CN117991295A - Lidar系统 - Google Patents

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Abstract

一种LIDAR系统包括：激光源，其被配置成输出第一束；以及多边形扫描器。该多边形扫描器包括多个面。多个面中的每个面被配置成响应于第一束而发射第二束。多个面包括：第一面，其具有第一面发射第二束越过的第一视场；以及第二面，其具有第二面发射第二束越过的第二视场。第一视场大于第二视场。

Description

LIDAR系统
本申请是于2022年11月24日进入中国国家阶段的、PCT申请号为PCT/US2021/038089、国际申请日为2021年6月18日、中国申请号为202180037646.5、发明名称为“LIDAR系统”的申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年6月19日提交的美国专利申请号16/906,378的权益和优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
经常通过助记符LIDAR引用的使用激光进行光探测和测距(有时还称作激光RADAR)的光学距离探测被用于包括成像和碰撞避免的各种应用。与诸如无线电波探测和测距(RADAR)的常规微波测距系统相比，LIDAR用更小的束大小提供更精细尺度的距离分辨率。
发明内容
至少一个方面涉及一种光探测和测距(LIDAR)系统。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成输出第一束；以及多边形扫描器。该多边形扫描器包括多个面。多个面中的每个面被配置成响应于第一束而发射第二束。多个面包括：第一面，第一面具有第一面发射第二束越过的第一视场；以及第二面，第二面具有第二面发射第二束越过的第二视场。第一视场大于第二视场。
至少一个方面涉及一种自主车辆控制系统。该自主车辆控制系统包括多边形扫描器和一个或多个处理器。该多边形扫描器包括多个面。多个面中的每个面被配置成响应于输入束而发射发射束。多个面包括：第一面，第一面具有第一面发射发射束越过的第一视场；以及第二面，第二面具有第二面发射发射束越过的第二视场。第一视场大于第二视场。该一个或多个处理器被配置成使用响应于发射束而接收到的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个，并且响应于距离或速度中的至少一个而控制自主车辆的操作。
至少一个方面涉及一种自主车辆。该自主车辆包括LIDAR系统、转向系统或制动系统中的至少一个、以及车辆控制器。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成输出第一束；以及多边形扫描器。该多边形扫描器包括多个面。多个面中的每个面被配置成响应于第一束而发射第二束。多个面包括：第一面，第一面具有第一面发射第二束越过的第一视场；以及第二面，第二面具有第二面发射第二束越过的第二视场。第一视场大于第二视场。该车辆控制器包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成使用响应于第二束的来自对象的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个，并且响应于距离或速度中的至少一个而控制转向系统或制动系统中的至少一个的操作。
至少一个方面涉及一种LIDAR系统。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成输出第一束；以及扫描器，该扫描器被成形为不规则多边形。该扫描器被配置成接收第一束并且响应于接收到第一束而发射第二束。
在一些实施方式中，该扫描器包括第一面和与第一面相邻的第二面。第一面具有第一长度，并且第二面具有大于第一长度的第二长度。
在一些实施方式中，该扫描器包括：第一面，第一面具有第一面发射第一束越过的第一视场；以及第二面，第二面具有第二面发射第二束越过的第二视场。第二视场大于第一视场。
在一些实施方式中，该扫描器包括第一面和第二面，其中，由第一面和扫描器的中心限定的第一角度大于由第二面和该中心限定的第二角度。
在一些实施方式中，该扫描器包括具有第一视场的第一面和与第一面相邻并且具有与第一视场重叠的第二视场的第二面。
在一些实施方式中，该扫描器被配置成旋转以发射第二束，使得与第二束相关联的采样密度随着多边形扫描器旋转而变化。
在一些实施方式中，该扫描器包括多个面，其中，多个面的数目大于或等于六且小于或等于十二。
在一些实施方式中，该扫描器包括多个凹部。
在一些实施方式中，该扫描器包括多个第一面和多个第二面，多个第二面按与多个第一面的交替次序布置。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括：分束器，该分束器被配置成将第一束分成第三束和参考束；调制器，该调制器被配置成对第一束的一个或多个性质进行调制以输出第四束；准直器，该准直器被配置成使第四束准直以输出第五束；循环器，该循环器被配置成输出入射在扫描器上的第五束并且从由对象对第二束的反射或散射中的至少一个接收返回束；混合器，该混合器被配置成将参考束与返回束混合以输出第六束；以及接收器，该接收器被配置成响应于第六束而生成指示到对象的距离或对象的速度中的至少一个的信号。
在一些实施方式中，该扫描器由铝或聚合材料中的至少一种制成。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括应用于扫描器的主体的涂层。
至少一个方面涉及一种自主车辆控制系统。该自主车辆控制系统包括扫描器，该扫描器被成形为不规则多边形并且被配置成发射发射束。该自主车辆控制系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成使用从由对象对发射束的反射或散射中的至少一个接收到的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个，并且响应于距离或速度中的至少一个而控制自主车辆的操作。
在一些实施方式中，该扫描器包括第一面和与第一面相邻的第二面。第一面具有第一长度，并且第二面具有大于第一长度的第二长度。
在一些实施方式中，该扫描器包括：第一面，第一面具有第一面发射第一束越过的第一视场；以及第二面，第二面具有第二面发射第二束越过的第二视场。第二视场大于第一视场。
在一些实施方式中，该扫描器包括第一面和第二面，其中，由第一面和扫描器的中心限定的第一角度大于由第二面和扫描器的中心限定的第二角度。
至少一个方面涉及一种自主车辆。该自主车辆包括LIDAR系统、转向系统或制动系统中的至少一个、以及车辆控制器。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成输出第一束；以及扫描器，该扫描器具有不规则形状并且被配置成响应于接收到第一束而输出第二束。该车辆控制器包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成使用来自由对象对第二束的反射或散射中的至少一个的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个，并且响应于距离或速度中的至少一个而控制转向系统或制动系统中的至少一个的操作。
在一些实施方式中，该扫描器包括具有第一视场的第一面和与第一面相邻并且具有第二视场的第二面，并且该扫描器被安装到自主车辆上，使得第一视场和第二视场的重叠至少部分地在自主车辆前面。
在一些实施方式中，该扫描器是第一扫描器，第一扫描器包括具有第一视场的第一面和与第一面相邻并且具有第二视场的第二面，并且该自主车辆包括第二扫描器，第二扫描器含有具有第三视场的第三面和具有第四视场的第四面，第四视场与第三视场重叠并且小于第三视场。
在一些实施方式中，该扫描器包括第一面和第二面，其中，由第一面和扫描器的中心限定的第一角度大于由第二面和扫描器的中心限定的第二角度。
