KR102553103B1 - 스캐닝 lidar에서의 지형 적응 펄스 전력 - Google Patents
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Abstract
본 개시내용은 LIDAR 또는 lidar(Light Detection and Ranging) 시스템들을 수반하는 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 즉, 예시적인 방법은 LIDAR 시스템의 광원으로 하여금 방출 벡터를 따라 광을 방출하게 하는 단계를 포함한다. 방법은 방출된 광의 방출 벡터를 조정하는 단계 및 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하는 단계를 또한 포함한다. 방법은 결정된 고도각 성분에 기초하여 방출된 광의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계를 추가로 포함한다. 예시적인 시스템은 차량 및 차량에 결합된 광원을 포함한다. 광원은 차량의 환경을 향해 방출 벡터를 따라 광을 방출하도록 구성된다. 시스템은 컨트롤러를 또한 포함하고 컨트롤러는 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하고 결정된 고도각 성분에 기초하여 방출된 광의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능하다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조:
본 출원은 2018년 9월 28일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/145,647호의 이익을 주장하고, 그 내용은 인용에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 이 섹션에서 설명되는 자료들은 본 출원에서의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니고, 이 섹션에 포함되어 있다고 해서 종래 기술인 것으로 인정되지 않는다.
LIDAR 또는 lidar(Light Detection and Ranging) 시스템들은 물체들로부터 반사된 방출된 광에 기초하여 그 물체들에 관한 정보를 결정하기 위해 환경 내로 광을 방출한다. LIDAR 범위 및 감도는 환경 내로 방출되는 에너지의 양에 의해 근본적으로 제한된다. 즉, 광 펄스 또는 연속 광 신호 당 에너지의 양을 증가시키는 것은 일반적으로 더 긴 범위들에 있는 물체들의 명확한 검출을 가능하게 한다. 그러나, 레이저 방출들은 그 자체가 액세스 가능한 레이저 방출들을 제한하는 레이저 안전 고려사항들에 의해서뿐만 아니라 그 평균 광 펄스 전력을 제한하는 레이저 광원의 동작 파라미터들에 의해 제한된다.
종래의 LIDAR 시스템들은 +/-7도(피치)의 공칭 수직 각도 범위에 걸쳐 레이저 광을 스캐닝할 수 있다. LIDAR 시스템으로부터 100 미터의 거리에서, 그러한 각도 범위는 높이가 대략 24 미터인 수직 범위를 스캐닝할 수 있다. 많은 상황들에서, 반 또는 완전 자율 차량들은 그러한 큰 수직 범위 내에서 물체들을 검출할 필요가 없다. 그에 따라, 광 에너지를 LIDAR 시스템의 환경 내로 더 효율적으로 분배하는 것이 바람직하다.
본 개시내용은 일반적으로 환경에 관한 정보를 획득하도록 구성될 수 있는 LIDAR(light detection and ranging) 시스템들에 관한 것이다. 그러한 LIDAR 디바이스들은 자율 및 반자율 자동차들, 트럭들, 오토바이들, 및 그들의 각각의 환경들 내에서 이동할 수 있는 다른 유형들의 차량들과 같은 차량들에서 구현될 수 있다.
제1 양태에서는, 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 차량 및 상기 차량에 결합된 광원을 포함한다. 상기 광원은 상기 차량의 환경을 향해 적어도 하나의 광 펄스를 방출하도록 구성된다. 상기 시스템은 상기 적어도 하나의 광 펄스의 방출 벡터를 결정하고, 상기 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하고, 상기 결정된 고도각 성분에 기초하여 후속 광 펄스의 펄스 당 에너지(per pulse energy)를 동적으로 조정하도록 동작가능한 컨트롤러를 또한 포함한다.
제2 양태에서는, 방법이 제공된다. 상기 방법은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원으로 하여금 방출 벡터를 따라 광을 방출하게 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 스캐닝 패턴에 따라 상기 방출된 광의 방출 벡터를 조정하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하는 단계를 또한 추가로 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 결정된 고도각 성분에 기초하여 상기 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 단계를 또한 포함한다.
다른 양태들, 실시예들, 및 구현들은 적절한 경우 첨부 도면들을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 시스템을 예시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른, 광 방출 시나리오를 예시한다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른, 광 방출 시나리오를 예시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 차량을 예시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시스템을 예시한다.
도 5a는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5b는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5c는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5d는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 방법을 예시한다.
도 2a는 예시적인 실시예에 따른, 광 방출 시나리오를 예시한다.
도 2b는 예시적인 실시예에 따른, 광 방출 시나리오를 예시한다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 차량을 예시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시스템을 예시한다.
도 5a는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5b는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5c는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 5d는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오를 예시한다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 방법을 예시한다.
예시적인 방법들, 디바이스들, 및 시스템들이 본 명세서에서 설명된다. "예" 및 "예시적인"이라는 단어들은 본 명세서에서 "예, 사례 또는 예시로서 역할하는"을 의미하기 위해 사용된다. "예" 또는 "예시적인"인 것으로서 본 명세서에서 설명되는 임의의 실시예 또는 특징은 반드시 다른 실시예들 또는 특징들보다 바람직하거나 유리한 것으로 해석되어서는 안 된다는 것을 이해해야 한다. 본 명세서에서 제시된 주제의 범위를 벗어나지 않고, 다른 실시예들이 이용될 수 있고, 다른 변경들이 이루어질 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 설명된 예시적인 실시예들은 제한하려는 것이 아니다. 본 명세서에서 일반적으로 설명되고 도면들에 예시된 바와 같은, 본 개시내용의 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열, 치환, 조합, 분리, 및 설계될 수 있으며, 이들 모두는 본 명세서에서 고려된다.
