CN118369590A - 具有光导歧管的光检测和测距（lidar）设备 - Google Patents

Abstract

示例实施例涉及具有光导歧管的光检测和测距(lidar)设备。示例lidar设备包括发送子系统。发送子系统包括光发射器。发送子系统还包括光学地耦合到光发射器的光导歧管。此外，发送子系统包括光学地耦合到光导歧管的远心透镜组件。lidar设备还包括接收子系统。接收子系统包括远心透镜组件。接收子系统还包括孔板，该孔板具有被限定在其中的孔。孔板被定位在远心透镜组件的焦平面处。此外，接收子系统包括硅光电倍增管(SiPM)，其被定位为接收行进通过孔的光。

Description

具有光导歧管的光检测和测距(LIDAR)设备

背景技术

除非本文另有说明，否则本节中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不因包含在本节中而被承认是现有技术。

光检测和测距(lidar)设备可以估计到给定环境中的对象的距离。例如，lidar设备的发射器子系统可以发射近红外光脉冲，其可以与设备环境中的对象交互。光脉冲的至少一部分可以被重定向回到lidar(例如，由于反射或散射)并由检测器子系统检测。常规的检测器子系统可以包括多个检测器和对应的控制器，该控制器被配置为以高时间分辨率确定相应光脉冲的到达时间。可以基于与给定对象交互的对应的光脉冲的飞行时间来确定lidar设备和给定对象之间的距离。

发明内容

本公开涉及具有光发射器阵列和对应的光检测器阵列的lidar设备。光信号可以由光发射器通过共享远心透镜(shared telecentric lens)发射。这种光信号可以从周围环境中的对象反射，再次发送通过共享远心透镜，然后由光检测器检测。lidar设备还可以包括其它光学设备(例如，光导歧管(light-guide manifold)、像散透镜(astigmaticlens)和孔板(aperture plate))。使用发射功率、发射时间、检测功率和检测时间，可以确定周围环境的一个或多个特征(例如，可以基于发射时间和对应的检测时间生成三维点云)。

在一个方面，提供了一种光检测和测距(lidar)设备。lidar设备包括发送子系统。发送子系统包括光发射器。发送子系统还包括光学地耦合到光发射器的光导歧管。此外，发送子系统包括光学地耦合到光导歧管的远心透镜组件(assembly)。lidar设备还包括接收子系统。接收子系统包括远心透镜组件。接收子系统还包括孔板，该孔板具有限定在其中的孔。孔板被定位在远心透镜组件的焦平面(focal plane)处。此外，接收子系统包括硅光电倍增管(silicon photomultiplier,SiPM)，其被定位为接收行进通过孔的光。

在另一方面，还提供了一种光检测和测距(lidar)设备。lidar设备包括由触发电路(firing circuit)控制的光发射器阵列。lidar设备还包括像散透镜阵列，其被配置为将来自光发射器阵列的光信号耦合到对应的光导歧管阵列中。此外，lidar设备包括共享远心透镜组件，该共享远心透镜组件被配置为从光导歧管接收光信号并将光信号朝向lidar设备周围环境发送。此外，lida r设备包括光检测器阵列。光检测器中的每一个与光发射器中的一个相对应。此外，lidar设备包括孔板，该孔板具有限定在其中的孔阵列。孔阵列中的每个孔与光检测器中的一个相对应。共享远心透镜组件被配置为接收从lidar设备周围环境中的对象反射的光信号，并通过孔阵列将从lidar设备周围环境中的对象反射的光信号发送到光检测器阵列。孔板被定位在共享远心透镜组件的焦平面处。

在另一方面，提供了一种方法。该方法包括从lidar设备的光发射器发射光信号。该方法还包括将光信号耦合到lidar设备的光导歧管中。此外，该方法包括通过光导歧管传播光信号。此外，该方法包括在lidar设备的远心透镜组件处接收光信号。更进一步地，该方法包括将光信号从远心透镜组件发送到lidar设备外部的环境。此外，该方法包括在远心透镜组件处接收来自环境内的一个或多个对象的光信号的反射。另外，该方法包括通过限定在孔板内的孔来耦合来自远心透镜组件的接收的反射。孔板被定位在远心透镜组件的焦平面处。此外，该方法包括在硅光电倍增管(SiPM)处检测接收的反射。

在又一方面，提供了另一种方法。该方法包括从由触发电路控制的光发射器阵列发射多个光信号。该方法还包括使用与光发射器阵列相对应的像散透镜阵列将多个光信号耦合到光导歧管阵列中。光导歧管与光发射器阵列相对应。此外，该方法包括通过光导歧管传播多个光信号。此外，该方法包括在共享远心透镜组件处接收多个光信号。此外，该方法包括将多个光信号从共享远心透镜组件发送到周围环境。更进一步地，该方法包括在共享远心透镜组件处接收来自周围环境内的一个或多个对象的多个光信号的反射。此外，该方法包括通过孔板耦合从共享远心透镜组件接收的反射，该孔板具有限定在其中的孔阵列。孔阵列中的每个孔可以与光检测器阵列内的光检测器相对应。孔板被定位在共享远心透镜组件的焦平面处。甚至更进一步地，该方法包括在光检测器处检测接收的反射。

在另外的方面中，提供了一种具有存储在其中的指令的非暂时性计算机可读介质。指令在由处理器执行时执行方法。该方法包括控制触发电路以使lidar设备的光发射器发射光信号。当发射光信号时，光信号被耦合到lidar设备的光导歧管中。此外，当发射光信号时，光信号通过光导歧管传播。此外，当发射光信号时，在lidar设备的远心透镜组件处接收光信号。此外，当发射光信号时，光信号从远心透镜组件发送到lidar设备外部的环境。另外，当发射光信号时，在远心透镜组件处接收来自环境内的一个或多个对象的光信号的反射。此外，当发射光信号时，接收的反射通过限定在孔板内的孔从远心透镜组件耦合。孔板被定位在远心透镜组件的焦平面处。甚至更进一步地，当发射光信号时，在硅光电倍增管(SiPM)处检测接收的反射。该方法还包括基于接收的反射的检测来确定到环境中的一个或多个对象的距离。

在另外的方面中，还提供了一种具有存储在其中的指令的非暂时性计算机可读介质。指令在由处理器执行时执行方法。该方法包括控制触发电路以使光发射器阵列发射多个光信号。当发射多个光信号时，使用与光发射器阵列相对应的像散透镜阵列将多个光信号发送到光导歧管阵列中。光导歧管阵列中的光导歧管与光发射器阵列相对应。多个光信号通过光导歧管传播。此外，当发射多个光信号时，在共享远心透镜组件处接收多个光信号。然后将多个光信号从共享远心透镜组件发送到周围环境。在共享远心透镜组件处接收来自周围环境内的一个或多个对象的多个光信号的反射。接收的反射通过具有孔阵列的孔板从共享远心透镜组件被发送。孔阵列中的每个孔与光检测器阵列内的光检测器相对应。孔板被定位在共享远心透镜组件的焦平面处。此外，当发射多个光信号时，在光检测器处检测接收的反射。该方法还包括基于接收的反射的检测来确定到周围环境中的一个或多个对象的距离。

通过在适当的情况下参考附图阅读以下详细描述，这些以及其它方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是示出根据示例实施例的载具的功能框图。

图2A是根据示例实施例的载具的物理配置的图示。

图2B是根据示例实施例的载具的物理配置的图示。

图2C是根据示例实施例的载具的物理配置的图示。

图2D是根据示例实施例的载具的物理配置的图示。

图2E是根据示例实施例的载具的物理配置的图示。

图3是根据示例实施例的与自主载具相关的各种计算系统之间的无线通信的概念图示。

图4是根据示例实施例的lidar设备的图示。

图5A是根据示例实施例的基板(substrate)的图示。

图5B是根据示例实施例的基板的图示。

图5C是根据示例实施例的孔板的图示。

图5D是根据示例实施例的基板和孔板的图示。

图6是根据示例实施例的lidar的图示。

图7是根据示例实施例的方法的图示。

具体实施方式

本文设想了示例方法和系统。本文描述的任何示例实施例或特征不一定被解释为比其它实施例或特征优选或有利。本文描述的示例实施例并不意味着限制。将容易理解的是，公开的系统和方法的某些方面可以以各种各样的不同配置来布置和组合，所有这些都在本文中被设想。

此外，图中所示的特定布置不应被视为限制。应当理解，其它实施例可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略所示元件中的一些。此外，示例实施例可以包括图中未示出的元件。

I.概述

lidar设备可以包括发送器、接收器、共享光学透镜组件(例如，远心光学透镜组件)、壳体和一个或多个可调整台(例如，可移动安装件(mount))。

发送器可以包括超过200个光发射器。在一些实施例中，例如，光发射器可以被布置为两组，每组中具有超过100个光发射器设备。光发射器可以包括半导体激光-二极管线阵(例如，InGaAs激光二极管和/或基于量子阱的设备)以及其它可能性。发送器还可以包括脉冲发生器电路(pulser circuit)，该脉冲发生器电路被配置为使对应的光发射器设备发射一个或多个光信号(例如，作为光脉冲)。在一些实施例中，脉冲发生器电路可以包括基于Ga NFET的电路，其被配置为触发脉冲宽度在约1纳秒和约10纳秒之间的光脉冲。在一些实施例中，脉冲发生器电路和对应的光发射器可以基于公共时钟或另一时间参考同时或以预定延迟被触发(fire)。换句话说，发送器可以同时将多个光脉冲发射到环境中。

在一些实施例中，光发射器可以经由一个或多个像散透镜(例如，一个或多个柱面透镜)被光学地耦合到对应的多个光导歧管。通过利用全内反射，光导歧管可以被配置为将光信号朝向对应的反射表面引导。反射表面可以被配置为将光脉冲重定向朝向共享光学透镜组件。在这种情况下，发送器块可以包括超过200个发送通道——每个光发射器及其对应的光导歧管一个发送通道。光导歧管可以允许光信号的发射点在设备的宽表面上分布，同时将光发射器保持在相对紧凑的位置。此外，光导歧管可以是低损耗的(例如，小于10％、小于5％、小于1％或小于0.1％的损耗)，这可以优化在发射点(例如，光导歧管的端部)处被发送到环境中的由光发射器发射的光的量。此外，光导歧管可以提供更低成本、更鲁棒的LIDAR，特别是当使用我们开发的新型制造技术制造时，我们开发的新型制造技术是其它未决专利申请的主题。

接收器可以包括用于每个发送通道的一个接收通道(例如，超过200个接收通道)。类似于发送通道，接收通道可以被布置为两组，每组中具有超过100个接收通道。每个接收通道可以包括在光检测器(例如，硅光电倍增管(SiPM))上方对准的孔(例如，针孔(pinhole))。在示例实施例中，可以在孔板中形成多个孔，使得所有孔可以同时对准以与多个SiPM相对应。这种孔板可以被定位在共享光学透镜组件的焦平面处。在一些示例中，每个SiPM可以包括数千个盖革模式(Geiger-mode)操作的光电检测器，例如，以并联电路配置或以替代电路配置连接的超过2000个单光子雪崩二极管(SP AD)。多个SiPM可以被耦合到公共基板并且由被配置为实现盖革模式操作的电路供电。多个SiPM还可以被耦合到专门被配置为转换来自盖革模式操作的光电检测器的信号的电路和/或控制器。在一些实施例中，各种结构可以在相邻SiPM之间提供电隔离和/或光隔离(例如，以减少相邻接收通道之间的串扰)。例如，一个或多个挡板(baffle)可以光学地隔离相邻的SiPM和/或相邻的光导歧管。在一些实施例中，配对的发送和接收通道可以在空间上被布置，使得接收通道的SiPM至少部分地在对应发送通道的反射表面(例如，被定位在相应光导歧管的发送端处的45度镜)下方。