本领域的技术人员将领会，该说明书仅是说明性的并且不旨在以任何方式进行限制。本文描述的任何特征可以与任何其他特征一起使用，并且这些特征的任何子集能够根据各种实施例组合使用。如仅由权利要求限定的，本文所述的设备和/或过程的其他方面、发明特征和优点将在本文阐述的并且结合附图进行的详细描述中变得显而易见。
附图说明
在附图的各图中通过示例的方式而非限制的方式图示实施方式，在附图中相同的附图标记指代相同的元件，并且在附图中：
图1A是用于自主车辆的系统环境的示例的框图；
图1B是用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图1C是用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图1D是用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图2是LIDAR系统的示例的框图；
图3是凸多边形扫描器的示例的顶视图；
图4是凹多边形扫描器的示例的顶视图；
图5是凸多边形扫描器的示例的顶视图；
图6是凹多边形扫描器的示例的顶视图；
图7是凸多边形扫描器的示例的顶视图；
图8是凹多边形扫描器的示例的顶视图；以及
图9是实现使用多边形扫描器的LIDAR系统的车辆的示例的顶视图。
具体实施方式
LIDAR系统能够生成并发射光束，对象能够将该光束作为与发射束相对应的返回束反射或以其他方式散射。该LIDAR系统能够接收返回束，并且处理该返回束或其特性以确定有关对象的参数，诸如距离和速度。该LIDAR系统能够对发射束应用各种频率或相位调制，这能够促进将返回束与发射束相关以便确定有关对象的参数。
该LIDAR系统可以包括多边形扫描器，该多边形扫描器输出发射束，诸如通过以各种方位角和仰角反射发射束。因此，该LIDAR系统能够通过使用多边形扫描器来扫描LIDAR系统周围的环境以探测环境中的对象的参数而作为传感器运行。该多边形扫描器能够包括具有反射表面以反射并输出发射束的多个面。这些面(以及进而多边形扫描器)的视场能够对应于这些面的角度范围。例如，对于具有四个面的规则多边形扫描器(例如，在相邻面之间具有相等角度并且具有相等长度的面的多边形扫描器)，每个面能够具有90度(基于从面的边缘到多边形扫描器的中心测量的角度)的角度范围，并且面的视场能够是280度(例如，基于反射面能够使传入光束转向的量，为角度范围的两倍)。
根据本公开的系统和方法能够包括多边形扫描器，该多边形扫描器具有相对于相邻面具有不同长度和角度的至少一些面，使得这些面的视场能够变化。例如，该多边形扫描器能够被成形为不规则多边形，而不是规则多边形。使用这样的多边形扫描器的LIDAR系统能够在某些角度范围上，例如在其中各面的视场重叠的多边形扫描器的方位角视场的中央部分上具有增加的采样密度(例如，分辨率)。这能够改进LIDAR系统的性能特性，诸如信噪比，以用于使用发射束和由环境中的对象散射的返回束来确定LIDAR系统周围的环境中的对象的参数。例如，改进的性能特性能够使得LIDAR系统能够更准确地确定有关对象的距离、速度和多普勒移位信息，这能够使得LIDAR系统的最大设计距离增加。例如，该LIDAR系统能够被有效地用于长距离应用(例如，大于400米的最大距离)，诸如自主货运。
1.用于自主车辆的系统环境
图1A是图示根据一些实施方式的用于自主车辆的系统环境的示例的框图。图1A描绘可以在其内实现本文公开的各种技术的示例自主车辆100。例如，车辆100可以包括：动力传动系统102，其包括由能量源106供以动力并且能够向驱动传动系统108提供动力的原动机104；以及控制系统110，其包括方向控制112、动力传动系统控制114和制动控制116。可以将车辆100实现为任何数目的不同类型的车辆，包括能够运输人和/或货物并且能够在各种环境中行驶的车辆，前述组件102至116能够基于在其内利用这些组件的车辆的类型而差异很大，车辆的类型诸如轮式陆地车辆，诸如汽车、货车、卡车、或公共汽车。原动机104可以包括一个或多个电动机和/或内燃机(以及其他)。能量源可以包括燃料系统(例如，提供汽油、柴油、氢等)、电池系统、太阳能面板或其他可再生能量源和/或燃料电池系统。驱动传动系统108能够包括车轮和/或轮胎以及用于将原动机104的输出转换成车辆运动的变速器和/或任何其他机械驱动组件，以及被配置成可控地使车辆100停止或变慢的一个或多个制动器以及适合于控制车辆100的轨迹的方向或转向组件(例如，使得车辆100的一个或多个车轮能够绕大致垂直轴线枢转以改变车轮的旋转平面相对于车辆的纵向轴线的角度的齿条齿轮转向连杆)。在一些实施方式中，可以使用动力传动系统和能量源的组合(例如，在电动/燃气混合动力车辆的情况下)，并且在一些实例中，可以使用多个电动机(例如，专用于个别车轮或轴)作为原动机。
方向控制112可以包括一个或多个致动器和/或传感器以用于控制和接收来自方向或转向组件的反馈，以使得车辆100能够遵循期望的轨迹。动力传动系统控制114可以被配置成控制动力传动系统102的输出，例如，以控制原动机104的输出功率，以控制驱动传动系统108中的变速器的齿轮等，从而控制车辆100的速度和/或方向。制动控制116可以被配置成控制使车辆100变慢或停止的一个或多个制动器，例如，耦合到车辆的车轮的盘式或鼓式制动器。
其他车辆类型，包括但不限于越野车辆、全地形或履带式车辆、建筑设备等，可以利用不同的动力传动系统、驱动传动系统、能量源、方向控制、动力传动系统控制和制动器控制。此外，在一些实施方式中，能够组合一些组件，例如，在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处理的情况下。
能够在车辆控制系统120中实现对车辆100的各种级别的自主控制，该车辆控制系统120可以包括一个或多个处理器122和一个或多个存储器124，其中每个处理器122被配置成运行存储在存储器124中的程序代码指令126。处理器能够包括例如图形处理单元(“GPU”)和/或中央处理单元(“CPU”)。
传感器130可以包括适合于从车辆的周围环境收集信息以用于在控制车辆的操作时使用的各种传感器。例如，传感器130能够包括雷达传感器134、LIDAR(光探测和测距)传感器136、3D定位传感器138(例如，加速度计、陀螺仪、磁力计中的任一个)或卫星导航系统，诸如GPS(全球定位系统)、GLONASS(Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema或全球导航卫星系统)、北斗导航卫星系统(BDS)、伽利略、罗盘等。3D定位传感器138能够用于使用卫星信号来确定车辆在地球上的位置。传感器130能够包括相机140和/或IMU(惯性测量单元)142。相机140能够是单目或立体相机并且能够记录静止图像和/或视频图像。IMU142能够包括能够探测车辆在三个方向上的线性和旋转运动的多个陀螺仪和加速度计。诸如车轮编码器的一个或多个编码器(未图示)可以用于监测车辆100的一个或多个车轮的旋转。每个传感器130能够以可能与其他传感器130的数据速率不同的不同数据速率输出传感器数据。
传感器130的输出可以被提供给一组控制子系统150，包括定位子系统152、规划子系统156、感知子系统154和控制子系统158。定位子系统152能够执行诸如精确地确定车辆100在其周围环境内并且通常在某个参考系内的位置和定向(有时还称为“姿态”)的功能。作为生成标记的自主车辆数据的部分，能够将自主车辆的位置与附加车辆在相同环境中的位置进行比较。感知子系统154能够执行诸如探测、跟踪、确定和/或识别车辆100周围的环境内的对象的功能。能够在跟踪对象时利用根据一些实施方式的机器学习模型。规划子系统156能够执行诸如给定期望目的地以及环境内的静态和移动对象在某个时间框架上为车辆100规划轨迹的功能。能够在规划车辆轨迹时利用根据一些实施方式的机器学习模型。控制子系统158能够执行诸如生成合适的控制信号以用于控制车辆控制系统120中的各种控制以便实现车辆100的规划的轨迹的功能。能够利用机器学习模型来生成一个或多个信号以控制自主车辆实现规划的轨迹。
