调整光源110的倾斜角φ以允许反射光束2820被接收器134接收。此外，可以选择光学元件116、120和114的位置和对准以及光源110的方向，以减少接收器134暴露于杂散光。例如，杂散光可以是系统100内部的任何光(例如，从各种表面(例如表面2811)反射的光，如由虚线2723指示的)。在各种实施例中，可以最小化接收器134对杂散光的曝光，以允许物体102的准确分辨率。除了控制角度η，μ，ξ和φ之外，还可以控制光学元件116的形状。例如，如图28所示，表面2810可以被配置为允许更好地“收集”光(即，用于允许来自物体102的反射光束到达接收器134)。在一些情况下，表面2810(或表面2811)可以是弯曲的。附加地或可替代地，元件116的楔角v也可以被选择以允许对光的最佳收集。在一些情况下，反射器120可包括曲面2813。

图29A-29D示出了可以通过控制角度η，μ，ξ，φ和λ来实现的不同扫描图案，如图28所示。在示例实施例中，元件116和元件120可以以相同的角速度旋转，并且示例扫描图案可以是单线图案。例如，图29A示出了位于平台2915上的示例扫描LiDAR系统2913上方的扫描图案2911A。图29B示出了从系统2913向下和侧向定向的扫描图案2911B。图29C示出了从系统2913侧向定向的扫描图案2911C，并且图29D示出了可以是图案2911A-2911C的组合的扫描图案2911D。

图30A-30C示出了例如倾斜角η可以如何控制扫描图案。例如，图30A示出了具有角度σ＝60的扫描图案2911A，如图30A所示。当倾斜角η在合适的范围内时，可以实现扫描图案2911A(倾斜角η的范围可以取决于如上所述的其他角度μ，ξ，φ，并且可以取决于各种其他参数，例如元件116和120的形状、光学元件114、116和120之间的距离、波导的存在等)。在示例性实施例中，当角度η在20度至30度的范围内时，角度σ可以是约60度(在一些情况下，角度σ可以在±20度的范围内变化)。图30B示出了具有角度σ～90°的扫描图案2911B。在示例实施例中，为了获得这样的扫描分布(即，扫描图案2911B)，角度η可以在30度至40度的范围内。图30C示出了具有角度σ～120°的扫描图案2911C。在示例实施例中，当角度η在40度至50度的范围内时，可以获得扫描图案2911C。

图31示出了作为光学元件116和反射元件120的旋转角度的函数的可变角度σ的曲线图。例如，当光学元件116以角速率R1(也称为旋转速度)旋转，并且反射元件120以相同的角速率R1旋转时，角度σ～100°。在150度的旋转角度下，反射元件120可以快速加速(例如，在几十旋转角度的范围内加速)，然后减速回到旋转速度R1，导致在光学元件116和反射元件120之间的获取相移。这种相移可能导致角度σ的变化，如图31所示。例如，由于相移，角度σ可以从约100度变化到约80度。在示例实施例中，还可以通过反射元件120减速然后加速回到旋转速度R1来消除所获取的相移，如图所示，例如，在350度和360度的旋转角度之间，σ从80度变化到100度。

除了控制倾斜角η，ξ，μ，、源角度φ(图28)以及旋转速率R1和R2之外，轴线122A和122B的取向也可以影响扫描图案2911A-2911D。在示例实施例中，轴线122A可以与轴线122B对准，并且在其他情况下，轴线122A和122B可以彼此成角度γ(t)。这些轴线的这种对准(未对准)可以与控制的任何其他参数组合，该任何其他参数用于控制扫描图案2911A-2911D。例如，轴线122A和122B可以对准，而光学元件114可以不平行于光学元件116(即，角度μ可以不同于角度ξ，即，光学元件116的表面2810可以不平行于准直元件114)。在示例实施例中，光学元件116相对于准直元件114的倾斜角可以被定义为μ-ξ(绘制到准直元件114的法线方向与表面2810的法线方向之间的角度)，其中角度μ和ξ可以是正的或负的。例如，在图28中，角度μ具有正值并且角度ξ具有负值。类似地，可以相对于准直元件114定义反射元件120的倾斜角。在示例实施例中，这种相对倾斜角可以被给出为η-ξ，其与元件114的法线方向和元件120的法线方向之间的角度相关(该角度通过90-η-ξ给出)。应当理解，光学元件114、116和120的取向的任何其他组合可以与轴线122A和122B的特定取向以及特定旋转速度R1(t)和R2(t)(例如，这样的速度可以是时间的函数)组合，以实现改进来自物体102的光的收集。在示例实施例中，旋转速度和/>可以用于指示轴线122A和122B的时间依赖取向以及时间依赖旋转速度R1和R2，并且这种时间依赖旋转速度可以与光学元件114、116和120的任何合适的取向组合，取向也可以是时间相关的。例如，倾斜角η(t)，μ(t)，ξ(t)和角度φ(t)可以是全部(或至少一些)时间依赖的。

在一些实施例中，第二光学元件包括棱镜，并且方法2400还包括通过第二光学元件的第一表面(例如，表面224)将光束折射到第二光学元件的反射表面226的中心区域(例如，折射成光束140d的光束140c)，通过反射表面226将光束反射到第二表面(例如，表面228)(例如，反射成光束140e的光束140d)，当棱镜围绕第二轴线旋转时，通过所述第二表面将光束(例如，反射成光束140f的光束140e)折射到环境。

在一些实施例中，第一光学元件和第二光学元件可以在相同方向上旋转以引导光束扫描环境。在一些实施例中，第一光学元件和第二光学元件可以在相反方向上旋转以引导光束扫描环境。在一些实施例中，第一光学元件和第二光学元件可以以相同的速度旋转以引导光束扫描环境。在一些实施例中，第一光学元件和第二光学元件可以以不同的速度旋转以引导光束扫描环境。

在一些实施例中，第一光学元件和第二光学元件可以包括在单站扫描LiDAR系统中。在如图1C所述的一些实施例中，包括第一光学元件和第二光学元件的光学组件可以位于可移动平台或可移动物体(例如，可移动平台101)上。

在如图1C所示的一些实施例中，可移动平台101包括被配置为推进可移动平台101在环境中移动的推进系统(例如，推进系统171)。推进系统可以包括一个或多个发动机、电机、轮、轴、磁体、旋翼、螺旋桨、叶片、喷嘴或其任何合适的组合。