如上所述，发送通道和接收通道都可以被布置为多个组(例如，两组发送通道和/或两组接收通道)。多个组可以提供冗余。例如，如果第一组发送通道发生故障(malfunction)或失败(fail)(例如，由于影响第一组发送通道的功率损耗)，则第二组发送通道可以保持完全起作用。在这种情况下，可以依赖于第二组发送通道来提供周围环境的适当映射(例如，用于在回退自主载具操作模式下的对象检测和回避)，而第一组发送通道被去激活、修复(例如，重置)和/或替换(例如，通过在其位置使用其它信号)。另外，可以不同地操作多个组以询问周围环境的不同方面。例如，第一组发送通道可以发射第一波长的光信号，而第二组发送通道可以发射第二波长的光信号。附加地或可替代地，第一组发送通道可以以第一偏振发射光信号，而第二组发送通道可以以第二偏振发射光信号。附加地或可替代地，第一组发送通道可以以第一强度或强度模式发送光信号，而第二组发送通道可以以第二强度或第二强度模式发射光信号。此外，第一组发送通道可以在第一时间点或以第一时间模式发射光信号，而第二组发送通道可以在相对于第一时间点的时间延迟处和/或根据第二时间模式发射光信号。强度模式或时间模式可以随时间改变。例如，强度和/或时间模式可以基于自主载具正在行驶通过的环境(例如，天气、一天中的时间、操作设计域(ODD)、道路类型、道路状况、载具附近的实际或潜在道路使用者的密度、载具的地理位置等)或自主载具正在进行的驾驶操纵而随时间改变。对应的光检测器组可以被配置为检测由不同组的发送通道和接收通道发射的不同光信号。

共享光学透镜组件可以包括具有在50mm和500mm之间的焦距和在1.5和3.0之间的f数(其中f数是共享光学透镜组件的焦距与入射光瞳的直径的比率)的多元件远心透镜。其它类型的光学透镜特性是可能的并且在本文中被设想。由发送器块的光发射器发射的光信号可以与共享光学透镜组件的元件交互，以便被定向朝向lidar设备的环境。与环境中的对象交互的光信号可以朝向lidar设备被反射回去。共享光学透镜组件可以收集和聚焦反射的光，用于由接收器块进行光学检测。

在一些实施例中，发送器块、接收器块和共享光学透镜组件的至少一部分可以被包含在壳体内。在一些示例中，壳体可以包括防风雨覆盖物，该防风雨覆盖物可以包括一个或多个光学窗口。壳体还可以包含其它辅助传感器(例如，相机、温度传感器、全球定位系统(GPS)传感器、雷达单元、压力传感器、惯性传感器、湿度传感器等)和/或被配置为在lidar设备和一个或多个计算设备(例如，另一载具计算机和/或云计算资源，诸如云服务器)之间提供通信接口的通信设备。在一些实施例中，壳体可以包括一个或多个加热的光学窗口。可以被涂覆有氧化铟锡(ITO)的加热的光学窗口可以帮助防止冰或霜在寒冷条件下积聚在光学窗口上。在一些实施例中，壳体的至少一部分可以被涂覆有亲水涂层和/或抗反射(anti-reflective,AR)涂层。此外，在一些示例中，壳体可以由黑色玻璃或类似材料形成，其可以被选择或配置为有效地发送lidar设备使用的具有近红外波长的光，同时阻挡可见光谱内的光的传输。其它壳体材料是可能的。

可调整台可以被配置为调整lidar设备相对于环境的指向方向。例如，可移动安装件可以被耦合到壳体并且可以包括致动器马达。在一些实施例中，致动器马达可以被配置为旋转可移动安装件的至少一部分，以便调整lidar设备围绕一个或多个旋转轴(例如，方位角轴和/或仰角轴)的指向方向。在这种情况下，可移动安装件可以在偏转和/或俯仰中以恒定的角速度调整lidar设备的指向方向。附加地或可替代地，可移动安装件可以被配置为调整lida r设备的指向方向，以便获得关于环境中的感兴趣区域的信息。

在一些实施例中，可移动安装件可以被耦合到载具(例如，自主载具或以自主或半自主模式操作的载具)。可替代地，可移动安装件可以被耦合到其它对象，例如建筑物、机器人或其它结构。另外，在一些实施例中，可以以其它方式(例如，波束转向)调整lidar的指向方向。

II.示例系统

以下描述和附图将阐明各种示例实施例的特征。提供的实施例是作为示例的，并且不旨在是限制性的。因此，附图的大小不一定按比例绘制。

现在将更详细地描述本公开范围内的示例系统。示例系统可以在汽车中实现或可以采取汽车的形式。然而，示例系统也可以以其它载具实现或采取其它载具的形式，诸如汽车、卡车、摩托车、公共汽车、船、飞机、直升机、割草机、土方推土机、船、雪地车、飞行器、休闲载具、游乐园载具、农场设备、建筑设备、有轨电车、高尔夫球车、火车、手推车和机器人设备。其它载具也是可能的。此外，在一些实施例中，示例系统可以不包括载具。

现在参考附图，图1是示出示例载具100的功能框图，载具100可以被配置为完全或部分地以自主模式操作。更具体地，载具100可以通过从计算系统接收控制指令而在没有人类交互的情况下以自主模式操作。作为在自主模式下操作的一部分，载具100可以使用传感器来检测并可能识别周围环境的对象以实现安全导航。在一些实施例中，载具100还可以包括使驾驶员能够控制载具100的操作的子系统。

如图1所示，载具100可以包括各种子系统，诸如推进(propulsion)系统102、传感器系统104、控制系统106、一个或多个外围设备108、电源110、计算机系统112(也可以称为计算系统)、数据存储114和用户接口116。在其它示例中，载具100可以包括更多或更少的子系统，每个子系统可以包括多个元件。载具100的子系统和部件可以以各种方式互连。另外，本文描述的载具100的功能可以被划分为附加的功能或物理部件，或者在实施例内组合成更少的功能或物理部件。例如，控制系统106和计算机系统112可以被组合成根据各种操作来操作载具100的单个系统。

推进系统102可以包括可操作用于为载具100提供动力运动的一个或多个部件，并且可以包括引擎/马达118、能量源119、变速器(transmission)120和车轮/轮胎121以及其它可能的部件。例如，引擎/马达118可以被配置为将能量源119转换成机械能，并且可以与内燃机、电动机、蒸汽机或斯特林引擎以及其它可能的选项中的一个或组合相对应。例如，在一些实施例中，推进系统102可以包括多种类型的引擎和/或马达，诸如汽油引擎和电动马达。

能量源119表示可以全部或部分地为载具100的一个或多个系统(例如，引擎/马达118)供电的能量源。例如，能量源119可以与汽油、柴油、其它基于石油的燃料、丙烷、其它基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能电池板、电池和/或其它电力源相对应。在一些实施例中，能量源119可以包括燃料箱、电池、电容器和/或飞轮的组合。

变速器120可以将机械动力从引擎/马达118传递(transmit)到车轮/轮胎121和/或载具100的其它可能的系统。这样，变速器120可以包括齿轮箱、离合器、差速器和驱动轴以及其它可能的部件。驱动轴可以包括连接到一个或多个车轮/轮胎121的轮轴。

在示例实施例内，载具100的车轮/轮胎121可以具有各种配置。例如，载具100可以以独轮车、自行车/摩托车、三轮车或汽车/卡车四轮形式以及其它可能的配置存在。这样，车轮/轮胎121可以以各种方式连接到载具100，并且可以存在于不同的材料中，诸如金属和橡胶。

传感器系统104可以包括各种类型的传感器，诸如GPS122、惯性测量单元(IMU)124、雷达126、激光测距仪/lidar 128、相机130、转向传感器123和节流阀(throttle)/制动传感器125以及其它可能的传感器。在一些实施例中，传感器系统104还可以包括被配置为监测载具100的内部系统(例如，O₂监测器、燃料表、引擎油温、制动器磨损)的传感器。

GPS122可以包括收发器，其可操作用于提供关于载具100相对于地球的位置的信息。IMU 124可以具有使用一个或多个加速度计和/或陀螺仪的配置，并且可以基于惯性加速度来感测载具100的位置和方位变化。例如，IMU 124可以在载具100静止或运动时检测载具100的俯仰和偏转。

雷达126可以表示被配置为使用无线电信号来感测载具100的本地环境内的对象(包括对象的速度和前进方向)的一个或多个系统。这样，雷达126可以包括被配置为发送和接收无线电信号的天线。在一些实施例中，雷达126可以与被配置为获得载具100的周围环境的测量的可安装雷达系统相对应。

激光测距仪/lidar 128可以包括一个或多个激光源、激光扫描仪和一个或多个检测器以及其它系统部件，并且可以以相干模式(例如，使用外差检测)或以非相干检测模式操作。在一些实施例中，激光测距仪/lidar 128的一个或多个检测器可以包括一个或多个光电检测器。这种光电检测器可以是雪崩光电二极管(APD)。在一些示例中，这种光电检测器可以能够检测单光子(例如，SPAD)。此外，这种光电检测器可以被布置(例如，通过串联的电连接)成阵列(例如，如在SiPM中)。在一些示例中，一个或多个光电检测器是盖革模式操作的设备，并且lidar包括被设计用于这种盖革模式操作的子部件。

相机130可以包括被配置为捕获载具100的环境的图像的一个或多个设备(例如，静态相机或摄像机)。

转向传感器123可以感测载具100的转向角，这可能涉及测量方向盘的角度或测量表示方向盘的角度的电信号。在一些实施例中，转向传感器123可以测量载具100的车轮的角度，诸如检测车轮相对于载具100的前向轴线的角度。转向传感器123还可以被配置为测量方向盘的角度、表示方向盘的角度的电信号和载具100的车轮的角度的组合(或子集)。

节流阀/制动传感器125可以检测载具100的节流阀位置或制动位置的位置。例如，节流阀/制动传感器125可以测量加速器(gas pedal)(节流阀)和制动踏板(brake pedal)两者的角度，或者可以测量可以表示例如加速器(节流阀)的角度和/或制动踏板的角度的电信号。节流阀/制动传感器125还可以测量载具100的节流阀体(throttle body)的角度，该节流阀体可以包括向引擎/马达118提供能量源119的调制的物理机制的一部分(例如，蝶形阀或化油器)。另外，节流阀/制动传感器125可以测量载具100的转子上的一个或多个制动垫块的压力，或者加速器(节流阀)和制动踏板的角度、表示加速器(节流阀)和制动踏板的角度的电信号、节流阀体的角度以及至少一个制动垫块施加到载具100的转子的压力的组合(或子集)。在其它实施例中，节流阀/制动传感器125可以被配置为测量施加到载具的踏板(诸如节流阀或制动踏板)的压力。

控制系统106可以包括被配置为辅助导航载具100的部件，诸如转向单元132、节流阀134、制动单元136、传感器融合算法138、计算机视觉系统140、导航/路径系统142和避障系统144。更具体地，转向单元132可以是可操作的以调整载具100的航向(heading)，并且节流阀134可以控制引擎/马达118的操作速度以控制载具100的加速度。制动单元136可以使载具100减速，这可以涉及使用摩擦来使车轮/轮胎121减速。在一些实施例中，制动单元136可以将车轮/轮胎121的动能转换成电流，以用于由系统或载具100的系统随后使用。