图1A中图示的类型的多个传感器能够被用于冗余和/或覆盖车辆周围的不同区域，并且可以使用其他类型的传感器。可以使用各种类型和/或组合的控制子系统。子系统152至158的功能性中的一些或全部可以用驻留在一个或多个存储器124中并且由一个或多个处理器122运行的程序代码指令126来实现，并且这些子系统152至158可以在一些实例中使用相同处理器和/或存储器来实现。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，如以上所指出的，多个子系统可以利用电路系统、处理器、传感器和/或其他组件。此外，车辆控制系统120中的各种组件可以以各种方式联网。
在一些实施方式中，车辆100还可以包括辅助车辆控制系统(未图示)，该辅助车辆控制系统可以被用作车辆100的冗余或备份控制系统。在一些实施方式中，辅助车辆控制系统可以能够在车辆控制系统120中出现不利事件的情况下完全地操作自主车辆100，而在其他实施方式中，辅助车辆控制系统可以仅具有有限的功能性，例如，以响应于在主要车辆控制系统120中探测到的不利事件而执行车辆100的受控停止。在另外的其他实施方式中，可以省略辅助车辆控制系统。
可以使用包括软件、硬件、电路逻辑、传感器以及网络的各种组合的各种架构来实现图1A中图示的各种组件。每个处理器可以例如作为微处理器被实现，并且每个存储器可以表示包括主存储装置的随机存取存储器(“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，可编程或闪速存储器)、只读存储器等。另外，可以认为每个存储器包括物理上位于车辆100中别处的存储器存储装置，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，如存储在大容量存储设备或另一计算机控制器上的存储容量。图1A中图示的一个或多个处理器或完全分开的处理器可以用于除了自主控制的目的之外还在车辆100中实现附加功能性，例如，以控制娱乐系统，以操作门、灯、便利特征等。
另外，对于附加存储，车辆100可以包括一个或多个大容量存储设备，例如，可移除盘驱动器、硬盘驱动器、直接存取存储设备(“DASD”)、光驱(例如，CD驱动器、DVD驱动器等)、固态存储驱动器(“SSD”)、网络附接存储、存储区域网络和/或磁带驱动器等。
此外，车辆100可以包括使得车辆100能够接收来自用户或操作者的许多输入并且为用户或操作者生成输出的用户接口164，例如，一个或多个显示器、触摸屏、语音和/或手势接口、按钮和其他触觉控制等。否则，用户输入可以经由另一计算机或电子设备例如经由移动设备上的app或经由web接口接收。
此外，车辆100可以包括适合于与一个或多个网络170(例如，局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、无线网络和/或因特网等)通信以允许与其他计算机和电子设备一起传递信息的一个或多个网络接口，例如网络接口162，所述其他计算机和电子设备包括例如中央服务，诸如云服务，车辆100从其接收用于在其自主控制中使用的环境和其他数据。由一个或多个传感器130收集的数据能够经由网络170被上传到计算系统172以进行附加处理。在一些实施方式中，能够在上传之前向车辆数据的每个实例添加时间戳。
图1A中图示的每个处理器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工作并且运行或者以其他方式依靠如将在下面更详细地描述的各种计算机软件应用、组件、程序、对象、模块、数据结构等。此外，各种应用、组件、程序、对象、模块等还可以在经由网络170耦合到车辆100的另一计算机中的一个或多个处理器上运行，例如，在分布式、基于云的或客户端-服务器计算环境中运行，由此实现计算机程序的功能所需要的处理可以通过网络被分配给多个计算机和/或服务。
一般而言，被运行以实现本文描述的各种实施方式的例程，无论是作为操作系统的部分还是作为特定应用、组件、程序、对象、模块或指令序列或甚至其子集被实现，都将在本文中被称为“程序代码”。程序代码能够包括一个或多个指令，这些指令在各个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运行时，执行运行体现本公开的各个方面的步骤或元件所必要的步骤。此外，虽然已经并在下文中将在全功能计算机和系统的上下文中描述实施方式，但是应领会，本文描述的各种实施方式能够被分发为各种形式的程序产品，并且能够实现这些实施方式而不管用于实际上执行分发的计算机可读介质的特定类型如何。
计算机可读介质的示例包括诸如以下项的有形非暂时性介质：易失性和非易失性存储器设备、软盘和其他可移除盘、固态驱动器、硬盘驱动器、磁带和光盘(例如，CD-ROM、DVD等)等等。
另外，在下文中描述的各种程序代码在特定实施方式中可以基于在其内实现它的应用来识别。接下来的任何特定程序命名法是仅仅为了方便而使用的，因此本公开不应该限于仅仅在由这种命名法识别和/或暗示的任何特定应用中使用。此外，给定可以用来将计算机程序组织成例程、过程、方法、模块、对象等的通常无数个方式以及可以在驻留在典型计算机内的各种软件层(例如，操作系统、库、API、应用、小应用程序等)当中分配程序功能性的各种方式，本公开不限于本文描述的程序功能性的特定组织和分配。
2.用于汽车应用的LIDAR
卡车能够包括LIDAR系统(例如，图1A中的车辆控制系统120、图2中的LIDAR系统200、以及本文描述的其它)。在一些实施方式中，LIDAR系统能够使用频率调制来对光信号进行编码并且使用光学器件来将经编码的光信号散射到自由空间中。通过探测经编码的光信号与从对象反射回的返回信号之间的频率差，经频率调制的(FM)LIDAR系统能够确定对象的位置并且/或者使用多普勒效应来精确地测量对象的速度。在一些实施方式中，FMLIDAR系统可以使用连续波(称为“FMCW LIDAR”)或准连续波(称为“FMQW LIDAR”)。在一些实施方式中，LIDAR系统能够使用相位调制(PM)来对光信号进行编码并且使用光学器件来将经编码的光信号散射到自由空间中。
在一些实例中，对象(例如，穿戴深色衣服的行人)可以具有低反射率，因为它仅向FM或PM LIDAR系统的传感器(例如，图1A中的传感器130)反射回命中该对象的少量(例如，10％或更少)的光。在其他实例中，对象(例如，闪亮路标)可以具有高反射率(例如，高于10％)，因为它向FM LIDAR系统的传感器反射回命中该对象的大量光。
不管对象的反射率如何，与常规LIDAR系统相比，FM LIDAR系统都可以能够探测(例如，分类、识别、发现等)在更大距离(例如，2倍)处的对象。例如，FM LIDAR系统可以探测300米以外的低反射率对象和400米以外的高反射率对象。
为了在探测能力方面实现此类改进，FM LIDAR系统可以使用传感器(例如，图1A中的传感器130)。在一些实施方式中，这些传感器能够是单光子敏感的，从而意味着它们能够探测尽可能最小量的光。虽然FM LIDAR系统在一些应用中可以使用红外波长(例如，950nm、1550nm等)，但是它不限于红外波长范围(例如，近红外：800nm至1500nm；中红外：1500nm至5600nm；以及远红外：5600nm至1,000,000nm)。通过在红外波长中操作FM或PM LIDAR系统，FM或PM LIDAR系统能够在满足眼睛安全性标准的同时广播更强的光脉冲或光束。常规LIDAR系统经常不是单光子敏感的并且/或者仅在近红外波长中工作，从而为了眼睛安全性原因而要求它们限制其光输出(和距离探测能力)。
因此，通过探测在更大距离处的对象，FM LIDAR系统可以具有更多的时间来对意外障碍做出反应。实际上，尤其对于正在以公路速度驾驶的重型车辆(例如，商用货运车辆)，甚至几毫秒的额外时间也能够改进安全性和舒适。
FM LIDAR系统能够瞬时地为每个数据点提供准确速度。在一些实施方式中，速度测量使用多普勒效应来实现，所述多普勒效应基于径向方向上的速度(例如，被探测对象与传感器之间的方向向量)或激光信号的频率中的至少一个来使从对象接收到的光的频率移位。例如，对于在速度小于100米每秒(m/s)的道路上情形下遇到的速度，在1550纳米(nm)的波长下的此移位相当于小于130兆赫兹(MHz)的频移。此频移很小以至于难以在光学域中直接地探测。然而，通过在FMCW、PMCW或FMQW LIDAR系统中使用相干探测，信号能够被转换到RF域，使得能够使用各种信号处理技术来计算频移。这使得自主车辆控制系统能够更快地处理传入数据。