在一些实施例中，可移动平台101包括LiDAR系统，该LiDAR系统包括位于可移动平台101上的光学组件。LiDAR系统可以是各种LiDAR系统中的任何一种，例如LiDAR系统100、200、300、400、600、650、700和/或800，或其包括的光学组件的各种实施例。在一些实施例中，LiDAR系统的光学组件被配置为引导光束扫描环境以检测环境中的一个或多个物体。光学组件可以包括第一光学元件(例如，光学元件116、216、图5B的216和410的组合、550、560、760或860)，其可围绕第一轴线(例如，轴线118或217)旋转并且被配置为在第一光学元件的第一表面(例如，表面116-1、214、552、562、762或862)处接收光束并且通过第一光学元件的第二表面(例如，表面116-2、218、554、564、764或866)折射光束，光束在该第二表面处离开第一光学元件。光学组件还可以包括与第一光学元件间隔开并且可围绕第二轴线(例如，轴线122、222或2060)旋转的第二光学元件(例如，光学元件120、220或720)。第二光学元件可以被定位为通过第二光学元件的反射表面(例如，表面120、226或724)将光束反射到环境以检测一个或多个物体。

可以检测一个或多个对象以用于遥感、避障、映射、建模、导航或任何其他合适的目的。可以处理由LiDAR系统收集的数据，并且可以相应地生成指令以用于相应的目的。指令可以由位于可移动平台101上的处理器生成。指令还可以由远离可移动平台101并与可移动平台101通信的计算设备(例如，移动设备、远程控制器、服务器系统等)生成。指令可以经由各种合适的网络通信方法发送到可移动平台101。在一些实施例中，可移动平台101包括控制器(例如，图1C中的控制器173)，其被配置为控制推进系统171以根据基于检测到的一个或多个物体生成的指令来推进可移动平台101。

说明书中的短语“一个实施例”、“一些实施例”或“其他实施例”意指与实施例相关的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此，它们不意味是相同的实施例。另外，这些特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

在本公开的各种实施例中，进程的序列号与执行序列的顺序无关。相反，执行过程的顺序应由函数和内在逻辑确定。序列号不应限制本公开的实施例的实现。

在本公开的各种实施例中，短语“对应于A的B”可以意味着B与A相关联和/或B可以根据A来确定。然而，从A确定B并不意味着B仅基于A来确定，而是B可以基于A和/或其他信息来确定。本文中的术语“和/或”仅仅是描述相关联对象的关联关系，表示三种关系。例如，A和/或B可以表示仅A的存在、仅B的存在以及A和B两者的共存。另外，说明书中的字符“/”通常表示相关联的对象具有“或”关系。

本领域技术人员可以清楚地理解，为了方便和简洁起见，系统、设备和子系统的详细结构、设备、组件、系统、元件、特征或操作过程可以分别指代先前在实施例中描述的相应结构、设备、组件、系统、元件、特征或过程，并且可以不重复。

在本公开的实施例中，所公开的系统、设备和方法可以以其他方式实现。例如，上述装置实施例仅是说明性的。可以省略或不执行某些特征。此外，所示出或讨论的互耦、直接耦合或通信连接可以由某些接口实现。设备或子系统的间接耦合或通信连接可以是电气的、机械的或其他形式。

应当理解，所公开的实施例不一定将其应用限于以上描述中阐述的和/或附图和/或示例中示出的部件的构造和布置的细节。所公开的实施例能够具有变形，或者能够以各种方式实践或执行。例如，图中未示出的(一个或多个)附加元件、(一个或多个)设备或(一个或多个)系统可以进一步设置在如本文所述的(一个或多个)任何元件、(一个或多个)设备或(一个或多个)系统之间，并且仍然使LiDAR系统以基本类似的方式操作。对于本领域技术人员显而易见的是，可以对所公开的装置和系统进行多种修改和变化。考虑到所公开的装置和系统的说明和实践，其他实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本说明书和实施例仅被认为是示例性的，真正的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (277)

1.一种光学组件，用于引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述光学组件包括：

第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及

第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境以检测所述一个或多个物体。

2.根据权利要求1所述的光学组件，其中，控制所述第一光学元件的取向用于控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

3.根据权利要求1所述的光学组件，其中，控制所述第二光学元件的取向用于控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

4.根据权利要求1所述的光学组件，其中，控制绕所述第一光学元件的第一轴线的第一旋转速度用于控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

5.根据权利要求1所述的光学组件，其中，控制绕所述第二光学元件的第二轴线的第二旋转速度用于控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

6.根据权利要求1所述的光学组件，其中，还包括：

光源，所述光源用于发射所述光束；

准直元件，所述准直元件用于将所述光束引向所述第一光学元件的所述第一表面，其中，所述准直元件位于所述光源与所述第一光学元件之间，其中，控制所述第一光学元件相对于所述准直元件的倾斜角，以控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

7.根据权利要求6所述的光学组件，其中，控制所述第二光学元件相对于所述准直元件的倾斜角，以控制使用所述光束的所述环境的扫描图案。

8.根据权利要求6所述的光学组件，其中，控制所述第二光学元件相对于所述准直元件的倾斜角，以控制由所述光束的接收器接收的杂散光的量。

9.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第二光学元件还包括第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述第二光学元件的所述反射表面。

10.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光束被所述第二光学元件的所述第一表面折射到所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域。

11.根据权利要求10所述的光学组件，其中，所述第二光学元件还包括第二表面，所述第二表面被配置为将由所述反射表面反射的所述光束折射到所述环境，所述光束从所述第二表面离开所述第二光学元件。

12.根据权利要求11所述的光学组件，其中，所述第二光学元件的所述第一表面、所述反射表面或所述第二表面中的至少一个是曲面。

13.根据权利要求11所述的光学组件，其中，所述第二光学元件包括三角棱镜。

14.根据权利要求13所述的光学组件，其中，所述三角棱镜是直角棱镜。

15.根据权利要求11所述的光学组件，其中，所述第二光学元件的所述第二表面基本上垂直于所述第二光学元件的所述第一表面。

16.根据权利要求11所述的光学组件，其中，所述第二光学元件的所述第二表面相对于所述第二光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