传感器融合算法138可以包括卡尔曼滤波器、贝叶斯网络或可以处理来自传感器系统104的数据的其它算法。在一些实施例中，传感器融合算法138可以基于传入的传感器数据提供评估，诸如对各个对象和/或特征的评估、对特定情况的评估和/或对给定情况下的潜在影响的评估。

计算机视觉系统140可以包括可操作以处理和分析图像以努力确定对象、环境对象(例如，交通灯、道路边界等)和障碍物的硬件和软件。这样，计算机视觉系统140可以使用对象识别、运动恢复结构(Structure From Motion,SFM)、视频跟踪和计算机视觉中使用的其它算法，例如，用于识别对象、映射环境、跟踪对象、估计对象的速度等。

导航/路径系统142可以确定载具100的驾驶路径，这可以涉及在操作期间动态地调整导航。这样，导航/路径系统142可以使用来自传感器融合算法138、GPS122和地图以及其它源的数据来导航载具100。避障系统144可以基于传感器数据来评估潜在障碍物，并且使载具100的系统避开或以其它方式越过潜在障碍物。

如图1所示，载具100还可以包括外围设备108，诸如无线通信系统146、触摸屏148、麦克风150和/或扬声器152。外围设备108可以为用户提供控件或其它元件以与用户接口116交互。例如，触摸屏148可以向载具100的用户提供信息。用户接口116还可以经由触摸屏148接受来自用户的输入。外围设备108还可以使载具100能够与诸如其它载具设备的设备通信。

无线通信系统146可以直接或经由通信网络与一个或多个设备无线通信。例如，无线通信系统146可以使用3G蜂窝通信(诸如码分多址(CDM A)、演进数据优化(EVDO)、全球移动通信系统(GSM)/通用分组无线服务(GPRS))或蜂窝通信(诸如4G全球微波接入互操作性(WiMAX)或长期演进(LTE)或5G)。可替代地，无线通信系统146可以使用或其它可能的连接与无线局域网(WLAN)通信。无线通信系统146还可以使用例如红外链路、蓝牙或ZigBee直接与设备通信。在本公开的上下文内，其它无线协议(诸如各种载具通信系统)是可能的。例如，无线通信系统146可以包括一个或多个专用短程通信(DSRC)设备，其可以包括载具和/或路边站之间的公共和/或私有数据通信。

载具100可以包括用于为部件供电的电源110。在一些实施例中，电源110可以包括可充电的锂离子或铅酸电池。例如，电源110可以包括被配置为提供电力的一个或多个电池。载具100还可以使用其它类型的电源。在示例性实施例中，电源110和能量源119可以被集成到单个能量源中。

载具100还可以包括计算机系统112以执行操作，诸如其中描述的操作。这样，计算机系统112可以包括至少一个处理器113(其可以包括至少一个微处理器)，其可操作以执行存储在非暂时性计算机可读介质(诸如数据存储114)中的指令115。在一些实施例中，计算机系统112可以表示可以用于以分布式方式控制载具100的各个部件或子系统的多个计算设备。

在一些实施例中，数据存储114可以包含可由处理器113执行以执行载具100的各种功能(包括上面结合图1描述的那些功能)的指令115(例如，程序逻辑)。数据存储114也可以包含附加指令，包括用于向推进系统102、传感器系统104、控制系统106和外围设备108中的一个或多个发送数据、从推进系统102、传感器系统104、控制系统106和外围设备108中的一个或多个接收数据、与推进系统102、传感器系统104、控制系统106和外围设备108中的一个或多个交互和/或控制推进系统102、传感器系统104、控制系统106和外围设备108中的一个或多个。

除了指令115之外，数据存储114可以存储诸如道路地图、路径信息以及其它信息的数据。在载具100以自主、半自主和/或手动模式操作期间，载具100和计算机系统112可以使用这种信息。

载具100可以包括用于向载具100的用户提供信息或从载具100的用户接收输入的用户接口116。用户接口116可以控制或实现对可以在触摸屏148上显示的交互式图像的内容和/或布局的控制。此外，用户接口116可以包括外围设备108的集合内的一个或多个输入/输出设备，诸如无线通信系统146、触摸屏148、麦克风150和扬声器152。

计算机系统112可以基于从各种子系统(例如，推进系统102、传感器系统104和控制系统106)以及从用户接口116接收的输入来控制载具100的功能。例如，计算机系统112可以利用来自传感器系统104的输入，以便估计由推进系统102和控制系统106产生的输出。根据实施例，计算机系统112可以是可操作的以监测载具100及其子系统的许多方面。在一些实施例中，计算机系统112可以基于从传感器系统104接收的信号禁用载具100的一些或所有功能。

载具100的部件可以被配置为以与其相应系统内或外的其它部件互连的方式工作。例如，在示例实施例中，相机130可以捕获多个图像，该多个图像可以表示关于以自主模式操作的载具100的环境的状态的信息。环境的状态可以包括载具正在其上操作的道路的参数。例如，计算机视觉系统140可以能够基于道路的多个图像来识别斜坡(坡度)或其它特征。另外，GPS122和由计算机视觉系统140识别的特征的组合可以与存储在数据存储114中的地图数据一起使用以确定特定道路参数。此外，雷达126还可以提供关于载具周围环境的信息。

换句话说，各种传感器(其可以被称为输入指示和输出指示传感器)和计算机系统112的组合可以交互以提供被提供用于控制载具的输入的指示或载具周围环境的指示。

在一些实施例中，计算机系统112可以基于由除无线电系统之外的系统提供的数据来做出关于各种对象的确定。例如，载具100可以具有被配置为感测载具视场中的对象的激光器或其它光学传感器。计算机系统112可以使用来自各种传感器的输出来确定关于载具视场中的对象的信息，并且可以确定到各种对象的距离和方向信息。计算机系统112还可以基于来自各种传感器的输出来确定对象是期望的还是不期望的。

尽管图1将载具100的各种部件(即，无线通信系统146、计算机系统112、数据存储114和用户接口116)示出为被集成到载具100中，但是这些部件中的一个或多个可以与载具100分开安装或相关联。例如，数据存储114可以部分地或全部地与载具100分开存在。因此，载具100可以以可以被单独或一起定位的设备元件的形式被提供。构成载具100的设备元件可以以有线和/或无线方式通信地耦合在一起。

图2A-图2E示出了示例载具200，其可以包括结合参考图1的载具100描述的功能中的一些或全部。尽管出于说明性目的，载具200在图2A-2E中被示出为客货车(van)，但是本公开不限于此。例如，载具200可以表示卡车、汽车、半挂车、摩托车、高尔夫球车、越野载具、农用载具等。

示例载具200包括传感器单元202、第一lidar单元204、第二lidar单元206、第一雷达单元208、第二雷达单元210、第一lidar/雷达单元212、第二lidar/雷达单元214和两个附加位置216、218，在两个附加位置216、218处，雷达单元、lidar单元、激光测距仪单元和/或其它类型的一个或多个传感器可以位于载具200上。第一lidar/雷达单元212和第二lidar/雷达单元214中的每一个可以采用lidar单元、雷达单元或两者的形式。

此外，示例性载具200可以包括结合图1的载具100描述的任何部件。第一雷达单元208和第二雷达单元210和/或第一lidar单元204和第二lidar单元206可以主动扫描周围环境以寻找潜在障碍物的存在，并且可以类似于载具100中的雷达126和/或激光测距仪/lidar 128。

传感器单元202安装在载具200的顶部，并且包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置为检测关于载具200周围环境的信息，并输出该信息的指示。例如，传感器单元202可以包括相机、雷达、lidar、测距仪、惯性传感器、湿度传感器和声学传感器的任何组合。传感器单元202可以包括一个或多个可移动安装件，其可以是可操作的以调整传感器单元202中的一个或多个传感器的方位。在一个实施例中，可移动安装件可以包括旋转平台，该旋转平台可以扫描传感器以便从载具200周围的每个方向获得信息。在另一实施例中，传感器单元202的可移动安装件可以在角度和/或方位角和/或高度的特定范围内以扫描方式移动。传感器单元202可以安装在汽车的车顶顶上，但是其它安装位置也是可能的。

另外，传感器单元202的传感器可以分布在不同的位置，并且不需要并置在单个位置。一些可能的传感器类型和安装位置包括两个附加位置216、218。此外，传感器单元202的每个传感器可以被配置为独立于传感器单元202的其它传感器移动或扫描。

在示例配置中，一个或多个雷达扫描仪(例如，第一雷达单元208和第二雷达单元210)可以位于载具200的后部附近，以主动扫描载具200后部附近的环境以寻找无线电反射对象的存在。类似地，第一lidar/雷达单元212和第二lidar/雷达单元214可以安装在载具200的前部附近，以主动扫描载具200前部附近的环境。雷达扫描仪可以被放置(situate)在例如适合于照亮包括载具200的向前移动路径的区域而不被载具200的其它特征遮挡的位置。例如，雷达扫描仪可以嵌入和/或安装在前保险杠、前大灯、整流罩和/或引擎罩等中或附近。此外，可以定位一个或多个附加的雷达扫描设备以主动扫描载具200的侧面和/或后部以寻找无线电反射对象的存在，诸如通过在后保险杠、侧板、门槛板和/或底盘等中或附近包括这种设备。

尽管未在图2A-图2E中示出，但是载具200可以包括无线通信系统。无线通信系统可以包括无线发射器和接收器，其可以被配置为与载具200外部或内部的设备通信。具体地，无线通信系统可以包括被配置为与其它载具和/或计算设备通信的收发器，例如，在载具通信系统或道路站中。这种载具通信系统的示例包括DSRC、射频识别(RFID)和针对智能运输系统的其它提出的通信标准。

载具200可以包括可能在传感器单元202内部的位置处的相机。相机可以是光敏仪器，诸如静态相机、摄像机等，其被配置为捕获载具200的环境的多个图像。为此，相机可以被配置为检测可见光，并且可以附加地或可替代地被配置为检测来自光谱的其它部分的光，诸如红外光或紫外光。相机可以是二维检测器，并且可以可选地具有三维空间范围的灵敏度。在一些实施例中，相机可以包括例如范围检测器，该范围检测器被配置为生成指示从相机到环境中的多个点的距离的二维图像。为此，相机可以使用一种或多种范围检测技术。例如，相机可以通过使用结构光技术来提供范围信息，其中载具200以预定光图案(诸如网格或棋盘图案)照明环境中的对象，并且使用相机来检测预定光图案从环境周围环境的反射。基于反射光图案的失真，载具200可以确定到对象上的点的距离。预定光图案可以包括红外光或用于这种测量的其它合适波长的辐射。在一些示例中，相机可以安装在载具200的前挡风玻璃内。具体地，相机可以被放置为从相对于载具200的方位的前视视图捕获图像。也可以在载具200内部或外部使用相机的其它安装位置和视角。此外，相机可以具有相关联的光学设备(optic)，其可操作以提供可调整的视场。更进一步地，利用可移动安装件相机可以被安装到载具200，以改变相机的指向角度，例如经由平移/倾斜机制。

除了所示的那些之外或代替所示的那些，载具200可以包括一个或多个其它部件。附加部件可以包括电气或机械功能。

载具200的控制系统可以被配置为根据多个可能的控制策略中的控制策略来控制载具200。控制系统可以被配置为从耦合到载具200(在载具200上或在载具200外)的传感器接收信息，基于该信息修改控制策略(和相关联的驾驶行为)，并且根据修改的控制策略控制载具200。控制系统还可以被配置为监测从传感器接收的信息，并且连续地评估驾驶条件；并且还可以被配置为基于驾驶条件的变化来修改控制策略和驾驶行为。

