CN218782404U - 一种激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

描述了一种激光雷达系统，其具有第一光束和第二光束以及第一检测器和第二检测器。光束在被引导到光束扫描器之前通过横向光束偏移装置。横向光束偏移装置减小了发射和返回光束的整体尺寸，从而减小了扫描器部件的尺寸。横向光束偏移装置可以是单个菱形棱镜、一对菱形棱镜、一对反射镜或单个反射镜或棱镜。

Description

一种激光雷达系统

技术领域

本公开总体上涉及激光雷达光学器件。

背景技术

光检测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括一个或多个光源和相应的光接收器。光源可以包括例如发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可位于例如电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源朝向散射光的目标发射光，并且一些散射光在接收器处被接收回。该系统基于与接收的光相关联的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，激光雷达系统可以基于由光源发射的光脉冲行进到目标并返回激光雷达系统的飞行时间来确定到目标的距离。

实用新型内容

根据本公开的一个方面，提供一种激光雷达系统，包括：第一光源，被配置为发射第一光束；第二光源，被配置为发射第二光束；第一检测器，被配置为接收被远程目标散射或反射的第一光束；第二检测器，被配置为接收被远程目标散射或反射的第二光束；检测器光学元件，具有中心轴和孔径，散射或反射的第一光束和第二光束在被所述第一检测器和所述第二检测器接收之前通过所述孔径；以及光束转换器，具有转换器反射元件，所述转换器反射元件被配置为将所述第一光束和所述第二光束引导到所述远程目标；其中，所述反射元件与所述光学元件的孔径部分重叠。

优选的，所述第一光束和所述第二光束垂直地布置并且横向地与所述检测器光学元件相邻。

优选的，所述光束转换器包括菱形棱镜。

优选的，所述光束转换器包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜被定向为与所述第一光束和所述第二光束成45度角，所述转换器反射元件包括所述第二反射镜，以及所述第二反射镜被定向为平行于所述第一反射镜。

优选的，所述光束转换器包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜被定向成以90度朝向所述第二棱镜反射所述第一光束和所述第二光束，所述转换器反射元件包括所述第二棱镜，以及所述第二棱镜被定向成以 90度反射所述第一光束和所述第二光束。

优选的，所述第一光源和所述第二光源垂直布置并且被布置成以相对于物镜的中心轴的第一角度发射所述第一光束和所述第二光束，所述第一角度小于180度，以及其中所述转换器包括第一反射镜，所述第一反射镜被配置为与所述物镜的中心轴平行地引导所述第一光束和所述第二光束。

优选的，所述第一光源包括指向第一光学元件的第一光纤，所述第一光纤被配置为基本上准直从所述第一光学元件发射的第一光，并且所述第二光源包括指向第二光学元件的第二光纤，所述第二光纤被配置为基本上准直从所述第二光学元件发射的第二光。

优选的，所述第一光源和所述第二光源是直接发射器激光二极管或者结合种子激光二极管的主振荡器功率放大器。

优选的，所述检测器光学元件包括透镜，其被配置为(i)将所述散射或反射的第一光束聚焦到所述第一检测器上以及(ii)将所述散射或反射的第二光束聚焦到所述第二检测器上。

优选的，还包括具有镜面的旋转多边形，其中所述第一光束和所述第二光束从所述光束转换器被引导到所述旋转多边形，所述旋转多边形被配置为围绕第一轴旋转并在跨越能视域的基本水平的平面中扫描所述第一光束和所述第二光束。

优选的，还包括第二反射镜，所述第二反射镜能够沿与所述第一轴正交的轴枢转并且被配置为在围绕所述能视域的基本垂直的方向上引导所述第一光束和所述第二光束。

根据本公开的另一个方面，提供一种在激光雷达系统中对准光束的方法，包括配置第一光源以发射第一光束；配置第二光源以发射第二光束；将所述第一光束引导到光束转换器，所述光束转换器将所述第一光束引导到远程目标；将所述第二光束引导到所述光束转换器，所述光束转换器将所述第二光束引导到所述远程目标；在进入所述光束转换器之前对准所述第一光束，以将被所述远程目标散射或反射的来自所述第一光束的光引导到第一检测器；以及在进入所述光束转换器之前对准所述第二光束，以将被所述远程目标散射或反射的来自所述第二光束的光引导到第二检测器。

优选的，还包括：将被所述远程目标散射或反射的所述第一光束和所述第二光束引导到检测器光学元件，所述检测器光学元件具有中心轴和孔径，散射或反射的第一光束和第二光束在分别被所述第一检测器和所述第二检测器接收之前通过所述孔径，其中所述光束转换器被定位成与所述光学元件的孔径部分重叠并发射平行于所述检测器光学元件的中心轴的所述第一光束和所述第二光束。

优选的，还包括：将由所述光束转换器发射的所述第一光束和所述第二光束引导到具有镜面的旋转多边形，所述旋转多边形被配置为围绕第一轴旋转并且在跨越能视域的基本水平的平面中扫描所述第一光束和所述第二光束。

优选的，还包括将来自所述旋转多边形的所述第一光束和所述第二光束引导到第二反射镜，所述第二反射镜能够沿与所述第一轴正交的轴枢转，并且被配置成在围绕所述能视域的基本垂直的方向上引导所述第一光束和所述第二光束。

优选的，所述第一光束和所述第二光束相对于所述光束转换器垂直布置。

优选的，所述第一检测器和所述第二检测器不垂直布置。

优选的，所述光束转换器包括菱形棱镜。

根据本公开的再一个方面，提供一种在激光雷达系统中对准光束的方法，包括：配置第一光源以发射第一光束；将所述第一光束引导到光束转换器，所述光束转换器将所述第一光束引导到远程目标；在进入所述光束转换器之前对准所述第一光束，以将被所述远程目标散射或反射的来自所述第一光束的光引导到第一检测器。

优选的，还包括：将被所述远程目标散射或反射的第一光束引导到检测器光学元件，所述检测器光学元件具有中心轴和孔径，散射或反射的第一光束在被所述第一检测器接收之前穿过所述孔径，其中所述光束转换器被定位成与所述光学元件的孔径部分重叠并且发射平行于所述检测器光学元件的中心轴的第一光束。

优选的，所述光束转换器是菱形棱镜。

附图说明

图1示出示例光检测和测距激光雷达系统。

图2示出由激光雷达系统产生的示例扫描图案。

图3示出具有示例横向光束偏移菱形棱镜的示例激光雷达系统。

图4示出具有示例横向光束偏移菱形棱镜的示例激光雷达系统。

图5示出具有示例横向光束偏移棱镜对的示例激光雷达系统。

图6示出具有示例横向光束偏移镜对的示例激光雷达系统。

图7示出具有示例横向光束偏移镜的示例激光雷达系统。

图8是示例对准方法的流程图。

图9示出用于激光雷达系统的示例光源视场(FOV_L)和接收器视场 (FOV_R)。

图10示出包括多个像素和多条扫描线的示例单向扫描图案。

图11示出包括发射光脉冲的光源的示例激光雷达系统。

图12示出包括检测器340、电子放大器350和脉冲检测电路365的示例接收器。

图13示出示例接收器和与接收的光脉冲相对应的示例电压信号。

图14示出示例计算机系统。

具体实施方式

图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被称为激光测距系统、激光雷达系统、LIDAR系统、激光雷达传感器或激光检测和测距(LADAR或激光雷达)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括光源110、反射镜119、扫描器 120、接收器140或控制器150。光源110可包括例如激光器，该激光器发射具有在电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分中的特定工作波长的光。作为示例，光源110可以包括一个或多个工作波长在约900纳米 (nm)和2000nm之间的激光器。光源110发射输出光束125，该输出光束可以是以任何合适的方式脉冲化或调制以用于给定应用的连续波(CW)。输出光束125顺发射方向引导到远程目标130。作为示例，远程目标130可以位于距激光雷达系统100约1m到1km的距离D处。

一旦输出光束125到达顺发射方向的目标130，目标可以散射或反射来自输出光束125的至少一部分光，并且一些散射或反射的光可以朝向激光雷达系统100返回。在图1的示例中，散射或反射的光由输入光束 135表示，该输入光束穿过扫描器120并被引导到接收器140。在特定实施例中，来自输出光束125的光的相对较小部分可返回至激光雷达系统 100作为输入光束135。作为示例，输入光束135的平均功率、峰值功率或脉冲能量与输出光束125的平均功率、峰值功率或脉冲能量之比可以约为10^-1、10^-2、10^-3、10^-4、10^-5、10^-6、10^-7、10^-8、10^-9、10^-10、10^-11或 10^-12。作为另一示例，如果输出光束125的脉冲具有1微焦(μJ)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可以具有约10纳焦(nJ)、 1nJ、100皮焦(pJ)、10pJ、1pJ、100飞焦(fJ)、10fJ、1fJ、100阿焦 (aJ)、10aJ、1aJ或0.1aJ的脉冲能量。

在特定实施例中，输出光束125可包括或可被称为光信号、输出光信号、发射的光信号、发射的光脉冲、激光束、光束、光学束、发射光束、发射光或光束。在特定实施例中，输入光束135可包括或可被称为接收的光信号、接收的光脉冲、输入光脉冲、输入光信号、返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光或反射光。如本文所使用的，散射光可以指被目标130散射或反射的光。作为示例，输入光束135 可以包括：来自输出光束125的被目标130散射的光；来自输出光束125 的被目标130反射的光；或来自目标130的散射光和反射光的组合。

在特定实施例中，接收器140可接收或检测来自输入光束135的光子并产生一个或多个代表性信号。例如，接收器140可以产生代表输入光束135的输出电信号145，并且电信号145可以被发送到控制器150。在特定实施例中，接收器140或控制器150可以包括处理器、计算系统 (例如，ASIC或FPGA)或其它合适的电路。控制器150可以被配置为分析来自接收器140的电信号145的一个或多个特性以确定目标130的一个或多个特性，诸如其距激光雷达系统100顺发射方向的距离。这可以例如通过分析发射光束125或接收光束135的飞行时间或频率或相位完成。如果激光雷达系统100测量ΔT的飞行时间(例如，ΔT表示发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返飞行时间)，则从目标130到激光雷达系统100的距离D可以表达为 D＝c·ΔT/2，其中c是光速(约3.0×10⁸m/s)。作为示例，如果飞行时间被测量为ΔT＝300ns，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝45.0m。作为另一示例，如果飞行时间被测量为ΔT＝1.33μs，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝199.5m。在特定实施例中，从激光雷达系统100到目标130的距离D可被称为目标130的距离、深度或范围。如本文所使用的，光速c是指在任何合适介质中(诸如例如在空气、水或真空中)的光速。例如，真空中的光速约为 2.9979×10⁸m/s，并且空气(其具有约1.0003的折射率)中的光速约为 2.9970×10⁸m/s。

在特定实施例中，光源110可包括脉冲或CW激光器。作为示例，光源110可以是被配置为产生或发射具有约10皮秒(ps)至100纳秒(ns) 的脉冲持续时间或脉冲宽度的光脉冲的脉冲激光器。脉冲可以具有约100 ps、200ps、400ps、1ns、2ns、5ns、10ns、20ns、50ns、100ns的脉冲持续时间或任何其它合适的脉冲持续时间(Δτ)。作为另一示例，光源 110可以是产生具有约1-5ns的脉冲持续时间的脉冲的脉冲激光器。作为另一示例，光源110可以是以约80kHz到10MHz的脉冲重复频率或约 100ns到12.5μs的脉冲周期(例如，连续脉冲之间的时间)产生脉冲的脉冲激光器。在特定实施例中，光源110可具有基本上恒定的脉冲重复频率，或者光源110可具有可变或可调节的脉冲重复频率。作为示例，光源110可以是以与约1.56μs的脉冲周期相对应的约640kHz(例如，每秒640,000个脉冲)的基本上恒定的脉冲重复频率产生脉冲的脉冲激光器。作为另一示例，光源110可以具有可以从约200kHz到3MHz变化的脉冲重复频率(其可以被称为重复率)。如本文所使用的，光脉冲可被称为光学脉冲、光脉冲或脉冲。

在特定实施例中，光源110可包括产生具有任何合适平均光功率的自由空间输出光束125的脉冲或CW激光器。作为示例，输出光束125 可以具有约1毫瓦(mW)、10mW、100mW、1瓦(W)、10W的平均功率，或任何其它合适的平均功率。在特定实施例中，输出光束125可包括具有任何合适的脉冲能量或峰值光功率的光脉冲。作为示例，输出光束125可以包括具有约0.01μJ、0.1μJ、0.5μJ、1μJ、2μJ、10μJ、100 μJ、1mJ的脉冲能量或任何其它合适的脉冲能量的脉冲。作为另一示例，输出光束125可以包括具有约10W、100W、1kW、5kW、10kW的峰值功率或任何其它合适的峰值功率的脉冲。光脉冲的峰值功率(P_peak)可以通过表达式E＝P_peak·Δt与脉冲能量(E)相关，其中Δt是脉冲的持续时间，并且脉冲的持续时间可以被定义为脉冲半峰持续时间的全宽。例如，具有1ns的持续时间和1μJ的脉冲能量的光脉冲具有约1kW的峰值功率。输出光束125的平均功率(P_av)可以通过表达式P_av＝PRF·E与脉冲重复频率(PRF)和脉冲能量相关。例如，如果脉冲重复频率是500kHz，则具有1μJ脉冲的输出光束125的平均功率约为0.5W。