瞬时速度计算还使FM LIDAR系统更容易确定遥远或稀疏的数据点作为对象并且/或者跟踪那些对象如何随着时间而移动。例如，FM LIDAR传感器(例如，图1A中的传感器130)可以仅接收在300米远的对象上的几个返回(例如，命中)，但是如果这些返回给出感兴趣速度值(例如，以>70mph朝向车辆移动)，则FM LIDAR系统和/或自主车辆控制系统可以确定与对象相关联的概率的相应权重。
FM LIDAR系统的更快识别和/或跟踪给予自主车辆控制系统更多的时间来操纵车辆。对对象正在移动有多快的更好理解还允许自主车辆控制系统规划更好的反应。
FM LIDAR系统与常规LIDAR系统相比能够具有更少静态。也就是说，被设计为更加光敏感的常规LIDAR系统通常在明亮阳光下表现不佳。这些系统还倾向于遭受串扰(例如，当传感器得以被彼此的光脉冲或光束混淆时)并且遭受自干扰(例如，当传感器得以被它自己先前的光脉冲或光束混淆时)。为了克服这些缺点，使用常规LIDAR系统的车辆经常需要额外的硬件、复杂的软件和/或更多计算能力来管理此“噪声”。
相比之下，FM LIDAR系统不会遭受这些类型的问题，因为每个传感器被专门地设计成仅对它自己的光特性(例如，光束、光波、光脉冲)做出响应。如果返回光与原先发射的光的定时、频率和/或波长不匹配，则FM传感器能够过滤(例如，移除、忽略等)掉该数据点。因此，FM LIDAR系统以更少的硬件或软件要求产生(例如，生成、导出等)更准确的数据，从而使得能够实现更安全且更平滑的驾驶。
FM LIDAR系统与常规LIDAR系统相比能够更容易扩展。随着更多的自动驾驶车辆(例如，汽车、商用卡车等)出现在道路上，由FM LIDAR系统供以动力的那些车辆很可能将不必对付来自传感器串扰的干扰问题。此外，FM LIDAR系统与常规LIDAR传感器相比使用更少的光峰值功率。因此，能够在单个芯片上生产用于FM LIDAR的光组件中的一些或全部，这产生它自己的益处，如本文所讨论的。
2.1商用货运
图1B是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100B包括用于搬运货物106B的商用卡车102B。在一些实施方式中，商用卡车102B可以包括被配置成长途货物运输、区域货物运输、联运货物运输(即，其中基于道路的车辆被用作多种运输模式之一来移动货物)和/或任何其他基于道路的货物运输应用的车辆。在一些实施方式中，商用卡车102B可以是平板卡车、冷藏卡车(例如，冷藏箱卡车)、通风货车(例如，干式货车)、移动卡车等。在一些实施方式中，货物106B可以是商品和/或产品。在一些实施方式中，商用卡车102B可以包括用于运送货物106B的拖车，诸如平板拖车、低箱拖车、阶梯甲板拖车、可扩展平板拖车、侧箱拖车等。
环境100B包括在离卡车等于或小于30米的距离范围内的对象110B(在图1B中示出为另一车辆)。
商用卡车102B可以包括用于确定到对象110B的距离和/或测量对象110B的速度的LIDAR系统104B(例如，FM LIDAR系统、图1A中的车辆控制系统120、图2中的LIDAR系统200)。虽然图1B示出在商用卡车102B前面安装了一个LIDAR系统104B，但是在商用卡车上的LIDAR系统的数目和LIDAR系统的安装区域不限于特定数目或特定区域。商用卡车102B可以包括被安装到商用卡车102B的任何区域(例如，前面、背面、侧面、顶部、底部、下面和/或底部)上以方便探测相对于商用卡车102B的任何自由空间中的对象的任何数目的LIDAR系统104B(或其组件，诸如传感器、调制器、相干信号生成器等)。
如所示，环境100B中的LIDAR系统104B可以被配置成探测在离商用卡车102B近距离(例如，30米或更小)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
图1C是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100C包括被包括在环境100B中的相同组件(例如，商用卡车102B、货物106B、LIDAR系统104B等)。
环境100C包括在离商用卡车102B(i)大于30米和(ii)等于或小于150米的距离范围内的对象110C(在图1C中示出为另一车辆)。如所示，环境100C中的LIDAR系统104B可以被配置成探测在离商用卡车102B一定距离(例如，100米)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
图1D是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100D包括被包括在环境100B中的相同组件(例如，商用卡车102B、货物106B、LIDAR系统104B等)。
环境100D包括在离商用卡车102B超过150米的距离范围内的对象110D(在图1D中示出为另一车辆)。如所示，环境100D中的LIDAR系统104B可以被配置成探测在离商用卡车102B一定距离(例如，300米)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
在商用货运应用中，由于增加的重量以及相应地此类车辆所需要的更长停车距离，重要的是有效地探测在所有范围处的对象。FM LIDAR系统(例如，FMCW和/或FMQW系统)或PM LIDAR系统由于上述优点非常适合于商用货运应用。结果，配备有此类系统的商用卡车可以具有跨近或远距离安全地移动人和商品两者的增强的能力，从而不仅改进商用卡车的安全性，而且还改进周围车辆的安全性。在各种实施方式中，此类FM或PM LIDAR系统能够被使用在半自主应用或全自主应用中，在半自主应用中商用卡车具有驾驶员并且商用卡车的一些功能使用FM或PM LIDAR系统来自主地操作，在全自主应用中商用卡车完全由FM或LIDAR系统单独或与其他车辆系统相结合地操作。
3.LIDAR系统
图2描绘LIDAR系统200的示例。LIDAR系统200能够用于确定有关对象的参数，诸如距离和速度，并且将参数输出到远程系统。例如，LIDAR系统200能够输出参数以供由以下各项使用：能够响应于接收到的参数而控制车辆的操作的车辆控制器(例如，车辆控制器298)或能够呈现参数的表示的显示器。LIDAR系统200能够是相干探测系统。LIDAR系统200能够用于实现参考图1A至1D描述的系统的各种特征和组件。
LIDAR系统200能够包括激光源204，该激光源发射束206，诸如载波光束。分束器208能够将束206分成束210和参考束212(例如，参考信号)。
调制器214能够对输入束210的一个或多个性质进行调制以生成束216(例如，目标束)。在一些实施方式中，调制器214能够对输入束210的频率进行调制。例如，调制器214能够线性地对输入束210的频率进行调制，使得束216的频率随着时间而线性地增大或减小。作为另一示例，调制器214能够非线性地(例如，以指数方式)对输入束210的频率进行调制。在一些实施方式中，调制器214能够对输入束210的相位进行调制以生成束216。然而，调制技术不限于频率调制和相位调制。任何合适的调制技术能够用于对束的一个或多个性质进行调制。返回到图2，调制器214能够继由分束器208对束206进行分束之后对束210进行调制，使得参考束212未被调制或者调制器214能够对束206进行调制并且向分束器208提供经调制的束，以便分束器208分成目标束和参考束。
被用于输出发射信号的束216能够具有由激光源204输出的束206的大多数能量，而参考束212能够具有显著更少的能量，然而具有充足能量来使得能够与从对象散射的返回束248(例如，返回光)混合。参考束212能够被用作本地振荡器(LO)信号。参考束212通过参考路径并且能够被提供给混合器260。放大器220能够放大束216以输出束222，准直器224能够使该束222准直以输出束226。
