CN116490796B - 用于光检测和测距的光束走离缓解 - Google Patents

用于光检测和测距的光束走离缓解 Download PDF

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Abstract

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、第一光混合器、第二光混合器和光切换器。第一光混合器被配置为接收来自第一接收光耦合器的第一接收信号。第二光混合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合器和第二光混合器之间切换振荡器光信号。

Description

用于光检测和测距的光束走离缓解
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17/463，934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17/463，934、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，包括第一接收光耦合器、第二接收光耦合器、第一光混合器、第二光混合器和光切换器。第一光混合器被配置为接收来自第一接收光耦合器的第一接收信号。第二光混合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合器和第二光混合器之间切换振荡器光信号。第一光混合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。第二光混合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合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合器提供振荡器光信号时沿第二方向旋转。第一方向可以与第二方向相反。
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合器提供振荡器光信号时接收来自第一光混合器的第一电信号。处理逻辑还被配置为在光切换器被切换以向第二光混合器提供振荡器光信号时接收来自第二光混合器的第二电信号。
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，将返回光束指引到第一接收光耦合器。旋转镜还被配置为当旋转镜沿第二方向旋转时，将返回光束指引到第二接收光耦合器。
在实现方式中，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，第二接收光耦合器与发射光耦合器正交。
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合器提供振荡器光信号；在第一光混合器接收振荡器光信号的同时对由第一光混合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合器提供振荡器光信号；并在第二光混合器接收振荡器光信号的同时对由第二光混合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由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、第一光混合器、第二光混合器和光切换器。第一光混合器被配置为接收来自第一接收光耦合器的第一接收信号。第二光混合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合器和第二光混合器之间切换振荡器光信号。第一光混合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。第二光混合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合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合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合器提供振荡器光信号时接收来自第一光混合器的第一电信号。处理逻辑还被配置为在光切换器被切换以向第二光混合器提供振荡器光信号时接收来自第二光混合器的第二电信号。
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。
本公开的实现方式包括光检测和测距(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，并且当旋转镜在第二相反方向上旋转时，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，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，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，并且当旋转镜在第二相反方向上旋转时，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。
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，除非另有说明，否则相同的附图标记是指贯穿各种视图的相同部分
图1示出了根据本公开的实现方式的LIDAR设备的像素的实现方式的图。
图2示出了根据本公开的实现方式的LIDAR设备的像素图。
图3A示出了根据本公开的实现方式的包括发射光耦合器和两个接收光耦合器的像素。
图3B示出了根据本公开的实现方式的在旋转镜旋转时选择信号的过程。
图4示出了根据本公开的实现方式的图1至图3A中描绘的示例相干像素如何可以被组装成发射器和接收器阵列，以执行并行FMCW LiDAR测量。
图5示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置的示例。
图6示出了根据公开的实现方式的用于非同轴操作的光束位移装置的示例。
图7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8A示出了根据公开的实现方式的包括示例传感器阵列的自主车辆。