17.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第二光学元件包括具有折射率大于1.7的透明材料。

18.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一光学元件包括楔形棱镜。

19.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜具有在16°至25°范围内的楔角。

20.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜包括折射率在1.7至2.1范围内的透明材料。

21.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜的所述第一表面基本上平行于准直元件，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

22.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜的所述第一表面和所述第二表面中的至少一个相对于准直元件倾斜，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

23.根据权利要求22所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜的所述第一表面具有在从5°至9°范围内的第一倾斜角。

24.根据权利要求22所述的光学组件，其中，所述楔形棱镜的所述第二表面具有在从12°至16°范围内的第二倾斜角。

25.根据权利要求18所述的光学组件，其中，所述第一光学元件被定位为相对于准直元件倾斜，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

26.根据权利要求25所述的光学组件，其中，所述第一光学元件相对于所述准直元件的倾斜角在5°至10°的范围内。

27.根据权利要求1所述的光学组件，还包括第三光学元件，所述第三光学元件与所述第一光学元件间隔开，并且被定位为使所述光束向所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域移动。

28.根据权利要求27所述的光学组件，其中，所述第三光学元件包括平行玻璃板。

29.根据权利要求27所述的光学组件，其中，所述第三光学元件包括相对于所述第一光学元件的所述第一表面倾斜的至少一个表面。

30.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

31.根据权利要求30所述的光学组件，其中，所述不规则棱镜包括折射率在1.9-2.1范围内的透明材料。

32.根据权利要求30所述的光学组件，其中，所述不规则棱镜的一侧的长度在6mm至12mm的范围内。

33.根据权利要求30所述的光学组件，其中，所述不规则棱镜的所述第一表面具有在从15°到35°的范围内的第一倾斜角。

34.根据权利要求30所述的光学组件，其中，所述不规则棱镜的所述第二表面具有在从30°到50°的范围内的第二倾斜角。

35.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为在侧壁处反射在所述第一光学元件的所述第一表面处接收到的所述光束，以将所述光束向所述第二光学元件的反射表面的中心区域平移。

36.根据权利要求35所述的光学组件，其中所述侧壁涂覆有反射膜。

37.根据权利要求35所述的光学组件，其中，所述第一光学元件的所述第一表面具有倾斜角，所述倾斜角被配置为折射来自所述第一表面的所述光束以在所述侧壁处全反射。

38.根据权利要求35所述的光学组件，其中，所述第一光学元件的所述第二表面基本上平行于与所述光学元件间隔开的准直元件，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

39.根据权利要求1所述的光学组件，还包括第三光学元件，所述第三光学元件包括透射区域和反射区域。

40.根据权利要求39所述的光学组件，还包括第四光学元件，所述第四光学元件位于所述第三光学元件和所述第一光学元件之间，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

41.根据权利要求39所述的光学组件，其中，所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述透射区域被配置为透射由光源产生的光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，所述反射区域被配置为将返回光束反射至接收器，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

42.根据权利要求40所述的光学组件，还包括：

波导，所述波导被定位在光源与所述第四光学元件之间，所述波导被配置为引导由所述光源产生的用于由所述第三光学元件的所述透射区域接收的所述光束，以将所述光束透射到所述第四光学元件。

43.根据权利要求42所述的光学组件，其中，所述第三光学元件和所述波导被集成以形成一片光学元件。

44.根据权利要求39所述的光学组件，其中，所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述反射区域被配置为反射由光源产生的所述光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，所述透射区域被配置为透射返回光束以由接收器接收，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

45.根据权利要求44所述的光学组件，还包括光束成形器，所述光束成形器位于所述光源前面，以将所述光束集中到所述第三光学元件的所述反射区域。

46.根据权利要求40所述的光学组件，还包括：

波导，所述波导被定位在光源与所述第四光学元件之间，并且被配置为引导由所述光源产生的用于由所述第三光学元件的所述反射区域接收的所述光束，以将所述光束反射到所述第四光学元件。

47.根据权利要求46所述的光学组件，其中，所述第三光学元件和所述波导被集成以形成一片光学元件。

48.根据权利要求1所述的光学组件，还包括平衡元件，所述平衡元件附接到所述第二光学元件，并且所述平衡元件被配置为在绕所述第二轴线旋转期间平衡所述第二光学元件。

49.根据权利要求48所述的光学组件，其中，所述平衡元件的重量小于所述第二光学元件的重量。

50.根据权利要求48所述的光学组件，其中，所述平衡元件包括附接到所述第二光学元件的所述反射表面的第一表面。

51.根据权利要求50所述的光学组件，其中，所述平衡元件包括连接到物体的第二表面，所述物体被配置为在围绕所述第二轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件。

52.根据权利要求51所述的光学组件，其中，所述平衡元件包括第三表面，所述第三表面可连接到电机单元，所述电机单元被配置为使所述第二光学元件绕所述第二轴线旋转。

53.根据权利要求52所述的光学组件，其中，所述平衡元件的所述第二表面不同于所述平衡元件的所述第一表面或所述第三表面，并且基本上平行于所述第二轴线。

54.根据权利要求51所述的光学组件，其中，连接到所述平衡元件的所述第二表面的所述物体包括附接到所述平衡元件的所述第二表面的胶水。

55.根据权利要求48所述的光学组件，其中，所述第二光学元件具有第一密度，所述第一密度大于所述平衡元件的第二密度。

56.根据权利要求48所述的光学组件，其中，所述平衡元件和所述第二光学元件的中心轴线偏离所述第二轴线。

57.根据权利要求48所述的光学组件，其中，所述平衡元件包括金属、塑料、玻璃或聚合物。

58.根据权利要求1所述的光学组件，还包括用于容纳所述第一光学元件和所述第二光学元件的透明壳体。

59.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体具有锥形形状。

60.根据权利要求59所述的光学组件，其中，所述透明壳体具有截头锥形形状，所述截头锥形形状具有在从1.3到1.7的范围内的锥度。

61.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体包括曲面。

62.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体由厚度在0.8mm至1.2mm范围内的材料构成。