如图2中描绘的，循环器228能够位于准直器224与多边形扫描器232之间以接收束226并且向多边形扫描器232输出束230。循环器228能够位于激光源204与准直器224之间。循环器228能够从多边形扫描器232接收返回束248并且将返回束248提供给混合器260。
多边形扫描器232能够包括主体234和限定在主体234的外表面上的面236。多边形扫描器232能够由诸如7000系列铝或8000系列铝的铝制成，所述系列铝能够在诸如自主车辆的车辆的预期操作温度的范围内具有高结构稳定性。用铝制成多边形扫描器232能够允许将面236加工得非常平坦。
多边形扫描器232能够由诸如聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料的聚合材料制成。能够基于诸如多边形扫描器232的形状的热膨胀系数和公差的因素(例如，基于能够用于形成多边形扫描器232的模具)来选择聚合材料。例如，多边形扫描器232能够由在车辆的预期操作温度范围内具有相对低的热膨胀系数的聚合材料制成，以使得多边形扫描器232能够在操作期间维持其形状。能够通过金刚石车削使聚合材料变得平坦。
面236能够是反射的。面236能够通过对主体234进行抛光、在主体234上提供涂层、或者对主体234上提供的涂层进行抛光而形成。例如，面236能够由受保护的金、银或铝(例如，铝的机械抛光)制成。涂层能够通过气相沉积制成。涂层能够大于或等于200纳米(nm)且小于或等于400nm。
面236能够彼此连接并且围绕多边形扫描器232的旋转轴线(例如，与图2中描绘的平面垂直的轴线)延伸。LIDAR系统200能够包括与多边形扫描器232耦合以使多边形扫描器232绕旋转轴线旋转的电机240。
多边形扫描器232能够限定直径(例如，最大直径)使得多边形扫描器232的径向大小/>从多边形扫描器232的中心(例如，可以基于电机240如何与多边形扫描器232耦合与旋转轴线重合的质心)延伸到沿着面236离旋转轴线最大距离处的点，诸如相邻面236之间的离中心最远的拐角。直径/>能够大于或等于50毫米(mm)且小于或等于250mm。
LIDAR系统200的最大设计距离能够取决于直径(以及多边形扫描器232的其他特性，诸如能够通过如本文进一步描述的改变面236实现的采样密度)。增大直径/>能够增大多边形扫描器232的最大设计距离，同时还增大多边形扫描器232的质量(和体积)。随着多边形扫描器232的直径/>变化，发射束242的大小能够变化，包括随着发射束242远离多边形扫描器232移动并且在大小上增大或发散。发射束242的大小能够是发射束242在与发射束242的方向垂直的平面中的径向大小。较大的直径/>能够产生较大的束，随着发射束242远离多边形扫描器232移动，该较大的束将比较小的束在大小上增大相对较少(例如，保持较紧)，这能够导致响应于发射束242而接收到的返回束的强信号。例如，在直径/>是50mm的情况下，最大设计距离能够是约250米；在直径/>是250mm的情况下，最大设计距离能够是约400米或更大。最大设计距离能够对应于在其处信噪比大于阈值信噪比处的最大距离。阈值信噪比能够是5分贝(dB)。阈值信噪比能够是10dB。信噪比能够对应于使用返回束248和参考束212来确定有关对象的距离、速度或多普勒移位数据。
面236能够接收束230并且将束230作为发射束242反射。多边形扫描器232能够限定视场244，该视场244对应于由发射束242随着多边形扫描器232旋转并且多边形扫描器232的面236反射束230以发射发射束242而扫掠的角度。例如，随着特定面236的定向相对于入射在特定面236上的束230的方向改变，发射束242的角度(例如，方位角)将改变，从而使得多边形扫描器232能够越过视场244扫描。多边形扫描器232能够被定向为使得视场244相对于多边形扫描器232扫掠方位角平面。面236能够被定向在相对于旋转轴线的不同角度(例如，仰角)处从而以不同仰角输出束230(或者多边形扫描器232能够被定向为使得基于特定面236相对于束230的方向的定向实现仰角并且基于特定面相对于旋转轴线的定向实现方位角)。
视场244能够与多边形扫描器232的面236的数目对应。例如，视场244能够与由面236执行从而使得束230被转向为束230入射在面236上的角度两倍的反射对应。多边形扫描器的面，包括面236，能够限定为面236的角度(对于规则多边形扫描器，820度/N，其中N是边数)两倍的视场。包括等边(和等角)面的多边形扫描器能够具有跨所有面相等的视场。例如，三面(例如，三角形)多边形扫描器能够具有240度的视场，四面(例如，正方形)多边形扫描器能够具有180度的视场，五面(例如，五边形)多边形扫描器能够具有144度的视场，并且六面(例如，六边形)多边形扫描器能够具有120度的视场。
多边形扫描器232能够被配置成具有越过视场244变化的采样密度(例如，分辨率)。例如，能够基于面236之间的相对长度和角度来配置采样密度。例如，如本文关于诸如多边形扫描器300、400、500、600、700和800的各种多边形扫描器所描述的，面236中的至少两个第一面236与面236中的至少两个第二面236相比能够具有更小的长度。第一面236能够具有小于第二面236的第二视场的第一视场，从而使得比第二视场更密集地越过第一视场扫掠发射束242。多边形扫描器232的面236的数目能够大于或等于6且小于或等于12；增加面236的数目能够允许实现更大的扫描线，同时还增大多边形扫描器232的体积和质量。
发射束242能够从多边形扫描器232输出并且由对象(未示出)作为返回束248(例如，返回信号)反射或以其他方式散射。返回束248能够在能够包括循环器228的接收路径上被接收，并且提供给混合器260。
混合器260能够是光学混合器，诸如90度光学混合器。混合器260能够接收参考束212和返回束248，并且将参考束212和返回束248混合以响应于参考束212和返回束248而输出信号264。信号264能够包括同相(I)分量268和正交(Q)分量272。
LIDAR系统200能够包括从混合器260接收信号264的接收器276。接收器276能够响应于信号264而生成信号280，该信号264可以是电子(例如，射频)信号。接收器276能够包括响应于信号264而输出信号280的一个或多个光电探测器。
LIDAR系统200能够包括处理系统290，该处理系统290能够使用参考图1A描述的车辆控制系统120的特征来实现。处理系统290能够处理有关返回束248接收到的数据，诸如信号280，以确定有关对象的参数，诸如距离和速度。处理系统290能够包括扫描器控制器292，该扫描器控制器292能够提供扫描信号来控制多边形扫描器232的操作，诸如以通过控制电机240来控制多边形扫描器232的旋转速率。处理系统290能够包括多普勒补偿器294，该多普勒补偿器294能够确定与处理返回束248相关联的多普勒移位的符号和大小和基于其的校正距离以及任何其他校正。处理系统290能够包括调制器控制器296，该调制器控制器296能够发送一个或多个电信号来驱动调制器214。
处理系统290能够包括车辆控制器298或者与车辆控制器298通信地耦合以控制为其安装了LIDAR系统200的车辆的操作(例如，以提供车辆的完全或半自主控制)。例如，车辆控制器298能够由车辆的LIDAR系统200或控制电路系统中的至少一个实现。车辆控制器298能够响应于由处理系统298确定的到对象的距离或对象的速度中的至少一个而控制车辆的操作。例如，车辆控制器298能够向车辆的转向系统或制动系统中的至少一个发射控制信号以控制车辆的速度或方向中的至少一个。
图3描绘多边形扫描器300的示例以及使用多边形扫描器300实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表350。多边形扫描器300能够并入参考图2描述的多边形扫描器232的特征并且用于实现参考图2描述的多边形扫描器232。多边形扫描器300能够是凸的。多边形扫描器300包括面304，面304包括第一面304a和第二面304b。如图3中描绘的，第一面304a和第二面304b按三个第一面304a和三个第二面304b的交替次序布置在多边形扫描器300周围。多边形扫描器304能够类似于其中不存在拐角的三角形多边形扫描器(参见虚线轮廓)，从而产生第二面304b。多边形扫描器300能够被制成为实心主体，诸如通过铸造、铣削或模塑，或者被制成为堆叠并结合在一起的子组件(其能够被单独地铸造、铣削或模塑)的装配件。