图8B示出了根据公开的实现方式的包括示例传感器阵列的自主车辆的俯视图。
图8C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的光束走离缓解的实现方式。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和速度。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“光束走离”效应可能导致系统性能下降。
FMCW LIDAR的常规集成实现方式涉及将发射器和接收器共置。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，可能需要将发射器和接收器分开，以使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系统包括第一接收光耦合器、第二接收光耦合器、第一光混合器、第二光混合器和光切换器。被设置在第一接收光耦合器之间的发射光耦合器可以发出近红外发射光束，该光束通过旋转镜被指引到目标。发射光束从目标反射并作为返回光束返回。当旋转镜沿第一方向(例如顺时针)旋转时，光束走离可能导致返回光束在第一方向上位移，从而使返回光束入射到第一接收光耦合器上。当旋转镜沿第二方向(例如逆时针)旋转时，光束走离可能导致返回光束在第二方向上位移，从而使返回光束入射到第二接收光耦合器上。使用与发射耦合器非同轴的接收光耦合器捕获返回光束增加返回光束的信号。为了便于使用两个不同的接收光耦合器捕获返回光束，可以将光切换器配置为在第一光混合器和第二光混合器之间切换振荡器光信号，其中第一光混合器被配置为响应于接收振荡器光信号和第一接收信号生成第一信号，并且其中第二光混合器被配置为响应于接收振荡器光信号和第二接收信号生成第二信号。
在本公开的一些方面，描述了用于校正LIDAR应用中光束走离的装置，其包括偏振多样性样性相干像素和双折射材料的倾斜的片。光可以从具有通过双折射材料的偏振A的相干像素发出。当光通过双折射材料时，作为折射的结果，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使其偏振随机化。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，这给光束带来不同的位移。该光束照亮接收光的偏振多样性相干像素。可以选取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，从而缓解LIDAR系统中的光束走离。还可以选择双折射材料和几何形状，以选取一组特定的发射和接收偏移，从而实现非同轴发射器和接收器。结合图1至图8C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偏振多样性相干像素111的实现方式的图，该像素可以与双折射光束位移器结合使用，以便校正光束走离。图示的像素111的实现方式包括1x2分路器102、光混合器109和双偏振光栅耦合器104。
光101进入像素111并且可以通过分路器(例如1x2分路器102)被分路。光101可以是由连续波(CW)激光器生成的红外激光。在一些实现方式中，激光可以被准直。例如，X％的光(光的第一百分比)离开顶部互连103中的分路器并通过双偏振光栅耦合器104路由，双偏振光栅耦合器104可以发出第一偏振光105(例如TE偏振光)。在一些实现方式中，光的第一百分比可能在70％到99％之间。在一些实现方式中，第一偏振光105可以通过透镜耦合并从镜反射到目标场景上。在一些实现方式中，第一偏振光105可以是非准直光并且是由透镜准直的发散光束。
返回相干像素111的光106可以具有第二偏振分量106(例如TM偏振光)，其通过双偏振光栅耦合器104耦合回相干像素111。因此，双偏振光栅耦合器104可以发出具有第一偏振取向的光(例如TE偏振光)并将具有第二偏振取向的反射光束(光106)(例如TM偏振光)耦合到像素111中。耦合到像素111中的光沿着不同于发射路线的互连107路由到光混合器109，光混合器109将互连107中的返回光场与从1x2分路器102分离到底部互连108的剩余Y％的光(光的第二百分比)混合。在一些实现方式中，光的第二百分比可能在1％到30％之间。在一些实现方式中，反射光束(光106)可以在自主车辆的环境中从目标反射/散射。来自光混合器109(其中可以有多个)的输出110由接收器光电子电路处理。因此，光混合器109被配置为通过用沿互连107路由的反射光束将由分路器102分离的第二百分比(Y％)的光混合到互连108中，来生成输出110。
图2示出了根据公开的实现方式的LIDAR设备的偏振多样性相干像素212的实现方式的图。像素212可与双折射光束位移器结合使用，以校正光束走离。像素212的示出实现方式包括1x2分路器202、光混合器210、发射光栅耦合器204和垂直于发射光栅耦合器204的单偏振光栅耦合器207。
光201进入像素212并可以通过分路器(例如1x2分路器202)被分路。光201可以是由CW激光器生成的红外激光。在一些实现方式中，激光可以被准直。例如，X％的光(光的第一百分比)离开顶部互连203中的分路器并被路由到单偏振光栅耦合器204中，其发出第一偏振光205(例如TE偏振光)。在一些实现方式中，光的第一百分比可能在70％到99％之间。第一偏振光205可以通过透镜耦合并从镜反射到目标场景上。在一些实现方式中，第一偏振光205可以是非准直光并且是由透镜准直的发散光束。
返回相干像素212的光可以具有第二偏振分量206(例如TM偏振分量)，其通过单个偏振光栅耦合器207耦合回相干像素212，该耦合器207垂直于发射光栅耦合器204定向，使得它接收光的正交偏振。该光沿着不同于传输路线的互连208路由到光混合器210，光混合器210将互连208中的返回光场与从1x2分路器202分离到底部互连209的剩余Y％的光(光的第二百分比)混合。在一些实现方式中，光的第二百分比可能在1％到30％之间。在一些实现方式中，反射光束(光206)可以在自主车辆的环境中从目标反射/散射。来自该混合器210的输出211(其中可以有多个)由接收器光电子电路处理。因此，光混合器210被配置为通过用沿互连208路由的反射光束将由分路器202分离的第二百分比(Y％)的光混合到互连209中，来生成输出211。