63.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体由反射率在1.4至1.7范围内的材料构成。

64.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体具有多面体锥形形状。

65.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体具有均匀的厚度。

66.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体具有不均匀的厚度。

67.根据权利要求58所述的光学组件，其中，所述透明壳体的至少一部分具有朝向所述透明壳体的底部或顶部增加的厚度。

68.根据权利要求67所述的光学组件，其中，所述透明壳体包括至少两个部分，其中，所述至少两个部分中的一个被配置为折射或移动离开所述第二光学元件的光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

69.根据权利要求68所述的光学组件，其中，所述透明壳体包括第一部分，所述第一部分被配置为在不存在所述第一部分的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

70.根据权利要求69所述的光学组件，其中，所述光束被配置为以大于第一目标角度的角度离开所述光学组件。

71.根据权利要求70所述的光学组件，其中，所述第一部分包括曲面。

72.根据权利要求70所述的光学组件，其中，所述透明壳体包括第二部分，所述第二部分被配置为改变所述光束的位置或取向，其中，所述改变包括以下之一：

相对于在不存在所述第二部分的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束，或者

当所述光束离开所述第二部分时折射所述光束。

73.根据权利要求72所述的光学组件，其中，所述光束被配置为以在第二目标角度到所述第一目标角度的范围内的角度离开所述光学组件，其中，所述第二目标角度小于所述第一目标角度。

74.根据权利要求73所述的光学组件，其中，所述第二部分具有均匀的厚度。

75.根据权利要求73所述的光学组件，其中，所述透明壳体包括第三部分，所述第三部分具有向所述透明壳体的底部增加的厚度，所述第三部分被配置为折射所述光束，使得所述光束被配置为以小于所述第二目标角度的角度离开所述光学组件。

76.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

77.根据权利要求1所述的光学组件，还包括位于所述第一光学元件前面的准直元件，其中，由所述准直元件准直的光束到所述第一光学元件的入射角大于0°。

78.根据权利要求77所述的光学组件，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线以第一预定角度倾斜，使得所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以所述第一预定角度倾斜。

79.根据权利要求77所述的光学组件，其中，所述第一轴线平行于所述第二轴线或与所述第二轴线对准，并且所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以第二预定角度倾斜。

80.根据权利要求77所述的光学组件，其中，所述第一轴线相对于所述准直元件以从0°至90°的角度范围倾斜，并且所述第一光学元件的所述第一表面基本上平行于所述准直元件。

81.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第二光学元件绕所述第二轴线旋转，以扫描具有从0°到360°范围的方位角和/或从-60°到30°范围的俯仰角的场。

82.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿相同方向旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

83.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿相反方向旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

84.根据权利要求1所述的光学组件，其中，当引导所述光束扫描所述环境时，所述第一光学元件和所述第二光学元件以相同的速度旋转。

85.根据权利要求1所述的光学组件，其中，当引导所述光束扫描所述环境时，所述第一光学元件和所述第二光学元件以不同的速度旋转。

86.根据权利要求1所述的光学组件，其中，当所述第二光学元件的所述反射表面的倾角较大时，所述光学组件可扫描的视场较低，并且当所述倾角较小时，所述视场较高。

87.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光学组件包括在单站扫描LiDAR系统中。

88.根据权利要求1所述的光学组件，其中，所述光学组件位于在所述环境中移动的可移动平台上。

89.一种可旋转扫描仪，用于引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，包括：

光学组件，所述光学组件包括：

反射光学元件，所述反射光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为通过反射表面的第一侧将所述光束反射到所述环境；以及

平衡元件，所述平衡元件包括：

第一表面，所述第一表面在与所述反射表面的所述第一侧相对的第二侧处附接到所述反射光学元件的所述反射表面，以及

第二表面，所述第二表面连接到物体，所述物体被配置为在绕所述第一轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件。

90.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述平衡元件的重量小于所述反射光学元件的重量。

91.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述平衡元件还包括第三表面，所述第三表面可连接到电机单元，所述电机单元被配置为使所述光学组件绕所述第一轴线旋转。

92.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述平衡元件的所述第二表面不同于所述平衡元件的所述第一表面或所述第三表面。

93.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述平衡元件的所述第二表面基本上平行于所述第一轴线。

94.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，连接到所述平衡元件的所述第二表面的所述物体包括附接到所述平衡元件的所述第二表面的胶水。

95.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述反射光学元件的第一密度大于所述平衡元件的第二密度。

96.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述光学组件的中心轴线偏离所述第一轴线。

97.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述平衡元件包括金属、塑料、玻璃或聚合物。

98.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述光学元件包括玻璃或树脂。

99.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述反射光学元件是棱镜，所述棱镜包括：

第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述反射表面；

反射表面，所述反射表面被配置为将所述光束反射到第二表面；以及

所述第二表面，所述第二表面被配置为折射所述光束，以使所述光束离开所述第二光学元件。

100.根据权利要求99所述的可旋转扫描仪，其中，所述反射光学元件是三角棱镜。

101.根据权利要求99所述的可旋转扫描仪，其中，所述反射光学元件的所述第二表面相对于所述反射光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

102.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，还包括与所述反射光学元件间隔开的透射光学元件，所述透射光学元件可绕第二轴线旋转，并且被配置为在所述透射光学元件的第一表面处接收所述光束，并且通过所述透射光学元件的第二表面将所述光束折射到所述反射光学元件，在所述第二表面处，所述光束离开所述透射光学元件。

103.根据权利要求12所述的可旋转扫描仪，其中，所述透射光学元件包括楔形棱镜。

104.根据权利要求12所述的可旋转扫描仪，其中，所述透射光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述反射光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

105.根据权利要求102所述的可旋转扫描仪，还包括反射器，所述反射器包括透射区域和反射区域。

106.根据权利要求105所述的可旋转扫描仪，其中，所述透射区域基本上设置在所述反射器的中心，所述透射区域被配置为透射由光源产生的光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述反射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，所述反射区域被配置为将返回光束反射向接收器，所述接收器与所述反射器间隔开。

107.根据权利要求105所述的可旋转扫描仪，其中，所述反射区域基本上设置在所述反射器的中心，所述反射区域被配置为反射由光源产生的光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述透射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，所述透射区域被配置为透射返回光束以由接收器接收，所述接收器与所述反射器间隔开。