또한, 컨텍스트가 달리 제안하지 않는 한, 도면들 각각에 예시된 특징들은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 따라서, 도면들은 일반적으로 하나 이상의 전체 실시예들의 컴포넌트 양태들로서 간주되어야 하며, 모든 예시된 특징들이 각각의 실시예에 대해 필요하지는 않다는 것을 이해한다.
I. 개관
예시적인 실시예에서, LIDAR 시스템은 방출 벡터의 고도각 및/또는 지역 지형에 기초하여 방출된 광의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정할 수 있다. 그 결과, LIDAR 시스템은 그의 환경 내로 더 효율적으로 그리고 제어가능하게 레이저 전력을 방출할 수 있다. 예를 들어, 그러한 LIDAR 시스템은 도로 표면에서 그리고 그 위에 수 미터에 대응하는 고도각들에서 스캐닝할 때 더 높은 에너지 레이저 펄스들을 제공할 수 있다. 더욱이, LIDAR 시스템은, 차량 근처의 물체들(예를 들어, 지면 또는 다른 유형의 근접 범위 물체)을 향해 광을 방출할 것으로 예상되는 것들과 같은, 더 낮은 에너지의 레이저 펄스들을 다른 고도각들 또는 방출 벡터들에서 제공할 수 있다.
그러한 방식으로, LIDAR 시스템은 레이저 광원의 동작 제한들 및 레이저 등급과 관련이 있는 시간척도들에 걸쳐 동일하거나 유사한 평균 전력을 유지하면서 그의 환경 내에서 광 에너지를 더 효율적으로 분배할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들은 고도(피치) 및 요(yaw) 둘 다에서 기계적으로 스캐닝하는 LIDAR 시스템들을 포함할 수 있다. 그러나, 본 명세서에서 설명된 시스템들 및 방법들은 동적으로 제어가능한 스캐닝을 갖는 임의의 LIDAR 시스템에 적용될 수 있고, 또한 레이저 광 방출 전력의 평균 양에 기초하여 레이저 안전 등급들에 종속될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
II. 예시적인 시스템들
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 감지 시스템(100)을 예시한다. 시스템(100)은 차량(110) 및 차량(110)에 결합된 광원(120)을 포함한다. 광원(120)은 차량(110)의 환경(160)을 향해 방출 벡터(130)를 따라 광을 방출하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 방출된 광은 복수의 광 펄스를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광원(120)은 방출된 광을 연속 광 빔으로서 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(120)은 905 나노미터 또는 1550 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 동작가능한 파이버 레이저를 포함할 수 있다. 다른 유형들의 광 방사체 디바이스들 및/또는 방출 파장들이 본 명세서에서 가능하고 고려된다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템을 포함할 수 있다. 그러한 시나리오들에서, 광원(120)은 LIDAR 시스템의 요소를 나타낼 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 도 3을 참조하여 아래에 예시되고 설명된 바와 같은 차량(300)과 같은 자율 또는 반자율 차량의 감지 시스템의 일부로서 포함될 수 있다.
도 1로 돌아가서, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 방출 벡터(130)는 광원(120)으로부터 방출된 광의 크기 및 방향을 나타낼 수 있다. 예로서, 광원(120)으로부터 방출된 광의 방향은 기준 평면에 기초할 수 있고, 기준 평면은 지면의 적어도 일부와 대응하는, 및/또는 그와 평행한 평면 및/또는 수평 평면을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출 벡터(130)는 고도각 성분 및 요각 성분을 포함할 수 있다. 그러한 시나리오들에서, 고도각 성분은 광원(120)으로부터 방출된 광의 방향과 기준 평면 사이의 각도 차이에 기초한 양 또는 음의 각도 값을 포함할 수 있다. 더욱이, 요각 성분은, 예를 들어, 광원(120)으로부터 방출된 광의 방향과 차량의 전방 또는 차량의 이동 방향 중 적어도 하나 사이의 각도 차이에 기초한 양 또는 음의 각도 값을 포함할 수 있다.
광원(120)은 펄서 회로(122)를 포함할 수 있고, 펄서 회로는 광원(120)으로 하여금 광 펄스들을 방출하게 하기 위해 전류 펄스들을 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 펄서 회로(122)는 하나 이상의 전계 효과 트랜지스터(FET)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펄서 회로(122)는 광원(120)으로부터 방출된 광의 하나 이상의 특성을 제어하도록 동작가능할 수 있는 복수의 GaN FET를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어가능한 특성들은 펄스 지속기간, 펄스 전력 등을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 광원(120)은 전원(124)을 포함할 수 있다. 전원(124)은 광원(120)에 대한 적절한 동작 조건들(예를 들어, 공급 전압/전류)을 제공할 수 있다. 일부 시나리오들에서, 전원(124)은 레이저 전력 증폭기 및/또는 시드 레이저의 하나 이상의 특성을 제어하도록 동작가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전원(124)은 광원(120)에 의해 방출된 광의 평균 에너지 및/또는 파장을 조정하도록 동작가능할 수 있다.