根据公开的实现方式，图3A示出了像素399，其包括发射光耦合器和两个接收光耦合器。像素399是图2中描述的像素的变形。图3A的LIDAR系统300包括像素399、处理逻辑331和旋转镜360。像素399包括1x2分路器302、光切换器315、第一光混合器313、第二光混合器311、第一接收光耦合器309、第二接收光耦合器307和发射光耦合器304。发射光耦合器304被设置在第一接收光耦合器309和第二接收光耦合器307之间。在一些实现方式中，发射光耦合器304可以被设置在第一接收光耦合器309和第二接收光耦合器307之间的中点。
发射光耦合器304可以是单个偏振光栅耦合器，其被配置为发出具有第一偏振取向的发射光束305。第一接收光耦合器309可以是单偏振光栅耦合器，其被配置为接收具有与第一偏振取向正交的第二偏振取向的返回光束。第二接收光耦合器307可以是单偏振光栅耦合器，其被配置为接收具有与第一偏振取向正交的第二偏振取向的返回光束。
光301进入像素399并通过1x2分路器302被分路。光301可以是由CW激光器生成的红外激光。光301可以是由CW激光器生成的近红外激光。X％的光从顶部互连303中的1x2分路器302离开并被路由到单偏振光栅耦合器304中，其发出TE偏振光作为发射光束305，如图3A所示。在示出的实现方式中，旋转镜360被配置为将光束305指引到场景中的目标。发射光束305可以在遇到旋转镜360之前通过附加光学器件(在图3A中未特别示出)传播。
发射光束305可以被目标反射或散射并作为返回光束返回。根据返回光束如何被位移，它可以通过两条路径之一耦合回像素399。在第一路径中，返回光束可以具有TM偏振分量308，其通过第一接收光耦合器309耦合回像素399。第一接收光耦合器309可以是单个偏振光栅耦合器，其垂直于发射光栅耦合器304定向，使得它接收正交偏振光。在第二路径中，返回光束可以具有TM偏振分量306，其通过第二接收光耦合器307耦合回像素399。第二接收光耦合器307可以是单偏振光栅耦合器，其也正交于发射光栅耦合器304定向，使得它接收正交偏振光。
返回光束的位移方向可以取决于旋转镜360或旋转方向。该位移至少部分是由来自旋转镜360反射的发射光束和旋转镜360反射的返回光束之间的时间延迟的旋转镜360的不同的角度引起的。返回光束的位移也可能由被设置在像素399和旋转镜360之间的各种光学器件引起。通过示例的方式，当旋转镜360沿第一方向旋转时，返回光束可以被位移以成为在第一接收光耦合器309上的入射。并且当旋转镜360沿与第一方向相反的第二方向旋转时，返回光束可以被位移以成为在第二接收光耦合器307上的入射。为了考虑用不同的接收光耦合器接收的返回光束，可以驱动光切换器315以向对应于接收返回光束的接收光耦合器的不同光混合器提供振荡器信号(在光波导314中传播)。在图3A的图示中，光切换器315是有源光切换器，尽管，在一些实现方式中，光切换器315可以是不需要主动驱动的无源光切换器。
第一光混合器313被配置为从第一接收光耦合器309接收第一接收信号312，第二光混合器311被配置为从第二接收光耦合器307接收第二信号310。光切换器315被配置为在第一光混合器313和第二光混合器311之间切换振荡器光信号(从光互连314中的分路器302接收)。在示例实现方式中，处理逻辑331将切换器信号337驱动到光切换器315上，以控制振荡器光信号在第一光混合器313和第二光混合器311之间的切换。第一光混合器313被配置为接收来自光切换器315的振荡器光信号。第二光混合器311也被配置为接收来自光切换器315的振荡器光信号。第一光混合器被配置为响应于接收振荡器光信号和从第一接收光耦合器309接收的第一接收信号312生成第一电信号319。第二光混合器311被配置为响应于接收振荡器光信号和从第二接收光耦合器307接收的第二接收信号310生成第二电信号318。
在一些实现方式中，旋转镜360被配置为在光切换器315被切换以向第一光混合器313提供振荡器光信号时沿第一方向(例如顺时针)旋转。在图3A中，当驱动旋转信号335以沿第一方向旋转旋转镜330时，处理逻辑331可以驱动切换器信号337以驱动光切换器315向第一光混合器313提供振荡器光信号，因为当旋转镜360沿第一方向旋转时，返回光束的光束走离将朝向第一接收光耦合器309。旋转镜360还可以被配置为在光切换器315被切换以向第二光混合器311提供振荡器光信号时沿第二方向(例如逆时针)旋转。在图3A中，当驱动旋转信号335以在第二方向上旋转旋转镜330时，处理逻辑331可以驱动切换器信号337以驱动光切换器315向第二光混合器311提供振荡器光信号，因为当旋转镜360沿第二方向旋转时，返回光束的光束走离将朝向第二接收光耦合器307位移。
由于返回光束是由不同的接收光耦合器接收的，这取决于旋转镜360的旋转方向，处理逻辑331可以被配置为在光切换器315被切换以向第一光混合器313提供振荡器光信号(同时旋转镜360沿第一方向旋转)时从第一光混合器313接收第一电信号319。然后，处理逻辑331还可以被配置为在光切换器315被切换以向第二光混合器311提供振荡器光信号(同时旋转镜360沿第二方向旋转)时从第二光混合器311接收第二电信号318。处理逻辑331可以在输入X1处接收第一电信号319，并在输入X2处接收第二电信号318。第一电信号319可被认为是第一拍频信号的电表示，第二电信号318可以被认为是第二拍频信号的电表示。第一电信号319和第二电信号318可由LIDAR系统300处理，以生成LIDAR系统的外部环境(例如场景)的一个或多个图像。
根据本公开的实现方式，图3B示出了在旋转镜旋转时选择信号的过程350。其中部分或全部过程块在过程350中出现的顺序不应被视为限制。相反，具有本公开益处的本领域普通技术人员将理解，一些过程块可以以未示出的各种顺序执行，甚至并行执行。在一些实现方式中，处理逻辑331可以执行过程350的全部或部分。
在过程块351中，当旋转镜沿第一方向旋转时，光切换器(例如光切换器315)被驱动以向第一光混合器(例如313)提供振荡器光信号。
在过程块353中，由第一光混合器生成的第一信号(例如信号319)在第一光混合器接收振荡器光信号的同时被采样。第一信号可以由例如被包括在处理逻辑331中的模数转换器进行采样。第一信号可以是响应于振荡器光信号和由第一接收光耦合器(例如第一接收光耦合器309)生成的第一接收信号生成的。