108.根据权利要求105所述的可旋转扫描仪，还包括位于所述反射器和所述透射光学元件之间的准直元件，以准直所述光束以被所述透射光学元件接收。

109.根据权利要求108所述的可旋转扫描仪，其中，所述透射光学元件被定位为相对于所述准直元件倾斜。

110.根据权利要求102所述的可旋转扫描仪，还包括用于容纳所述透射光学元件和所述反射光学元件的透明壳体。

111.根据权利要求89所述的可旋转扫描仪，其中，所述可旋转扫描仪被配置为扫描具有从0°到360°范围的方位角和/或从-60°到30°范围的俯仰角的场。

112.一种用于引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体的方法，包括：

使第一光学元件绕第一轴线旋转，并且使第二光学元件绕第二轴线旋转，所述第一光学元件与所述第二光学元件间隔开；

将光束从所述第一光学元件引导至所述第二光学元件的反射表面；以及

通过所述反射表面反射所述光束以透射到所述环境中。

113.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件包括楔形棱镜。

114.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第二光学元件包括棱镜，其中，所述方法还包括：

通过所述第二光学元件的第一表面将所述光束折射到所述第二光学元件的反射表面的中心区域；

通过所述反射表面将所述光束反射到所述第二光学元件的第二表面；以及

当所述第二光学元件绕所述第二轴线旋转时，通过所述第二表面将所述光束折射到所述环境。

115.根据权利要求112所述的方法，还包括：

通过准直元件准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

116.根据权利要求115所述的方法，其中，所述方法还包括：

将所述光束从光源通过第三光学元件的中心透射到所述准直元件，以及

通过所述第三光学元件的外围区域上的反射区域将返回光束反射到接收器。

117.根据权利要求115所述的方法，其中，所述方法还包括：

通过第三光学元件中心的反射区域反射光源产生的所述光束到所述准直元件；以及

通过所述第三光学元件的外围区域上的透射区域将返回光束透射到接收器。

118.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

119.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线倾斜。

120.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿相同方向旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

121.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件沿相反方向旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

122.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件以相同的速度旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

123.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件以不同的速度旋转，以引导所述光束扫描所述环境。

124.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件包括在单站扫描LiDAR系统中。

125.根据权利要求112所述的方法，其中，所述第一光学元件和所述第二光学元件位于在所述环境中移动的可移动平台上。

126.一种LiDAR系统，包括：

光源，所述光源被配置为发射脉冲激光光束；

扫描光学组件，所述扫描光学组件被配置为引导所述脉冲激光光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述扫描光学组件包括：

第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及

第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境以检测所述一个或多个物体；

接收器，所述接收器被配置为经由所述扫描光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的返回光束。

127.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述第二光学元件还包括第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述第二光学元件的所述反射表面。

128.根据权利要求127所述的LiDAR系统，其中，所述第二光学元件还包括第二表面，所述第二表面被配置为将由所述反射表面反射的所述光束折射到所述环境，所述光束从所述第二表面离开所述第二光学元件。

129.根据权利要求128所述的LiDAR系统，其中，所述第二光学元件包括三角棱镜。

130.根据权利要求127所述的LiDAR系统，其中，所述第二光学元件的所述第二表面相对于所述第二光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

131.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述第一光学元件包括楔形棱镜。

132.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述第一光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

133.根据权利要求132所述的LiDAR系统，其中，所述不规则棱镜的一侧的长度在6mm至12mm的范围内。

134.根据权利要求132所述的LiDAR系统，其中，所述不规则棱镜的所述第一表面具有在从15°到35°的范围内的第一倾斜角。

135.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件还包括第三光学元件，所述第三光学元件包括透射区域和反射区域。

136.根据权利要求135所述的LiDAR系统，其中，所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述透射区域被配置为透射由光源产生的光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，所述反射区域被配置为将返回光束反射向接收器，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

137.根据权利要求135所述的LiDAR系统，其中，所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述反射区域被配置为反射由光源产生的所述光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，所述透射区域被配置为透射返回光束以由接收器接收，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

138.根据权利要求135所述的LiDAR系统，其中，所述第一光学元件被定位为相对于所述第三光学元件倾斜，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

139.根据权利要求124所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

140.根据权利要求139所述的LiDAR系统，还包括位于所述第一光学元件前面的准直元件，其中，由所述准直元件准直的光束到所述第一光学元件的入射角大于0°。

141.根据权利要求140所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线以第一预定角度倾斜，使得所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以所述第一预定角度倾斜。

142.根据权利要求140所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线平行于所述第二轴线或与所述第二轴线对准，并且所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以第二预定角度倾斜。

143.根据权利要求140所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线相对于所述准直元件以从0°至90°的角度范围倾斜，并且所述第一光学元件的所述第一表面基本上平行于所述准直元件。

144.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件还包括平衡元件，所述平衡元件附接到所述第二光学元件，并且所述平衡元件被配置为在绕所述第二轴线旋转期间平衡所述第二光学元件。

145.根据权利要求144所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件包括附接到所述第二光学元件的所述反射表面的第一表面。

146.根据权利要求145所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件包括连接到物体的第二表面，所述物体被配置为在绕所述第二轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件。

147.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件还包括用于容纳所述第一光学元件和所述第二光学元件的透明壳体。

148.根据权利要求147所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有锥形形状或曲面。

149.根据权利要求147所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体由厚度在0.8mm至1.2mm范围内，和/或反射率在1.4至1.7范围内的材料构成。

150.根据权利要求147所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有均匀的厚度。

151.根据权利要求147所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有不均匀的厚度。

152.根据权利要求147所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体的至少一部分具有朝向所述透明壳体的底部或顶部增加的厚度。

153.根据权利要求150所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括至少两个部分，其中所述至少两个部分中的一个被配置为折射或移动从所述第二光学元件引导的光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

154.根据权利要求151所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第一部分，所述第一部分被配置为在不存在所述第一部分的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

155.根据权利要求154所述的LiDAR系统，其中，所述光束被配置为以大于第一目标角度的角度离开所述光学组件。

156.根据权利要求155所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第二部分，所述第二部分被配置为改变所述光束的位置或取向，其中，所述改变包括以下之一：