在特定实施例中，光源110可以包括激光二极管，诸如例如法布里- 珀罗激光二极管、量子阱激光器、分布式布拉格反射器(DBR)激光器、分布式反馈(DFB)激光器、垂直腔面发射激光器(VCSEL)、量子点激光二极管、光栅耦合面发射激光器(GCSEL)、板条耦合光波导激光器 (SCOWL)、单横模激光二极管、多模大面积激光二极管、激光二极管棒、激光二极管堆栈或锥形条纹激光二极管。作为示例，光源110可以包括铝镓砷(AlGaAs)激光二极管、铟镓砷(InGaAs)激光二极管、铟镓砷磷(InGaAsP)激光二极管或包括铝(Al)、铟(In)、镓(Ga)、砷 (As)、磷(P)或任何其它合适材料的任何合适组合的激光二极管。在特定实施例中，光源110可以包括具有在1200nm和1600nm之间的峰值发射波长的脉冲或CW激光二极管。作为示例，光源110可以包括以约1550nm的波长产生光脉冲的电流调制的InGaAsP DFB激光二极管。作为另一示例，光源110可以包括发射波长在1500nm和1510nm之间的光的激光二极管。

在特定实施例中，光源110可以包括脉冲或CW激光二极管，其后是一个或多个光放大级。例如，种子激光二极管可以产生种子光信号，并且光放大器可以放大种子光信号以产生由光源110发射的放大光信号。在特定实施例中，光放大器可以包括光纤放大器或半导体光放大器(SOA)。例如，脉冲激光二极管可以产生由光纤放大器放大的相对低功率的光种子脉冲。作为另一示例，光源110可以包括光纤激光器模块，该光纤激光器模块包括具有约为1550nm的工作波长的电流调制激光二极管，其后是放大来自激光二极管的种子脉冲的单级或多级掺铒光纤放大器(EDFA)或铒镱共掺光纤放大器(EYDFA)。作为另一示例，光源 110可以包括连续波(CW)或准CW激光二极管，其后是外部光调制器 (例如，电光幅度调制器)。光调制器可以调制来自激光二极管的CW光以产生发送到光纤放大器或SOA的光脉冲。作为另一示例，光源110可以包括脉冲或CW种子激光二极管，其后是半导体光放大器(SOA)。SOA 可以包括有源光波导，该有源光波导被配置为接收来自种子激光二极管的光并在光通过波导传播时放大光。SOA的光学增益可以由提供给SOA 的脉冲或直流(DC)电流提供。SOA可以集成在与种子激光二极管相同的芯片上，或者SOA可以是一个单独的设备，在其输入端面或输出端面上具有抗反射涂层。作为另一示例，光源110可以包括种子激光二极管，其后是SOA，而SOA进而是光纤放大器。例如，种子激光二极管可以产生被SOA放大的相对低功率的种子脉冲，并且光纤放大器可以进一步放大光脉冲。

在特定实施例中，光源110可以包括直接发射器激光二极管。直接发射器激光二极管(其可被称为直接发射器)可包括产生随后不被光放大器放大的光的激光二极管。包括直接发射器激光二极管的光源110可以不包括光放大器，并且由直接发射器产生的输出光在被激光二极管发射后可以不被放大。由直接发射器激光二极管产生的光(例如，光脉冲、 CW光或频率调制光)可以不经放大而直接作为自由空间输出光束125 发射。直接发射器激光二极管可以由向激光二极管提供电流脉冲的电源驱动，并且每个电流脉冲可以导致输出光脉冲的发射。

在特定实施例中，光源110可以包括二极管泵浦固态(DPSS)激光器。DPSS激光器(其可称为固态激光器)可指包括由一个或多个泵浦激光二极管泵浦的固态、玻璃、陶瓷或基于晶体的增益介质的激光器。增益介质可以包括掺杂有稀土离子(例如，钕、铒、镱或镨)的主体材料。例如，增益介质可以包括掺杂有钕(Nd)离子的钇铝石榴石(YAG)晶体，并且增益介质可以被称为Nd:YAG晶体。具有Nd:YAG增益介质的DPSS激光器可以产生在约1300nm和约1400nm之间的波长的光，并且 Nd:YAG增益介质可以由具有在约730nm和约900nm之间的工作波长的一个或多个泵浦激光二极管泵浦。DPSS激光器可以是包括可饱和吸收体 (例如，充当可饱和吸收体的掺钒晶体)的无源Q开关激光器。可替代地，DPSS激光器可以是包括有源Q开关(例如，声光调制器或电光调制器)的有源Q开关激光器。无源或有源Q开关DPSS激光器可以产生形成激光雷达系统100的输出光束125的输出光脉冲。

在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是具有任何合适的光束发散角(诸如例如约0.5至10毫弧度(mrad)的全角光束发散角)的准直光束。输出光束125的发散角可以指随着输出光束125远离光源110或激光雷达系统100行进时光束大小(例如，光束半径或光束直径)增加的角度量度。在特定实施例中，输出光束125可以具有基本上圆形的横截面，其光束发散角由单个发散角值表征。作为示例，具有圆形横截面和2mrad的全角光束发散角的输出光束125在距激光雷达系统100 100m的距离处可以具有约20cm的光束直径或斑点大小。在特定实施例中，输出光束125可以具有由两个发散角值表征的基本上椭圆形的横截面。作为示例，输出光束125可具有快轴和慢轴，其中快轴发散角大于慢轴发散角。作为另一示例，输出光束125可以是具有4mrad 的快轴发散角和2mrad的慢轴发散角的椭圆光束。

在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是非偏振的或随机偏振的，可以不具有特定的或固定的偏振(例如，偏振可以随时间推移而变化)，或者可以具有特定的偏振(例如，输出光束125可以是线偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的)。作为示例，光源110可以产生不具有特定偏振的光或者可以产生线偏振的光。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个光学部件，该光学部件被配置为反射、聚焦、过滤、成形、修改、转向或引导激光雷达系统100内的光或由激光雷达系统100产生或接收的光(例如，输出光束125或输入光束135)。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜、反射镜、滤光器(例如，带通或干涉滤光器)、分光器、偏振器、偏振分光器、波片(例如，半波或四分之一波片)、衍射元件、全息元件、隔离器、分光器、耦合器、检测器、光束组合器或准直器。激光雷达系统100中的光学部件可以是自由空间光学部件、光纤耦合光学部件、或自由空间和光纤耦合光学部件的组合。

在特定实施例中，激光雷达系统100可包括望远镜、一个或多个透镜或一个或多个反射镜，它们被配置为将输出光束125或输入光束135 扩展、聚焦或准直至所需的光束直径或发散角。作为示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。作为另一示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个平面镜或曲面镜(例如，凹面镜、凸面镜或抛物面镜)以转向或聚焦输出光束125或输入光束135。例如，激光雷达系统100可以包括离轴抛物面镜以将输入光束135聚焦到接收器140的光电检测器上。

在特定实施例中，反射镜119可以使输出光束125和输入光束135 基本上同轴，使得这两个光束沿大致相同的光路(尽管方向相反)行进。输入光束和输出光束基本上同轴可以指光束至少部分重叠或共享公共传播轴，使得输入光束135和输出光束125沿基本上相同的光路(尽管方向相反)行进。作为示例，输出光束125和输入光束135可以彼此平行到小于10mrad、5mrad、2mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad以内。随着输出光束125跨越能视域扫描，输入光束135可以与输出光束125一起跟随，使得保持两个光束之间的同轴关系。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括扫描器120，该扫描器 120被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。作为示例，扫描器120可以包括一个或多个扫描镜，该扫描镜被配置为围绕一个或多个旋转轴以角度方式枢转、旋转、摆动或移动。输出光束125可以由扫描镜反射，并且随着扫描镜枢转或旋转，反射的输出光束125可以以相应的角度方式被扫描。作为示例，扫描镜可以被配置为在30度范围内周期性地前后枢转，这导致输出光束125跨越60度范围来回扫描(例如，扫描镜的Θ度旋转导致输出光束125的2Θ度角扫描)。

在特定实施例中，扫描镜(其可以称为扫描镜)可以附接到扫描器致动器或机构或由其机械驱动，该致动器或机构在特定角度范围内(例如，在5°角度范围、30°角度范围、60°角度范围、120°角度范围、360°角度范围或任何其它合适的角度范围)枢转或旋转反射镜。被配置为枢转或旋转反射镜的扫描器致动器或机构可包括检流计扫描器、共振扫描器、压电致动器、音圈电机、电动机(例如，DC电机、无刷DC电机、同步电机或步进电机)、微机电系统(MEMS)设备或任何其它合适的致动器或机构。作为示例，扫描器120可以包括附接到检流计扫描器的扫描镜，该扫描镜被配置为在1°至30°角度范围内来回枢转。作为另一示例，扫描器120可以包括扫描镜，该扫描镜附接到MEMS设备或者是MEMS 设备的一部分，该MEMS设备被配置为在1°至30°的角度范围内进行扫描。作为另一示例，扫描器120可以包括被配置为在相同方向中连续旋转的多面镜(例如，不是来回枢转，多面镜在顺时针或逆时针方向中连续旋转360度)。多面镜可以耦合或附接到同步电机，该同步电机被配置为以基本上固定的旋转频率(例如，约1Hz、10Hz、50Hz、100Hz、 500Hz或1000Hz的旋转频率)旋转多面镜。

在特定实施例中，扫描器120可以被配置为跨越激光雷达系统100 的能视域扫描输出光束125(其可以包括由光源110发射的光的至少一部分)。激光雷达系统100的能视域(FOR)可以指激光雷达系统100可以被配置为扫描或捕获距离信息的面积、区域或角度范围。作为示例，具有带有30度扫描范围的输出光束125的激光雷达系统100可被称为具有 30度角能视域。作为另一示例，具有在30度范围内旋转的扫描镜的激光雷达系统100可以产生跨越60度范围(例如，60度FOR)扫描的输出光束125。在特定实施例中，激光雷达系统100可具有约10°、20°、40°、 60°、120°、360°的FOR或任何其它合适的FOR。

在特定实施例中，扫描器120可被配置为水平和竖直地扫描输出光束125，并且激光雷达系统100可具有沿水平方向的特定FOR和沿竖直方向的另一特定FOR。作为示例，激光雷达系统100可以具有10°到120°的水平FOR和2°到45°的竖直FOR。在特定实施例中，扫描器120可以包括第一扫描镜和第二扫描镜，其中第一扫描镜将输出光束125朝向第二扫描镜引导，并且第二扫描镜将输出光束125朝向激光雷达系统100 的顺发射方向引导。作为示例，第一扫描镜可以沿第一方向扫描输出光束125，而第二扫描镜可以沿与第一方向基本上正交的第二方向扫描输出光束125。作为另一示例，第一扫描镜可以沿基本上水平的方向扫描输出光束125，并且第二扫描镜可以沿基本上竖直的方向扫描输出光束125(或者反之亦然)。作为另一示例，第一和第二扫描镜可以各自由检流计扫描器驱动。作为另一示例，第一或第二扫描镜可以包括由电动机驱动的多面镜。在特定实施例中，扫描器120可被称为光束扫描器、光学扫描器或激光扫描器。

在特定实施例中，一个或多个扫描镜可通信地耦合到控制器150，该控制器150可控制扫描镜以便在顺发射方向或沿所需扫描图案的所需方向中引导输出光束125。在特定实施例中，扫描图案可以指输出光束125 被引导所沿的图案或路径。作为示例，扫描器120可以包括两个扫描镜，该扫描镜被配置为跨越60°水平FOR和20°竖直FOR扫描输出光束125。可以控制两个扫描器反射镜遵循基本上覆盖60°×20°FOR的扫描路径。作为示例，扫描路径可导致具有基本上覆盖60°×20°FOR的像素的点云。像素可以大致均匀地跨越60°×20°FOR分布。可替代地，像素可具有特定的非均匀分布(例如，像素可跨越60°×20°FOR的全部或一部分分布，并且像素可在60°×20°FOR的一个或多个特定区域中具有更高密度)。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括具有固态扫描设备的扫描器120。固态扫描设备可以指扫描输出光束125而不使用移动部件(例如，不使用机械扫描器，诸如旋转或枢转的反射镜)的扫描器120。例如，固态扫描器120可以包括以下中的一种或多种：光学相控阵扫描设备；液晶扫描设备；或液体透镜扫描设备。固态扫描器120可以是沿一个轴(例如，水平)或沿两个轴(例如，水平和垂直)扫描输出光束125的电寻址设备。在特定实施例中，扫描器120可以包括固态扫描器和机械扫描器。例如，扫描器120可以包括被配置为在一个方向中扫描输出光束125的光学相控阵扫描器和在正交方向中扫描输出光束125的检流计扫描器。光学相控阵扫描器可以在跨越能视域的水平方向中相对快速地扫描输出光束(例如，以每秒50到1,000条扫描线的扫描速率)，并且检流计可以以1-30Hz的速率枢转反射镜以垂直扫描输出光束125。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括被配置为发射光脉冲的光源110和被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描发射的光脉冲的至少一部分的扫描器120。发射的光脉冲中的一个或多个可以被位于激光雷达系统100顺发射方向的目标130散射，并且接收器140可以检测由目标130散射的光脉冲的至少一部分。接收器140可以被称为光接收器、光学接收器、光传感器、检测器、光电检测器或光学检测器。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括接收器140，该接收器140接收或检测输入光束135的至少一部分并产生与输入光束135相对应的电信号。作为示例，如果输入光束135包括光脉冲，则接收器140可以产生与由接收器140检测到的光脉冲相对应的电流或电压脉冲。作为另一示例，接收器140可以包括一个或多个雪崩光电二极管(APD)或一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)。作为另一示例，接收器140可以包括一个或多个PN光电二极管(例如，由p型半导体和n型半导体形成的光电二极管结构，其中PN首字母缩写词是指具有p掺杂和n掺杂区域的结构)或一个或多个PIN光电二极管(例如，由位于p型和n型区域之间的未掺杂本征半导体区域形成的光电二极管结构，其中PIN首字母缩写词是指具有p掺杂、本征和n掺杂区域的结构)。APD、SPAD、PN光电二极管或PIN光电二极管可各自称为检测器、光电检测器或光电二极管。检测器可具有活性区域或雪崩倍增区域，其包括硅、锗、InGaAs、InAsSb (砷化铟锑)、AlAsSb(砷化铝锑)或AlInAsSb(铝砷化锑化铟)。活性区域可以指检测器可以接收或检测输入光的区域。活性区域可以具有任何合适的大小或直径，诸如例如约10μm、25μm、50μm、80μm、100μm、 200μm、500μm、1mm、2mm或5mm的直径。