在过程块355中，当旋转镜沿与第一方向相反的第二方向旋转时，光切换器被驱动以向第二光混合器(例如311)提供振荡器光信号。
在过程块357中，由第二光混合器生成的第二信号(例如信号318)在第二光混合器接收振荡器光信号的同时被采样。第二信号可以由例如被包括在处理逻辑331中的模数转换器进行采样。第二信号可以是响应于振荡器光信号和由第二接收光耦合器(例如第二接收光耦合器307)生成的第二接收信号生成的。
在过程350的一些实现方式中，旋转镜被配置为将返回光束指引到第一接收光耦合器，并且旋转镜还被配置为将返回光束指引到第二接收光耦合器。旋转镜还可以被配置为将发射光束(例如发射光束305)从发射光耦合器(例如发射光耦合器304)指引到目标，其中返回光束是从目标反射的发射光束。在一些实现方式中，过程350可以在执行过程块357之后返回到过程块351。
根据本公开的实现方式，图4示出了在图1至图3A中描绘的示例相干像素如何可以被组装成发射器和接收器阵列，以执行并行FMCW LiDAR测量。输入光401进入MxN信道光功率分配网络402，其将输入光路由到N个光输出的一个或多个。这种光功率分配本质上可以是主动的或被动的。分配网络的每个光输出403连接到相干像素405，其被安排在像素阵列404中。
每个相干像素405发出特定偏振光406(例如TE偏振光)。该光束进入光束位移光学器件407和408，并且然后通过透镜409，透镜409准直光并将其引导到所需方向410。该光可以从环境中的目标411反射，产生传播回FMCW LiDAR系统400的光的返回光束412。该光束返回穿过通过透镜409，然后通过光束位移光学器件407和408。该返回光可以具有偏振的分量413(例如TM偏振光)，其与发射偏振正交，该发射偏振通过不同于图1至图3A所述的发射路径的光路径耦合回相干像素中。
图5示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置533的示例。例如，示例光束位移装置533可用作光束位移光学器件407/408。图5示出了用于FMCW LIDAR中光束走离校正的光束位移装置的基本操作。光束位移装置533的操作可以相对于发射路径501和接收路径514来描述。
在发射路径501中，相干像素502发出具有特定偏振的发射光束503。发射光束503可以是例如由激光器生成的激光101。发射光束503可以是红外光。在一些实现方式中，发射光束503是近红外光。在一些实现方式中，相干像素502所描绘的位置可以与双偏振光栅耦合器104共址。在图5的图示中，发射光束503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503通过可选的光束旋转器504传播，其旋转发射偏振，由发射光束505描绘，使得它垂直于光束位移器元件506的光轴。可选的光束旋转器504可以使用半波片或其它各向异性晶体来实现。在图5中，光束位移器元件506被设置在相干像素502和旋转镜511之间。
在通过光束位移器元件506传播之后，发射光束507沿其原始轴传播并且其偏振不变(与发射光束505的图示相比)。发射光束507进入透镜508，在图5中，该透镜508被设置在光束位移器元件506和旋转镜511之间。透镜508可以准直光线并将其引导到所需方向。透镜508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508传播之后，光可以通过被设置在光束位移元件506和旋转镜511之间的可选波片509传播。波片509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509转换为圆偏振光。类似地，入射圆偏振光可以通过波片509转换为线偏振光。例如，波片509可以由诸如石英、有机材料片或液晶的双折射材料制成。
在图示的实现方式中，此圆偏振发射光束510，反射出旋转镜511。旋转镜511可以是连续旋转的镜，其沿特定方向581(例如图5中的逆时针方向581)旋转。旋转镜511被配置为将发射光束510指引到LIDAR系统或设备环境中的目标513。旋转镜511还被配置为将返回光束指引到接收路径514中的一个或多个相干像素502。
在撞击环境中的目标之后，发射光束作为返回光束516返回，如图5的接收路径514所示。换句话说，返回光束516是从目标513反射/散射的发射光束512。因此，返回光束516可以具有与发射光束512相同的波长。
从目标513反射/散射的返回光束516传播回旋转镜511。在光传播到目标513并返回所花费的时间内，旋转镜511沿方向581少量地旋转。结果，返回光束516的光相对于沿发射路径501传播的光以小角度(反射角差593)从旋转镜511反射，如返回光束518所示。返回光束518传播到被设置在相干像素502和旋转镜511之间的光束位移装置533。光束位移装置533被配置为向返回光束引入位移D2 595，以补偿发射光束510和从旋转镜511反射的返回光束518之间的反射角差593。
返回光束518通过四分之一波片509返回。如果目标表面保持入射偏振，则返回光束离开四分之一波片509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，则返回光束离开四分之一波片509的偏振包括发射偏振和垂直偏振两者。该光通过透镜508返回。由于镜的角度的小变化(反射角差593)，返回光束以小角度进入透镜508，这转化为在透镜508下方的返回光束521相对于发射路径501的位置中的小偏移，或“光束走离”522。该返回光束的偏振取向的分量523将具有到光束位移器元件506的光轴上的非零投影。这导致返回光束在通过光束位移元件506传播时被位移固定的位移量595。光束位移器元件506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 595，该位移尺寸在指定距离处抵消(或至少调整)目标的光束走离。也就是说，光束位移器元件506可以被配置为补偿发射光束510和从旋转镜511反射的返回光束518之间的反射角差593。