相对于在不存在所述第二部分的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束，或者

当所述光束离开所述第二部分时折射所述光束。

157.根据权利要求156所述的LiDAR系统，其中，所述光束被配置为以在第二目标角度到所述第一目标角度的范围内的角度离开所述光学组件。

158.根据权利要求157所述的LiDAR系统，其中，所述第二目标角度大于所述第一目标角度。

159.根据权利要求157所述的LiDAR系统，其中，所述第二目标角度小于所述第一目标角度。

160.根据权利要求159所述的LiDAR系统，其中，所述第一角度是正角度，所述第二角度是负角度。

161.根据权利要求157所述的LiDAR系统，其中，所述第二部分具有均匀的厚度。

162.根据权利要求157所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第三部分，所述第三部分具有向所述透明壳体的底部增加的厚度，所述第三部分被配置为折射所述光束，使得所述光束被配置为以小于所述第二目标角度的角度离开所述光学组件。

163.根据权利要求126所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件被配置为扫描具有从0°到360°范围的方位角，和/或从-60°到30°范围的俯仰角的场。

164.一种LiDAR系统，包括：

光源，所述光源被配置为发射脉冲激光光束；

扫描光学组件，所述扫描光学组件被配置为引导所述脉冲激光光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述扫描光学组件包括：

反射光学元件，所述反射光学元件可绕第一轴线旋转，所述反射光学元件被配置为通过反射表面的第一侧将所述光束反射到所述环境；以及

平衡元件，所述平衡元件包括：

第一表面，所述第一表面在与所述反射表面的所述第一侧相对的第二侧处附接到所述反射光学元件的所述反射表面，以及

第二表面，所述第二表面连接到物体，所述物体被配置为在绕所述第一轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件；

接收器，所述接收器被配置为经由所述扫描光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的一个或多个返回光束。

165.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件的重量小于所述反射光学元件的重量。

166.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件还包括第三表面，所述第三表面可连接到电机单元，所述电机单元被配置为使所述扫描光学组件绕所述第一轴线旋转。

167.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件的所述第二表面基本上平行于所述第一轴线。

168.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，连接到所述平衡元件的所述第二表面的所述物体包括附接到所述平衡元件的所述第二表面的胶水。

169.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述反射光学元件的第一密度大于所述平衡元件的第二密度。

170.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述光学组件的中心轴线偏离所述第一轴线。

171.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述平衡元件包括金属、塑料、玻璃或聚合物。

172.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述反射光学元件包括玻璃或树脂。

173.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述反射光学元件是棱镜，所述棱镜包括：

第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述反射表面；

反射表面，所述反射表面被配置为将所述光束反射到第二表面；以及

所述第二表面，所述第二表面被配置为折射所述光束，以使所述光束离开所述第二光学元件。

174.根据权利要求173所述的LiDAR系统，其中，所述反射光学元件是三角棱镜。

175.根据权利要求173所述的LiDAR系统，其中，所述反射光学元件的所述第二表面相对于所述反射光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

176.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件还包括与所述反射光学元件间隔开的透射光学元件，所述透射光学元件可绕第二轴线旋转，并且被配置为在所述透射光学元件的第一表面处接收所述光束，并且通过所述透射光学元件的第二表面将所述光束折射到所述反射光学元件，在所述第二表面处，所述光束离开所述透射光学元件。

177.根据权利要求164所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

178.根据权利要求177所述的LiDAR系统，其中，还包括位于所述第一光学元件前面的准直元件，其中，由所述准直元件准直的光束到所述第一光学元件的入射角大于0°。

179.根据权利要求178所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线以第一预定角度倾斜，使得所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以所述第一预定角度倾斜。

180.根据权利要求178所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线平行于所述第二轴线或与所述第二轴线对准，并且所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以第二预定角度倾斜。

181.根据权利要求178所述的LiDAR系统，其中，所述第一轴线相对于所述准直元件以从0°至90°的角度范围倾斜，并且所述第一光学元件的所述第一表面基本上平行于所述准直元件。

182.根据权利要求177所述的LiDAR系统，其中，所述透射光学元件包括楔形棱镜。

183.根据权利要求177所述的LiDAR系统，其中，所述透射光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述反射光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

184.根据权利要求183所述的LiDAR系统，其中，所述不规则棱镜的一侧的长度在6mm至12mm的范围内。

185.根据权利要求183所述的LiDAR系统，其中，所述不规则棱镜的所述第一表面具有在从15°到35°的范围内的第一倾斜角。

186.根据权利要求177所述的LiDAR系统，其中，还包括反射器，所述反射器包括透射区域和反射区域。

187.根据权利要求186所述的LiDAR系统，其中，所述透射区域基本上设置在所述反射器的中心，并被配置为透射由光源产生的光束；以及所述反射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，并被配置为将返回光束反射至接收器。

188.根据权利要求186所述的LiDAR系统，其中，所述反射区域基本上设置在所述反射器的中心，并被配置为反射由光源产生的光束；以及所述透射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，并被配置为将返回光束透射至接收器。

189.根据权利要求186所述的LiDAR系统，还包括位于所述反射器和所述透射光学元件的准直元件，以准直所述光束以被所述透射光学元件接收。

190.根据权利要求189所述的LiDAR系统，其中，所述透射光学元件被定位为相对于所述准直元件倾斜。

191.根据权利要求177所述的LiDAR系统，还包括用于容纳所述透射光学元件和所述反射光学元件的透明壳体。

192.根据权利要求191所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有锥形形状或曲面。

193.根据权利要求191所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体由厚度在0.8mm至1.2mm范围内，和/或反射率在1.4至1.7范围内的材料构成。

194.根据权利要求191所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有均匀的厚度。

195.根据权利要求191所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体具有不均匀的厚度。

196.根据权利要求191所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体的至少一部分具有朝向所述透明壳体的底部或顶部增加的厚度。

197.根据权利要求196所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括至少两个部分，其中所述至少两个部分中的一个被配置为折射或移动离开所述第二光学元件的光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

198.根据权利要求197所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第一部分，所述第一部分被配置为以大于第一目标角度的俯仰角折射离开所述光学组件的所述光束。

199.根据权利要求198所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第二部分，所述第二部分被配置为折射或移动从所述第二光学元件引导的所述光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