在特定实施例中，接收器140可以包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间到数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升边缘检测或下降边缘检测的电子电路。作为示例，接收器140可以包括将接收的光电流(例如，APD响应于接收的光信号而产生的电流)转换为电压信号的跨阻放大器。电压信号可以被发送到脉冲检测电路，该脉冲检测电路产生模拟或数字输出信号145，该信号对应于接收的光脉冲的一个或多个光特性(例如，上升边缘、下降边缘、幅度、持续时间或能量)。作为示例，脉冲检测电路可以执行时间到数字的转换以产生数字输出信号145。电输出信号145可以被发送到控制器150进行处理或分析(例如，以确定与接收的光脉冲相对应的飞行时间值)。

在特定实施例中，控制器150(其可包括或可称为处理器、FPGA、 ASIC、计算机或计算系统)可位于激光雷达系统100内或激光雷达系统 100外部。可替代地，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100内，并且控制器150的一个或多个其它部分可以位于激光雷达系统100外部。在特定实施例中，控制器150的一个或多个部分可以位于激光雷达系统100的接收器140内，并且控制器150的一个或多个其它部分可以位于激光雷达系统100的其它部分中。例如，接收器140可以包括被配置为处理来自接收器140的输出电信号的FPGA或ASIC，并且处理的信号可以被发送到位于激光雷达系统100内或激光雷达系统100外部的其它地方的计算系统。在特定实施例中，控制器150可以包括任何合适的布置或逻辑电路、模拟电路或数字电路的组合。

在特定实施例中，控制器150可以电耦合或通信地耦合到光源110、扫描器120或接收器140。作为示例，控制器150可以接收来自光源110 的电触发脉冲或边缘，其中每个脉冲或边缘对应于光源110的光脉冲的发射。作为另一示例，控制器150可以向光源110提供指示光源110应该何时产生光脉冲的指令、控制信号或触发信号。控制器150可以发送包括电脉冲的电触发信号，其中每个电脉冲导致光源110的光脉冲的发射。在特定实施例中，由光源110产生的光脉冲的频率、周期、持续时间、脉冲能量、峰值功率、平均功率或波长可以基于由控制器150提供的指令、控制信号或触发脉冲进行调节。在特定实施例中，控制器150 可以耦合到光源110和接收器140，并且控制器150可以基于与光源110 发射脉冲时和接收器140检测或接收到脉冲的一部分(例如，输入光束 135)时相关联的定时信息来确定光脉冲的飞行时间值。在特定实施例中，控制器150可以包括执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间到数字转换、脉冲检测、阈值检测、上升边缘检测或下降边缘检测的电路。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个处理器(例如，控制器150)，该处理器被配置为至少部分地基于发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返飞行时间，来确定从激光雷达系统100到目标130的距离D。目标130可以至少部分地包含在激光雷达系统100的能视域内并且位于距激光雷达系统100小于或等于激光雷达系统100的操作范围(R_OP)的距离D处。在特定实施例中，激光雷达系统100的操作范围(其可被称为操作距离)可指激光雷达系统100被配置为感测或识别位于激光雷达系统100的能视域中的目标130的距离。激光雷达系统100的操作范围可以是任何合适的距离，诸如例如25m、50m、100m、200m、250m、500m或1km。作为示例，具有200m操作范围的激光雷达系统100可以被配置为感测或识别距离激光雷达系统100最远200m的各种目标130。激光雷达系统 100的操作范围R OP可以通过表达式R_OP＝c·τ/2与连续光信号的发射之间的时间τ相关。对于具有200m操作范围(R_OP＝200m)的激光雷达系统100，连续脉冲之间的时间τ(可称为脉冲周期、脉冲重复间隔(PRI) 或脉冲之间的时间段)约为

脉冲周期τ也可以对应于脉冲行进往返距激光雷达系统100距离R OP的目标130的飞行时间。此外，脉冲周期τ可以通过表达式τ＝1/PRF与脉冲重复频率(PRF)相关。例如，1.33μs的脉冲周期对应于约752kHz的PRF。

在特定实施例中，激光雷达系统100可用于确定到一个或多个顺发射方向的目标130的距离。通过跨越能视域扫描激光雷达系统100，该系统可用于将距离映射到能视域内的许多点。这些深度映射点中的每一个都可以称为像素或体素。连续捕获的像素集合(可称为深度图、点云或帧)可被渲染为图像或可被分析以识别或检测对象或确定在FOR内的对象的形状或距离。作为示例，点云可以覆盖水平延伸60°并且竖直延伸 15°的能视域，并且点云可以包括水平方向中100-2000像素×竖直方向中 4-400像素的帧。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为以约0.1帧每秒 (FPS)和约1000FPS之间的任何合适的帧速率重复捕获或生成能视域的点云。作为示例，激光雷达系统100可以以约0.1FPS、0.5FPS、1FPS、 2FPS、5FPS、10FPS、20FPS、100FPS、500FPS或1000FPS的帧速率生成点云。作为另一示例，激光雷达系统100可以被配置为以5×10⁵脉冲/秒的速率产生光脉冲(例如，系统可以确定每秒500,000个像素距离)并且扫描1000×50个像素的帧(例如，50,000像素/帧)，这对应于 10帧每秒的点云帧速率(例如，每秒10个点云)。在特定实施例中，点云帧速率可以基本上固定，或者点云帧速率可以动态地可调节。作为示例，激光雷达系统100可以以特定帧速率(例如，1Hz)捕获一个或多个点云，并且然后切换以不同的帧速率(例如，10Hz)捕获一个或多个点云。较慢的帧速率(例如，1Hz)可用于捕获一个或多个高分辨率点云，并且较快的帧速率(例如，10Hz)可用于快速捕获多个较低分辨率的点云。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为感测、识别或确定到能视域内的一个或多个目标130的距离。作为示例，激光雷达系统 100可以确定到目标130的距离，其中目标130的全部或部分包含在激光雷达系统100的能视域内。目标130的全部或部分包含在激光雷达系统 100的FOR内可以指FOR重叠、包围或封闭目标130的至少一部分。在特定实施例中，目标130可以包括相对于激光雷达系统100移动或静止的对象的全部或部分。作为示例，目标130可以包括人、车辆、摩托车、卡车、火车、自行车、轮椅、行人、动物、道路标志、交通灯、车道标记、路面标记、停车位、塔架、护栏、交通障碍、坑洼、铁路道口、道路内或附近的障碍物、路缘石、道路上或旁边的停车车辆、电线杆、房屋、建筑物、垃圾桶、邮箱、树、任何其它合适的对象的全部或部分，或两个或更多个对象的全部或部分的任何适当组合。在特定实施例中，目标可以被称为对象。

在特定实施例中，光源110、扫描器120和接收器140可一起封装在单个壳体内，其中壳体可指容纳或包含激光雷达系统100的全部或部分的盒子、壳子或外壳。作为示例，激光雷达系统外壳可包含激光雷达系统100的光源110、反射镜119、扫描器120和接收器140。此外，激光雷达系统外壳可包括控制器150。激光雷达系统外壳还可以包括一个或多个电连接，用于向外壳或从外壳传送电力功率或电信号。在特定实施例中，激光雷达系统100的一个或多个部件可远离激光雷达系统外壳定位。作为示例，光源110的全部或部分可以远离激光雷达系统外壳定位，并且由光源110产生的光脉冲可以经由光纤传送到外壳。作为另一示例，控制器150的全部或部分可以远离激光雷达系统外壳定位。

在特定实施例中，光源110可以包括眼睛安全激光器，或者激光雷达系统100可以被归类为眼睛安全激光系统或激光产品。眼睛安全激光器、激光系统或激光产品可以指如下系统，该系统包括具有发射波长、平均功率、峰值功率、峰值强度、脉冲能量、光束大小、光束发散角、曝光时间或扫描输出光束的激光器，使得从系统发射的光对人的眼睛造成伤害的可能性很小或没有。作为示例，光源110或激光雷达系统100 可被归类为在所有正常使用条件下都是安全的1类激光产品(如国际电工委员会(IEC)的60825-1：2014标准所规定)或I类激光产品(如美国联邦法规(CFR)第21篇第1040.10节所规定)。在特定实施例中，激光雷达系统100可以是被配置为以约900nm和约2100nm之间的任何合适波长操作的眼睛安全激光产品(例如，具有1类或I类分类)。作为示例，激光雷达系统100可以包括具有在约1200nm和约1400nm之间或在约1400nm和约1600nm之间的工作波长的激光器，并且激光器或激光雷达系统100可以以眼睛安全的方式操作。作为另一示例，激光雷达系统100可以是眼睛安全的激光产品，其包括具有在约900nm和约1700 nm之间的工作波长的扫描激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以是1类或I类激光产品，其包括具有在约1200nm和约1600nm之间的工作波长的激光二极管、光纤激光器或固态激光器。作为另一示例，激光雷达系统100可以具有约1500nm和约1510nm之间的工作波长。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以集成到车辆中。作为示例，多个激光雷达系统100可以集成到汽车中以提供围绕汽车的完整的360度水平FOR。作为另一示例，2-10个激光雷达系统100，每个系统具有45度到180度的水平FOR，可以组合在一起以形成提供覆盖 360度水平FOR的点云的感测系统。激光雷达系统100可以被定向为使得相邻的FOR具有一定量的空间或角度重叠，以允许来自多个激光雷达系统100的数据组合或缝合在一起以形成单个或连续的360度点云。作为示例，每个激光雷达系统100的FOR可以与相邻FOR具有约1-30度的重叠。在特定实施例中，车辆可以指被配置为运送人或货物的移动机器。例如，车辆可包括，可采取如下形式，或可称为：小汽车、汽车、机动车辆、卡车、公共汽车、货车、拖车、越野车、农用车辆、割草机、建筑设备、叉车、机器人、高尔夫球车、房车、出租车、摩托车、踏板车、自行车、滑板、火车、雪地摩托、船只(例如轮船或小船)、飞机(例如固定翼飞机、直升机或飞船)、无人驾驶飞行器(例如无人机)或航天器。在特定实施例中，车辆可包括为车辆提供推进力的内燃机或电动机。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以被包括在车辆中作为高级驾驶员辅助系统(ADAS)的一部分以帮助车辆的驾驶员操作车辆。例如，激光雷达系统100可以是ADAS的一部分，其向驾驶员提供信息(例如关于周围环境)或反馈(例如，提醒驾驶员注意潜在的问题或危险)或自动控制车辆的一部分(例如，制动系统或转向系统)以避免碰撞或事故。激光雷达系统100可以是车辆ADAS的一部分，其提供自适应巡航控制、自动制动、自动停车、碰撞避让，提醒驾驶员注意危险或其它车辆，将车辆保持在正确的车道上，或在对象或另一车辆处于盲点时提供警告。

在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以集成到车辆中作为自主车辆驾驶系统的一部分。作为示例，激光雷达系统100可以向自主车辆的驾驶系统提供关于周围环境的信息。自主车辆驾驶系统可以被配置为引导自主车辆穿过车辆周围的环境并朝向目的地。自主车辆驾驶系统可以包括一个或多个计算系统，该计算系统从激光雷达系统100接收关于周围环境的信息，分析接收到的信息，并向车辆的驾驶系统(例如，制动器、加速器、转向机构、灯或转向信号)提供控制信号。作为示例，集成到自主车辆中的激光雷达系统100可以每0.1秒向自主车辆驾驶系统提供点云(例如，点云具有10Hz的更新率，表示每秒10帧)。自主车辆驾驶系统可以分析接收到的点云以感测或识别目标130及其相应的位置、距离或速度，并且自主车辆驾驶系统可以基于该信息更新控制信号。作为示例，如果激光雷达系统100检测到正在减速或停车的前方车辆，则自主车辆驾驶系统可以发送指令以释放加速器并应用制动器。

在特定实施例中，自主车辆可被称为自主汽车、无人驾驶汽车、自动驾驶汽车、机器人汽车或无人驾驶车辆。在特定实施例中，自主车辆可以指被配置为感测其环境并在很少或没有人工输入的情况下导航或驾驶的车辆。作为示例，自主车辆可以被配置为驾驶到任何合适的位置并在整个行程中控制或执行所有安全关键功能(例如，驾驶、转向、制动、停车)，而驾驶员不希望随时控制车辆。作为另一示例，自主车辆可以允许驾驶员安全地将他们的注意力从特定环境中(例如高速公路上)的驾驶任务上转移开，或者自主车辆可以在除少数环境之外的所有环境中提供对车辆的控制，只需要很少或没有驾驶员的输入或注意力。

在特定实施例中，自主车辆可以被配置为在车辆中有驾驶员的情况下驾驶，或者自主车辆可以被配置为在没有驾驶员的情况下操作车辆。作为示例，自主车辆可包括带有相关控制设备(例如，方向盘、加速踏板和制动踏板)的驾驶员座椅，并且车辆可被配置为驾驶时无人坐在驾驶员座椅上或几乎没有或没有来自坐在驾驶员座椅上的人的输入。作为另一示例，自主车辆可能不包括任何驾驶员座椅或相关联的驾驶员控制设备，并且车辆可以在没有人工输入的情况下执行几乎所有的驾驶功能 (例如，驾驶、转向、制动、停车和导航)。作为另一示例，自主车辆可以被配置为在没有驾驶员的情况下操作(例如，车辆可以被配置为在车辆中没有驾驶员的情况下运送人类乘客或货物)。作为另一示例，自主车辆可以被配置为在没有任何人类乘客的情况下操作(例如，车辆可以被配置为在没有任何人类乘客在车辆上的情况下运送货物)。