在一些实现方式中，光束位移器元件506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506不包括双折射材料。在图5中，发射光束505具有第一偏振取向，因为发射光束505遇到光束位移元件506，并且返回光束523具有与发射光束505的第一偏振取向正交的第二偏振取向。光束位移器元件506的双折射材料可以被选择/被配置为将位移尺寸D2 595引入第二偏振取向，但不引入第一偏振取向。
在通过光束位移器元件506之后，返回光束525现在沿与发射光束相同的轴传播，但具有垂直于发射光束505的发射偏振的偏振。返回光束525通过可选的光束旋转器504(即被设置在相干像素502和光束位移器元件506之间)传播，其将偏振旋转所需量以生成具有与发射光束503正交的偏振取向的返回光束527。偏振多样性相干像素502被配置为接收返回光束527。
图6示出了根据本公开的实现方式的光束位移装置633的示例。例如，示例光束位移装置633可以与偏振多样性相干像素212结合使用。图5的组件可以被修改以产生大于走离的光束偏移，使得返回光束撞击芯片的不同部分，而不是发射光束被发出的位置。这允许使用不同的相干像素架构，如结合图2和图3描述的。图6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离。光束位移装置633的操作可以相对于发射路径601和接收路径614加以描述。
在发射路径601中，发射器602发出具有特定偏振的发射光束603。发射光束603可以是红外光。在一些实现方式中，发射光束603是近红外光。在图6的图示中，发射光束603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603通过可选的光束旋转器604传播，其旋转发射偏振，由发射光束605描绘，使得它垂直于光束位移器元件606的光轴。可选的光束旋转器604可以使用半波片或其它各向异性晶体来实现。在图6中，光束位移器元件606被设置在发射器602和旋转镜611之间。
在通过光束位移器元件606传播之后，发射光束607沿其原始轴传播并且其偏振保持不变(与发射光束605的图示相比)。在图6中，发射光束607进入透镜608，该透镜608被设置在光束位移器元件606和旋转镜611之间。透镜608可以准直光线并将其引导到所需方向。透镜608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608传播之后，光可以通过被设置在光束位移元件606和旋转镜611之间的可选波片609传播。波片609可以是四分之一波片，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609转换为圆偏振光。类似地，入射圆偏振光可以通过波片609转换为线偏振光。波片609可以由双折射材料制成，例如石英、有机材料片或液晶。
在图示的实现方式中，此圆偏振发射光束610，反射出旋转镜611。旋转镜611可以是连续旋转的镜，其沿特定方向681旋转(例如图6中的逆时针方向681)。旋转镜611被配置为将发射光束610指引到LIDAR系统或设备环境中的目标613。旋转镜611还被配置为将返回光束指引到接收路径614中的一个或多个接收像素628。
在撞击环境中的目标之后，发射光束作为返回光束616返回，如图6的接收路径614所示。换句话说，返回光束616是从目标613反射/散射的发射光束612。因此，返回光束616可以具有与发射光束612相同的波长。
从目标613反射/散射的返回光束616传播回旋转镜611。在光传播到目标613并返回所花费的时间内，旋转镜611沿方向681少量地旋转。结果，返回光束616的光相对于沿发射路径601传播的光以小角度(反射角差693)从旋转镜611反射，如返回光束618所示。返回光束618传播到被设置在接收像素628和旋转镜611之间的光束位移装置633。光束位移装置633被配置为向返回光束引入位移D2 695以补偿发射器602和接收像素628之间的间隔691。在图6中，光束位移装置633还被配置为补偿发射光束610和从旋转镜611反射返回光束618之间的反射角差693。
该光通过四分之一波片609返回。如果目标表面保持入射偏振，则返回光束离开四分之一波片609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，则返回光束离开四分之一波片609的偏振包括发射偏振和垂直偏振两者。该光通过透镜608返回。由于反射镜角度的小变化(反射角差693)，返回光束以小角度进入透镜608，这转化为在相对于发射路径的透镜下方的返回光束321的位置中的小偏移，或“光束走离”622。该返回光束的偏振取向的分量623将具有到光束位移器元件606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606传播时被位移固定的位移量695。光束位移器元件606的参数(例如材料、厚度、光轴方向)可以被选择为产生位移尺寸D2 695，该位移尺寸在指定距离处抵消(或至少调整)目标的光束走离。也就是说，光束位移元件606可以被配置为补偿发射光束610和镜反射的反射光束618之间的反射角差693。此外，光束位移元件606可以被配置为产生位移尺寸D2 695，其还补偿发射器602和接收像素628之间的间隔691。
在一些实现方式中，光束位移器元件606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606不包括双折射材料。在图6中，发射光束605具有第一偏振取向，因为发射光束605遇到光束位移元件606，并且返回光束623具有与发射光束605的第一偏振取向正交的第二偏振取向。光束位移器元件606的双折射材料可以被选择/被配置为将位移尺寸D2 695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606之后，返回光束625现在沿与发射光束相同的轴传播，但具有垂直于发射光束605的发射偏振的偏振。在一些实现方式中，返回光束625沿与发射光束的轴不同的轴传播。返回光束625通过可选的光束旋转器604(即被设置在发射器602和光束位移器元件606之间)传播，该旋转器将偏振旋转所需量以生成具有与发射光束603正交的偏振取向的返回光束627。接收像素628被配置为接收返回光束627。
图7示出了根据本公开的实现方式示出的光束位移装置733的示例，其包括可切换的光束旋转器704。可切换的光束旋转器704被配置为响应于电信号705改变光束位移方向。可切换的光束旋转器704可以是包括液晶的可切换的半波片。