第一面304a限定第一角度308a和第一长度312a，并且第二面304b限定第二角度308b和第二长度312b。角度308a、308b能够从多边形扫描器300的中心302限定到相应面304的边缘(例如，与相邻面304的交集)。能够沿着面304的表面在边缘之间限定长度312a、312b。第一角度308a大于第二角度308b，并且第一长度312a大于第二长度312b。例如，第一角度308a能够是90度，并且第二角度308b能够是30度。因此，第一面304a能够限定大于由第二面304b限定的第二视场316b(例如，60度)的第一视场316a(例如，180度)。
如图表350所示，第一面304a相对于由第二面304b限定的第二视场316b沿着更大范围的方位角限定相对更大的第一视场316a。视场能够具有重叠部分354(由点划线界定)，该重叠部分354能够是相对于由第一面304a而非第二面304b采样的向外部分使用第一面和第二面304两者采样的方位角视场的中央部分。能够通过来自相对较长的第一面304a和相对较短的第二面304b的扫描线的重叠来实现作为方位角的函数的较大采样密度。因此，多边形扫描器300能够用于针对多边形扫描器300的总体视场的特定部分(诸如能够用于改进自主车辆的操作的部分)选择性地捕获具有较大信噪比的数据。
图4描绘多边形扫描器400的示例以及使用多边形扫描器400实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表450。多边形扫描器400能够类似于多边形扫描器300(例如，类似于三角形多边形扫描器)并且能够具有凹形状因数(例如，包括多个凹部)。多边形扫描器400能够包括面404，面404包括限定第一长度408a、第一角度412a和第一视场416a的第一面404a(例如，三个第一面404a)以及限定小于第一长度408a的第二长度408b、小于第一角度412a的第二角度412b和小于第一视场416a的第二视场416b的第二面404b(例如，三个第二面404b)。例如，第一角度412a能够是90度，第二角度412a能够是30度，第一视场416a能够是180度，并且第二视场416b能够是60度，从而提供60度重叠部分454。
图5描绘多边形扫描器500的示例以及使用多边形扫描器500实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表550。多边形扫描器500能够并入多边形扫描器232、300、400的特征，并且用于实现多边形扫描器232。多边形扫描器500能够是凸的。多边形扫描器500包括面504，面504包括第一面504a(例如，四个第一面504a)和第二面504b(例如，四个第二面504b)。多边形扫描器500能够类似于其中不存在拐角的正方形多边形扫描器(参见虚线轮廓)，从而产生第二面504b。
第一面504a限定第一角度508a、第一长度512a和第一视场516a，并且第二面504b限定小于第一角度508a的第二角度508b、小于第一长度512a的第二长度512b和小于第一视场516a的第二视场516b。例如，第一角度508a能够是60度，第一视场516a能够是120度，第二角度508b能够是30度，并且第二视场516b能够是60度，从而提供60度重叠部分554。
图6描绘多边形扫描器600的示例以及使用多边形扫描器600实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表650。多边形扫描器600能够类似于多边形扫描器500(例如，类似于正方形多边形扫描器)并且能够具有凹形状因数。多边形扫描器600能够包括面604，面604包括限定第一长度608a、第一角度612a和第一视场616a的第一面604a(例如，四个第一面604a)以及限定小于第一长度608a的第二长度608b、小于第一角度612a的第二角度612b和小于第一视场616a的第二视场616b的第二面604b(例如，四个第二面604b)。例如，第一角度612a能够是60度，第二角度612a能够是30度，第一视场616a能够是120度，并且第二视场616b能够是60度，从而提供60度重叠部分654。
图7描绘多边形扫描器700的示例以及使用多边形扫描器700实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表750。多边形扫描器700能够并入多边形扫描器232、300、400、500、600的特征，并且用于实现多边形扫描器232。多边形扫描器700能够是凸的。多边形扫描器700包括面704，面704包括第一面704a(例如，五个第一面504a)和第二面704b(例如，五个第二面704b)。多边形扫描器700能够类似于其中不存在拐角的五边形多边形扫描器(参见虚线轮廓)，从而产生第二面704b。
第一面704a限定第一角度708a、第一长度712a和第一视场716a，并且第二面704b限定小于第一角度708a的第二角度708b、小于第一长度712a的第二长度712b和小于第一视场716a的第二视场716b。例如，第一角度708a能够是48度，第一视场716a能够是96度，第二角度708b能够是24度，并且第二视场716b能够是48度，从而提供48度重叠部分754。
图8描绘多边形扫描器800的示例以及使用多边形扫描器800实现的扫描线(例如，发射束242的扫描线)的图表850。多边形扫描器800能够类似于多边形扫描器700(例如，类似于五边形多边形扫描器)并且能够具有凹形状因数。多边形扫描器800能够包括面804，面804包括限定第一长度808a、第一角度812a和第一视场816a的第一面804a(例如，五个第一面804a)以及限定小于第一长度808a的第二长度808b、小于第一角度812a的第二角度812b和小于第一视场816a的第二视场816b的第二面804b(例如，五个第二面804b)。例如，第一角度812a能够是48度，第二角度812a能够是24度，第一视场816a能够是96度，并且第二视场816b能够是48度，从而提供48度重叠部分654。
图9描绘在前进方向904上移动并且包括多边形扫描器908的车辆900(例如，自主车辆100)以及在前进方向954上移动并且包括两个多边形扫描器958a、958b(统称为多边形扫描器958)的车辆950(例如，自主车辆100)的示例。多边形扫描器908、958能够作为LIDAR系统200的部分并且使用本文描述的各种多边形扫描器(诸如多边形扫描器300、400、500、600、700、800)来实现。车辆900、950能够是自主车辆(例如，可以完全地或部分地以自主方式(即，在没有人类交互的情况下)运行的自主车辆)，包括自主卡车。
车辆900能够包括处于中央位置中的多边形扫描器908，使得多边形扫描器908的视场912向前延伸以相对于车辆900扫掠方位角。多边形扫描器908能够被安装到车辆900上并且相对于车辆900定向，使得视场912能够具有相对高的分辨率或采样密度的重叠区域916，该重叠区域916至少部分地在车辆900前面。多边形扫描器908能够被定位在车辆900上的各种位置中，诸如以将重叠区域916定向来探测有关可能在要由车辆900执行的更复杂机动附近的对象的信息，诸如以将多边形扫描器908定位在车辆900左侧上以对用于执行左转的信息进行采样。
车辆950能够包括在车辆950左侧上的第一多边形扫描器958a以及在车辆950右侧上的第二多边形扫描器958b。第一多边形扫描器958a能够具有包括重叠区域966a的第一视场962a，并且第二多边形扫描器958b能够具有包括重叠区域966b的第二视场962b，其中的每一个被描绘成在车辆950前方延伸。多边形扫描器958能够被定位为使得重叠区域970形成在视场962a、962b之间，这可以进一步促进增大车辆950正前方的采样密度，或者可以被定位得更远，使得视场962a、962b不重叠(例如，以增加来自相对于方向954的横向区域的采样)。