시스템(100)은 컨트롤러(150)를 또한 포함한다. 컨트롤러(150)는 온보드 차량 컴퓨터, 외부 컴퓨터, 또는 스마트폰, 태블릿 디바이스, 개인용 컴퓨터, 웨어러블 디바이스 등과 같은 모바일 컴퓨팅 플랫폼을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(150)는 클라우드 서버 네트워크와 같은 원격 위치된 컴퓨터 시스템을 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(150)는 본 명세서에서 설명된 일부 또는 모든 방법 블록들 또는 단계들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(150)는 하나 이상의 프로세서(152) 및 적어도 하나의 메모리(154)를 포함할 수 있다. 프로세서(152)는, 예를 들어, ASIC(application-specific integrated circuit) 또는 FPGA(field-programmable gate array)를 포함할 수 있다. 소프트웨어 명령어들을 수행하도록 구성된 다른 유형들의 프로세서들, 컴퓨터들 또는 디바이스들이 본 명세서에서 고려된다. 메모리(154)는 판독 전용 메모리(ROM), 프로그램 가능 판독 전용 메모리(PROM), 소거 가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적 소거 가능 판독 전용 메모리(EEPROM), 비휘발성 랜덤 액세스 메모리(예를 들어, 플래시 메모리), 솔리드 스테이트 드라이브(SSD), 하드 디스크 드라이브(HDD), 컴팩트 디스크(CD), 디지털 비디오 디스크(DVD), 디지털 테이프, 판독/기입(R/W) CD들, R/W DVD들 등과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.
컨트롤러(150)의 하나 이상의 프로세서(152)는 본 명세서에서 설명된 다양한 동작들을 수행하기 위해 메모리(154)에 저장된 명령어들을 실행하도록 구성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(150)는 본 명세서에서 설명된 다양한 동작들을 수행하도록 동작가능한 회로(예를 들어, 동기식 디지털 회로)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 회로는 샷 테이블을 포함할 수 있다. 회로의 다른 기능들(예를 들어, 판독 및 시퀀싱)은 동기식 디지털 로직 회로에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로 및 그 동작은 Verilog 또는 다른 하드웨어 기술 언어로 명시될 수 있다. 그러한 시나리오들에서, 컨트롤러(150)는 프로세서를 포함할 필요가 없다.
일부 실시예들에서, 컨트롤러(150)에 의해 수행되는 동작들은 적어도 하나의 광 펄스의 방출 벡터(130) 및/또는 대응하는 광원(120)을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 방출 벡터(130)는 환경에 대한 광원(120)의 위치 및/또는 배향에 기초하여 결정될 수 있다.
컨트롤러(150)에 의해 수행되는 동작들은 방출 벡터(130)의 고도각 성분을 결정하는 것을 포함한다. 예로서, 방출 벡터(130)의 고도각 성분을 결정하는 것은 기준 평면 및/또는 기준 축 상의 방출 벡터(130)의 벡터 투영의 길이를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 방출 벡터(130)의 고도각 성분을 결정하는 다른 방식들이 가능하고 고려된다.
컨트롤러(150)에 의해 수행되는 동작들은 결정된 고도각 성분에 기초하여 하나 이상의 후속 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 광원(120)은 원하는 스캐닝 경로에 따라 스캐닝 패턴으로 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 그러한 시나리오들에서, 컨트롤러(150)는 스캐닝 패턴 및 원하는 스캐닝 경로에 따라 방출된 광의 방출 벡터(130)를 조정하도록 동작가능할 수 있다. 그러한 시나리오들에서, 컨트롤러(150)는 스캐닝 패턴 및 원하는 스캐닝 경로의 다양한 부분들에 따라 제공된 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 임계 각도(예를 들어, 0도 고도) 또는 평면보다 작은 고도각 성분에 대응하는 원하는 스캐닝 경로의 부분들에 대해, 컨트롤러(150)는 제1 에너지를 갖는 방출된 광을 제공할 수 있다. 그러한 시나리오에서, 임계 각도보다 큰 고도각 성분에 대응하는 원하는 스캐닝 경로의 부분들에 대해, 컨트롤러(150)는 제2 에너지를 갖는 방출된 광을 제공할 수 있다.
위의 예는 임계 각도를 포함하지만, 컨트롤러(150)가 광원(120)으로부터 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 동안 다른 각도 임계값들, 각도 범위들, 공간 영역들, 및/또는 목표 위치들이 고려될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
일부 실시예들에서, 컨트롤러(150)는 포인트 클라우드 데이터, 맵 데이터, 이미지 데이터, 물체 데이터, 역반사체 위치 데이터, 하루 중 시간, 주변 광 조건, 태양 위치, 차량(110)의 포즈, 차량(110)의 헤딩, 또는 차량(110)의 동작 조건 중 적어도 하나에 추가로 기초하여 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능할 수 있다. 예를 들어, 인간 대상(예를 들어, 보행자)에 안전하게 제공될 수 있는 광 펄스들의 효과적인 "선량(dose)"은 인간 대상의 동공 팽창에 의존할 수 있고, 동공 팽창은 하루 중 시간 또는 주변 조명 조건들과 같은 요인들에 의해 영향을 받을 수 있다. 특히, 어두운 조건들에서, 사람의 팽창된 동공들(예를 들어, 동공확대)은, 사람의 동공들이 더 수축될 수 있는(예를 들어, 동공축소), 밝은 조건들과 비교하여 더 많은 양의 주어진 광 펄스를 사람의 망막으로 송신할 수 있다.