图7示出了光束位移装置533的变形，除了可切换的光束旋转器704可以使用电信号705进行控制。可切换的光束旋转器704可以在旋转镜沿第一方向(例如方向781)旋转时被驱动到第一延迟值(例如0度)，当旋转镜沿第二相反方向(例如方向782)旋转时被驱动到第二延迟值(例如90度)。因此，发射光束706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712在常规操作期间顺时针(例如方向782)和逆时针(例如方向781)旋转(其反转走离方向)的情况下是有用的。
图8A示出了根据本公开的可包括图1至图7的LIDAR设计的自主车辆800的示例。示出的自主车辆800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800的操作。图8A示出了传感器833A、833B、833C、833D和833E。图8B示出了自主车辆800的俯视图，包括传感器833F、833G、833H和833I以及传感器833A、833B、833C、833D和833E。传感器833A、833B、833C、833D、833E、833F、833G、833H和/或833I中的任何一个都可以包括包含图1至图7的设计的LIDAR设备。图8C示出了用于自主车辆800的示例系统899的框图。例如，自主车辆800可以包括动力系统802，包括由能源806提供动力并且能够向传动系统808提供动力的原动机804。自主车辆800还可以包括控制系统810，其包括方向控制812、动力系统控制814和制动控制816。自主车辆800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802-816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侧重于轮式陆地车辆，例如汽车、厢式货车、卡车或公共汽车。在这样的实现方式中，原动机804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808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804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800和适用于控制自主车辆800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800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812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800能够遵循所需的轨迹。动力系统控制814可以被配置为控制动力系统802的输出，例如，控制原动机804的输出功率，控制传动系统808中的变速器齿轮，从而控制自主车辆800的速度和/或方向。制动控制816可以被配置为控制一个或多个使自主车辆800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改变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800的自主控制是在车辆控制系统820中实现的，其可以包括处理逻辑822中的一个或多个处理器和一个或多个存储器824，其中处理逻辑822被配置为执行存储在存储器824中的程序代码(例如指令826)。处理逻辑822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820可以被配置为响应于返回光束或响应于信号319或320，控制自主车辆800的动力系统802。车辆控制系统820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800的动力系统802。
传感器833A-833I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，用于控制自主车辆的操作。例如，传感器833A-833I可以包括雷达单元834、LIDAR单元836、3D定位传感器838，例如卫星导航系统，例如GPS、GLONASS、北斗、伽利略或指南针。图1至图7的LIDAR设计可被包括在LIDAR单元836中。LIDAR单元836可以包括多个LIDAR传感器，其分布在例如自主车辆800周围。在一些实现方式中，3D定位传感器838可以使用卫星信号确定车辆在地球上的位置。传感器833A-833I可可选地包括一个或多个超声波传感器、一个或多个相机840和/或惯性测量单元(IMU)842。在一些实现方式中，相机840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840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800的外部环境中捕获一个或多个物体的图像。IMU 842可以包括多个陀螺仪和加速度计，其能够检测自主车辆800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)例如车轮编码器可用于监视自主车辆800的一个或多个车轮的旋转。
传感器833A-833I的输出可以提供给控制子系统850，包括定位子系统852、轨迹子系统856、感知子系统854和控制系统接口858。定位子系统852被配置为确定自主车辆800在其周围环境中的位置和取向(有时也称为“姿势”)，并且通常在特定地理区域内。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854可以被配置为检测、跟踪、分类和/或确定自主车辆800周围环境中的物体。轨迹子系统856被配置为在特定时间范围内为自主车辆800生成给定所需目的地以及环境中的静态和移动物体的轨迹。根据若干子统实现方式的机器学习模型可用于生成车辆轨迹。控制系统接口858被配置为与控制系统810通信，以便实现自主车辆800的轨迹。在一些实现方式中，机器学习模型可用于控制自主车辆以实现计划的轨迹。