图3是根据示例实施例的与自主载具相关的各种计算系统之间的无线通信的概念图示。特别地，无线通信可以经由网络304在远程计算系统302和载具200之间发生。无线通信也可以发生在服务器计算系统306和远程计算系统302之间，以及服务器计算系统306和载具200之间。

载具200可以与能够在位置之间运输乘客或对象的各种类型的载具相对应，并且可以采取上面讨论的载具中的任何一个或多个的形式。在一些情况下，载具200可以以自主模式操作，该自主模式使得控制系统能够使用传感器测量结果在目的地之间安全地导航载具200。当在自主模式下操作时，载具200可以在有或没有乘客的情况下导航。因此，载具200可以在期望的目的地之间接载和放下乘客。

远程计算系统302可以表示与远程辅助技术相关的任何类型的设备，包括但不限于本文描述的那些。在示例中，远程计算系统302可以表示任何类型的设备，其被配置为(i)接收与载具200相关的信息，(ii)提供接口，操作人员可以通过该接口进而感知信息并输入与信息相关的响应，以及(iii)将响应发送到载具200或其它设备。远程计算系统302可以采取各种形式，诸如工作站、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、移动电话(例如，智能电话)和/或服务器。在一些示例中，远程计算系统302可以包括在网络配置中一起操作的多个计算设备。

远程计算系统302可以包括与载具200的子系统和部件类似或相同的一个或多个子系统和部件。至少，远程计算系统302可以包括被配置用于执行本文描述的各种操作的处理器。在一些实施例中，远程计算系统302还可以包括用户接口，该用户接口包括输入/输出设备，诸如触摸屏和扬声器。其它示例也是可能的。

网络304表示实现远程计算系统302和载具200之间的无线通信的基础设施。网络304还实现服务器计算系统306和远程计算系统302之间以及服务器计算系统306和载具200之间的无线通信。

远程计算系统302的位置可以在示例内变化。例如，远程计算系统302可以具有距载具200的远程位置，其具有经由网络304的无线通信。在另一示例中，远程计算系统302可以与载具200内的计算设备相对应，该计算设备与载具200分离，但是操作人员可以在与载具200的乘客或驾驶员交互的同时与该计算设备交互。在一些示例中，远程计算系统302可以是具有可由载具200的乘客操作的触摸屏的计算设备。

在一些实施例中，由远程计算系统302执行的本文描述的操作可以附加地或可替代地由载具200(即，由载具200的任何系统或子系统)执行。换句话说，载具200可以被配置为提供载具的驾驶员或乘客可以与之交互的远程辅助机制。

服务器计算系统306可以被配置为经由网络304与远程计算系统302和载具200(或者可能直接与远程计算系统302和/或载具200)无线地通信。服务器计算系统306可以表示被配置为接收、存储、确定和/或发送与载具200及其远程辅助有关的信息的任何计算设备。这样，服务器计算系统306可以被配置为执行本文描述的任何操作或这种操作的部分，作为由远程计算系统302和/或载具200执行。与远程辅助相关的无线通信的一些实施例可以利用服务器计算系统306，而其它实施例可以不利用服务器计算系统306。

服务器计算系统306可以包括与远程计算系统302和/或载具200的子系统和部件类似或相同的一个或多个子系统和部件，诸如被配置用于执行本文描述的各种操作的处理器，以及用于从远程计算系统302和载具200接收信息并向远程计算系统302和载具200提供信息的无线通信接口。

上述各种系统可以执行各种操作。现在将描述这些操作和相关特征。

根据上面的讨论，计算系统(例如，远程计算系统302、服务器计算系统306或载具200本地的计算系统)可以操作以使用相机来捕获自主载具的环境的图像。通常，至少一个计算系统将能够分析图像并且可能控制自主载具。

在一些实施例中，为了促进自主操作，载具(例如，载具200)可以以各种方式接收表示载具操作的环境中的对象的数据(在本文中也称为“环境数据”)。载具上的传感器系统可以提供表示环境的对象的环境数据。例如，载具可以具有各种传感器，包括相机、雷达单元、激光测距仪、麦克风、无线电单元和其它传感器。这些传感器中的每一个可以将关于每个相应传感器接收的信息的环境数据传送到载具中的处理器。

在一个示例中，相机可以被配置为捕获静止图像和/或视频。在一些实施例中，载具可以具有以不同方位定位的多于一个相机。此外，在一些实施例中，相机可以能够移动以在不同方向上捕获图像和/或视频。相机可以被配置为将捕获的图像和视频存储到存储器，以供载具的处理系统稍后处理。捕获的图像和/或视频可以是环境数据。此外，相机可以包括如本文所述的图像传感器。

在另一示例中，雷达单元可以被配置为发送将被载具附近的各种对象反射的电磁信号，然后捕获从对象反射的电磁信号。捕获的反射的电磁信号可以使雷达系统(或处理系统)能够关于反射电磁信号的对象做出各种确定。例如，可以确定到各种反射对象的距离和各种反射对象的位置。在一些实施例中，载具可以具有在不同方位上的多于一个雷达。雷达系统可以被配置为将捕获的信息存储到存储器，以供载具的处理系统稍后处理。由雷达系统捕获的信息可以是环境数据。

在另一示例中，激光测距仪可以被配置为发送将被载具附近的目标对象反射的电磁信号(例如，红外光，诸如来自气体或二极管激光器或其它可能光源的红外光)。激光测距仪可以能够捕获反射的电磁(例如，激光)信号。捕获的反射的电磁信号可以使测距系统(或处理系统)能够确定到各种对象的范围。激光测距仪还可以能够确定目标对象的速度或速率并将其存储为环境数据。

另外，在示例中，麦克风可以被配置为捕获载具周围环境的音频。由麦克风捕获的声音可以包括紧急载具警报器和其它载具的声音。例如，麦克风可以捕获救护车、消防车或警车的警报器的声音。处理系统可以能够识别捕获的音频信号指示紧急载具。在另一示例中，麦克风可以捕获另一载具的排气的声音，例如来自摩托车的排气的声音。处理系统可以能够识别捕获的音频信号指示摩托车。由麦克风捕获的数据可以形成环境数据的一部分。

在又一示例中，无线电单元可以被配置为发送电磁信号，该电磁信号可以采用蓝牙信号、802.11信号和/或其它无线电技术信号的形式。第一电磁辐射信号可以经由位于无线电单元中的一个或多个天线发送。此外，第一电磁辐射信号可以利用许多不同的无线电信令模式之一来发送。然而，在一些实施例中，期望以信令模式发送第一电磁辐射信号，该信令模式请求来自位于自主载具附近的设备的响应。处理系统可以能够基于传送回到无线电单元的响应来检测附近的设备，并且使用该传送的信息作为环境数据的一部分。

在一些实施例中，处理系统可以能够组合来自各种传感器的信息，以便做出载具的环境的进一步确定。例如，处理系统可以组合来自雷达信息和捕获的图像两者的数据，以确定另一载具或行人是否在自主载具前方。在其它实施例中，处理系统可以使用传感器数据的其它组合来做出关于环境的确定。

当在自主模式下操作时，载具可以在几乎没有人工输入的情况下控制其操作。例如，操作人员可以将地址输入到载具中，然后载具可以能够在没有来自人类的进一步输入的情况下(例如，人类不必转向或碰触制动器/加速器)驾驶到指定目的地。此外，当载具自主操作时，传感器系统可以接收环境数据。载具的处理系统可以基于从各种传感器接收的环境数据来改变载具的控制。在一些示例中，载具可以响应于来自各种传感器的环境数据而改变载具的速度。载具可以改变速度以避开障碍物、遵守交通法规等。当载具中的处理系统识别出载具附近的对象时，载具可能能够改变速度，或者以另一种方式改变移动。

当载具检测到对象但对对象的检测不是高度确信时，载具可以请求操作人员(或更强大的计算机)执行一个或多个远程辅助任务，诸如(i)确认对象是否实际上存在于环境中(例如，如果实际上存在停车标志或如果实际上不存在停车标志)，(ii)确认载具对对象的识别是否正确。(iii)如果识别不正确，则校正识别和/或(iv)为自主载具提供补充指令(或修改当前指令)。远程辅助任务还可以包括操作人员提供指令以控制载具的操作(例如，如果操作人员确定对象是停车标志，则指示载具在停车标志处停车)，尽管在一些场景中，载具本身可以基于与对象的识别相关的操作人员的反馈来控制其自己的操作。

为了促进这一点，载具可以分析表示环境的对象的环境数据，以确定具有低于阈值的检测置信度的至少一个对象。载具中的处理器可以被配置为基于来自各种传感器的环境数据来检测环境的各种对象。例如，在一个实施例中，处理器可以被配置为检测对于载具识别可能是重要的对象。这种对象可以包括行人、街道标志、其它载具、其它载具上的指示信号以及在捕获的环境数据中检测到的其它各种对象。

检测置信度可以指示确定的对象在环境中被正确地识别或者存在于环境中的可能性。例如，处理器可以执行接收的环境数据中的图像数据内的对象的对象检测，并且基于不能以高于阈值的检测置信度识别对象来确定至少一个对象具有低于阈值的检测置信度。如果对象的对象检测或对象识别的结果是不确定的，则检测置信度可以低或低于设置的阈值。

载具可以根据环境数据的来源以各种方式检测环境的对象。在一些实施例中，环境数据可以来自相机并且是图像或视频数据。在其它实施例中，环境数据可以来自lidar单元。载具可以分析捕获的图像或视频数据以识别图像或视频数据中的对象。该方法和设备可以被配置为监测图像和/或视频数据以确定环境的对象的存在。在其它实施例中，环境数据可以是雷达、音频或其它数据。载具可以被配置为基于雷达、音频或其它数据来识别环境的对象。

在一些实施例中，载具用于检测对象的技术可以基于已知数据的集合。例如，与环境对象相关的数据可以被存储到位于载具中的存储器。载具可以将接收的数据与存储的数据进行比较以确定对象。在其它实施例中，载具可以被配置为基于数据的上下文来确定对象。例如，与建筑相关的街道标志通常可以具有橙色。因此，载具可以被配置为检测为橙色的对象，以及位于道路侧面附近作为建筑相关的街道标志。另外，当载具的处理系统在捕获的数据中检测到对象时，它还可以计算每个对象的置信度。

此外，载具还可以具有置信度阈值。置信度阈值可以取决于正被检测的对象的类型而变化。例如，对于可能需要来自载具的快速响应动作的对象(诸如另一载具上的刹车灯)，置信度阈值可能较低。然而，在其它实施例中，置信度阈值对于所有检测的对象可以是相同的。当与检测的对象相关联的置信度大于置信度阈值时，载具可以假设对象被正确地识别，并且基于该假设响应地调整载具的控制。

当与检测的对象相关联的置信度小于置信度阈值时，载具采取的动作可以变化。在一些实施例中，尽管置信度水平低，但是载具可以如同检测的对象存在一样做出反应。在其它实施例中，载具可以如同检测到的对象不存在一样做出反应。

当载具检测到环境的对象时，它还可以计算与特定检测的对象相关联的置信度。可以根据实施例以各种方式计算置信度。在一个示例中，当检测到环境的对象时，载具可以将环境数据和与已知对象相关的预定数据进行比较。环境数据与预定数据之间的匹配越接近，置信度越高。在其它实施例中，载具可以使用环境数据的数学分析来确定与对象相关联的置信度。