다른 예들에서, 컨트롤러(150)는 환경(160) 내의 물체들의 위치 또는 유형에 기초하여 방출된 광의 에너지를 조정할 수 있다. 예를 들어, 다른 차량이 차량(110)과 동일한 도로 내에 있다면, 스캐닝 범위 내에 다른 차량의 긍정적인 식별을 유지하기 위해, 비교적 더 높은 에너지의 방출된 광이 제공될 수 있다. 그러나, 도로 표지(예를 들어, 정지 표지, 보행자 횡단 표지 등) 또는 다른 유형의 정적 물체가 관찰되면, 그러한 물체를 향해 방출되는 후속 광에는 비교적 더 낮은 에너지가 제공될 수 있다. 다른 그러한 "우선순위" 또는 "관심 영역들"에 따른 방출된 광 에너지 값들의 조정이 본 명세서에서 가능하고 고려된다.
전술한 바와 같이, 역반사체들은 방출된 광의 평균보다 더 높은 부분을 시스템(100)을 향해 다시 반사시키는 환경(160) 내의 물체들을 나타낼 수 있다. 일부 경우들에서, 역반사체들은 검출기들을 포화시키거나 시스템에 크로스토크 간섭을 도입함으로써 LIDAR 시스템들을 일시적으로 "블라인딩"할 수 있다. 이러한 효과들을 감소시키기 위해, 컨트롤러(150)는 공지된 역반사체들을 갖는 위치들에 제공되는 방출된 광의 에너지를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(150)는 환경의 다른 영역들에 제공되는 광의 에너지의 1/100 또는 1/10을 역반사체들을 향해 방출된 광에 제공할 수 있다.
복수의 광 펄스로서 방출된 광을 포함하는 시나리오들에서, 복수의 광 펄스는 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 길이를 10 피코초 내지 10 나노초인 것으로서 포함할 수 있다. 다른 펄스 길이들이 본 명세서에서 가능하고 고려된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(150)는 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능할 수 있다. 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지는 10 나노줄 내지 10 마이크로줄일 수 있다. 다른 펄스 에너지들이 고려되고 가능하다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(150)는 광원(120)의 펄서 회로(122) 및/또는 전원(124) 중 적어도 하나를 조정함으로써 펄스 에너지를 동적으로 조정할 수 있다. 펄스 에너지를 동적으로 조정하기 위한 다른 방식들이 가능하고 고려된다.
일부 실시예들에서, 복수의 광 펄스 중 적어도 일부의 펄스 반복율은 50 킬로헤르츠 내지 1 메가헤르츠이다. 다른 펄스 반복율들이 고려되고 가능하다.
파이버 레이저인 광원(120)을 포함하는 실시예들에서, 컨트롤러(150)는 시드 레이저 파라미터(예를 들어, 시드 레이저 에너지) 또는 펌프 레이저 파라미터(예를 들어, 펌프 레이저 에너지) 중 적어도 하나를 조정함으로써 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(120)은 하나 이상의 레이저 다이오드, 발광 다이오드, 또는 다른 유형의 발광 디바이스를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 광원(120)은 903 나노미터 주위의 파장에서 광을 방출하도록 구성된 InGaAs/GaAs 레이저 다이오드들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(120)은 레이저 다이오드, 레이저 바, 또는 레이저 스택 중 적어도 하나를 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광원(120)은 하나 이상의 마스터 오실레이터 전력 증폭기(MOPA) 파이버 레이저를 포함할 수 있다. 그러한 파이버 레이저들은 1550 나노미터 또는 그 주위에서 광 펄스들을 제공하도록 구성될 수 있고, 시드 레이저, 및 시드 레이저 광을 더 높은 전력 레벨들로 증폭하도록 구성된 소정 길이의 액티브 광 파이버를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 유형의 발광 디바이스들, 재료들, 및 방출 파장들이 가능하고 고려된다.
일부 실시예들에서, 광원(120)은 원하는 해상도를 제공하기 위해 각각의 목표 위치들을 향해 복수의 방출 벡터를 따라 환경 내로 광을 방출하도록 구성된다. 그러한 시나리오들에서, 광원(120)은 방출된 광이 시스템(100)의 외부 환경(160)과 상호작용하도록 복수의 방출 벡터를 따라 광을 방출하도록 동작가능하다.
도 2a 및 도 2b는 각각의 광 방출 시나리오들(200 및 230)을 예시한다. 도 2a 및 도 2b는 직각 좌표계를 포함하지만, 극 좌표계와 같은 다른 좌표계들이 가능하다는 것이 이해될 것이다. 도 2a는 예시적인 실시예들에 따른, 광 방출 시나리오(200)를 예시한다. 시나리오(200)는 방출 벡터(210a)를 따라 광(예를 들어, 광 펄스 또는 연속 광 방사)을 방출하는 광원(120)을 포함한다. 방출 벡터(210a)는 도 1을 참조하여 예시되고 설명된 바와 같은 차량(110)의 환경(160)과 같은 환경 내의 목표 위치(220a)로 지향될 수 있다. 방출 벡터(210a)는 벡터들(212a 및 214a)의 합으로서 표현될 수 있다.
예시된 바와 같이, 벡터(212a)는 차량(110)의 헤딩 또는 이동 방향(여기서는 x-축에 평행한 것으로 예시됨)을 따른 방출 벡터(210a)의 벡터 투영일 수 있다. 그러한 시나리오에서, 벡터(214a)는 차량(110)의 헤딩 또는 이동 방향에 수직인 축(여기서는 z-축에 평행한 것으로 예시됨)을 따른 방출 벡터(210a)의 벡터 투영을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벡터들(212a 및/또는 214a)은 방출 벡터(210a)의 고도각 성분(216a)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 고도각 성분(216a)은 x-y 평면에 대해 양의 각도 값을 포함할 수 있다.