可以理解的是，图8C所示的车辆控制系统820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8C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852-858被示为独立于处理逻辑822和存储器824，但可以理解的是，在一些实现方式中，子系统852-858的部分或全部功能可以用驻留在存储器824中的指令826等程序代码加以实现，并通过处理逻辑822执行，并且这些子系统852-858在某些情况下可以使用相同的处理器和/或存储器加以实现。某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820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800还可以包括辅助车辆控制系统(未示出)，其可用作自主车辆800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800。辅助车辆控制系统可以仅具有响应于在主车辆控制系统820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8C所示的各种组件。每个处理器可以实现方式，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800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8C所示的处理逻辑822或完全独立的处理逻辑可用于在自主车辆800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800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”)、网络连接的存储、存储区域网络、和/或磁带机等。此外，自主车辆800可以包括用户接口864，以使自主车辆800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，通过移动设备上的应用程序或通过Web接口。
在一些实现方式中，自主车辆800可以包括一个或多个网络接口，例如，网络接口862，适用于与一个或多个网络870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进行信息通信，包括，例如，中央服务，例如云服务，自主车辆800从中接收环境和其它数据以用于其自主控制。在一些实现方式中，由一个或多个传感器833A-833I收集的数据可以通过网络870上传到计算系统872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8C中所示的处理逻辑822，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870耦合到自主车辆800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台计算机和/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，例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加以识别。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起见而使用的，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)之中加以分配的各种方式，应该理解的是，本发明不限于特定的组织和此处描述的程序功能的分配。
受益于本公开的本领域技术人员将认识到图8C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331或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”可以包括一种或多种易失性或非易失性存储器体系结构。所述“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，例如，但不限于，以下：对等网络；局域网(LAN)；广域网(WAN)；公共网络，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)可读存储介质中的机器可执行指令，当由机器执行时将导致机器执行所描述的操作。此外，这些过程可以体现在硬件中，例如专用集成电路(“ASIC”)或其他。
有形的非暂时性机器可读存储介质包括以机器可访问的形式提供(即存储)信息的任何机制(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)。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。
这些修改可以根据上述详细描述对本发明进行。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 (20)

1.一种光检测和测距(LIDAR)系统，包括：
第一接收光耦合器；
第二接收光耦合器；
第一光混合器，所述第一光混合器被配置为接收来自所述第一接收光耦合器的第一接收信号；
第二光混合器，所述第二光混合器被配置为接收来自所述第二接收光耦合器的第二接收信号；以及
光切换器，所述光切换器被配置为响应于指示旋转镜的旋转的第一方向的切换信号而向所述第一光混合器提供振荡器光信号，并且其中所述光切换器被配置为响应于指示所述旋转镜的旋转的第二方向的所述切换信号而向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号，其中所述第一光混合器被配置为响应于接收所述振荡器光信号和所述第一接收信号而生成第一电信号，并且其中所述第二光混合器被配置为响应于接收所述振荡器光信号和所述第二接收信号而生成第二电信号，其中所述第一方向与所述第二方向相反。
2.根据权利要求1所述的光检测和测距(LIDAR)系统，其中所述旋转镜被配置为在所述光切换器被切换以向所述第一光混合器提供所述振荡器光信号时沿所述第一方向旋转，所述旋转镜被配置为在所述光切换器被切换以向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号时沿所述第二方向旋转。