现在已经描述了一些说明性实施方式，显而易见的是，前述内容是说明性的而非限制性的，其已经以示例的方式呈现。具体地，虽然本文呈现的示例中的许多示例涉及方法动作或系统元件的特定组合，但是能够以其它方式来组合这些动作和这些元件以实现相同的目的。结合一个实施方式讨论的动作、元件和特征不旨在从其它实施方式或实施方式中的相似作用排除。
本文使用的措辞和术语是出于描述的目的，并且不应当被视为限制。本文对“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“涉及”、“特征在于”及其变型的使用意味着涵盖其后列出的项、其等效物、以及附加项，以及由其后列出的项排他性地组成的替选实施方式。在一个实施方式中，本文所述的系统和方法由所描述的元件、动作或组件中的一个、所描述的元件、动作或组件中的多于一个的各个组合、或所描述的元件、动作或组件中的全部组成。
对本文中以单数形式提及的系统和方法的实施方式或元件或动作的任何引用还能够包含包括多个这些元件的实施方式，并且本文中以复数形式对任何实施方式或元件或动作的任何引用还能够包含包括仅包括单个元件的实施方式。以单数或复数形式的引用不旨在将目前公开的系统或方法、它们的组件、动作、或元件限制为单数或复数配置。基于任何信息、动作或元件对任何动作或元件的引用能够包括动作或元件至少部分地基于任何信息、动作或元件的实施方式。
本文公开的任何实施方式能够与任何其它实施方式或实施例组合，并且对“实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施方式”等的引用不一定是相互排斥的并且旨在指示结合该实施方式描述的特定特征、结构、或特性能够被包括在至少一个实施方式或实施例中。如本文使用的这样的术语不一定都是指相同的实施方式。能够以与本文公开的方面和实施方式一致的任何方式来将任何实施方式与任何其它实施方式包含性地或排他性地组合。
在附图、具体实施方式或任何权利要求中的技术特征后跟有附图标记的情况下，已经包括附图标记以增加附图、具体实施方式和权利要求的可理解性。因此，附图标记及其缺失都不对任何权利要求元件的范围具有任何限制作用。
本文描述的系统和方法可以在不脱离其特性的情况下以其他特定形式体现。进一步的相对平行、垂直、竖直或其他定位或定向描述包括在纯竖直、平行或垂直定位的+/-10％或+/-10度内的变化。除非另有明确说明，否则对“近似”、“大约”、“基本上”或其他程度术语的引用包括与给定测量、单位或范围的+/-10％的变化。耦合的元件能够被直接地彼此电耦合、机械耦合或物理耦合，或者与中介元件电耦合、机械耦合或物理耦合。因此，本文描述的系统和方法的范围由所附权利要求而不是前面的描述指示，并且在权利要求的等同物的含义和范围内的改变被包含在其中。
术语“耦合”及其变体包括将两个构件直接或间接地接合到彼此。这种接合可以是静止的(例如，永久的或固定的)或可移动的(例如，可移除的或可释放的)。这种接合可以在两个构件直接彼此耦合或耦合到彼此的情况下、在两个构件使用单独的中介构件和任何附加的中间构件彼此耦合的情况下、或者在两个构件使用与两个构件中的一个构件一体地形成为单个单式主体的中介构件彼此耦合的情况下来实现。如果“耦合”或其变体被附加术语修饰(例如，直接耦合)，则上面提供的“耦合”的一般定义由附加术语的简单语言含义修改(例如，“直接耦合”意指在没有任何单独的中介构件的情况下接合两个构件)，从而得到比上面提供的“耦合”的一般定义更窄的定义。这种耦合可以是机械的、电气的或流体的。
对“或”的引用能够被解释为包含性的，使得使用“或”描述的任何术语能够指示单个、一个以上和所有所描述的术语中的任何一种。对“A”和“B”中的至少一个的引用能够包括仅“A”、仅“B”以及“A”和“B”两者。与“包括”或其他开放性术语结合使用的此类引用能够包括附加项目。
所描述的元件和动作的修改，诸如各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数值、安装布置、材料的使用、颜色、取向的变化能够在实质上不背离本文公开的主题的教导和优点的情况下出现。例如，示出为一体地形成的元件能够由多个部件或元件构成，元件的位置能够被颠倒或以其他方式改变，并且离散元件或位置的性质或数量能够被更改或改变。在不脱离本公开的范围的情况下，还能够对所公开的元件和操作的设计、操作条件和布置进行其他替换、修改、改变和省略。
本文对元件的位置(例如，“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”)的引用仅用于描述图中各种元件的定向。应注意，各种元件的定向可以根据其他示例性实施例而不同，并且这样的变化旨在被本公开所涵盖。

Claims (39)

1.一种光探测和测距(LIDAR)系统，包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；以及
扫描器，所述扫描器被成形为不规则多边形，所述扫描器被配置成接收所述第一束并响应于接收到所述第一束而发射第二束，其中，所述扫描器被配置成旋转以发射所述第二束，使得与所述第二束相关联的采样密度随着所述多边形扫描器旋转而变化。
2.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括第一面和与所述第一面相邻的第二面，所述第一面具有第一长度并且所述第二面具有大于所述第一长度的第二长度。
3.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括：第一面，所述第一面具有所述第一面发射所述第一束越过的第一视场；以及第二面，所述第二面具有所述第二面发射所述第二束越过的第二视场，所述第二视场大于所述第一视场。
4.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括第一面和第二面，其中，由所述第一面和所述扫描器的中心限定的第一角度大于由所述第二面和所述中心限定的第二角度。
5.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括具有第一视场的第一面和与所述第一面相邻并且具有与所述第一视场重叠的第二视场的第二面。
6.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括多个面，其中，所述多个面的数目大于或等于六且小于或等于十二。
7.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括多个凹部。
8.根据权利要求1所述的LIDAR系统，进一步包括：
分束器，所述分束器被配置成将所述第一束分成第三束和参考束；
调制器，所述调制器被配置成对所述第一束的一个或多个性质进行调制以输出第四束；
准直器，所述准直器被配置成使所述第四束准直以输出第五束；
循环器，所述循环器被配置成输出入射在所述扫描器上的所述第五束并且从由对象对所述第二束的反射或散射中的至少一个接收返回束；
混合器，所述混合器被配置成将所述参考束与所述返回束混合以输出第六束；以及
接收器，所述接收器被配置成响应于所述第六束而生成指示到所述对象的距离或所述对象的速度中的至少一个的信号。
9.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器由铝或聚合材料中的至少一种制成。
10.根据权利要求1所述的LIDAR系统，进一步包括应用于所述扫描器的主体的涂层。
11.一种LIDAR系统，包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；以及
扫描器，所述扫描器被成形为不规则多边形，所述扫描器被配置成接收所述第一束并响应于接收到所述第一束而发射第二束，其中，所述扫描器包括多个第一面以及以与所述多个第一面的交替次序布置的多个第二面。
12.一种自主车辆控制系统，包括：
扫描器，所述扫描器被成形为不规则多边形并且被配置成发射发射束，其中，所述扫描器包括多个第一面以及以与所述多个第一面的交替次序布置的多个第二面；以及