在特定实施例中，光信号(其可被称为光信号、光波形、光学波形、输出光束、发射的光信号、或发射光)可包括光脉冲、CW光、幅度调制光、频率调制(FM)光或其任何合适的组合。尽管本公开描述或示出产生包括光脉冲的光信号的激光雷达系统100或光源110的示例实施例，但是在适当的情况下，本文描述或示出的实施例也可以应用于其它类型的光信号，包括连续波(CW)光、幅度调制光信号或频率调制光信号。例如，如本文描述或示出的激光雷达系统100可以是脉冲激光雷达系统并可以包括被配置为产生光脉冲的光源110。可替代地，激光雷达系统 100可以被配置为作为频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统操作并且可以包括被配置为产生CW光或频率调制光信号的光源110。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以是FMCW激光雷达系统，其中来自光源110的发射光(例如，图1或图3中的输出光束125)包括频率调制光。脉冲激光雷达系统是一种类型的激光雷达系统100，其中光源110发射光脉冲，并且到远程目标130的距离基于光脉冲行进到目标 130并返回的往返飞行时间来确定。另一类型的激光雷达系统100是频率调制激光雷达系统，其可以被称为频率调制连续波(FMCW)激光雷达系统。FMCW激光雷达系统使用频率调制光来基于相对于本地振荡器 (LO)光的频率的接收光(包括被远程目标散射的发射光)的频率来确定到远程目标130的距离。发射光行进到目标130并返回激光雷达系统的往返时间可以对应于接收的散射光和LO光之间的频率差。较大的频率差可对应于较长的往返时间和到目标130的较大距离。接收的散射光和 LO光之间的频率差可以称为拍频。

例如，对于线性啁啾光源(例如，产生频率随时间推移线性改变的频率调制)，LO光和接收光之间的频率差越大，目标130定位越远。频率差可以通过将接收光与LO光混合(例如，通过将两个光束耦合到检测器上以使得它们相干地混合或组合在一起，或通过混合与接收光和发射光相对应的模拟电信号)以产生差拍信号并确定差拍信号的拍频来确定。例如，来自APD的电信号可以使用快速傅立叶变换(FFT)技术来分析以确定发射光和接收光之间的频率差。如果将线性频率调制m(例如，以Hz/s为单位)应用于CW激光器，则往返时间ΔT可通过表达式ΔT＝ΔΦ/m与接收的散射光和发射光之间的频率差ΔΦ相关。此外，从目标130到激光雷达系统100的距离D可以表达为D＝c·ΔΦ/(2m)，其中c 是光速。例如，对于具有10¹²Hz/s(或1MHz/μs)的线性频率调制的光源110，如果测量到330kHz的频率差(接收的散射光和发射光之间)，则到目标的距离约为50米(其对应于约330ns的往返时间)。作为另一示例，1.33MHz的频率差对应于位于约200米远的目标。

用于FMCW激光雷达系统的光源110可以包括(i)直接发射器激光二极管，(ii)种子激光二极管，其后是SOA，(iii)种子激光二极管，其后是光纤放大器，或者(iv)种子激光二极管，其后是SOA，并且然后是光纤放大器。种子激光二极管或直接发射器激光二极管可以以CW方式操作(例如，通过用基本上恒定的DC电流驱动激光二极管)，并且频率调制可以由外部调制器(例如，电光相位调制器可以将频率调制施加到种子激光) 提供。可替代地，可以通过将电流调制施加到种子激光二极管或直接发射器激光二极管来产生频率调制。电流调制(其可以与DC偏置电流一起提供)可以在激光二极管中产生相应的折射率调制，这导致激光二极管发射的光的频率调制。电流调制分量(和相应的频率调制)可以具有任何合适的频率或形状(例如，分段线性、正弦、三角波或锯齿)。例如，电流调制分量(以及所产生的发射光的频率调制)可以在特定时间间隔内单调增加或减少。作为另一个示例，电流调制分量可以包括具有在特定时间间隔内线性增加或减少的电流的三角波或锯齿波，并且由激光二极管发射的光可以包括相应的频率调制，其中光学频率在特定时间间隔内近似线性地增加或减少。例如，在2μs的时间间隔内发射具有200MHz的线性频率改变的光的光源110可以被称为具有10¹⁴Hz/s(或100MHz/μs) 的频率调制m。

图2示出由激光雷达系统100产生的示例扫描图案200。激光雷达系统100的扫描器120可以沿着包含在激光雷达系统100的FOR内的扫描图案200扫描输出光束125(其可以包括多个发射的光信号)。扫描图案 200(其可以被称为光学扫描图案、光学扫描路径、扫描路径或扫描)可以表示随着输出光束125跨越FOR的全部或部分扫描而由输出光束125 遵循的路径或路线。扫描图案200的每次遍历可对应于单个帧或单个点云的捕获。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为沿一个或多个特定扫描图案200扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描图案 200可以跨越具有任何合适的水平FOR(FOR_H)和任何合适的竖直FOR(FOR_V)的任何合适能视域(FOR)扫描。例如，扫描图案200可以具有由40°×30°、90°×40°或60°×15°的角度尺寸(例如，FOR_H×FOR_V)表示的能视域。作为另一示例，扫描图案200可具有大于或等于10°、25°、 30°、40°、60°、90°或120°的FOR_H。作为另一示例，扫描图案200可以具有大于或等于2°、5°、10°、15°、20°、30°或45°的FOR_V。

在图2的示例中，参考线220表示扫描图案200的能视域的中心。在特定实施例中，参考线220可以具有任何合适的定向，诸如例如0°的水平角(例如，参考线220可以是直线向前定向)和0°的竖直角(例如，参考线220可以具有0°的倾角)，或者参考线220可以具有非零水平角或非零倾角(例如，+10°或-10°的竖直角)。在图2中，如果扫描图案200 具有60°×15°的能视域，则扫描图案200覆盖相对于参考线220的±30°水平范围和相对于参考线220的±7.5°竖直范围。此外，图2中的光束125 相对于参考线220具有约-15°水平和+3°竖直的定向。光束125可以被称为相对于参考线220具有-15°的方位角和+3°的仰角。在特定实施例中，方位角(其可被称为方位角度)可表示相对于参考线220的水平角，并且仰角(其可被称为仰角角度、倾斜角或倾斜角度)可表示相对于参考线220的竖直角度。

在特定实施例中，扫描图案200可以包括多个像素210，并且每个像素210可以与一个或多个激光脉冲或一个或多个距离测量相关联。此外，扫描图案200可以包括多条扫描线230，其中每条扫描线表示跨越能视域的至少一部分的一次扫描，并且每条扫描线230可以包括多个像素210。在图2中，如从激光雷达系统100观看的，扫描线230包括五个像素210 并且对应于从右到左跨越FOR的近似水平扫描。在特定实施例中，扫描图案200的周期可以包括总共P_x×P_y像素210(例如，P_x乘P_y像素的二维分布)。作为示例，扫描图案200可以包括具有沿水平方向约100-2,000 个像素210和沿竖直方向约4-400个像素210的尺寸的分布。作为另一示例，扫描图案200可以包括沿水平方向的1,000个像素210乘以沿竖直方向的64个像素210的分布(例如，帧大小为1000×64像素)，其中扫描图案200的每个周期总共64,000个像素。在特定实施例中，沿水平方向的像素210的数量可以被称为扫描图案200的水平分辨率，并且沿竖直方向的像素210的数量可以被称为竖直分辨率。作为示例，扫描图案200可以具有大于或等于100个像素210的水平分辨率和大于或等于4个像素210的竖直分辨率。作为另一示例，扫描图案200可以具有100-2000 个像素210的水平分辨率和4-400个像素210的竖直分辨率。

在特定实施例中，每个像素210可以与距离(例如，到相关联的激光脉冲从其散射的目标130的一部分的距离)或一个或多个角度值相关联。作为示例，像素210可以与距离值和表示像素210相对于激光雷达系统100的角位置的两个角度值(例如，方位角和仰角)相关联。到目标130的一部分的距离可以至少部分地基于相应脉冲的飞行时间测量来确定。角度值(例如，方位角或仰角)可以对应于输出光束125的角度 (例如，相对于参考线220)(例如，当相应的脉冲从激光雷达系统100 发射时)或输入光束135的角度(例如，当激光雷达系统100接收到输入信号时)。在特定实施例中，可以至少部分地基于扫描器120的部件的位置来确定角度值。作为示例，与像素210相关联的方位角或仰角值可以从扫描器120的一个或多个相应扫描镜的角位置来确定。

图3示出包括两个光源110A和110B、具有反射表面115A和115B 的菱形棱镜115、以及旋转多面镜301的示例激光雷达系统100。在特定实施例中，扫描器120可以包括被配置为沿特定方向扫描输出光束125A、 125B的多面镜301。在图3的示例中，扫描器120包括两个扫描镜：(1) 沿Θ_x方向旋转的多面镜301和(2)沿Θ_y方向来回摆动的扫描镜302。来自光源110A、110B的输出光束125A、125B分别由菱形棱镜115横向平移并且由此被引导到多面镜301的反射表面(例如，表面320A、320B、320C 或320D)。来自目标130的散射光作为输入光束135返回到激光雷达系统100。输入光束135从扫描镜302和多面镜301反射，该多面镜301将输入光束135引导通过聚焦透镜141并到达接收器140的检测器340A、 340B。接收器140可以包括一个或多个光学元件141，其可以是聚焦透镜，被配置为将输入光束135引导到检测器340A、340B。检测器340A、 340B可以是PN光电二极管、PIN光电二极管、APD、SPAD或任何其它合适的检测器。反射表面320(其可称为反射表面)可包括反射金属涂层 (例如，金、银或铝)或反射电介质涂层，并且反射表面320可具有在光源110的工作波长处的任何合适的反射率R(例如，R大于或等于70％、 80％、90％、95％、98％或99％)。

在特定实施例中，图3示出了示例激光雷达系统的顶视图。在图3 是顶视图的实施例中，光源110A、110B被示为相对于彼此布置在水平面中并且与接收器140相邻并且平行于聚焦透镜141的中心轴141A。菱形棱镜115被定位成使得光束125A和125B通过水平对准的棱镜115并且横向偏移以便与聚焦透镜141的孔径的一部分重合。光束125A和125B 彼此平行地并且平行于聚焦透镜141的中心轴141A地离开菱形棱镜115。在聚焦透镜141前面偏移光束125A和125B，减小了发射和接收光束的总宽度135W。减小该宽度135W允许使用更小的多面镜301和扫描镜 302。这些部件的尺寸的减小允许更小的驱动电机并降低示例激光雷达系统的整体尺寸和功率要求。菱形棱镜115作为光束偏移装置的优点在于反射表面115A、115B保持固定的平行关系而与温度变化无关。此外，由于两个平行的反射表面115A、115B，从棱镜离开的光束与入射光束具有相同的方向，而与棱镜的定向无关。即，菱形棱镜仅偏移光束，但不改变光束的角度。

在特定实施例中，如图4所示，光源110A、110B垂直布置。在该视图中，未示出光源110A和发射光束125A，因为光源110A位于光源110B 下方。两个光源的这种垂直布置进一步减小了发射和接收光束的总宽度 135W。

在特定实施例中，如图5所示，两个单独的棱镜116A、116B可用于横向偏移光束125A、125B。在该视图中，未示出光源110A和发射光束 125A，因为光源110A位于光源110B下方。在特定实施例中，两个棱镜布置成它们的反射表面彼此平行。使用两个单独的棱镜需要棱镜的反射表面相对于彼此的机械对准以对温度变化不敏感。这对于用作横向平移装置并在图3中的示例实施例中示出的单个菱形棱镜不是问题，因为即使棱镜因温度变化而改变尺寸，单棱镜中反射表面之间的关系仍保持平行。

在特定实施例中，如图6所示，两个单独的反射镜117A、117B可用于横向偏移光束125A、125B。在该视图中，未示出光源110A和发射光束125A，因为光源110A位于光源110B下方。在特定实施例中，两个反射镜117A、117B被布置成它们的反射表面彼此平行。使用两个单独的反射镜需要反射镜的反射表面相对于彼此的机械对准以对温度变化不敏感。

在图7所示的特定实施例中，光源110A、110B被布置成以与聚焦透镜141的中心轴141A成90度角的方式发射光束。单个反射镜118被定位成部分地遮挡聚焦透镜141的孔径并且与光源光束125A、125B的方向成45度角定向，以便在平行于聚焦透镜的中心轴141A的方向上反射光束。在该视图中，未示出光源110A和发射光束125A，因为光源110A 位于光源110B下方。

在图3-7中所示的特定实施例中，光束转换器115、116或117可以将输出光束125A、125B和输入光束135引导成基本上同轴，使得光束沿着大致相同的光路行进(尽管方向相反)。输入光束和输出光束基本上同轴可以指光束至少部分重叠或共享公共传播轴，使得输入光束135和输出光束125A、125B沿基本上相同的光路行进(尽管方向相反)。作为示例，输出光束125A、125B和输入光束135可以彼此平行到小于10mrad、5 mrad、2mrad、1mrad、0.5mrad或0.1mrad之内。随着输出光束125A、 125B跨越能视域扫描，输入光束135可以与输出光束125A、125B一起跟随，从而保持输出光束和输入光束之间的同轴关系。以下光学部件中的每一个可称为光束转换器、光束偏移装置或光束偏移器：图3的菱形棱镜115；图4的菱形棱镜115；图5的棱镜116A和116B；图6的反射镜117A和117B；以及图7的反射镜118。