3.根据权利要求2所述的光检测和测距(LIDAR)系统，还包括：
处理逻辑，所述处理逻辑被配置为在所述光切换器被切换以向所述第一光混合器提供所述振荡器光信号时接收来自所述第一光混合器的第一电信号，其中所述处理逻辑还被配置为在所述光切换器被切换以向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号时接收来自所述第二光混合器的第二电信号。
4.根据权利要求2所述的光检测和测距(LIDAR)系统，其中，所述旋转镜被配置为在所述旋转镜沿所述第一方向旋转时，将返回光束指引到所述第一接收光耦合器，并且其中，所述旋转镜被配置为在所述旋转镜沿所述第二方向旋转时，将所述返回光束指引到所述第二接收光耦合器。
5.根据权利要求1所述的光检测和测距(LIDAR)系统，还包括：
发射光耦合器，所述发射光耦合器被设置在所述第一接收光耦合器和所述第二接收光耦合器之间。
6.根据权利要求5所述的光检测和测距(LIDAR)系统，其中，所述第一接收光耦合器与所述发射光耦合器正交，并且其中所述第二接收光耦合器与所述发射光耦合器正交。
7.根据权利要求6所述的光检测和测距(LIDAR)系统，其中，所述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，并且其中，所述第一接收光耦合器被配置为接收与所述第一偏振取向正交的第二偏振取向，并且其中所述第二接收光耦合器还被配置为接收所述第二偏振取向。
8.根据权利要求5所述的光检测和测距(LIDAR)系统，还包括：
分路器，所述分路器被配置为接收激光，其中所述分路器被配置为向所述发射光耦合器提供第一百分比的激光，并且其中所述分路器被配置为向所述光切换器提供第二百分比的激光。
9.根据权利要求8所述的光检测和测距(LIDAR)系统，其中，所述激光具有红外波长。
10.一种操作光检测和测距(LIDAR)设备的方法，所述方法包括：
驱动光切换器以在旋转镜沿第一方向旋转时向第一光混合器提供振荡器光信号；
在所述第一光混合器接收所述所述振荡器光信号的同时对由所述第一光混合器生成的第一信号进行采样；
驱动所述光切换器以在所述旋转镜沿与所述第一方向相反的第二方向旋转时向第二光混合器提供所述振荡器光信号；以及
在所述第二光混合器接收所述所述振荡器光信号的同时对由所述第二光混合器生成的第二信号进行采样。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一信号响应于所述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，并且其中所述第二信号响应于所述振荡器光信号和由第二接收光耦合器生成的第二接收信号而生成。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述旋转镜被配置为将返回光束指引到所述第一接收光耦合器，并且其中，所述旋转镜被配置为将所述返回光束指引到所述第二接收光耦合器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述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，并且其中，所述返回光束是从所述目标反射的所述发射光束。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述发射光耦合器被设置在所述第一接收光耦合器和所述第二接收光耦合器之间。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述发射光耦合器被配置为发出具有第一偏振取向的所述发射光束，并且其中，所述第一接收光耦合器被配置为接收与所述第一偏振取向正交的第二偏振取向，并且其中所述第二接收光耦合器还被配置为接收所述第二偏振取向。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述振荡器光信号具有红外波长，并且其中所述第一接收信号和所述第二接收信号具有所述红外波长。
17.一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：
第一接收光耦合器；
第二接收光耦合器；
第一光混合器，所述第一光混合器被配置为接收来自所述第一接收光耦合器的第一接收信号；
第二光混合器，所述第二光混合器被配置为接收来自所述第二接收光耦合器的第二接收信号；以及
光切换器，所述光切换器被配置为响应于指示旋转镜的旋转的第一方向的切换信号而向所述第一光混合器提供振荡器光信号，并且其中所述光切换器被配置为响应于指示所述旋转镜的旋转的第二方向的所述切换信号而向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号，其中所述第一光混合器被配置为响应于接收所述振荡器光信号和所述第一接收信号而生成第一电信号，并且其中所述第二光混合器被配置为响应于接收所述振荡器光信号和所述第二接收信号而生成第二电信号，其中所述第一方向与所述第二方向相反；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第一电信号和所述第二电信号而控制所述自主车辆。
18.根据权利要求17所述的自主车辆控制系统，其中所述旋转镜被配置为在所述光切换器被切换以向所述第一光混合器提供所述振荡器光信号时沿所述第一方向旋转，所述旋转镜被配置为在所述光切换器被切换以向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号时沿所述第二方向旋转。
19.根据权利要求18所述的自主车辆控制系统，其中所述LIDAR设备还包括：
处理逻辑，所述处理逻辑被配置为在所述光切换器被切换以向所述第一光混合器提供所述振荡器光信号时接收来自所述第一光混合器的第一电信号，其中所述处理逻辑还被配置为在所述光切换器被切换以向所述第二光混合器提供所述振荡器光信号时接收来自所述第二光混合器的第二电信号。
20.根据权利要求18所述的自主车辆控制系统，其中，所述旋转镜被配置为将返回光束指引到所述第一接收光耦合器，并且其中，所述旋转镜被配置为将所述返回光束指引到所述第二接收光耦合器。
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