响应于确定对象具有低于阈值的检测置信度，载具可以向远程计算系统发送对对象的识别的远程辅助的请求。如上所述，远程计算系统可以采取各种形式。例如，远程计算系统可以是载具内的计算设备，该计算设备与载具分离，但是操作人员可以在载具的乘客或驾驶员的同时与该计算设备交互，诸如用于显示远程辅助信息的触摸屏界面。附加地或可替代地，作为另一示例，远程计算系统可以是远程计算机终端或位于不靠近载具的位置处的其它设备。

对于远程辅助的请求可以包括包括对象的环境数据，诸如图像数据、音频数据等。载具可以通过网络(例如，网络304)并且在一些实施例中经由服务器(例如，服务器计算系统306)将环境数据发送到远程计算系统。远程计算系统的操作人员又可以使用环境数据作为响应请求的基础。

在一些实施例中，当检测到对象具有低于置信度阈值的置信度时，可以给予对象初步识别，并且载具可以被配置为响应于初步识别来调整载具的操作。这种操作的调整可以采取停止载具、将载具切换到人为控制模式、改变载具的速度(例如，速率和/或方向)以及其它可能的调整的形式。

在其它实施例中，即使载具检测到具有满足或超过阈值的置信度的对象，载具也可以根据检测到的对象操作(例如，如果对象以高置信度被识别为停车标志，则停车)，但是可以被配置为在载具根据检测到的对象操作的同时(或稍后)请求远程辅助。

图4是根据示例实施例的lidar设备400的图示。在一些实施例中，lida r设备400可以是自主载具的部件，并且可以用于对象检测和避开。lidar设备400可以包括基板412、孔板422、检测器基板433、冷却部件452和共享远心透镜组件460。此外，lidar设备400可以包括罩(casing)470，罩470被配置为一旦被安装在罩470中就将lidar设备400的部件相对于彼此保持在适当的位置和/或方位(例如，罩470对于由lidar设备400的光发射器发射的光信号可以是透明的)。下面将参考图5A-图5D示出和描述基板412、孔板422和检测器基板433。

冷却部件452可以冷却lidar设备400的一个或多个部件。例如，冷却组件452可以冷却lidar设备400的一个或多个控制器(例如，包括处理器)。附加地或可替代地，冷却组件452可以冷却lidar设备400的一个或多个光发射器、与lidar设备400的光发射器相关联的一个或多个触发电路和/或lid ar设备400的一个或多个光检测器。在一些实施例中，冷却部件452可以包括一个或多个被动冷却设备(例如，散热器)。在其它实施例中，冷却部件452可以包括一个或多个主动冷却设备(例如，风扇或液体冷却设备)。

共享远心透镜组件460可以在lidar设备400内的发送通道和接收通道之间共享。例如，共享远心透镜组件460可以从基板412上的光导歧管接收发送的光信号，并朝向lidar设备周围环境发射那些光信号。同样，共享远心透镜组件460可以接收从lidar设备400周围环境中的对象反射的光信号。这种接收的光信号可以通过孔板422中的孔被发送到检测器基板433上的光检测器阵列。在替代实施例中，发送通道可以使用与接收通道不同的透镜组件。

因为共享远心透镜组件460是远心地设计的，所以使用lidar设备400生成的周围场景(例如，点云)的可视化可以是正交的。这样，可以使用lida r设备400精确地确定周围环境中的对象的大小和形状，而与lidar设备400的视场内的对象的位置无关。

共享远心透镜组件460可以包括一系列级联透镜元件，如图4所示。虽然图4中示出五个级联透镜，但应理解，可以附加或替代地使用其它数量的透镜(例如，一个透镜、两个透镜、三个透镜、四个透镜、六个透镜、七个透镜、八个透镜、九个透镜、十个透镜等)。无论远心透镜组件460中包括的透镜的数量如何，级联透镜都可以分成一组或多组。例如，图4所示的共享远心透镜组件460可以包括三组透镜。

第一组透镜可以具有正焦距和正焦度(positive power)。第一组透镜可以引入正球面像差(positive spherical aberration)和正场曲率(positive fiel d curvature)。此外，第一组中的透镜元件可以由具有高折射率(例如，n>1.6)的材料构成，以使累积的球面像差最小化。附加地或可替代地，第一组透镜可以包括两个或多个不同的透镜元件以进一步最小化球面像差(例如，具有正焦度的两个透镜可以具有比具有等效正焦度的单个透镜更小的球面像差)。在其它实施例中，第一组可以包括单个透镜元件。

第二组透镜(例如，位于第一组透镜和第三组透镜之间)可以具有负焦度(negative power)。该第二组可以补偿由第一组透镜引入到信号中的球面像差和/或场曲率。在一些实施例中，第二组透镜还可以包括两个或多个不同的透镜元件。在其它实施例中，第二组可以包括单个透镜元件。另外，第二组中的透镜元件可以由具有比第一组中的透镜元件更低的折射率的材料构成(例如，n<1.6，以便更大地减少球面像差量和场曲率)。第二组透镜的负焦度在大小上可以低于第一组透镜的正焦度。这样，第二组透镜可以补偿由第一组透镜产生的像差，同时保持第一组和第二组之间的正总焦度(positiv e overallpower)(例如，和正有效焦距)。

第三组透镜可以具有正焦度(例如，类似于第一组透镜)。在一些实施方案中，第三组可包括单个透镜元件。在其它实施例中，第三组透镜可以包括两个或多个透镜元件。可以基于第一组透镜及第二组透镜选择第三组透镜的焦距，使得共享远心透镜组合件460中的透镜组合是远心的。另外，第三组中的透镜元件可以由具有高折射率(例如，n>1.6)的材料构成，以减少球面像差。

使用具有上述折射率的材料可以减少球面像差。然而，在传统的多波长成像系统中，这种折射率可能导致不期望的色差(例如，因为具有较高折射率的玻璃倾向于相对于折射率具有更大的波长依赖性，即，经历更高的光学色散)。然而，如果lidar设备400包括发射窄带波长内的光的光发射器，则可以减轻这种色差，从而即使在共享远心透镜组件460中具有有限数量的透镜元件的情况下也允许增强的图像质量，而没有不利的色差效应。

图5A是lidar设备的基板(例如，图4中所示的lidar设备400的基板412)的图示。基板412可以包括一个或多个安装孔402、一个或多个对准标记404、光发射器阵列406、光导歧管阵列408、导电迹线(conductive trac e)410和触发电路444。

安装孔402可以用于将基板412附接到lidar设备400的其它部件。例如，安装孔402可以是通孔，孔板422通过该通孔附接到基板412。在一些实施例中，安装孔402可以是带螺纹的，使得螺栓或螺钉可以被用于将基板412固定到其它部件。在一些实施例中，基板412可以使用栓(pin)、卡扣(snap)和/或夹具(clamp)(例如，具有或不具有在基板412内限定的安装孔402)附接到lidar设备400的其它部件。在一些实施例中，安装孔402可以用于对准lidar设备400的一个或多个部件。例如，安装孔402可以具有插入其中的参考栓，以确保光发射器406与其对应的光检测器434对准。更进一步地，除了用于对准的参考栓之外，可以使用压缩弹簧(未示出)将孔板422附接到基板412和/或将检测器基板433附接到基板412。

在一些实施例中，对准标记404可以用于将基板412与基板412附接到的其它部件对准(例如，除了用于对准的安装孔402之外或代替用于对准的安装孔402)。例如，对准标记404可以相对于孔板422和/或检测器基板433适当地定位基板412，使得发送和接收的光信号可以适当地穿过孔板422中的孔并到达检测器基板433上的光检测器。如图所示，对准标记404可以被定位在基板412的四个角附近。虽然在图5A中示出了四个对准标记404，但是在本文中应当理解和设想，在替代实施例中，其它数量的对准标记也是可能的(例如，零个、一个、两个、三个、五个、六个、七个、八个、九个、十个等)。此外，本文中应理解和设想，任何对准标记的其它形状、大小和位置也是可能的。附加地或可替代地，基板的对准标记可以具有不均匀的形状和/或大小(例如，一个对准标记可以大于另一个对准标记和/或具有与另一个对准标记不同的形状)。

阵列中的光发射器406可以包括诸如激光二极管的光源。在一些实施例中，光发射器406可以包括脉冲光源。例如，光源可以包括一个或多个脉冲激光器(例如，Q开关激光器)。在替代实施例中，可以使用连续波(CW)光源。在一些实施例中，光发射器406可以包括被耦合到光放大器的光纤激光器。特别地，光纤激光器可以是其中有源增益介质(activegain medium)(即，激光器内的光学增益源)在光纤中的激光器。此外，光纤激光器可以以各种方式布置在lidar设备400内(例如，部分地放置在基板412上或完全被放置在基板412上)。然而，在其它实施例中，阵列中的一个或多个光发射器406可以附加地或可替代地包括发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLE D)、发光聚合物(LEP)、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)和/或被配置为选择性地发送、反射和/或发射光以提供发射的光束和/或脉冲的任何其它设备。光发射器406可以被配置为朝向周围环境中的对象发射光信号，当被这种对象反射时，该光信号可以由检测器检测以确定lidar设备400和相应对象之间的距离。

由光发射器406发射的波长范围可以例如在电磁光谱的紫外、可见和/或红外部分中。在一些示例中，波长范围可以是窄波长范围，诸如由激光器提供。在一些实施例中，波长范围包括大约905nm的波长。注意，该波长仅作为示例提供，并不意味着限制。

由阵列中的光发射器406发射的光信号(例如，光脉冲)可以耦合到光导歧管408的对应阵列中。附加地或可替代地，由光发射器406发射的光信号可以在被耦合到光导歧管408中之前被重定向、聚焦、准直、滤波和/或以其它方式调整。在一些实施例中，耦合光信号可以包括将光导歧管408直接地邻接到光发射器406的发射表面。可替代地，将来自光发射器406的光耦合到光导歧管408中可以通过耦合光发射器406和光导歧管408之间的光学设备来实现。例如，一个或多个布拉格光栅可以被定位在光发射器406和光导歧管408之间。在其它实施例中，像散透镜阵列可以用于将来自光发射器阵列406的光信号耦合到对应的光导歧管阵列408中。例如，像散透镜(例如，柱面透镜)可以被定位在每个光发射器406和每个对应的光导歧管408之间。可替代地，可以使用两个像散透镜(例如，柱面透镜)将光信号耦合到光导歧管408中。例如，第一柱面透镜可以在基板412的左侧的每个光发射器406和基板412的左侧的光导歧管408之间，在基板412的左侧横跨基板412的整个长度。因此，第一柱面透镜可以将来自基板412的左侧的每个光发射器406的光信号耦合到基板412的左侧的对应的光导歧管408中。类似地，第二柱面透镜可以在基板412的右侧的每个光发射器406和基板412的右侧的光导歧管408之间，在基板412的右侧横跨基板412的整个长度。同样，第二柱面透镜可以将来自基板412的右侧的每个光发射器406的光信号耦合到基板412的右侧的对应的光导歧管408中。其它光耦合结构是可能的并且在本文中被设想。

光导歧管408可以接收由光发射器406发射的光信号。在接收到来自光发射器406的光信号之后，光导歧管408可以各自将相应光信号从相应光导歧管408的一端传播到另一端。在一些实施例中，光导歧管408可以包括光波导。这种光波导可以由具有比lidar设备400内的周围介质(例如，空气、真空等)更高的折射率的材料(例如，光致抗蚀剂、环氧树脂等)制造。因此，光信号可以通过全内反射从光导歧管408的一端传播到另一端。换句话说，当光信号与光导歧管408和周围介质之间的界面交互时，只要入射角小于临界角(例如，其可以基于光导歧管408与周围介质相比的相应折射率的比率)，光信号就可以在内部反射。