在特定实施例中，每个光源110A、110B可以包括耦合到指向光束偏移装置的准直器的光纤，如上所述，该光束偏移装置可以是菱形棱镜、一对棱镜、一对反射镜或单个反射镜(如果源光束与返回光束成90度角)。在进一步的实施例中，光源110A、110B可以将输出光束直接发射为自由空间光束。光源可以包括两个直接发射器激光二极管，它们各自发射作为自由空间光束的输出光束，其被耦合到透镜以准直光束。在进一步的实施例中，光源可以包括主振荡器功率放大器(MOPA)，该主振荡器功率放大器包括种子激光二极管，随后是半导体光放大器，该半导体光放大器发射指向准直透镜的输出光束。

在特定实施例中，多面镜301可被配置为分别沿Θ_x或Θ_y方向旋转并沿基本上水平或竖直方向扫描输出光束125A、125B。沿Θ_x方向的旋转可以指导致输出光束125沿基本上水平方向扫描的反射镜301的旋转运动。类似地，沿Θ_y方向的旋转可指导致输出束125沿基本上竖直方向扫描的旋转运动。在图3-7中，反射镜301是沿Θ_x方向旋转并沿基本上水平方向扫描输出光束125的多面镜，并且反射镜302沿Θ_y方向枢转并沿基本上竖直方向扫描输出光束125。在特定实施例中，多面镜301可以被配置为沿任何合适的方向扫描输出光束125A、125B。作为示例，多面镜301可以相对于水平或竖直方向以任何合适的角度，诸如例如以相对于水平或竖直方向约0°、10°、20°、30°、45°、60°、70°、80°或90°的角度，来扫描输出光束125A、125B。

在特定实施例中，多面镜301可以指在其侧面或面的两个或多个上具有反射表面320的多边对象。作为示例，多面镜可以包括任何合适数量的反射面(例如，2、3、4、5、6、7、8或10个面)，其中每个面包括反射表面320。多面镜301可具有任何合适多边形的横截面形状，诸如例如三角形(具有三个反射表面320)、正方形(具有四个反射表面320)、五边形(具有五个反射表面320)、六边形(具有六个反射表面320)、七边形(具有七个反射表面320)或八边形(具有八个反射表面320)。在图3-7中，多面镜301具有大致正方形的横截面形状和四个反射表面 (320A、320B、320C和320D)。图3-7中的多面镜301可以称为方形镜、立方镜或四面多面镜。在图3-7中，多面镜301可以具有类似于立方体、长方体或直角棱镜的形状。此外，多面镜301可具有总共六个侧面，其中四个侧面包括具有反射表面(320A、320B、320C和320D)的面。

在特定实施例中，多面镜301可围绕多面镜301的旋转轴沿顺时针或逆时针旋转方向连续旋转。旋转轴可以对应于垂直于多面镜301的旋转平面并穿过多面镜301的质心的线。在图3-7中，多面镜301在图的平面中旋转，并且多面镜301的旋转轴垂直于图的平面。电动机可以被配置为以基本上固定的频率(例如，约1Hz(或1转/秒)、10Hz、50Hz、 100Hz、500Hz或1000Hz的旋转频率)旋转多面镜301。作为示例，多面镜301可以机械地耦合到电动机(例如，同步电动机)，该电动机被配置为以约160Hz(或9600转/分钟(RPM))的转速旋转多面镜301。

在特定实施例中，随着多面镜301旋转，输出光束125A、125B可以从反射表面320A、320B、320C和320D顺序地反射。这导致沿着特定扫描轴(例如，水平或垂直扫描轴)扫描输出光束125A、125B中的每一个以产生一系列扫描线，其中每条扫描线对应于输出光束125A、125B 中的每一个从多面镜301的反射表面之一的反射。在图3-7中，输出光束 125A、125B中的每一个从反射表面320A反射离开以产生一条扫描线。然后，随着多面镜301旋转，输出光束125A、125B中的每一个从反射表面320B、320C和320D反射离开，以产生第二、第三和第四相应的扫描线。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置使得输出光束125A、 125B首先从多面镜301反射，然后从扫描镜302反射(反之亦然)。在图3-7的示例中，来自光源110A、110B的输出光束125A、125B可以首先被引导到多面镜301，在此被多面镜301的反射表面反射，然后输出光束125A、125B可以被引导到扫描镜302，在此被扫描镜302的反射表面 320反射。可替代地，输出光束125A、125B可以以相反的顺序从多面镜 301和扫描镜302反射。作为示例，来自光源110A、110B的输出光束125A、 125B可以首先被引导到扫描镜302，在此由反射表面320反射，然后，输出光束125A、125B可以被引导到多面镜301，在此被多面镜的反射表面反射。

图8是用于通过光束转换器对准激光雷达系统的输出光束的示例过程，例如在此描述的具有光束转换器的激光雷达系统的那些示例。在步骤910，系统可以被配置为将第一光束引导到光束转换器。在步骤920，系统可以被配置为将来自光束转换器的输出光束引导到光束扫描器。在步骤930，系统可以被配置为将从扫描器输出的光束引导到远程目标。在步骤940，光束在进入光束转换器之前被对准，使得来自光束击中的目标的反射或散射光将通过光束扫描器被反射回来并被引导到与输出光束相关联的光检测器。该示例过程可以与例如本文所述的那些单光束激光雷达系统或多光束激光雷达系统一起使用。

图9示出激光雷达系统100的示例光源视场(FOV_L)和接收器视场 (FOV_R)。激光雷达系统100的光源110可以随着FOV_L和FOV_R由扫描器120跨越能视域(FOR)扫描而发射光脉冲。在特定实施例中，光源视场可以指在特定时刻由光源110照射的角锥。类似地，接收器视场可以指接收器140可在特定时刻在其上接收或检测光的角锥，并且接收器视场外的任何光可能不被接收或检测到。作为示例，随着跨越能视域扫描光源视场，由光源110发射的光脉冲的一部分可以从激光雷达系统100 顺发射方向发送，并且光脉冲可以在发射脉冲时FOV_L指向的方向中被发送。光脉冲可以散射离开目标130，并且接收器140可以接收并检测沿着FOV_R或包含在FOV_R内的散射光的一部分。

在特定实施例中，扫描器120可以被配置为跨越激光雷达系统100 的能视域扫描光源视场和接收器视场二者。随着扫描器120在描绘出扫描图案200的同时跨越激光雷达系统100的能视域扫描FOV_L和FOV_R，可以发射和检测多个光脉冲。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以相对于彼此同步地被扫描，使得随着FOV_L跨越扫描图案200被扫描， FOV_R以相同的扫描速度遵循基本上相同的路径。此外，FOV_L和FOV_R可以随着它们跨越能视域被扫描保持彼此相同的相对位置。作为示例， FOV_L可以与FOV_R基本上重叠或居中于FOV_R(如图9中所示)，并且可以在整个扫描中保持FOV_L和FOV_R之间的该相对定位。作为另一示例， FOV_R可在整个扫描中落后于FOV_L特定的固定量(例如，FOV_R可在与扫描方向相反的方向中偏离FOV_L)。

在特定实施例中，FOV_L可具有与输出光束125的发散角基本上相同或相对应的角大小或范围Θ_L，并且FOV_R可以具有对应于接收器140可以接收和检测光的角度的角度大小或范围Θ_R。在特定实施例中，接收器视场可以是相对于光源视场的任何合适的大小。作为示例，接收器视场可以小于、基本上等于或大于光源视场的角度范围。在特定实施例中，光源视场可具有小于或等于50毫弧度的角度范围，并且接收器视场可具有小于或等于50毫弧度的角度范围。FOV_L可以具有任何合适的角度范围Θ_L，诸如例如约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、 3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。类似地，FOV_R可以具有任何合适的角度范围Θ_R，诸如例如约0.1mrad、0.2mrad、0.5 mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、 40mrad，或50mrad。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可具有大致相等的角度范围。作为示例，Θ_L和Θ_R二者都可以约等于1mrad、2mrad 或4mrad。在特定实施例中，接收器视场可以大于光源视场，或者光源视场可以大于接收器视场。作为示例，Θ_L可约等于3mrad，并且Θ_R可约等于4mrad。作为另一示例，Θ_R可以比ΘL大约L倍，其中L是任何合适的因子，诸如例如1.1、1.2、1.5、2、3、5或10。

在特定实施例中，像素210可表示或可对应于光源视场或接收器视场。随着输出光束125从光源110传播，输出光束125的直径(以及相应像素210的大小)可以根据光束发散角Θ_L而增加。作为示例，如果输出光束125具有2mrad的Θ_L，则在距激光雷达系统100 100m的距离处，输出光束125可以具有约20cm的大小或直径，并且相应的像素210还可以具有约20cm的相应大小或直径。在距激光雷达系统100 200m的距离处，输出光束125和相应的像素210可以各自具有约40cm的直径。

图10示出包括多个像素210和多条扫描线230的示例单向扫描图案 200。在特定实施例中，扫描图案200可以包括任何合适数量的扫描线230 (例如，约1、2、5、10、20、50、100、500或1000条扫描线)，并且扫描图案200的每条扫描线230可以包括任何合适数量的像素210(例如， 1、2、5、10、20、50、100、200、500、1000、2000或5000个像素)。图10中所示的扫描图案200包括八条扫描线230，并且每条扫描线230 包括约16个像素210。在特定实施例中，在两个方向中扫描扫描线230 的扫描图案200(例如，交替地从右向左并且然后从左向右扫描)可称为双向扫描图案200，在相同方向中扫描扫描线230的扫描图案200可称为单向扫描图案200。图2中的扫描图案200可称为双向扫描图案，并且图 10中的扫描图案200可称为单向扫描图案200，其中每条扫描线230在基本上相同的方向中(例如，如从激光雷达系统100观看约从左到右) 跨越FOR行进。在特定实施例中，单向扫描图案200的扫描线230可以在任何合适的方向中跨越FOR引导，诸如例如从左到右、从右到左、从上到下、从下到上，或相对于水平轴或竖直轴以任何合适的角度(例如，以0°、5°、10°、30°或45°角)。在特定实施例中，单向扫描图案200中的每条扫描线230可以是不直接连接到前一或后一扫描线230的单独线。

在特定实施例中，单向扫描图案200可由包括多面镜(例如，图3 的多面镜301)的扫描器120产生，其中每条扫描线230与多面镜的特定反射表面320相关联。由于图3中的激光雷达系统产生两个输出光束 (125A和125B)，图3中的多面镜301的每个反射表面可以产生两条扫描线。作为示例，图3中的多面镜301的反射表面320A可以产生图10中的扫描线230A和230B(例如，输出光束125A可以产生扫描线230A并且输出光束125B可以产生扫描线230B)。类似地，随着多面镜301旋转，反射表面320B、320C和320D可以分别连续地产生扫描线230C和230D、扫描线230A′和230B′、以及扫描线230C′和230D′。在特定实施例中，对于产生m个输出光束的激光雷达系统，单向扫描图案200的m×N条连续扫描线230可对应于N面多面镜的一整圈。作为示例，对于产生一个输出光束125(即，m＝1)的单光束激光雷达系统，图10中的四条扫描线 230A、230B、230C和230D可以对应于四面多面镜301的一整圈。此外，多面镜301的随后旋转可产生图10中接下来的四条扫描线230A′、230B′、 230C′和230′。作为另一个示例，对于产生两个输出光束125A和125B(即， m＝2)的图3中的双光束激光雷达系统，图10中的八条扫描线可以对应于图3中的四面多面镜301的一整圈。

图11示出包括发射光脉冲400的光源110的示例激光雷达系统100。图6中的激光雷达系统100可以称为脉冲激光雷达系统，包括光源110、扫描器120、接收器140和控制器150。接收器140包括聚焦透镜330、检测器340、电子放大器350、和脉冲检测电路365。

在特定实施例中，脉冲激光雷达系统100可以包括光源110，该光源 110被配置为发射光脉冲400。发射的光脉冲400可以是输出光束125的由跨越激光雷达系统100的能视域的扫描器120扫描的一部分。光源110 可以包括产生种子光的种子激光器和放大种子光以产生发射的光脉冲 400的光放大器。例如，光放大器可以是放大种子光的时间部分以产生发射的光脉冲400的脉冲半导体光放大器(SOA)，其中种子光的每个放大的时间部分对应于发射的光脉冲400之一。由光源110发射的光脉冲400 可以具有以下光学特性中的一个或多个：在900nm和1700nm之间的波长；在0.01μJ和100μJ之间的脉冲能量；在80kHz和10MHz之间的脉冲重复频率；以及在0.1ns和20ns之间的脉冲持续时间。例如，光源 110可以发射具有大约1550nm的波长、大约0.5μJ的脉冲能量、大约 750kHz的脉冲重复频率和大约5ns的脉冲持续时间的光脉冲400。作为另一示例，光源110可以发射具有从大约1500nm到大约1510nm的波长的光脉冲。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括扫描器120，扫描器 120被配置为跨越激光雷达系统100的能视域扫描输出光束125。扫描器 120可以接收来自光源110的输出光束125(其包括发射的光脉冲400)，并且扫描器120可以包括被配置为扫描输出光束125的一个或多个扫描镜。除了扫描输出光束125之外，扫描器还可以扫描跨越能视域的检测器340的FOV，使得输出光束125和检测器FOV以相同的扫描速度或以彼此相同的相对位置被扫描。可替代地，激光雷达系统100可以被配置为仅扫描输出光束125，并且检测器具有不被扫描的静态FOV。在该情况下，输入光束135(其包括接收的光脉冲410)可以绕过扫描器120并被引导到接收器140而不通过扫描器120。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括检测接收的光脉冲410 的接收器140。接收的光脉冲410可以包括来自发射的光脉冲400之一的光，该光由距激光雷达系统100一定距离D的目标130散射。接收器140 可以包括一个或多个检测器340，并且每个检测器可以产生与接收的光脉冲410相对应的光电流信号i。图11中的激光雷达系统100包括具有一个检测器340的接收器140，该接收器140接收光脉冲410并产生由电子放大器350放大的光电流信号i。