200.根据权利要求198所述的LiDAR系统，其中，所述光束被配置为以在从第二角度到第一角度的范围内的俯仰角离开所述光学组件。

201.根据权利要求199所述的LiDAR系统，其中，所述第二部分具有均匀的厚度。

202.根据权利要求200所述的LiDAR系统，其中，所述透明壳体包括第三部分，所述第三部分具有向所述透明壳体的底部增加的厚度，所述第三部分被配置为折射所述光束，使得所述光束被配置为以小于所述第二角度的角度离开所述光学组件。

203.根据权利要求176所述的LiDAR系统，其中，所述扫描光学组件配置为扫描具有从0°到360°范围的方位角，和/或从-60°到30°范围的俯仰角的场。

204.一种可移动平台，包括：

光学组件，所述光学组件位于所述可移动平台上，并被配置为引导光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述光学组件包括：

第一光学元件，所述第一光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为在所述第一光学元件的第一表面接收光束，通过所述第一光学元件的第二表面折射所述光束，所述光束在所述第二表面处离开所述第一光学元件；以及

第二光学元件，所述第二光学元件与所述第一光学元件间隔开并可绕第二轴线旋转，所述第二光学元件被定位为通过所述第二光学元件的反射表面反射所述光束到所述环境，以检测所述一个或多个物体；

推进系统，所述推进系统被配置为在所述环境中推进所述可移动平台。

205.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述第二光学元件还包括第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述第二光学元件的所述反射表面。

206.根据权利要求205所述的可移动平台，其中，所述光束被所述第二光学元件的所述第一表面折射到所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域。

207.根据权利要求205所述的可移动平台，其中，所述第二光学元件还包括第二表面，所述第二表面被配置为将由所述反射表面反射的所述光束折射到所述环境，所述光束从所述第二表面离开所述第二光学元件。

208.根据权利要求207所述的可移动平台，其中，所述第二光学元件包括三角棱镜。

209.根据权利要求208所述的可移动平台，其中，所述第二光学元件的所述第二表面相对于所述第二光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

210.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述第一光学元件包括楔形棱镜。

211.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述第一光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述第二光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

212.根据权利要求211所述的可移动平台，其中，所述不规则棱镜的一侧的长度在6mm至12mm的范围内。

213.根据权利要求211所述的可移动平台，其中，所述不规则棱镜的所述第一表面具有在从15°到35°的范围内的第一倾斜角。

214.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述光学组件还包括第三光学元件，所述第三光学元件包括透射区域和反射区域。

215.根据权利要求214所述的可移动平台，其中，所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述透射区域被配置为透射由光源产生的光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，并被配置为将返回光束反射至接收器，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

216.根据权利要求214所述的可移动平台，其中，所述反射区域基本上设置在所述第三光学元件的中心，所述反射区域被配置为反射由光源产生的所述光束，所述光源与所述第三光学元件间隔开；以及所述透射区域基本上设置在所述第三光学元件上的外围区域上，并且所述透射区域被配置为透射返回光束以由接收器接收，所述接收器与所述第三光学元件间隔开。

217.根据权利要求214所述的可移动平台，其中，所述第一光学元件被定位为相对于所述第三光学元件倾斜，以准直所述光束以被所述第一光学元件接收。

218.根据权利要求214所述的可移动平台，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

219.根据权利要求214所述的可移动平台，其中，还包括位于所述第一光学元件前面的准直元件，其中，由所述准直元件准直的光束到所述第一光学元件的入射角大于0°。

220.根据权利要求219所述的可移动平台，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线倾斜。

221.根据权利要求219所述的可移动平台，其中，所述第一轴线平行于所述第二轴线或与所述第二轴线对准，并且所述第一光学元件的所述第一表面相对于所述准直元件以第二预定角度倾斜。

222.根据权利要求219所述的可移动平台，其中，所述第一轴线相对于所述准直元件以从0°至90°的角度范围倾斜，并且所述第一光学元件的所述第一表面基本上平行于所述准直元件。

223.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述光学组件还包括平衡元件，所述平衡元件附接到所述第二光学元件，并且所述平衡元件被配置为在绕所述第二轴线旋转期间平衡所述第二光学元件。

224.根据权利要求223所述的可移动平台，其中，所述平衡元件包括附接到所述第二光学元件的所述反射表面的第一表面。

225.根据权利要求223所述的可移动平台，其中，所述平衡元件包括连接到物体的第二表面，所述物体被配置为在绕所述第二轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件。

226.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述光学组件还包括用于容纳所述第一光学元件和所述第二光学元件的透明壳体。

227.根据权利要求226所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有锥形形状或曲面。

228.根据权利要求226所述的可移动平台，其中，所述透明壳体由厚度在0.8mm至1.2mm范围内，和/或反射率在1.4至1.7范围内的材料构成。

229.根据权利要求226所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有均匀的厚度。

230.根据权利要求226所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有不均匀的厚度。

231.根据权利要求226所述的可移动平台，其中，所述透明壳体的至少一部分具有朝向所述透明壳体的底部或顶部增加的厚度。

232.根据权利要求231所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括至少两个部分，其中所述至少两个部分中的一个被配置为折射或移动离开所述第二光学元件的光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

233.根据权利要求232所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括第一部分，所述第一部分被配置为以高于第一目标角度的俯仰角折射离开所述光学组件的所述光束。

234.根据权利要求232所述的可移动平台，其中，包括第二部分，所述第二部分被配置为折射或移动从所述第二光学元件引导的所述光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

235.根据权利要求232所述的可移动平台，其中，所述光束被配置为以在从第二角度到第一角度的范围内的俯仰角离开所述光学组件。

236.根据权利要求232所述的可移动平台，其中，所述第二部分具有均匀的厚度。

237.根据权利要求232所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括第三部分，所述第三部分具有向所述透明壳体的底部增加的厚度，所述第三部分被配置为折射所述光束，使得所述光束被配置为以小于所述第二角度的角度离开所述光学组件。

238.根据权利要求204所述的可移动平台，还包括：

光源，所述光源被配置为发射由所述光学组件接收的光束；

接收器，所述接收器被配置为经由所述光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的返回光束。

239.根据权利要求204所述的可移动平台，其中，所述光学组件被配置为扫描所述可移动平台周围的场，所述场具有从0°到360°范围的方位角，和/或从-60°到30°范围的俯仰角。