基于上述传播，耦合到光导歧管408的第一端中的光信号的至少一部分可以到达光导歧管408的相对的输出端。反射镜409可以位于每个光导歧管408的输出端。反射镜409可以包括相应光波导的成角度部分(例如，以30°和60°之间的角度，诸如45°)上的反射材料。基于该角度，可以在负z方向上定向相应光信号的一部分(例如，进入页面，如图5A所示)。然后，光信号可以通过共享远心透镜组件460并从lidar设备400出来到周围环境。光导歧管408的端部可以相对于共享远心透镜组件460被定位，使得发射的光信号在一定范围的方位角和/或仰角上被发送到周围环境中(例如，以询问周围环境内的对应的角度范围)。例如，基于基板412上的光发射器406的(x，y)位置阵列(例如，如图5A所示)，从光导歧管408发送到共享远心透镜组件460(例如，通过孔板422)的每个光信号可以拦截共享远心透镜组件460上的不同位置。由于这一点和共享远心透镜组件460的形状，光信号可以在方位角和/或仰角的范围内扩散。

在一些实施例中，基板412可以在光导歧管408的输出端下方部分或完全透明和/或部分或完全半透明。这可以允许被发送到环境或从环境返回的光信号(例如，并且被定向通过共享远心透镜组件460和孔板422中的孔432)穿过和/或围绕光导歧管408和基板412的输出端，并且被定向到周围环境(在发送侧)或由光检测器434的阵列检测(在接收侧)(例如，如参考图5B和图5D所示和所描述)。在其它实施例中，基板412可以具有在其中限定在光导歧管408的输出端下方的孔，再次允许被发送到环境或从环境返回的光信号穿过和/或围绕光导歧管408和基板412的输出端，并且被定向到周围环境(在发送侧)或由光检测器434的阵列检测(在接收侧)。

在替代实施例中，反射镜409可以包括被定位在光导歧管408的端部处的一个或多个替代反射镜(例如，铝玻璃反射镜或银玻璃反射镜)。这种替代反射镜也可以相对于光导歧管408内的光信号的传播方向以一定角度被定位，以便将光信号定向出去光导歧管408并朝向周围环境。

应当理解，光导歧管408可以采用与图5A(其仅作为示例提供)中所示的那些不同的形状。例如，一些光导歧管408可以具有如图所示的s形，而其它光导歧管是直线或其它曲线(例如，弧)。任何形状的光导歧管都是可能的，只要由相应光发射器406发射的光信号的至少一部分可以传播通过光导歧管408并最终传播出去lidar设备400即可。此外，一些实施例可以包括与图5A所示不同数量的光导歧管408和/或光发射器406。

还应当理解，光导歧管408可以包括除了光波导之外或代替光波导的部件。例如，光导歧管408可以包括一系列反射镜，以将来自光发射器406的光信号定向到远心透镜组件460。此外，在一些实施例中，光导歧管408可以附加地或可替代地用在接收通道中(例如，将从场景反射并由lidar设备接收的光信号传播到一个或多个光检测器)。

在一些实施例中，光导歧管408可以在基板412上分开足够的距离，以便防止串扰(例如，防止相邻光波导之间的光信号的交叉耦合)。附加地或可替代地，在一些实施例中，一个或多个挡板可以被定位在光导歧管408之间。挡板对于由光发射器406发射的光信号的一个或多个波长可以是不透明的。这种挡板可以防止通道之间的串扰(例如，在发送侧和接收侧两者上)。

光发射器406的阵列可以由触发电路444供电和/或控制。如图所示，触发电路444可以通过限定在基板412中的导电迹线410连接到一个或多个光发射器406。图5A示出了将触发电路444连接到基板412的左侧的光发射器406的第一导电迹线410和将触发电路444连接到基板412的右侧的光发射器406的第二导电迹线410。应当理解，这仅作为示例提供。在其它实施例中，触发电路444可以通过单独的导电迹线单独地连接到每个光发射器406。可替代地，触发电路444可以通过导电迹线连接到光发射器组406。例如，五组光发射器406可以通过导电迹线连接到触发电路444。以这种方式，五组光发射器406可以由触发电路444同时触发。组内的其它数量的光发射器406也是可能的。

在一些实施方案中，触发电路444可以包括一个或多个电容器。这种电容器可以由一个或多个电源充电。然后，为了使光发射器406发射光信号(即，“触发”)，电容器中存储的能量可以通过光发射器406放电。在一些实施例中，触发电路444可以使光发射器406彼此同时发射光信号。在其它实施例中，触发电路444可以使光发射器406顺序地发射光信号。

其它触发模式(包括随机和伪随机触发模式)也是可能的并且在本文中被考虑。例如，如图5A所示，光发射器406的阵列可以被分成光发射器的子阵列(例如，与基板412的左侧的光发射器406相对应的第一子阵列和与基板412的右侧的光发射器406相对应的第二子阵列)。光发射器406的子阵列可以彼此独立地供电。这样，第一光发射器子阵列406和第二光发射器子阵列406可以被配置为在彼此不同的时间被触发(例如，第二光发射器子阵列406可以相对于第一光发射器子阵列406的触发延迟地被触发，反之亦然)。第一光发射器子阵列和第二光发射器子阵列406可以与第一光检测器子阵列和第二光检测器子阵列434相对应(例如，在基板412的背侧，如图5B所示)。第一光检测器子阵列和第二光检测器子阵列434也可以彼此独立地供电。基于第一光发射器子阵列406和第二光发射器子阵列406之间的触发时间的差异，使用第一光检测器子阵列434和第二光检测器子阵列434的信号检测也可以在时间上交错。

另外，在一些实施例中，触发电路444可以由控制器(例如，被配置为执行在非暂态计算机可读介质上存储的指令的微处理器)控制。控制器可以经由触发控制信号(例如，根据预定义模式)使用触发电路444选择性地触发光发射器406。在一些实施例中，控制器还可以被配置为控制lidar设备400的其它功能。例如，控制器可以基于从lidar设备400中的光检测器434接收的电信号来控制与lidar设备400相关联的一个或多个可移动台的移动和/或生成lidar设备400周围环境的点云表示，该电信号与检测的从环境中的对象反射的光信号相对应。在各种实施例中，可以基于与发射信号的强度相比的检测信号的强度和/或基于与发射信号的定时相比的检测信号的定时来完成生成点云表示。在替代实施例中，关于检测的光信号和/或发射的光信号的数据(例如，定时数据或强度数据)可以被发送到单独的计算设备(例如，远程定位的服务器计算设备或车载载具控制器)。单独的计算设备可以被配置为生成点云表示(例如，并将点云表示存储在存储器中和/或将点云表示发送到lidar控制器)。

图5B是根据示例实施例的检测器基板433的图示。例如，检测器基板433可以具有限定在其上的光检测器434的阵列。类似于图5A中示出的基板412，检测器基板433可以包括一个或多个安装孔402。类似于图5A示出的光发射器406，一个或多个导电迹线410可以延伸(run)到每个光检测器434。

导电迹线410可以连接到控制器(例如，触发电路444内的控制器，如图5A所示)。控制器可以从光检测器434接收与光检测器434内的检测事件相对应的电信号。此外，控制器可以使用这种电信号来确定关于lidar设备400周围环境中的对象的信息。例如，控制器可以基于电信号确定到周围环境中的一个或多个对象的范围和/或周围环境中的一个或多个对象的反射率。如图所示，导电迹线410可以连接到多个光检测器434。这样，来自每个光检测器434的电信号可以包括识别信息(例如，报头代码)以识别电信号源自哪个光检测器434。附加地或可替代地，光检测器434可以被配置为根据特定定时方案沿着相同的导电迹线410发送电信号，使得电信号可以通过控制器与信号源自的光检测器434匹配。在替代实施例中，每个导电迹线410可以仅连接到单个光检测器434(例如，单个导电迹线可以在控制器和单个光检测器434之间延伸)。在这种实施例中，可以不使用电信号的复用。

光检测器434可以包括各种类型的检测器(例如，单光子检测器)。例如，光检测器434可以包括SPAD和/或SiPM。SPAD可以采用反向偏置p-n结(即，二极管)内的雪崩击穿来增加SPAD上的给定入射照明的输出电流。此外，SPAD可以能够针对单个入射光子生成多个电子-空穴对。附加地或可替代地，光检测器434可以包括APD。在一些实施例中，光检测器434可以被偏置高于雪崩击穿电压。这种偏置条件可以创建具有大于1的环路增益的正反馈环路。另外，偏置高于阈值雪崩击穿电压的SPAD可以是单光子敏感的。在其它示例中，光检测器434可以包括光敏电阻器、电荷耦合设备(CCD)、光伏电池和/或任何其它类型的光检测器。

在一些实施例中，光检测器434的阵列可以包括阵列内的多于一种类型的光检测器。例如，光检测器阵列434可以被配置为检测多个预定波长的光(例如，在光发射器406跨光发射器阵列406发射不同波长的光的实施例中)。为此，例如，光检测器阵列434可以包括对一个波长范围敏感的一些SPAD和对不同波长范围敏感的其它SPAD。在一些实施例中，光检测器434可以对400nm和1.6μm之间的波长(可见和/或红外波长)敏感。此外，光检测器434可以具有各种大小和形状。例如，光检测器434可以包括具有是基板412的总面积的1％、0.1％或0.01％的封装大小的SPAD。更进一步地，在一些实施例中，光检测器434中的一个或多个可以包括检测器特定的光学设备。例如，每个光检测器434可以包括被定位在光检测器434上方的微透镜，以增强被发送到光检测器434的检测表面的接收的光的量。附加地或可替代地，光检测器434中的一个或多个可以包括一个或多个滤光器(例如，中性密度滤光器、偏振滤光器和/或彩色滤光器)。

图5B中所示的光检测器434可以被布置为与基板412上的光导歧管408的端点相对应。这样，如果基板412足够透明或半透明以便允许一些光传输，则光检测器434可以检测从周围环境反射并被发送通过共享远心透镜组件460、通过基板412、然后通过孔板422的光信号(如参考图5C所示和所描述)。因此，光检测器434中的每一个可以与光发射器406中的一个(例如，以及光导歧管408中的一个)相对应。例如，光检测器434中的每一个可以被定位在与光发射器406中的一个相对应的光导歧管408的输出端上方(例如，如参考图5D所示和所描述)。

在一些实施例中，每个光检测器434可以与lidar设备400中的相应光发射器406相对应。在其它实施例中，多个光检测器434可以与单个光发射器406，或者单个光检测器434相对应可以与多个光发射器406相对应。

与图5A所示的光发射器406一样，光检测器434可以被分成光检测器434的子阵列。例如，光检测器434的第一子阵列可以被限定在基板412的右侧，并且光检测器434的第二子阵列可以被限定在基板412的右侧。此外，第一光检测器子阵列434可以与第一光发射器子阵列406相对应，并且第二光检测器子阵列434可以与第二光发射器子阵列406相对应。类似于光发射器406的子阵列，光检测器434的子阵列可以彼此独立地供电。如上所述，基于第一光发射器子阵列406和第二光发射器子阵列406之间的触发时间差，使用第一光检测器子阵列434和第二光检测器子阵列434的信号检测也可以在时间上交错。具有光发射器406和光检测器434的多个子阵列(特别是独立地供电的子阵列)还可以提供用于检测周围环境中的对象的冗余。