도 2b는 예시적인 실시예들에 따른, 광 방출 시나리오(230)를 예시한다. 시나리오(230)는 방출 벡터(210b)를 따라 광(예를 들어, 광 펄스 또는 연속 광 방사)을 방출하는 광원(120)을 포함한다. 방출 벡터(210b)는 도 1을 참조하여 예시되고 설명된 바와 같은 차량(110)의 환경(160)과 같은 환경 내의 목표 위치(220b)로 지향될 수 있다. 방출 벡터(210b)는 벡터들(212b 및 214b)의 합으로서 표현될 수 있다.
예를 들어, 벡터(212b)는 차량(110)의 헤딩 또는 이동 방향(여기서는 x-축에 평행한 것으로 예시됨)을 따른 방출 벡터(210b)의 벡터 투영일 수 있다. 그러한 시나리오에서, 벡터(214b)는 차량(110)의 헤딩 또는 이동 방향에 수직인 축(여기서는 z-축에 평행한 것으로 예시됨)을 따른 방출 벡터(210b)의 벡터 투영을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 벡터들(212b 및/또는 214b)은 방출 벡터(210b)의 고도각 성분(216b)을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 도 2a에 예시된 바와 같이, 고도각 성분(216a)은 x-y 평면에 대해 음의 각도 값을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 각각 각각의 고도각 성분들을 갖는 특정한 광 방출 시나리오들을 예시하지만, 광원(120)은 차량(110)의 환경(160)을 스캐닝하기 위해 빠르게 변화하는 방향들로 그리고 다양한 목표 위치들을 향해 광을 방출할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 고도각은 컨트롤러(150)에 의해 실시간으로, 또는 다양한 시간에(예를 들어, 주기적으로 그리고/또는 목표 관심 영역을 결정하는 것에 응답하여) 계속적으로 그리고 동적으로 결정될 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 차량을 예시한다. 차량(300)은 하나 이상의 센서 시스템(302, 304, 306, 308, 및 310)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 센서 시스템(302, 304, 306, 308, 및 310)은, 도 4를 참조하여 아래에 예시되고 설명되는 바와 같은, 센서 시스템(410)과 유사하거나 동일할 수 있다. 예로서, 센서 시스템들(302, 304, 306, 308, 및 310)은 송신 블록(420)을 포함할 수 있다. 즉, 센서 시스템들(302, 304, 306, 308, 및 310)은 주어진 평면(예를 들어, x-y 평면)에 대해 소정 범위의 각도들에 걸쳐 배열된 복수의 광 방사체 디바이스를 갖는 LIDAR 센서들을 포함할 수 있다.
센서 시스템들(302, 304, 306, 308, 및 310) 중 하나 이상은 차량(300) 주위의 환경을 광 펄스들로 조명하기 위해 주어진 평면에 수직인 축(예를 들어, z-축)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 반사 광 펄스들의 다양한 양태들(예를 들어, 경과된 비행 시간, 편파 등)을 검출하는 것에 기초하여, 환경에 관한 정보가 결정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 센서 시스템들(302, 304, 306, 308, 및 310)은 차량(300)의 환경 내의 물리적 물체들과 관련될 수 있는 각각의 포인트 클라우드 정보를 제공하도록 구성될 수 있다. 시스템(100), 차량(300) 및 센서 시스템들(302 및 304)이 특정 특징들을 포함하는 것으로 예시되어 있지만, 본 개시내용의 범위 내에서 다른 유형의 시스템들이 고려된다는 것이 이해될 것이다.
예시적인 실시예는 복수의 광 방사체 디바이스를 갖는 시스템을 포함할 수 있다. 시스템은 LIDAR 디바이스의 송신 블록을 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템은 차량(예를 들어, 자동차, 트럭, 오토바이, 골프 카트, 항공 차량, 보트 등)의 LIDAR 디바이스일 수 있거나 그의 일부일 수 있다. 상기 복수의 광 방사체 디바이스 중의 각각의 광 방사체 디바이스는 각각의 빔 고도각을 따라 광 펄스들을 방출하도록 구성된다. 각각의 빔 고도각들은 본 명세서의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 기준 각도 또는 기준 평면에 기초할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기준 평면은 차량의 운동의 축에 기초할 수 있다.
본 명세서에서의 특정 설명 및 예시들은 다수의 광 방사체 디바이스들을 갖는 시스템들을 설명하지만, 더 적은 수의 광 방사체 디바이스들(예를 들어, 단일 광 방사체 디바이스)을 갖는 LIDAR 시스템들도 본 명세서에서 고려된다. 예를 들어, 레이저 다이오드에 의해 방출된 광 펄스들은 시스템의 환경에 대해 제어가능하게 지향될 수 있다. 광 펄스들의 방출 각도는, 예를 들어, 기계적 스캐닝 미러 및/또는 회전 모터와 같은 스캐닝 디바이스에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 디바이스들은 주어진 축을 중심으로 왕복 운동으로 회전하고/하거나 수직축을 중심으로 회전할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 방사체 디바이스는 광 펄스들을 회전 프리즘 미러(spinning prism mirror)를 향하여 방출할 수 있고, 이는 각각의 광 펄스와 상호작용할 때 프리즘 미러 각도의 각도에 기초하여 광 펄스들이 환경 내로 방출되게 할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 스캐닝 광학계들 및/또는 다른 유형의 전기-광-기계 디바이스들이 환경에 대해 광 펄스들을 스캐닝하는 것이 가능하다.