240.一种可移动平台，包括：

扫描光学组件，所述扫描光学组件位于所述可移动平台上，并被配置为引导脉冲激光光束扫描环境以检测所述环境中的一个或多个物体，所述光学组件包括：

反射光学元件，所述反射光学元件可绕第一轴线旋转，并被配置为通过反射表面的第一侧将所述光束反射到所述环境；以及

平衡元件，所述平衡元件包括：

第一表面，所述第一表面在与所述反射表面的所述第一侧相对的第二侧处附接到所述反射光学元件的所述反射表面，以及

第二表面，所述第二表面连接到物体，所述物体被配置为在绕所述第一轴线旋转期间调节所述平衡元件的重量以平衡所述光学组件；以及

推进系统，所述推进系统被配置为在所述环境中推进所述可移动平台。

241.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述平衡元件的重量小于所述反射光学元件的重量。

242.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述平衡元件包括第三表面，所述第三表面可连接到电机单元，所述电机单元被配置为使所述扫描光学组件绕所述第一轴线旋转。

243.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述平衡元件的所述第二表面基本上平行于所述第一轴线。

244.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，连接到所述平衡元件的所述第二表面的所述物体包括附接到所述平衡元件的所述第二表面的胶水。

245.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述反射光学元件的第一密度大于所述平衡元件的第二密度。

246.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述光学组件的中心轴线偏离所述第一轴线。

247.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述平衡元件包括金属、塑料、玻璃或聚合物。

248.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述光学元件包括玻璃或树脂。

249.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述反射光学元件是棱镜，所述棱镜包括：

第一表面，所述第一表面被配置为将所述光束折射到所述反射表面；

反射表面，所述反射表面被配置为将所述光束反射到第二表面；以及

所述第二表面，所述第二表面被配置为折射所述光束，以使所述光束离开所述第二光学元件。

250.根据权利要求249所述的可移动平台，其中，所述反射光学元件是三角棱镜。

251.根据权利要求249所述的可移动平台，其中，所述反射光学元件的所述第二表面相对于所述反射光学元件的所述第一表面形成钝角，所述钝角具有91°至120°的范围。

252.根据权利要求240所述的可移动平台，其中，所述扫描光学组件还包括与所述反射光学元件间隔开的透射光学元件，所述透射光学元件可绕第二轴线旋转，并且被配置为在所述透射光学元件的第一表面处接收所述光束，并且通过所述透射光学元件的第二表面将所述光束折射到所述反射光学元件，在所述第二表面处，所述光束离开所述透射光学元件。

253.根据权利要求252所述的可移动平台，其中，所述第一轴线与所述第二轴线对准。

254.根据权利要求252所述的可移动平台，其中，所述第一轴线相对于所述第二轴线倾斜。

255.根据权利要求252所述的可移动平台，其中，所述透射光学元件包括楔形棱镜。

256.根据权利要求252所述的可移动平台，其中，所述透射光学元件包括不规则棱镜，所述不规则棱镜被配置为将所述光束向所述反射光学元件的所述反射表面的中心区域平移。

257.根据权利要求256所述的可移动平台，其中，所述不规则棱镜的一侧的长度在6mm至12mm的范围内。

258.根据权利要求256所述的可移动平台，其中，所述不规则棱镜的所述第一表面具有在从15°到35°的范围内的第一倾斜角。

259.根据权利要求252所述的可移动平台，其中，还包括反射器，所述反射器包括透射区域和反射区域。

260.根据权利要求259所述的可移动平台，其中，所述透射区域基本上设置在所述反射器的中心，并被配置为透射由光源产生的光束；以及所述反射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，并被配置为将返回光束反射至接收器。

261.根据权利要求259所述的可移动平台，其中，所述反射区域基本上设置在所述反射器的中心，并被配置为反射由光源产生的光束；以及所述透射区域基本上设置在所述反射器上的外围区域上，并被配置为将返回光束透射至接收器。

262.根据权利要求259所述的可移动平台，还包括位于所述反射器和所述透射光学元件的准直元件，以准直所述光束以被所述透射光学元件接收。

263.根据权利要求262所述的可移动平台，其中，所述透射光学元件被定位为相对于所述准直元件倾斜。

264.根据权利要求252所述的可移动平台，还包括用于容纳所述透射光学元件和所述反射光学元件的透明壳体。

265.根据权利要求264所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有锥形形状或曲面。

266.根据权利要求264所述的可移动平台，其中，所述透明壳体由厚度在0.8mm至1.2mm范围内，和/或反射率在1.4至1.7范围内的材料构成。

267.根据权利要求264所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有均匀的厚度。

268.根据权利要求264所述的可移动平台，其中，所述透明壳体具有不均匀的厚度。

269.根据权利要求264所述的可移动平台，其中，所述透明壳体的至少一部分具有朝向所述透明壳体的底部或顶部增加的厚度。

270.根据权利要求269所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括至少两个部分，其中所述至少两个部分中的一个被配置为折射或移动离开所述第二光学元件的光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

271.根据权利要求270所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括第一部分，所述第一部分被配置为以大于第一目标角度的俯仰角折射离开所述光学组件的所述光束。

272.根据权利要求271所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括第二部分，所述第二部分被配置为折射或移动从所述第二光学元件引导的所述光束中的一个，其中，所述移动包括相对于在不存在所述透明壳体的情况下所述光束将离开所述光学组件的位置处，垂直或横向地移动所述光束。

273.根据权利要求272所述的可移动平台，其中，所述光束被配置为以在从第二角度到第一角度的范围内的俯仰角离开所述光学组件。

274.根据权利要求273所述的可移动平台，其中，所述第二部分具有均匀的厚度。

275.根据权利要求273所述的可移动平台，其中，所述透明壳体包括第三部分，所述第三部分具有向所述透明壳体的底部增加的厚度，所述第三部分被配置为将来自所述第二光学元件的所述光束折射到场，所述场具有低于所述第二角度的俯仰角。

276.根据权利要求240所述的可移动平台，还包括：

光源，所述光源被配置为发射由所述扫描光学组件接收的所述脉冲激光光束；以及

接收器，所述接收器被配置为经由所述扫描光学组件接收由所述环境中的所述一个或多个物体反射的一个或多个返回光束。

277.根据权利要求264所述的可移动平台，所述扫描光学组件被配置为扫描具有从0°到360°范围的方位角，和/或从-60°到30°范围的俯仰角的场。