在特定实施例中，接收器140可以包括确定接收的光脉冲410的到达时间的脉冲检测电路365。接收的光脉冲410的到达时间可以对应于与接收的光脉冲410的上升边缘、下降边缘、峰值或时间中心相关联的时间。可以至少部分地基于由接收器140的检测器340产生的光电流信号i 来确定到达时间。例如，光电流信号i可以包括与接收的光脉冲410相对应的电流脉冲，并且电子放大器350可以产生具有与电流脉冲相对应的电压脉冲的电压信号360。脉冲检测电路365可以基于电压脉冲的特性(例如，基于与电压脉冲的上升边缘、下降边缘、峰值或时间中心相关联的时间)确定接收的光脉冲410的到达时间。例如，当发射光脉冲400时，脉冲检测电路365可以接收电子触发信号(例如，来自光源110或控制器150)，并且脉冲检测电路365可以基于与电压信号360的边缘、峰值或时间中心相关联的时间来确定接收的光脉冲410的到达时间。可以基于发射光脉冲400的时间与检测到接收的光脉冲410的时间之间的差来确定到达时间。

在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括处理器(例如，控制器150)，该处理器至少部分地基于接收的光脉冲410的到达时间来确定到目标130的距离。接收的光脉冲410的到达时间可以对应于发射的光脉冲400的至少一部分行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返时间(ΔT)，其中行进返回目标130的发射的光脉冲400的一部分对应于接收的光脉冲410。到目标130的距离D可以从表达式D＝c·ΔT/2确定。例如，如果脉冲检测电路365确定光脉冲400的发射和光脉冲410 的接收之间的时间ΔT是1μs，则控制器150可以确定到目标130的距离大约为150m。在特定实施例中，往返时间可以由接收器140、由控制器150或由接收器140和控制器150一起确定。例如，接收器140可以通过从检测到接收的光脉冲410的时间减去发射光脉冲400的时间来确定往返时间。作为另一示例，接收器140可以确定发射光脉冲400的时间和检测到接收的光脉冲410的时间。这些值可以被发送到控制器150，并且控制器150可以通过从检测到接收的光脉冲410的时间减去发射光脉冲 400的时间来确定往返时间。

在特定实施例中，激光雷达系统100的控制器150可以经由一个或多个数据链路425耦合到激光雷达系统100的一个或多个部件。图11中的每个链路425表示将控制器150耦合到激光雷达系统100的另一部件 (例如，光源110、扫描器120、接收器140、或脉冲检测电路365)的数据链路。每个数据链路425可以包括一个或多个电链路、一个或多个无线链路或一个或多个光学链路，并且数据链路425可用于向控制器150 发送数据、信号或命令或从控制器150发送数据、信号或命令。例如，控制器150可以经由链路425向光源110发送命令，指示光源110发射光脉冲400。作为另一示例，脉冲检测电路365可以经由链路425向控制器发送具有关于接收的光脉冲410的信息(例如，接收的光脉冲410的到达时间)的信号。另外，控制器150可以经由链路(图11中未示出) 耦合到自主车辆驾驶系统的处理器。自主车辆处理器可以从控制器150 接收点云数据并且可以基于接收的点云数据做出驾驶决定。

图12示出了包括检测器340、电子放大器350和脉冲检测电路365 的示例接收器140。在特定实施例中，电子放大器350或脉冲检测电路 365可以包括接收来自检测器340(例如，来自APD)的电流信号的电路(例如，光电流i)并执行电流到电压转换、信号放大、采样、滤波、信号调节、模数转换、时间数字转换，脉冲检测、阈值检测、上升边缘检测或下降边缘检测的电路。脉冲检测电路365可用于确定(i)光信号(例如，光脉冲 410)是否已被检测器340接收或(ii)与检测器340接收光信号相关联的时间。电子放大器350可以包括跨阻放大器(TIA)300或电压增益电路310，并且脉冲检测电路365可以包括比较器370或时间数字转换器(TDC)380。在特定实施例中，电子放大器350和脉冲检测电路365可以包括在接收器140或控制器150中，或者放大器350或脉冲检测电路365的部分可以包括在接收器140中并且其他部分可以包括在控制器150中。作为示例，TIA 300和电压增益电路310可以是接收器140的一部分，比较器370 和TDC 380可以是耦合到接收器140的控制器150的一部分。作为另一示例，TIA 300、增益电路310、比较器370和TDC 380可以是接收器140 的一部分，并且来自TDC 380的输出信号可以提供给控制器150。

在特定实施例中，电子放大器350可以包括TIA 300，TIA 300被配置为接收来自检测器340的光电流信号i并产生对应于接收的光电流的电压信号。作为示例，响应于接收的光脉冲410(例如，来自被远程目标130 散射的发射光脉冲400的光)，APD 340可以产生与接收的光脉冲410相对应的电流脉冲。TIA 300可以接收来自APD 340的电流脉冲并产生与接收的电流脉冲相对应的电压脉冲。在特定实施例中，TIA 300也可以用作电子滤波器。作为示例，TIA 300可配置为低通滤波器，其通过衰减高于特定频率(例如，高于1MHz、10MHz、20MHz、50MHz、100MHz、 200MHz、300MHz、1GHz或任何其他合适的频率)的信号来移除或衰减高频电噪声。在特定实施例中，电子放大器350可以包括被配置为放大电压信号的电压增益电路310(其可以被称为增益电路或电压放大器)。作为示例，增益电路310可以包括一个或多个电压放大级，其放大从TIA 300接收的电压信号。例如，增益电路310可以接收来自TIA300的电压脉冲，并且增益电路310可以将电压脉冲放大任何合适的量，例如大约 3dB、10dB、20dB、30dB、40dB或50dB的增益。另外，增益电路310 可以被配置为还充当电子滤波器以移除或衰减电噪声。在特定实施例中，电子放大器350可以不包括单独的增益级310(例如，TIA 300可以产生直接耦合到比较器370而没有介入增益电路的电压信号360)。

在特定实施例中，脉冲检测电路365可以包括比较器370，比较器 370被配置为从TIA 300或增益电路310接收电压信号360并在接收的电压信号上升到高于或低于特定阈值电压V_T时产生电边缘信号(例如，上升边缘或下降边缘)。作为示例，当接收的电压信号360上升到V_T以上时，比较器370可以产生上升边缘数字电压信号(例如，从大约0V步进到大约2.5V、3.3V、5V或任何其他合适的数字高电平的信号)。附加地或可替代地，当接收的电压信号360下降到V_T以下时，比较器370可以产生下降边缘数字电压信号(例如，从大约2.5V、3.3V、5V或任何其他合适的数字高电平向下步进到大约0V的信号)。由比较器370接收的电压信号360可以从TIA 300或增益电路310接收并且可以对应于由APD 340 产生的光电流信号i。作为示例，由比较器370接收的电压信号360可以包括与由APD 340响应于接收的光脉冲410而产生的电流脉冲相对应的电压脉冲。由比较器370接收的电压信号360可以是模拟信号，并且由比较器370产生的电边缘信号可以是数字信号。

在特定实施例中，脉冲检测电路365可以包括时间数字转换器(TDC) 380，其被配置为从比较器370接收电边缘信号并确定光源110发射光脉冲400与接收电边缘信号之间的时间间隔。时间间隔可以对应于发射的光脉冲400从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统 100的往返飞行时间。发射的光脉冲400的由激光雷达系统100接收的部分(例如，来自目标130的散射光)可以称为接收的光脉冲410。TDC 380 的输出可以包括一个或多个数值，其中每个数值(可以被称为数值时间值、时间值、数字值或数字时间值)对应于由TDC 380确定的时间间隔。在特定实施例中，TDC 380可以具有内部计数器或时钟，其具有任何合适的周期，例如，5ps、10ps、15ps、20ps、30ps、50ps、100ps、0.5ns、 1ns、2ns、5ns或10ns。作为示例，TDC 380可以具有周期为20ps的内部计数器或时钟，并且TDC 380可以确定发射和接收光脉冲之间的时间间隔等于25,000个时间段，这对应于大约0.5微秒的时间间隔。TDC 380 可以将包括数值“25000”的数字输出信号发送到激光雷达系统100的处理器或控制器150。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括处理器，其被配置为至少部分地基于由一个或多个TDC 380确定的时间间隔来确定从激光雷达系统100到目标130的距离。作为示例，处理器可以是ASIC 或FPGA并且可以是接收器140或控制器150的一部分。处理器可以从 TDC 380接收数值(例如，“25000”)，并且基于接收的值，处理器可以确定从激光雷达系统100到目标130的距离。

在特定实施例中，确定发射和接收光脉冲之间的时间间隔可以基于确定(1)与光源110发射光脉冲400相关联的时间和(2)接收器140检测到来自光脉冲的散射光的时间。作为示例，TDC 380可以对与光脉冲400 的发射相关联的电边缘和与来自脉冲的散射光的检测相关联的电边缘之间的时间段或时钟周期的数量进行计数。确定接收器140何时检测到来自光脉冲的散射光可以基于确定与检测到的光脉冲相关联的上升边缘或下降边缘(例如，比较器370产生的上升边缘或下降边缘)的时间。在特定实施例中，确定与光脉冲400的发射相关联的时间可以基于电触发信号。作为示例，光源110可以为发射的每个光脉冲400产生电触发信号，或者电子装置(例如，控制器150)可以向光源110提供触发信号以启动每个光脉冲400的发射。与光脉冲的发射相关联的触发信号可以提供给TDC 380，并且触发信号的上升边缘或下降边缘可以对应于发射光脉冲的时间。在特定实施例中，与光脉冲400的发射相关联的时间可以基于光学触发信号来确定。作为示例，与光脉冲400的发射相关联的时间可以至少部分地基于在发射的光脉冲离开激光雷达系统100并传播到目标130之前检测到来自发射的光脉冲的一部分光来确定。发射的光脉冲的该部分(其可以称为光触发脉冲)可以由单独的检测器(例如，PIN光电二极管或APD) 或由接收器140检测。来自发射的光脉冲的一部分光可以从位于激光雷达系统100内的表面(例如，分束器或窗口的表面，或光源110、反射镜 119或扫描器120的表面)散射或反射。一些散射或反射光可以被接收器 140的检测器340接收，并且耦合到检测器340的脉冲检测电路365可以确定已经接收到光触发脉冲。接收到光触发脉冲的时间可以与光脉冲400 的发射时间相关联。

图13示出示例接收器140和与接收的光脉冲410相对应的示例电压信号360。激光雷达系统100的光源110可以发射光脉冲400，并且接收器140可以被配置为检测输入光信号135，其包括接收的光脉冲410。在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括一个或多个检测器340、一个或多个放大器350、或一个或多个脉冲检测电路365。脉冲检测电路365可包括一个或多个比较器370或一个或多个时间数字转换器(TDC)380。

图13中所示的接收器140包括检测器340，该检测器340被配置为接收输入光135并产生与接收的光脉冲410(其是输入光135的一部分) 相对应的光电流i。由检测器340产生的光电流i可以称为光电流信号或电流信号。检测器340可以包括APD、PN光电二极管或PIN光电二极管。例如，检测器340可以包括被配置为检测激光雷达系统100的 800-1100nm工作波长处的光的硅APD或PIN光电二极管，或者检测器 340可以包括被配置为检测在1200-1600nm工作波长处的光的InGaAs APD或PIN光电二极管。在图13中，检测器340耦合到电子放大器350，该电子放大器350被配置为接收光电流i并产生与接收的光电流相对应的电压信号360。例如，检测器340可以是响应于检测到接收的光脉冲410 而产生光电流脉冲的APD，并且电压信号360可以是与光电流的脉冲相对应的模拟电压脉冲。放大器350可以包括被配置为接收光电流i并放大光电流以产生与光电流信号相对应的电压信号的跨阻放大器300。此外，放大器350可包括放大电压信号的电压放大器310或过滤光电流或电压信号的电子滤波器(例如，低通或高通滤波器)。

在图13中，由放大器350产生的电压信号360耦合到脉冲检测电路 365。脉冲检测电路包括N个比较器(比较器370-1，370-2，...，370-N)，并且每个比较器设置有特定的阈值或参考电压(V_T1,V_T2,…,V_TN)。例如，接收器140可以包括N＝10个比较器，并且阈值电压可以设定为0伏和 1伏之间的10个值(例如，V_T1＝0.1V、V_T2＝0.2V和V_T10＝1.0V)。当电压信号360上升到高于或低于特定阈值电压时，比较器可产生电边缘信号(例如，上升或下降电边缘)。例如，比较器370-2可以在电压信号 360上升到高于阈值电压V_T2时产生上升边缘。另外或可替代地，比较器 370-2可以在电压信号360下降到低于阈值电压V_T2时产生下降边缘。