일부 실시예들에서, 단일 광 방사체 디바이스는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 가변 샷 스케줄에 따라 그리고/또는 샷 당 가변 전력으로 광 펄스들을 방출할 수 있다. 즉, 각각의 레이저 펄스 또는 샷의 방출 전력 및/또는 타이밍은 샷의 각각의 고도각에 기초할 수 있다. 더욱이, 가변 샷 스케줄은 LIDAR 시스템으로부터 또는 LIDAR 시스템을 지원하는 주어진 차량의 표면(예를 들어, 전방 범퍼)으로부터 주어진 거리에서 원하는 수직 간격을 제공하는 것에 기초할 수 있다. 예로서, 광 방사체 디바이스로부터의 광 펄스들이 아래쪽으로 지향될 때, 샷 당 전력(power-per-shot)은 목표까지 더 짧은 예상 최대 거리로 인해 감소될 수 있다. 반대로, 기준 평면 위의 고도각에서 광 방사체 디바이스에 의해 방출되는 광 펄스들은 더 긴 거리들을 이동하는 펄스들을 적절히 검출하기에 충분한 신호 대 잡음을 제공하기 위해 비교적 더 높은 샷 당 전력을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 샷 당 전력/에너지는 각각의 샷에 대해 동적 방식으로 제어될 수 있다. 다른 실시예들에서, 샷 당 전력/에너지는 수 개의 펄스(예를 들어, 10개의 광 펄스)의 연속적인 세트에 대해 제어될 수 있다. 즉, 광 펄스 트레인의 특성들은 펄스 당 기반으로 및/또는 수 개의 펄스 당 기반으로 변경될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시스템(410)을 예시한다. 감지 시스템(410)은 도 1을 참조하여 예시되고 설명된 바와 같은 시스템(100)의 요소들의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 감지 시스템(410)은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템일 수 있다. 감지 시스템은 송신 블록(420), 수신 블록(430), 공유 공간(440), 및 렌즈(450)와 같은 다양한 컴포넌트들의 배열을 수용하는 하우징(412)을 포함한다. 감지 시스템(410)은 렌즈(450)에 의해 시준되는 그리고 시준된 광 빔들(454)로서 감지 시스템(410)의 환경 내로 송신되는 송신 블록(420)으로부터의 방출된 광 빔들(452)을 제공하도록 구성된 컴포넌트들의 배열을 포함한다. 더욱이, 감지 시스템(410)은 집속 광(458)으로서 수신 블록(430)을 향하여 집속시키기 위해 렌즈(450)에 의해 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체로부터의 반사 광(456)을 수집하도록 구성된 컴포넌트들의 배열을 포함한다. 반사 광(456)은 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체에 의해 반사된 시준된 광 빔들(454)로부터의 광을 포함한다.
방출된 광 빔들(452) 및 집속 광(458)은 하우징(410) 내에 또한 포함된 공유 공간(440)을 횡단할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출된 광 빔들(452)은 공유 공간(440)을 통해 송신 경로를 따라 전파되고 집속 광(458)은 공유 공간(440)을 통해 수신 경로를 따라 전파된다.
감지 시스템(410)은 수신 블록(430)에 의해 수신된 집속 광(458)을 처리함으로써 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체의 양태(예를 들어, 위치, 형상 등)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 감지 시스템(410)은 방출된 광 빔들(452)에 포함된 펄스들이 송신 블록(420)에 의해 방출된 시간을 집속 광(458)에 포함된 대응하는 펄스들이 수신 블록(430)에 의해 수신된 시간과 비교하고 비교에 기초하여 하나 이상의 물체와 감지 시스템(410) 사이의 거리를 결정할 수 있다.
감지 시스템(410)에 포함된 하우징(412)은 감지 시스템(410)에 포함된 다양한 컴포넌트들을 장착하기 위한 플랫폼을 제공할 수 있다. 하우징(412)은 하우징(412)의 내부 공간에 포함된 감지 시스템(410)의 다양한 컴포넌트들을 지지할 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(412)은 플라스틱 또는 금속과 같은 구조적 재료로 형성될 수 있다.
일부 예들에서, 하우징(412)은 주변 광 및/또는 송신 블록(420)으로부터 수신 블록(430)으로의 방출된 광 빔들(452)의 비의도적인 송신을 감소시키도록 구성된 광학 차폐를 포함할 수 있다. 광학 차폐는 환경으로부터의 주변 광을 차단하는 재료로 하우징(412)의 외부 표면을 형성 및/또는 코팅함으로써 제공될 수 있다. 또한, 하우징(412)의 내부 표면들은 방출된 광 빔들(452)이 렌즈(450)에 도달하기 전에 수신 블록(430)이 방출된 광 빔들(452)을 수신하는 것을 방지하기 위해 송신 블록(420)을 수신 블록(430)으로부터 광학적으로 격리시키기 위해 위에 설명된 재료를 포함하고/하거나 그 재료로 코팅될 수 있다.