与图5A中所示的光导歧管408和光发射器406一样，图5B中的光检测器434的数量和位置仅作为示例提供。如果光导歧管408的位置、光导歧管408的大小/形状、反射镜409的角度、光导歧管408的数量等要改变，则光检测器434的数量和/或位置可以相应地改变。

如上所述，光发射器406可以被配置为在方位角和/或仰角的范围内将光信号发送到周围环境(例如，基于对应的光导歧管408和共享远心透镜组件460的位置和特性)。类似地，基于光检测器434相对于共享远心透镜组件460(和光导歧管408)的位置，光检测器434可以被布置为在相同的方位角和/或仰角范围内接收从lidar设备400周围环境中的对象反射的光信号。

在一些实施例中，一个或多个挡板可以被定位在光检测器434中的一个或多个之间、光检测器434的一个或多个子集之间(例如，在五个光检测器434的组之间)、和/或光检测器434的一个或多个子阵列之间(例如，在光检测器434的第一子阵列和光检测器434的第二子阵列之间)。例如，这种挡板对于由光发射器406发射的光信号的一个或多个波长可以是不透明的。这样，挡板可以防止接收通道之间的串扰，从而防止基于由相邻光发射器406发射的光信号的来自相邻接收通道的检测噪声。

图5C是根据示例实施例的孔板422的图示。孔板422可以由不透明材料(例如，反射和/或吸收由lidar设备400的光发射器406发射的波长的光的材料)制成。类似于图5A中所示的基板412，孔板422可以包括一个或多个安装孔402和一个或多个对准标记404。如上所述，安装孔402可以用于将孔板422固定和/或对准到基板412和/或检测器基板433，并且对准标记404可以辅助对准。在一些实施例中(例如，为了最小化检测的信号中的噪声)，孔板422可以被定位在共享远心透镜组件460的焦平面处(例如，孔板422可以用作lidar设备400的孔光阑)。

如图5C所示，孔板422可以具有限定在其中的孔432的阵列。孔432可以位于孔板422中，使得当孔板422与基板412对准时，每个孔432覆盖光导歧管408的对应的端部(例如，覆盖光导歧管408的端部处的反射镜409，如图5A所示)和/或对应的光检测器434。以这种方式，从光导歧管408中的一个发射的光信号可以通过一个从周围环境反射的对应的孔432接收。如图4所示，孔板422可以被定位在基板412和检测器基板433之间。

图5D是根据示例实施例的基板、检测器基板和孔板的图示(例如，从仰视透视图)。例如，图5D包括图5A中所示的基板412、图5B中所示的检测器基板和图5C中所示的孔板422。如图5D所示，孔板422、检测器基板433和基板412可以彼此固定(例如，经由孔板422、检测器基板433和基板412上的安装孔402使用螺栓、螺钉或其它连接器)。孔板422、检测器基板433和基板412也可以被确定方位，使得每个上的对准标记404彼此匹配，如图所示。

如上所述，限定在孔板422内的孔432可以被定位在对应的光导歧管408的输出端上方。以相关的方式，光检测器434可以被定位在检测器基板433的与光导歧管408的输出端相对的底侧上。这样，光检测器434也可以被定位在被限定在孔板422内的孔432上方。因此，光检测器434可以被配置为一旦反射的光信号穿过基板412的相应部分(例如，如果基板412是透明的或具有被限定在其中的孔)、穿过和/或围绕光导歧管408的相应输出端并且穿过对应的孔432，就捕获从周围环境中的对象反射的光信号。在一些实施例中，一个或多个光检测器434的光敏表面可以面向负z方向，如图5D所示(即，光敏表面可以是相应光检测器434的底表面，如图所示)。附加地或可替代地，一个或多个光检测器434的光敏表面可以面向图5D所示的正z方向(即，光敏表面可以是相应光检测器434的顶表面，如图所示)。

图6是根据示例实施例的lidar 600的图示。图6所示的lidar 600可以包括图4所示的lidar设备400(例如，包括基板412、孔板422、检测器基板433、冷却部件452、共享远心透镜组件460和罩470)以及附加部件。例如，lidar 600可以包括保护壳体610(例如，其包括沿着气流路径608驱动气流的附加冷却部件602、光学窗口604、窗口涂层606和滴槽(driptroug h)668)、具有相关联的体积传感器664的集水箱662以及具有相关联的控制器654的旋转台652。

保护壳体610可以封装lidar设备400的一个或多个部件。例如，保护壳体610可以封装光发射器阵列406、像散透镜阵列(例如，用于将来自光发射器406的光信号耦合到光导歧管408中的柱面透镜)、共享远心透镜组件460、检测器基板433上的光检测器阵列434以及孔板422，以便保护这些部件中的每一个免受潜在有害地暴露于环境。附加地或可替代地，保护壳体610可以封装一个或多个附加传感器(例如，除了lidar设备400的光检测器434之外的一个或多个辅助传感器)。例如，保护外壳610可以封装温度计、气压计、湿度计、用于周围环境中的传感器对象的雷达单元、一个或多个附加lidar设备、GPS传感器、相机等。更进一步地，保护壳体610可以封装允许lidar 600与一个或多个计算设备(例如，另一lidar的计算设备和/或云计算设备，诸如远程定位的云服务器)通信的一个或多个通信设备。在一些实施例中，lidar设备400和/或一个或多个辅助传感器可以连接到外部处理设备(例如，基于lidar设备400捕获的数据生成点云的外部计算设备)。例如，lidar设备400可以将用于检测对象的数据发送到外部处理设备或存储设备。这种数据可以包括坐标、距离、范围、角度(例如，偏转角/方位角和/或俯仰角/仰角)、检测的强度、时间戳、法线、脉冲宽度、波束大小、返回索引等。在一些实施例中，旋转(rotary)数据链路可以用于沿着连接到旋转台的旋转轴线将这种数据从保护壳体610发送到外部设备。例如，界面波导可以具有两个部分，这两个部分的轴线对准，使得它们可以沿着相同的旋转轴线彼此相邻地旋转并且彼此传送信息。

保护壳体610还可以具有限定在其中(例如，如图6所示，沿着保护壳体610的顶侧)和/或其上的一个或多个附加冷却部件602。附加冷却部件602可以包括一个或多个被动冷却部件(例如，被配置为当壳体和/或lidar设备400围绕轴(例如，仰角轴和/或方位角轴)旋转时允许气流冷却lidar 600的通气口)。附加地或可替代地，附加冷却部件602可以包括一个或多个主动冷却部件(例如，被配置为迫使空气通过保护壳体610以冷却lidar设备400的风扇)。此外，基于附加冷却部件602的位置、被限定在保护壳体610内的一个或多个空气出口(例如，沿着保护壳体610的底侧)和/或保护壳体610的内部设计，保护壳体610可以包括预定义气流路径608以增强激光雷达600的被动冷却。预定义气流路径608可以沿着lidar设备400的一个或多个部件(例如，基板412上的光发射器406和/或光检测器434)延伸，以向一个或多个部件提供增强的冷却。

如本文所述，在一些实施例中，将与一个或多个光发射器406相关联的发射波长保持在窄波长范围内可能是有益的。这样，无论环境温度如何，将光发射器406中的一个或多个保持在窄温度范围内(例如，以保持用于发射的窄波长范围)可能是有益的。例如，在光发射器406是激光二极管的实施例中，将光发射器406保持在大约55℃和65℃之间的温度范围内(例如，甚至对于-30℃和+65℃之间的环境温度)可能是有益的。可以维持光发射器406的温度范围的一种技术可以包括流过lidar 600的空气(例如，当lidar 600的保护壳体610围绕其轴旋转时)以冷却lidar 600的一个或多个部件(诸如光发射器406)。附加地或可替代地，光发射器406的温度范围可以通过主动加热或冷却光发射器406(例如，使用以热泵模式操作的热电冷却器(诸如珀尔帖元件)、使用以冷却模式操作的热电冷却器(诸如珀尔帖元件)、使用制冷设备和/或使用电阻加热器)来维持。在其它实施例中，可以调制光发射器406的发射特性以维持光发射器406的温度范围(例如，基于光发射器406在发射光信号时发出的废热)。例如，可以调制占空比和/或发射功率以调整由光发射器406发出的废热，从而将光发射器406保持在给定的温度范围内。

在一些实施例中，可以存在沿着保护壳体600定位(例如，沿着保护壳体600垂直确定方位)的发光二极管条带(例如，三个、四个、五个、十个、十五个、二十个、五十个、一百个等二极管)。发光二极管可以被配置为当保护壳体600旋转时(例如，当旋转台652使保护壳体600旋转时)选择性地激活和去激活，以向lidar设备周围环境显示图像或消息(例如，图片、警报、警告或其它信息)。例如，这种发光二极管条带可以由LED控制器控制。

在一些实施例中，lidar 600还可以包括一个或多个光学窗口604。光学窗口可以提供机械地保护lidar设备400的部件而不将lidar设备400与周围环境光学隔离的表面。换句话说，由lidar设备400发射的光信号可以能够穿过光学窗口604来往于环境。

在一些实施例中，光学窗口604可以用一个或多个光学部件覆盖。例如，光学窗口604可以覆盖有窗口涂层606，诸如AR涂层或疏水涂层。附加地或可替代地，光学窗口604可以被光学滤波器(例如，彩色滤波器或中性密度滤波器)覆盖，该光学滤波器吸收(和/或反射)不是由lidar设备400中的光发射器406的阵列发射的光(例如，不在由光发射器406发射的波长范围内的光)。在一些实施例中，光学窗口604本身可以由黑色玻璃制造，以便有效地发送由lidar设备400发射的波长(例如，红外波长)的光，同时阻挡其它波长(例如，可见光谱中的波长)的传输。

在一些实施例中，擦拭器刮片(wiper blade)(例如，具有相关联的致动器和控制器)可以放置在光学窗口604上，以便防止碎片(debris)聚集在光学窗口604上并且潜在地遮挡由lidar 600做出的测量。此外，在一些实施例中，光学窗口604可以包括一个或多个防风雨(例如，防水)覆盖物和/或一个或多个加热覆盖物(例如，以防止冰和/或霜聚集在光学窗口604上)。这种加热的覆盖物可以由ITO制成。附加地或可替代地，在一些实施例中，可以存在集成到光学窗口604本身中的一个或多个加热元件(例如，光学窗口604内的一个或多个加热线圈)。

第一旋转台642可以相对于环境(例如，在仰角方向上)确定lidar设备400方位。在各种实施例中，第一旋转台642可以被配置为使lidar设备400相对于周围环境的地平线在-15.0°和15.0°之间、在-5.0°和5.0°之间、在-30.0°和30.0°之间、在-45.0°和0.0°之间、在-20.0°和10.0°之间等旋转。其它角度范围也是可能的。第一旋转台642可以包括一个或多个致动器(例如，电动马达，诸如伺服机制(servos))。此外，第一旋转台642可以由第一控制器644控制，以便基于预定图案(例如，存储在第一控制器644内或与第一控制器644相关联的存储器中)在高度上确定lidar设备400方位。第一控制器644可以被配置为与相关联的控制器654、与和触发电路444相关联的控制器和/或与控制系统106(例如，如图1所示)通信。在替代实施例中，第一旋转台可以确定整个保护壳体610(而不仅仅是图6所示的lidar设备400)方位。