图13中的脉冲检测电路365包括N个时间数字转换器(TDC 380-1、 380-2、...、380-N)，并且每个比较器耦合到TDC之一。图13中的每个比较器-TDC对(例如，比较器370-1和TDC 380-1)可以称为阈值检测器。比较器可以向相应的TDC提供电边缘信号，并且TDC可以用作产生电输出信号(例如，数字信号、数字字或数字值)的定时器，该电输出信号表示从比较器接收边缘信号的时间。例如，如果电压信号360上升到高于阈值电压V_T1，则比较器370-1可以产生提供给TDC 380-1的输入端的上升边缘信号，并且TDC 380-1可以产生与TDC380-1接收到边缘信号的时间相对应的数字时间值。数字时间值可以参考发射光脉冲400的时间，并且数字时间值可以对应于或可以用于确定光脉冲400行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返时间。另外，如果电压信号360 随后下降到低于阈值电压V_T1，则比较器370-1可以产生被提供给TDC 380-1的输入端的下降边缘信号，并且TDC 380-1可以产生与TDC 380-1 接收到边缘信号的时间相对应的数字时间值。

在特定实施例中，脉冲检测输出信号可以是与接收的光脉冲410相对应的电信号。例如，图13中的脉冲检测输出信号可以是与模拟电压信号360相对应的数字信号，该模拟电压信号360进而对应于光电流信号i，该光电流信号i进而对应于接收的光脉冲410。如果输入光信号135包括接收的光脉冲410，则脉冲检测电路365可以接收电压信号360(对应于光电流i)并且产生与接收的光脉冲410相对应的脉冲检测输出信号。脉冲检测输出信号可以包括来自从比较器370接收一个或多个边缘信号的 TDC 380中的每个TDC 380的一个或多个数字时间值，并且数字时间值可以表示模拟电压信号360。脉冲检测输出信号可以被发送到控制器150，并且可以至少部分地基于由TDC产生的一个或多个时间值来确定接收的光脉冲410的到达时间。例如，可以从与电压信号360的峰值(例如， V_peak)、上升边缘或时间中心相关联的时间确定到达时间。图13中的脉冲检测输出信号可以对应于图1中的电输出信号145。

在特定实施例中，脉冲检测输出信号可以包括一个或多个数字值，该数字值对应于(1)发射光脉冲400的时间和(2)由接收器140检测到接收的光脉冲410的时间之间的时间间隔。图13中的脉冲检测输出信号可以包括来自从比较器接收边缘信号的TDC中的每个TDC的数字值，并且每个数字值可以表示光源110发射光脉冲400和从比较器接收边缘信号之间的时间间隔。例如，光源110可以发射被目标130散射的光脉冲400，并且接收器140可以接收散射的光脉冲的一部分作为输入光脉冲410。当光源发射光脉冲400时，TDC的计数值可以被重置为零计数。可替代地，接收器140中的TDC可以在多个脉冲周期(例如，10、100、1,000、10,000 或100,000个脉冲周期)上连续累积计数，并且当发射光脉冲400时，当前TDC计数可以存储在存储器中。在发射光脉冲400之后，TDC可以继续累积与经过时间相对应的计数(例如，TDC可以根据时钟周期或时钟周期的一部分来计数)。

在图13中，当TDC 380-1从比较器370-1接收到边缘信号时，TDC 380-1可以产生表示光脉冲400的发射和边缘信号的接收之间的时间间隔的数字信号。例如，数字信号可以包括与在光脉冲400的发射和边缘信号的接收之间经过的时钟周期数相对应的数字值。可替代地，如果TDC 380-1在多个脉冲周期上累积计数，则数字信号可以包括与在接收边缘信号时的TDC计数相对应的数字值。脉冲检测输出信号可以包括与发射光脉冲400的一个或多个时间以及TDC接收到边缘信号的一个或多个时间相对应的数字值。来自脉冲检测电路365的脉冲检测输出信号可以对应于接收的光脉冲410并且可以包括来自从比较器接收边缘信号的TDC中的每个TDC的数字值。脉冲检测输出信号可以被发送到控制器150，并且控制器可以至少部分地基于脉冲检测输出信号来确定到目标130的距离。另外或可替代地，控制器150可以至少部分地基于从脉冲检测电路 365的TDC接收的脉冲检测输出信号来确定接收的光脉冲410的光学特性。

在特定实施例中，激光雷达系统100的接收器140可以包括一个或多个模数转换器(ADC)。作为示例，代替包括多个比较器和TDC，接收器140可以包括从放大器350接收电压信号360并产生电压信号360的数字表示的ADC。尽管本公开描述或示出示例接收器140，其包括一个或多个比较器370和一个或多个TDC 380，但是接收器140可以另外或可替代地包括一个或多个ADC。作为示例，在图13中，代替N个比较器370和N个TDC 380，接收器140可以包括被配置为接收电压信号360 并产生包括与电压信号360相对应的数字化值的数字输出信号的ADC。

图13中示出的示例电压信号360对应于接收的光脉冲410。电压信号360可以是由电子放大器350产生的模拟信号并且可以对应于由图13 中的接收器140检测到的光脉冲。y轴上的电压电平对应于相应比较器 370-1，370-2，...，370-N的阈值电压V_T1，V_T2，...，V_TN。时间值t₁，t₂， t₃，...，t_N-1对应于电压信号360超过相应阈值电压时的时间，并且时间值t′₁，t′₂，t′₃，…，t′_N-1对应于电压信号360低于相应阈值电压时的时间。例如，在电压信号360超过阈值电压V_T1时的时间t₁，比较器370-1可以产生边缘信号，并且TDC 380-1可以输出与时间t ₁相对应的数字值。此外，TDC 380-1可以输出与电压信号360低于阈值电压V_T1时的时间t′₁相对应的数字值。可替代地，接收器140可以包括附加TDC(图13中未示出)，该附加TDC被配置为产生与电压信号360低于阈值电压V_T1时的时间t′₁相对应的数字值。来自脉冲检测电路365的脉冲检测输出信号可以包括与时间值t₁，t₂，t₃，...，t_N-1和t′₁，t′₂，t′₃，…，t′_N-1中的一个或多个相对应的一个或多个数字值。此外，脉冲检测输出信号还可以包括与与时间值相关联的阈值电压相对应的一个或多个值。由于图13中的电压信号360不超过阈值电压V_TN，因此相应的比较器370-N可能不产生边缘信号。结果，TDC 380-N可能不产生时间值，或者TDC 380-N可能产生指示没有接收到边缘信号的信号。

在特定实施例中，由接收器140的脉冲检测电路365产生的脉冲检测输出信号可以对应于或可以用于确定由接收器140检测到的接收的光脉冲410的光学特性。接收的光脉冲410的光学特性可以对应于接收的光脉冲410的到达时间、峰值光强度、峰值光功率、平均光功率、光能量、形状或幅度、时间持续时间或时间中心。例如，由接收器140检测到的光脉冲410可以具有以下光学特性中的一个或多个：在1纳瓦和10 瓦之间的峰值光功率；在1阿托焦耳和10纳焦耳之间的脉冲能量；以及在0.1ns和50ns之间的脉冲持续时间。在特定实施例中，接收的光脉冲 410的光学特性可以从由脉冲检测电路365的一个或多个TDC 380提供的脉冲检测输出信号来确定(例如，如图13中所示)，或光学特性可以从由脉冲检测电路365的一个或多个ADC提供的脉冲检测输出信号来确定。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的峰值光功率或峰值光强度可以从由接收器140提供的脉冲检测输出信号的一个或多个值来确定。作为示例，控制器150可以基于电压信号360的峰值电压(V_peak)确定接收的光脉冲410的峰值光功率。控制器150可以使用将电压信号360的峰值电压与峰值光功率的值相关的公式或查找表。在图13的示例中，光脉冲410的峰值光功率可以从阈值电压V_T(N-1)确定，该阈值电压大约等于电压信号360的峰值电压V_peak(例如，阈值电压V_T(N-1)可以与具有10mW 的峰值光功率的光脉冲410相关联)。作为另一示例，控制器150可以对脉冲检测输出信号的值应用曲线拟合或插值操作以确定电压信号360的峰值电压，并且该峰值电压可以用于确定接收的光脉冲410的相应的峰值光功率。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的能量可以从脉冲检测输出信号的一个或多个值来确定。例如，控制器150可以对与电压信号360相对应的数字值进行求和以确定电压信号曲线下的面积，并且电压信号曲线下的面积可以与接收的光脉冲410的脉冲能量相关。作为示例，图13 中电压信号曲线下的近似面积可以通过将曲线细分为M个子段(其中M 近似为脉冲检测输出信号中包括的时间值的数量)并将子段中的每个子段的面积相加来确定(例如，使用数值积分技术，诸如黎曼和、梯形法则或辛普森法则)。例如，图13中的电压信号曲线360下的近似面积A 可以由黎曼和使用表达式

来确定，其中V_Tk是与时间值t_k相关联的阈值电压，并且Δt_k是与时间值t_k相关联的子段的宽度。在图13的示例中，电压信号360可以对应于具有1皮焦的脉冲能量的接收的光脉冲410。

在特定实施例中，接收的光脉冲410的持续时间可以从相应电压信号360的持续时间或宽度来确定。例如，脉冲检测输出信号的两个时间值之间的差可以用于确定接收的光脉冲410的持续时间。在图13的示例中，与电压信号360相对应的光脉冲410的持续时间可以由差(t′₃-t₃)确定，该差可以对应于具有4纳秒的脉冲持续时间的接收的光脉冲410。作为另一示例，控制器150可以将曲线拟合或插值操作施加到脉冲检测输出信号的值，并且可以基于曲线拟合或插值来确定光脉冲410的持续时间。可以使用包括多个比较器370和TDC 380(如图13中所示)的接收器140或使用包括一个或多个ADC的接收器140来实现如在此所述的用于确定接收的光脉冲410的光学特性的一种或多种方法。

图14示出示例计算机系统2300。在特定实施例中，一个或多个计算机系统2300可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。在特定实施例中，一个或多个计算机系统2300可以提供在此描述或示出的功能。在特定实施例中，在一个或多个计算机系统2300上运行的软件可以执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤，或者可以提供本文描述或示出的功能。特定实施例可包括一个或多个计算机系统2300的一个或多个部分。在特定实施例中，计算机系统可称为处理器、控制器、计算设备、计算系统、计算机、通用计算机或数据处理设备。在此，在适当的情况下，对计算机系统的引用可包括一个或多个计算机系统。

计算机系统2300可以采用任何合适的物理形式。例如，计算机系统 2300可以是嵌入式计算机系统、片上系统(SOC)、单板计算机系统(SBC)、台式计算机系统、膝上型或笔记本计算机系统、大型机、计算机系统的网格、服务器、平板计算机系统或其中两个或更多个的任何合适组合。作为另一示例，计算机系统2300的全部或部分可以与各种设备组合、耦合或集成到各种设备中，各种设备包括但不限于：照相机、摄像机、个人数字助理(PDA)、移动电话、智能电话、电子阅读设备(例如电子阅读器)、游戏机、智能手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、车辆显示器(例如里程表显示器或仪表板显示器)、车辆导航系统、激光雷达系统、ADAS、自动驾驶车辆、自动驾驶车辆驾驶系统、驾驶舱控制器、照相机视图显示器(例如，车辆中的后视照相机的显示器)、眼镜或头戴式显示器。在适当的情况下，计算机系统2300可以包括一个或多个计算机系统2300；是单一的或分布式的；跨越多个位置；跨越多台机器；跨越多个数据中心；或驻留在云中，云可包括一个或多个网络中的一个或多个云部件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统2300可以在没有实质空间或时间限制的情况下执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。作为示例，一个或多个计算机系统2300可以实时或以批处理模式执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个计算机系统2300可以在不同时间或在不同位置执行本文描述或示出的一种或多种方法的一个或多个步骤。

如图14的示例中所示，计算机系统2300可包括处理器2310、存储器2320、存储设备2330、输入/输出(I/O)接口2340、通信接口2350 或总线2360。计算机系统2300可包括在任何合适的布置中的任何合适数量的任何合适的部件。

在特定实施例中，处理器2310可以包括用于执行指令的硬件，诸如构成计算机程序的那些。作为示例，为了执行指令，处理器2310可以从内部寄存器、内部高速缓存、存储器2320或存储设备2330取得(或获取)指令；解码并执行它们；并且然后将一个或多个结果写入内部寄存器、内部高速缓存、存储器2320或存储设备2330。在特定实施例中，处理器2310可包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部高速缓存。在适当的情况下，处理器2310可以包括任何合适数量的任何合适的内部高速缓存。作为示例，处理器2310可以包括一个或多个指令高速缓存、一个或多个数据高速缓存、或者一个或多个转换后备缓冲器(TLB)。指令高速缓存中的指令可以是存储器2320或存储设备2330中指令的副本，并且指令高速缓存可以加速处理器2310对那些指令的取得。数据高速缓存中的数据可以是存储器2320或存储设备2330中的数据的副本，用于在处理器2310处执行以操作的指令；在处理器2310处执行的先前指令的结果，以供在处理器2310处执行的随后指令访问或写入存储器2320 或存储设备2330；或其它合适的数据。数据高速缓存可以加速处理器2310 的读取或写入操作。TLB可以加速处理器2310的虚拟地址转换。在特定实施例中，处理器2310可以包括用于数据、指令或地址的一个或多个内部寄存器。在适当的情况下，处理器2310可以包括任何合适数量的任何合适的内部寄存器。在适当的情况下，处理器2310可以包括一个或多个算术逻辑单元(ALU)；可以是多核处理器；或者可以包括一个或多个处理器2310。