일부 예들에서, 하우징(412)은 전자기 차폐를 위해 센서 시스템(410)의 주변 환경으로부터의 전자기 잡음(예를 들어, 무선 주파수(RF) 잡음 등) 및/또는 송신 블록(420)과 수신 블록(430) 사이의 전자기 잡음을 감소시키도록 구성될 수 있다. 전자기 차폐는 송신 블록(420)에 의해 방출된 방출된 광 빔들(452)의 품질을 개선할 수 있고 수신 블록(430)에 의해 수신 및/또는 제공된 신호들에서의 잡음을 감소시킬 수 있다. 전자기 차폐는 금속, 금속성 잉크, 금속성 발포체, 탄소 발포체, 또는 전자기 방사를 적절히 흡수하거나 반사하도록 구성된 임의의 다른 재료와 같은 하나 이상의 재료로 하우징(412)을 형성 및/또는 코팅하는 것에 의해 달성될 수 있다. 전자기 차폐를 위해 사용될 수 있는 금속들은 예를 들어, 구리 또는 니켈을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 하우징(412)은 실질적으로 원통 형상을 갖고 감지 시스템(410)의 축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하우징(412)은 대략 10 센티미터의 직경을 갖는 실질적으로 원통 형상을 가질 수 있다. 일부 예들에서, 축은 실질적으로 수직이다. 다양한 컴포넌트들을 포함하는 하우징(412)을 회전시킴으로써, 일부 예들에서, 감지 시스템(410)의 환경의 360도 뷰의 3차원 맵이 감지 시스템(410)의 다양한 컴포넌트들의 배열의 빈번한 재교정 없이 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 감지 시스템(410)은 감지 시스템(410)의 시야를 제어하기 위해 하우징(412)의 회전축을 기울이도록 구성될 수 있다.
도 4에 예시되지 않았지만, 감지 시스템(410)은 하우징(412)을 위한 장착 구조를 옵션으로 포함할 수 있다. 장착 구조는 감지 시스템(410)의 축을 중심으로 하우징(412)을 회전시키기 위한 모터 또는 다른 수단을 포함할 수 있다. 대안적으로, 장착 구조는 감지 시스템(410) 이외의 디바이스 및/또는 시스템에 포함될 수 있다.
일부 예들에서, 송신 블록(420), 수신 블록(430), 및 렌즈(450)와 같은 감지 시스템(410)의 다양한 컴포넌트들은 각각의 컴포넌트 및/또는 각각의 컴포넌트에 포함된 서브컴포넌트들의 배열을 교정하는 부담을 감소시키기 위해 미리 결정된 위치들에서 하우징(412)에 제거가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 하우징(412)은 감지 시스템(410)의 조립, 유지, 교정, 및 제조의 용이성을 제공하기 위해 감지 시스템(410)의 다양한 컴포넌트들에 대한 플랫폼으로서의 역할을 한다.
송신 블록(420)은 출구 애퍼처(426)를 통해 복수의 방출된 광 빔(452)을 방출하도록 구성될 수 있는 복수의 광원(422)을 포함한다. 일부 예들에서, 복수의 방출된 광 빔(452) 각각은 복수의 광원(422) 중의 하나에 대응한다. 송신 블록(420)은 광원들(422)과 출구 애퍼처(426) 사이의 방출된 광 빔들(452)의 송신 경로를 따라 미러(424)를 옵션으로 포함할 수 있다.
광원들(422)은 레이저 다이오드들, 발광 다이오드들(LED), 수직 공동 표면 방출 레이저들(VCSEL), 유기 발광 다이오드들(OLED), 폴리머 발광 다이오드들(PLED), 발광 폴리머들(LEP), 액정 디스플레이들(LCD), 마이크로전자기계 시스템들(MEMS), 또는 복수의 방출된 광 빔들(452)을 제공하기 위해 광을 선택적으로 송신, 반사, 및/또는 방출하도록 구성된 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(422)은 수신 블록(430)에 포함된 검출기들(432)에 의해 검출될 수 있는 파장 범위에서 방출된 광 빔들(52)을 방출하도록 구성될 수 있다. 파장 범위는, 예를 들어, 전자기 스펙트럼의 자외선, 가시, 및/또는 적외선 부분들에 있을 수 있다. 일부 예들에서, 파장 범위는 레이저들에 의해 제공되는 것과 같은 좁은 파장 범위일 수 있다. 일 예에서, 파장 범위는 대략 905nm인 파장들을 포함한다. 또한, 광원들(422)은 펄스들의 형태로 방출된 광 빔들(452)을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 복수의 광원(422)은 하나 이상의 기판(예를 들어, 인쇄 회로 보드(PCB), 가요성 PCB 등) 상에 배치되고 복수의 광 빔(452)을 출구 애퍼처(426)를 향하여 방출하도록 배열될 수 있다.
일부 예들에서, 복수의 광원(422)은 방출된 광 빔들(452)에 포함된 시준되지 않은 광 빔들을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출된 광 빔들(452)은 복수의 광원(422)에 의해 방출된 시준되지 않은 광 빔들로 인해 송신 경로를 따라 하나 이상의 방향으로 발산할 수 있다. 일부 예들에서, 송신 경로를 따르는 임의의 위치에서 방출된 광 빔들(452)의 수직 및 수평 범위들은 복수의 광원(422)에 의해 방출된 시준되지 않은 광 빔들의 발산의 정도에 기초할 수 있다.