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成：
使用从由所述对象对所述发射束的反射或散射中的至少一个接收到的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个；并且
响应于所述距离或所述速度中的至少一个而控制自主车辆的操作。
13.根据权利要求12所述的自主车辆控制系统，其中，所述扫描器包括第一面和与所述第一面相邻的第二面，所述第一面具有第一长度并且所述第二面具有大于所述第一长度的第二长度。
14.根据权利要求12所述的自主车辆控制系统，其中，所述扫描器包括：第一面，所述第一面具有所述第一面发射所述第一束越过的第一视场；以及第二面，所述第二面具有所述第二面发射所述第二束越过的第二视场，所述第二视场大于所述第一视场。
15.根据权利要求12所述的自主车辆控制系统，其中，所述扫描器包括第一面和第二面，其中，由所述第一面和所述扫描器的中心限定的第一角度大于由所述第二面和所述扫描器的所述中心限定的第二角度。
16.一种自主车辆，包括：
LIDAR系统，所述LIDAR系统包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；以及
扫描器，所述扫描器具有不规则形状并被配置成响应于接收到所述第一束而输出第二束，所述扫描器限定相对于所述自主车辆的多个方位角视场，所述多个方位角视场的中心重叠部分具有相对于所述多个方位角视场的向外部分的更大的采样密度；
转向系统或制动系统中的至少一个；以及
车辆控制器，所述车辆控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成：
使用来自由所述对象对所述第二束的反射或散射中的至少一个的返回束来确定到对象的距离或对象的速度中的至少一个；并且
响应于所述距离或所述速度中的至少一个而控制所述转向系统或所述制动系统中的至少一个的操作。
17.根据权利要求16所述的自主车辆，其中：
所述扫描器包括具有第一视场的第一面和与所述第一面相邻并且具有第二视场的第二面；并且
所述扫描器被安装到所述自主车辆上，使得所述第一视场和所述第二视场的重叠至少部分地在所述自主车辆前面。
18.根据权利要求16所述的自主车辆，其中，所述扫描器是第一扫描器，所述第一扫描器包括具有第一视场的第一面和与所述第一面相邻并且具有第二视场的第二面，所述自主车辆进一步包括第二扫描器，所述第二扫描器包括具有第三视场的第三面和具有第四视场的第四面，所述第四视场与所述第三视场重叠并且小于所述第三视场。
19.根据权利要求16所述的自主车辆，其中，所述扫描器包括第一面和第二面，其中，由所述第一面和所述扫描器的中心限定的第一角度大于由所述第二面和所述扫描器的所述中心限定的第二角度。
20.一种光探测和测距(LIDAR)系统，包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；以及
扫描器，所述扫描器被成形为不规则多边形，所述扫描器被配置成反射所述第一束以输出第二束作为扫描，所述扫描在所述扫描器的视场的第一部分中比在所述视场的第二部分中具有更大的采样密度。
21.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括多个面，其中，所述多个面中的第一面具有第一长度并且所述多个面中的第二面具有与所述第一长度不同的第二长度。
22.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括多个面，并且所述多个面的数目大于或等于六且小于或等于十二。
23.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器包括多个面，并且其中从所述扫描器的中心到所述多个面中的第一面限定的第一角度大于从所述中心到所述多个面中的第二面限定的第二角度。
24.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器具有大于或等于50毫米(mm)且小于或等于250mm的直径。
25.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器是反射性的。
26.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器由金属材料或聚合材料中的至少一种制成。
27.根据权利要求20所述的LIDAR系统，还包括分束器、调制器或循环器中的至少一个以从所述激光源接收所述第一束并将所述第一束提供给所述扫描器。
28.根据权利要求20所述的LIDAR系统，还包括电机，所述电机被配置成使所述扫描器绕旋转轴旋转，其中，所述扫描器包括以相对于所述旋转轴的不同角度定向的多个面。
29.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器是凸的。
30.一种光探测和测距(LIDAR)系统，包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；以及
多边形扫描器，所述多边形扫描器包括具有不同长度的多个面以输出所述第一束作为扫描，所述扫描在所述多边形扫描器的视场的第一部分中比在所述视场的第二部分中具有更大的采样密度。
31.根据权利要求30所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器具有大于或等于50毫米(mm)且小于或等于250mm的直径。
32.根据权利要求30所述的LIDAR系统，其中，所述扫描器是反射性的。
33.根据权利要求30所述的LIDAR系统，还包括分束器、调制器或循环器中的至少一个以从所述激光源接收所述第一束并将所述第一束提供给所述扫描器。
34.根据权利要求30所述的LIDAR系统，还包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成使用来自由物体对所述第二束的反射或散射中的至少一个的返回光束来确定到所述物体的距离或所述物体的速度中的至少一个。
35.根据权利要求34所述的LIDAR系统，其中，所述一个或多个处理器被配置成使用所述距离或所述速度中的至少一个来控制转向系统或制动系统中的至少一个的操作。
36.一种自主车辆，包括：
LIDAR系统，所述LIDAR系统包括：
激光源，所述激光源被配置成输出第一束；
扫描器，所述扫描器被成形为不规则多边形，所述扫描器被配置成接收所述第一束以输出第二束作为扫描，所述扫描在所述扫描器的视场的第一部分中比在所述视场的第二部分中具有更大的采样密度；
转向系统；
制动系统；以及
车辆控制器，所述车辆控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成：
使用来自由物体对所述第二束的反射或散射中的至少一个的返回光束来确定到所述物体的距离或所述物体的速度中的至少一个；以及
响应于所述距离或所述速度中的至少一个来控制所述转向系统或所述制动系统中的至少一个的操作。
37.根据权利要求36所述的自主车辆，其中：
所述扫描器包括具有第一面视场的第一面和与所述第一面相邻并具有第二面视场的第二面；以及
所述扫描器被安装到所述自主车辆，使得所述第一面视场和所述第二面视场的重叠至少部分地位于所述自主车辆的前方，其中，所述扫描器的所述视场的所述第一部分对应于所述重叠。
38.根据权利要求17所述的自主车辆，其中，所述扫描器是第一扫描器，所述第一扫描器包括具有第一面视场的第一面和与所述第一面相邻并具有第二面视场的第二面，所述自主车辆还包括第二扫描器，所述第二扫描器包括具有第三面视场的第三面和具有第四面视场的第四面，其中，所述第四面视场与所述第三面视场重叠并且小于所述第三面视场。
39.根据权利要求17所述的自主车辆，其中，所述扫描器被配置成被旋转以在相对于所述自主车辆的方位角上扫描所述第二束。
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