在特定实施例中，存储器2320可以包括用于存储供处理器2310执行的指令或供处理器2310操作的数据的主存储器。作为示例，计算机系统2300可以将指令从存储设备2330或另一个源(诸如例如，另一个计算机系统2300)加载到存储器2320。处理器2310然后可以将指令从存储器2320加载到内部寄存器或内部高速缓存。为了执行指令，处理器2310 可以从内部寄存器或内部高速缓存中取得指令并对它们进行解码。在指令执行期间或之后，处理器2310可将一个或多个结果(其可为中间或最终结果)写入内部寄存器或内部高速缓存。处理器2310然后可以将这些结果中的一个或多个写入存储器2320。一个或多个存储器总线(其可以各自包括地址总线和数据总线)可以将处理器2310耦合到存储器2320。总线2360可以包括一个或多个存储器总线。在特定实施例中，一个或多个存储器管理单元(MMU)可以驻留在处理器2310和存储器2320之间并且促进处理器2310请求的对存储器2320的访问。在特定实施例中，存储器2320可以包括随机存取存储器(RAM)。在适当的情况下，该RAM 可以是易失性存储器。在适当的情况下，该RAM可以是动态RAM (DRAM)或静态RAM(SRAM)。在适当的情况下，存储器2320可以包括一个或多个存储器2320。

在特定实施例中，存储设备2330可以包括用于数据或指令的大容量存储设备。作为示例，存储设备2330可以包括硬盘驱动器(HDD)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(USB)驱动器或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储设备2330可以包括可移除或不可移除(或固定)介质。在适当的情况下，存储设备2330 可以在计算机系统2300的内部或外部。在特定实施例中，存储设备2330 可以是非易失性固态存储器。在特定实施例中，存储设备2330可以包括只读存储器(ROM)。在适当的情况下，该ROM可以是掩模ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM (EEPROM)、闪存或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储设备2330可以包括促进处理器2310和存储设备2330之间的通信的一个或多个存储控制单元。在适当的情况下，存储设备2330可以包括一个或多个存储设备2330。

在特定实施例中，I/O接口2340可以包括硬件、软件或二者，为计算机系统2300和一个或多个I/O设备之间的通信提供一个或多个接口。在适当的情况下，计算机系统2300可以包括这些I/O设备中的一个或多个。这些I/O设备中的一个或多个可以实现人与计算机系统2300之间的通信。作为示例，I/O设备可以包括键盘、小键盘、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描仪、扬声器、照相机、触控笔、平板计算机、触摸屏、轨迹球、另一个合适的I/O设备、或这些中的两个或更多个的任何合适的组合。I/O设备可以包括一个或多个传感器。在适当的情况下，I/O接口 2340可以包括使处理器2310能够驱动这些I/O设备中的一个或多个I/O设备的一个或多个设备或软件驱动器。在适当的情况下，I/O接口2340 可以包括一个或多个I/O接口2340。

在特定实施例中，通信接口2350可以包括硬件、软件或二者，其提供用于计算机系统2300和一个或多个其它计算机系统2300或一个或多个网络之间的通信(诸如例如基于分组的通信)的一个或多个接口。作为示例，通信接口2350可以包括用于与以太网或其它基于有线的网络或无线NIC(WNIC)通信的网络接口控制器(NIC)或网络适配器；用于与无线网络(诸如WI-FI网络)通信的无线适配器；或用于使用光纤通信或自由空间光通信进行通信的光发射器(例如，激光器或发光二极管) 或光接收器(例如，光电检测器)。计算机系统2300可以与自组织网络、个人区域网(PAN)、车载网络(IVN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、城域网(MAN)或互联网的一个或多个部分、或这些中的两个或更多个的组合通信。这些网络中的一个或多个网络的一个或多个部分可以是有线的或无线的。作为示例，计算机系统2300可以与无线PAN(WPAN) (诸如例如BLUETOOTH WPAN)、WI-FI网络、全球微波接入互通 (WiMAX)网络、蜂窝电话网络(诸如例如，全球移动通信系统(GSM) 网络)、或其它合适的无线网络、或这些中的两个或更多个的组合通信。作为另一示例，计算机系统2300可以使用基于100吉比特以太网(100 GbE)、10吉比特以太网(10GbE)或同步光网络(SONET)的光纤通信进行通信。在适当的情况下，计算机系统2300可以包括用于这些网络中的任何网络的任何合适的通信接口2350。在适当的情况下，通信接口 2350可以包括一个或多个通信接口2350。

在特定实施例中，总线2360可以包括将计算机系统2300的组件彼此耦合的硬件、软件或二者。作为示例，总线2360可以包括加速图形端口(AGP)或其它图形总线、控制器局域网(CAN)总线、增强型工业标准架构(EISA)总线、前端总线(FSB)、HYPERTRANSPORT(HT)互连、工业标准架构(ISA)总线、INFINIBAND互连、低引脚数(LPC) 总线、存储器总线、微通道架构(MCA)总线、外围组件互连(PCI)总线、PCI-Express(PCIe)总线、串行高级技术附件(SATA)总线、视频电子标准协会本地总线(VLB)或另一合适的总线或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，总线2360可以包括一个或多个总线2360。

在特定实施例中，结合本文公开的实施方式描述的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或硬件和软件的任何合适的组合。在特定实施例中，计算机软件(其可被称为软件、计算机可执行代码、计算机代码、计算机程序、计算机指令或指令)可用于执行本文描述或示出的各种功能，并且计算机软件可被配置为由计算机系统2300执行或控制其操作。作为示例，计算机软件可以包括被配置为由处理器2310执行的指令。在特定实施例中，由于硬件和软件的可互换性，各种示意性逻辑块、模块、电路或算法步骤已根据功能进行了一般性描述。此类功能是否以硬件、软件或硬件和软件的组合来实现可取决于特定应用或强加于整个系统的设计约束。

在特定实施例中，计算设备可用于实现本文公开的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤。作为示例，本文公开的模块、电路、系统、方法或算法的全部或部分可以由通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA、任何其它合适的可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其任何合适的组合实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合(例如DSP和微处理器的组合)、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或者任何其它此类配置。

在特定实施例中，本文描述的主题的一个或多个实施方式可以被实现为一个或多个计算机程序(例如，编码或存储在计算机可读非暂态存储介质上的计算机程序指令的一个或多个模块)。作为示例，本文公开的方法或算法的步骤可以在可以驻留在计算机可读非暂态存储介质上的处理器可执行软件模块中实现。在特定实施例中，计算机可读非暂态存储介质可包括可用于存储或传输计算机软件并且可由计算机系统访问的任何合适的存储介质。在此，计算机可读非暂态存储介质或媒介可以包括一个或多个基于半导体的或其它集成电路(IC)(诸如例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用IC(ASIC))、硬盘驱动器(HDD)、混合硬盘驱动器(HHD)、光盘(例如，压缩光盘(CD)、CD-ROM、数字多功能光盘(DVD)、蓝光光盘或激光光盘)、光盘驱动器(ODD)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(FDD)、磁带、闪存、固态驱动器(SSD)、 RAM、RAM驱动器、ROM、安全数字卡或驱动器、任何其它合适的计算机可读非暂态存储介质、或这些中的两个或更多个的任何合适组合(在适当情况下)。在适当的情况下，计算机可读非暂态存储介质可以是易失性、非易失性或易失性和非易失性的组合。

在特定实施例中，本文在单独实施方式的上下文中描述的某些特征也可以组合并在单个实施方式中实现。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合在多个实施方式中实现。此外，虽然特征可以在上面描述为以某些组合起作用并且本身甚至最初要求保护，但在一些情况下，要求保护的组合中的一个或多个特征可以从组合中删除，并且要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

虽然在附图中可以将操作描述为以特定顺序发生，但这不应被理解为要求以所示的特定次序或顺序执行此类操作，或者要求执行所有操作。此外，附图可以以流程图或序列图的形式示意性地描绘一个或多个示例过程或方法。然而，未描绘的其它操作可并入示意性示出的示例过程或方法中。例如，一个或多个附加操作可以在任何所示操作之前、之后、同时或之间执行。此外，在适当的情况下，可以重复图中描绘的一个或多个操作。此外，图中描绘的操作可以以任何合适的顺序执行。此外，虽然特定组件、设备或系统在本文中被描述为执行特定操作，但是任何合适的组件、设备或系统的任何合适的组合可用于执行任何合适的操作或操作的组合。在某些情况下，可以执行多任务或并行处理操作。此外，本文描述的实施方式中各个系统部件的分离不应理解为在所有实施方式中都需要这种分离，并且应该理解，所描述的程序部件和系统可以一起集成在单个软件产品中或打包成多个软件产品。

已经结合附图描述了各种实施例。然而，应当理解，这些图不一定按比例绘制。作为示例，图中描绘的距离或角度是说明性的并且可能不一定与所示设备的实际尺寸或布局具有精确关系。

本公开的范围包括本领域普通技术人员将理解的对在此描述或示出的示例实施例的所有改变、替换、变化、变更和修改。本公开的范围不限于本文描述或示出的示例实施例。此外，尽管本公开将本文中的各个实施例描述或示出为包括特定组件、元件、功能、操作或步骤，但是这些实施例中的任何一个实施例可包括本领域普通技术人员将理解的本文任何地方描述或示出的任何组件、元件、功能、操作或步骤的任何组合或排列。

如本文所使用的，术语“或”应被解释为包括或意指任何一个或任何组合，除非另有明确说明或上下文另有说明。因此，在本文中，表述“A或B”是指“A、B或A和B二者”。作为另一示例，在本文中，“A、 B或C”是指以下中的至少一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C； A、B和C。如果元素、设备、步骤或操作的组合在某些方面本质上是相互排斥的，则会出现此定义的例外。

如本文所使用的，诸如但不限于“约”、“基本上”或“大约”的近似词是指这样一种条件，当如此修改时被理解为不一定是绝对的或完美的，但将被认为对本领域普通技术人员而言足够接近，以保证将所述条件指定为存在。描述可以变化的程度将取决于可以进行多大的改变，并且本领域的普通技术人员仍然认识到修改的特征具有未修改的特征所需的特性或能力。一般而言，但以前述讨论为前提，本文中通过诸如“约”的近似词修饰的数值可能与所述值相差±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、±12％或±15％。术语“基本上恒定”是指在任何合适的时间间隔内变化小于特定量的值。例如，基本上恒定的值可以在大约10⁴s、 10³s、10²s、10s、1s、100ms、10ms、1ms、100μs、10μs或1μs的时间间隔内变化小于或等于20％、10％、1％、0.5％或0.1％。术语“基本上恒定”可以应用于任何合适的值，诸如例如光功率、脉冲重复频率、电流、波长、光学或电频率、或光学相位或电相位。

如本文所使用的，术语“第一”、“第二”、“第三”等可用作它们前面的名词的标签，并且这些术语可能不一定暗示特定排序(例如，特定空间、时间或逻辑顺序)。作为示例，系统可以被描述为确定“第一结果”和“第二结果”，并且术语“第一”和“第二”可能不一定暗示在第二结果之前确定第一结果。

如本文所使用的，术语“基于”和“至少部分地基于”可用于描述或呈现影响确定的一个或多个因素，并且这些术语可能不排除可能影响确定的附加因素。确定可以仅基于所呈现的那些因素或者可以至少部分地基于那些因素。短语“基于B确定A”表示B是影响A的确定的因素。在一些情况下，其它因素也可能有助于确定A。在其它情况下，A可能仅基于B确定。

Claims (11)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

第一光源，被配置为发射第一光束；

第二光源，被配置为发射第二光束；

第一检测器，被配置为接收被远程目标散射或反射的第一光束；

第二检测器，被配置为接收被远程目标散射或反射的第二光束；

检测器光学元件，具有中心轴和孔径，散射或反射的第一光束和第二光束在被所述第一检测器和所述第二检测器接收之前通过所述孔径；以及

光束转换器，具有转换器反射元件，所述转换器反射元件被配置为将所述第一光束和所述第二光束引导到所述远程目标；

其中所述反射元件与所述光学元件的孔径部分重叠。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束垂直地布置并且横向地与所述检测器光学元件相邻。

3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光束转换器包括菱形棱镜。

4.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述光束转换器包括第一反射镜和第二反射镜，

所述第一反射镜被定向为与所述第一光束和所述第二光束成45度角，

所述转换器反射元件包括所述第二反射镜，以及

所述第二反射镜被定向为平行于所述第一反射镜。

5.根据权利要求2所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述光束转换器包括第一棱镜和第二棱镜，

所述第一棱镜被定向成以90度朝向所述第二棱镜反射所述第一光束和所述第二光束，

所述转换器反射元件包括所述第二棱镜，以及

所述第二棱镜被定向成以90度反射所述第一光束和所述第二光束。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于：

所述第一光源和所述第二光源垂直布置并且被布置成以相对于物镜的中心轴的第一角度发射所述第一光束和所述第二光束，所述第一角度小于180度，以及

其中所述转换器包括第一反射镜，所述第一反射镜被配置为与所述物镜的中心轴平行地引导所述第一光束和所述第二光束。

7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一光源包括指向第一光学元件的第一光纤，所述第一光纤被配置为基本上准直从所述第一光学元件发射的第一光，并且所述第二光源包括指向第二光学元件的第二光纤，所述第二光纤被配置为基本上准直从所述第二光学元件发射的第二光。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一光源和所述第二光源是直接发射器激光二极管或者结合种子激光二极管的主振荡器功率放大器。

9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述检测器光学元件包括透镜，其被配置为(i)将所述散射或反射的第一光束聚焦到所述第一检测器上以及(ii)将所述散射或反射的第二光束聚焦到所述第二检测器上。

10.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括具有镜面的旋转多边形，其中所述第一光束和所述第二光束从所述光束转换器被引导到所述旋转多边形，所述旋转多边形被配置为围绕第一轴旋转并在跨越能视域的基本水平的平面中扫描所述第一光束和所述第二光束。

11.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括第二反射镜，所述第二反射镜能够沿与所述第一轴正交的轴枢转并且被配置为在围绕所述能视域的基本垂直的方向上引导所述第一光束和所述第二光束。

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