类似地，旋转台652可以被配置为相对于环境(例如，在方位角方向上)确定保护壳体610(或仅lidar设备400)方位。在各种实施例中，旋转台652可以被配置为使lidar设备400在0.0°和180.0°之间(半方位角旋转)、在0.0°和360.0°之间(完全方位角旋转)、在0.0°和90.0°之间、在0.0°和135.0°之间等旋转。其它角度范围也是可能的。当旋转台652使保护壳体610相对于周围环境旋转时，lidar设备600可以被冷却(例如，基于迫使空气通过预定义气流路径608)。旋转台652可以包括一个或多个致动器(例如，电动马达，诸如伺服机制)。此外，旋转台652可以由相关联的控制器654控制，以便基于预定模式(例如，存储在相关联的控制器654内或与相关联的控制器654相关联的存储器中)在方位角上确定保护壳体610(或lidar设备400)方位。相关联的控制器654可以被配置为与第一控制器644、与和触发电路444相关联的控制器和/或与控制系统106(例如，如图1所示)通信。

集水箱662可以用于确定在保护壳体610上和/或保护壳体610中收集了多少冷凝物、霜、冰、雪、雨等(例如，从lidar 600内的部件，和/或具体地，lidar设备400滴落的冷凝物、霜、冰、雪、雨等)。例如，进入保护壳体610的任何雨可以沿着滴灌槽668向下行进并进入集水箱662中。然后，使用相关联的体积传感器664，可以确定收集在集水箱662中的水量。如果收集的水量达到阈值(例如，由与集水箱662、lidar设备400或相关联的自主载具相关联的控制器确定)，则lidar 600可以停用以进行清洁和/或更换。附加地或可替代地，基于在集水箱662中收集的水量，可以确定使用li dar设备400生成的三维点云的置信度值。

III.示例过程

图7是根据示例实施例的方法700的流程图。在一些实施例中，图7的一个或多个框可以由计算设备(例如，lidar设备400的控制器)执行。计算设备可以包括计算部件，诸如非易失性存储器(例如，硬盘驱动器或只读存储器(ROM))、易失性存储器(例如，随机存取存储器(RAM)，诸如动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM))、用户输入设备(例如，鼠标或键盘)、显示器(例如，LED显示器或LCD)和/或网络通信控制器(例如，基于IEEE 802.11标准的控制器或以太网控制器)。例如，计算设备可以执行存储在非暂时性计算机可读介质(例如，硬盘驱动器)上的指令，以执行本文所设想的一个或多个操作。

在框702处，方法700可以包括从lidar设备的光发射器发射光信号。

在框704处，方法700可以包括将光信号发送到lidar设备的光导歧管中。

在框706处，方法700可以包括通过光导歧管传播光信号。

在框708处，方法700可以包括在lidar设备的远心透镜组件处接收光信号。

在框710处，方法700可以包括将光信号从远心透镜组件发送到lidar设备外部的环境。

在框712处，方法700可以包括在远心透镜组件处接收来自环境内的一个或多个对象的光信号的反射。

在框714处，方法700可以包括将从远心透镜组件接收的反射发送通过被限定在孔板内的孔。孔板可以被定位在远心透镜组件的焦平面处。

在框716处，方法700可以包括在硅光电倍增管(SiPM)处检测接收的反射。

IV.结论

本公开不限于本申请中描述的特定实施例，其旨在作为各个方面的说明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。除了本文列举的那些之外，在本公开范围内的功能上等同的方法和设备对于本领域技术人员来说从前面的描述中将是显而易见的。这些修改和变化旨在落入所附权利要求的范围内。

以上详细描述参考附图描述了所公开的系统、设备和方法的各种特征和功能。在附图中，除非上下文另有规定，否则类似的符号通常标识类似的部件。本文和附图中描述的示例实施例并不意味着限制。在不脱离本文呈现的主题的范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行其它改变。容易理解的是，如本文一般描述的并且在附图中示出的本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中明确地设想。

关于附图中并且如本文所讨论的消息流程图、场景和流程图中的任何一个或全部，每个步骤、框、操作和/或通信可以表示根据示例实施例的信息的处理和/或信息的传输。替代实施例包括在这些示例实施例的范围内。在这些替代实施例中，例如，描述为步骤、块、传输、通信、请求、响应和/或消息的操作可以不按所示或所讨论的顺序执行，包括基本上同时或以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。此外，更多或更少的框和/或操作可以与本文讨论的任何消息流程图、场景和流程图一起使用，并且这些消息流程图、场景和流程图可以部分地或全部地彼此组合。

表示信息处理的步骤、块或操作可以对应于可以被配置为执行本文描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。替代地或附加地，表示信息处理的步骤或块可以对应于模块、段或程序代码的一部分(包括相关数据)。程序代码可以包括可由处理器执行的一个或多个指令，用于实现方法或技术中的特定逻辑操作或动作。程序代码和/或相关数据可以被存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如包括RAM、磁盘驱动器、固态驱动器或另一存储介质的存储设备。

此外，表示一个或多个信息传输的步骤、框或操作可以与同一物理设备中的软件和/或硬件模块之间的信息传输相对应。然而，其它信息传输可以在不同物理设备中的软件模块和/或硬件模块之间。

附图中所示的特定布置不应被视为限制。应当理解，其它实施例可以包括更多或更少的给定图中所示的每个元件。此外，可以组合或省略所示元件中的一些。此外，示例实施例可以包括图中未示出的元件。

虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其它方面和实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是出于说明的目的，而不是限制性的，真正的范围由所附权利要求指示。

Claims (26)

1.一种光检测和测距(lidar)设备，包括：

发送子系统，包括：

光发射器；

光导歧管，所述光导歧管光学地耦合到光发射器；以及

远心透镜组件，所述远心透镜组件光学地耦合到光导歧管；以及

接收子系统，包括：

远心透镜组件；

孔板，所述孔板具有被限定在其中的孔，其中，孔板被定位在远心透镜组件的焦平面处；以及

硅光电倍增管(SiPM)，所述硅光电倍增管被定位为接收行进通过孔的光。

2.根据权利要求1所述的lidar设备，

其中，光导歧管包括光波导，以及

其中，光导歧管被定位为通过全内反射将从光发射器接收的光定向到远心透镜组件。

3.根据权利要求1所述的lidar设备，

其中，远心透镜组件被定位为从光导歧管接收光信号并将光信号朝向lidar设备外部的环境发送，以及

其中，远心透镜组件被定位为接收从环境中的对象反射的光信号，并通过孔将从环境中的对象反射的光信号发送到SiPM。

4.根据权利要求1所述的lidar设备，其中，发送子系统还包括像散透镜，所述像散透镜被定位为将来自光发射器的光信号耦合到光导歧管中。

5.根据权利要求1所述的lidar设备，

其中，光发射器是光发射器阵列中的一个，每个光发射器被配置为发射光信号，

其中，SiPM是SiPM阵列中的一个，

其中，光导歧管是光导歧管阵列中的一个，

其中，孔是被限定在孔板中的孔阵列中的一个，以及

其中，阵列中的每个孔与SiPM中的一个相对应。

6.根据权利要求5所述的lidar设备，

其中，光导歧管被布置为在仰角范围内发射光信号，以及

其中，SiPM被布置为在仰角范围内接收从lidar设备外部的环境反射的光信号。

7.根据权利要求5所述的lidar设备，其中，光发射器阵列包括被独立地供电的第一光发射器子阵列和第二光发射器子阵列。

8.根据权利要求7所述的lidar设备，其中，第二光发射器子阵列被配置为相对于第一光发射器子阵列的触发被延迟地触发。

9.根据权利要求5所述的lidar设备，其中，SiPM阵列包括第一SiPM子阵列和第二SiPM子阵列。

10.根据权利要求9所述的lidar设备，其中，第一SiPM子阵列独立于第二SiPM子阵列被供电。

11.根据权利要求5所述的lidar设备，还包括一个或多个挡板，所述挡板被配置为防止来自由相邻光发射器发射的光信号的检测噪声。

12.根据权利要求5所述的lidar设备，

其中，SiPM中的每一个与光发射器中的一个相对应，

其中，光导歧管中的每一个与光发射器中的一个相对应，以及

其中，SiPM中的每一个被定位在与光导歧管的一端相对的基板的一侧，所述光导歧管与对应于相应SiPM的光发射器相对应。

13.根据权利要求1所述的lidar设备，其中，发送子系统还包括：

触发电路，所述触发电路被配置为控制光发射器；以及

控制器，被配置为：

经由触发控制信号来控制触发电路；

从SiPM接收电信号；以及

基于接收的电信号和触发控制信号，发送用于检测lidar设备外部的环境中的对象的数据。

14.根据权利要求1所述的lidar设备，其中，光发射器包括激光二极管。

15.根据权利要求1所述的lidar设备，其中，远心透镜组件包括级联透镜元件。

16.根据权利要求1所述的lidar设备，还包括保护壳体，所述保护壳体被配置为封装发送子系统和接收子系统，其中，保护壳体封装附加传感器。

17.根据权利要求16所述的lidar设备，还包括：

旋转台，被配置为相对于lidar设备外部的环境旋转保护壳体；以及

相关联的控制器，被配置为控制旋转台。

18.根据权利要求17所述的lidar设备，其中，相对于环境旋转保护壳体使用lidar设备内的预定义气流路径来冷却lidar设备。

19.根据权利要求16所述的lidar设备，其中，保护壳体包括一个或多个光学窗口。

20.根据权利要求19所述的lidar设备，其中，所述一个或多个光学窗口被覆盖有抗反射(AR)涂层或光学滤波器，所述抗反射涂层或光学滤波器反射或吸收不是由所述光发射器发射的光。

21.根据权利要求19所述的lidar设备，其中，所述一个或多个光学窗口被加热、被涂覆有氧化铟锡(ITO)或被涂覆有疏水涂层。

22.根据权利要求1所述的lidar设备，还包括：

保护壳体，被配置为封装发送子系统和接收子系统，其中，保护壳体被配置为相对于lidar设备外部的环境旋转；以及

多个发光二极管，所述多个发光二极管沿着保护壳体被定位在条带中，其中，发光二极管被配置为当保护壳体旋转时选择性地激活和去激活，以向环境显示图像或消息。

23.根据权利要求1所述的lidar设备，还包括集水箱，所述集水箱被配置为捕获从lidar设备的部件滴落的水。

24.根据权利要求23所述的lidar设备，还包括被附接到集水箱的体积传感器，其中，体积传感器被配置为确定集水箱何时包含阈值量的水。

25.一种方法，包括：

从lidar设备的光发射器发射光信号；

将光信号发送到lidar设备的光导歧管中；

通过光导歧管传播光信号；

在lidar设备的远心透镜组件处接收光信号；

将光信号从远心透镜组件发送到lidar设备外部的环境；

在远心透镜组件处接收来自环境内的一个或多个对象的光信号的反射；

将来自远心透镜组件的接收的反射发送通过被限定在孔板内的孔，其中，孔板被定位在远心透镜组件的焦平面处；以及

在硅光电倍增管(SiPM)处检测接收的反射。

26.一种其中存储有指令的非暂时性计算机可读介质，其中，指令在由处理器执行时执行方法，所述方法包括：

控制触发电路以使lidar设备的光发射器发射光信号，

其中，光信号：

被发送到lidar设备的光导歧管中；

通过光导歧管被传播；

在lidar设备的远心透镜组件处被接收；以及

从远心透镜组件被发送到lidar设备外部的环境，

其中，来自环境内的一个或多个对象的光信号的至少一部分的反射在远心透镜组件处被接收，

其中，接收的反射从远心透镜组件被耦合通过被限定在孔板内的孔，以及

其中，接收的反射在硅光电倍增管(SiPM)处被检测；以及

基于接收的反射的检测，确定到环境中的所述一个或多个对象的距离。