방출된 광 빔들(452)의 송신 경로를 따라 배열된 출구 애퍼처(426)는 출구 애퍼처(426)에서 복수의 광원(422)에 의해 방출된 복수의 광 빔(452)의 수직 및 수평 범위들을 수용하도록 구성될 수 있다. 도 4에 도시된 블록도는 설명의 편의를 위해 기능 모듈들과 관련하여 설명된다는 점에 유의한다. 그러나, 도 4의 블록도에서의 기능 모듈들은 다른 위치들에서 물리적으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 출구 애퍼처(426)가 송신 블록(420)에 포함되어 있는 것으로 예시되어 있지만, 출구 애퍼처(426)는 송신 블록(420) 및 공유 공간(440) 둘 다에 물리적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 송신 블록(420) 및 공유 공간(440)은 출구 애퍼처(426)를 포함하는 벽에 의해 분리될 수 있다. 이 경우, 출구 애퍼처(426)는 벽의 투명 부분에 대응할 수 있다. 일 예에서, 투명 부분은 벽의 구멍 또는 절개 부분일 수 있다. 다른 예에서, 벽은 불투명 재료로 코팅된 투명 기판(예를 들어, 유리)으로 형성될 수 있고, 출구 애퍼처(426)는 불투명 재료로 코팅되지 않은 기판의 일부일 수 있다.
감지 시스템(410)의 일부 예들에서, 복수의 광 빔(452)의 수직 및 수평 범위들을 수용하면서 출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하는 것은 하우징(412)의 기능들에서 위에 설명된 광원들(422)의 광학 차폐를 개선할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 송신 블록(420)과 공유 공간(440)을 분리하는 벽은 집속 광(458)의 수신 경로를 따라 배열될 수 있고, 따라서, 출구 애퍼처(426)는 집속 광(458)의 더 큰 부분이 벽에 도달할 수 있도록 최소화될 수 있다. 예를 들어, 벽은 반사 재료(예를 들어, 공유 공간(440) 내의 반사 표면(442))로 코팅될 수 있고 수신 경로는 집속 광(458)을 반사 재료에 의해 수신 블록(430)을 향하여 반사시키는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하는 것은 집속 광(458)의 더 큰 부분이 벽이 코팅되는 반사 재료로부터 반사되게 할 수 있다.
출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하기 위해, 일부 예들에서, 방출된 광 빔(452)의 발산은 방출된 광 빔(452)의 수직 및 수평 범위들을 최소화하고 따라서 출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하기 위해 광원(422)에 의해 방출된 시준되지 않은 광 빔을 부분적으로 시준함으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 복수의 광원(422) 중의 각각의 광원은 광원에 인접하여 배열된 원통형 렌즈를 포함할 수 있다. 광원은 제2 방향으로보다 제1 방향으로 더 많이 발산하는 대응하는 시준되지 않은 광 빔을 방출할 수 있다. 원통형 렌즈는 제1 방향으로 시준되지 않은 광 빔을 미리 시준하여 부분적으로 시준된 광 빔을 제공하고, 그에 의해 제1 방향으로의 발산을 감소시킬 수 있다. 일부 예들에서, 부분적으로 시준된 광 빔은 제2 방향으로보다 제1 방향으로 더 적게 발산한다. 유사하게, 복수의 광원(422) 중의 다른 광원들로부터의 시준되지 않은 광 빔들은 제1 방향으로 감소된 빔 폭을 가질 수 있고 따라서 방출된 광 빔들(452)은 부분적으로 시준된 광 빔들로 인해 더 작은 발산을 가질 수 있다. 이 예에서, 출구 애퍼처(426)의 수직 및 수평 범위들 중 적어도 하나는 광 빔들(452)을 부분적으로 시준시키는 것으로 인해 감소될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 출구 애퍼처(426)의 크기를 최소화하기 위해, 일부 예들에서, 광원들(422)은 송신 블록(420)에 의해 정의된 성형된 표면을 따라 배열될 수 있다. 일부 예들에서, 성형된 표면은 면형(faceted) 및/또는 실질적으로 만곡될 수 있다. 면형 및/또는 만곡된 표면은 방출된 광 빔들(452)이 출구 애퍼처(426)를 향하여 수렴하도록 구성될 수 있고 따라서 출구 애퍼처(426)에서의 방출된 광 빔들(452)의 수직 및 수평 범위들은 송신 블록(420)의 면형 및/또는 만곡된 표면을 따라 광원들(422)의 배열로 인해 감소될 수 있다.
일부 예들에서, 복수의 광 빔(452)이 송신 경로를 따라 복수의 광원(422) 앞의 중심 영역을 향하여 수렴하도록, 송신 블록(420)의 만곡된 표면은 방출된 광 빔들(452)의 제1 발산 방향을 따른 곡률 및 방출된 광 빔들(452)의 제2 발산 방향을 따른 곡률을 포함할 수 있다.
광원들(422)의 그러한 만곡된 배열을 용이하게 하기 위해, 일부 예들에서, 광원들(422)은 하나 이상의 방향을 따라 곡률을 갖는 가요성 기판(예를 들어, 가요성 PCB) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 만곡된 가요성 기판은 방출된 광 빔들(452)의 제1 발산 방향 및 방출된 광 빔들(452)의 제2 발산 방향을 따라 만곡될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광원들(422)의 그러한 만곡된 배열을 용이하게 하기 위해, 일부 예들에서, PCB의 만곡된 에지가 제1 방향의 곡률(예를 들어, PCB의 수직 평면)과 실질적으로 일치하도록, 광원들(422)은 하나 이상의 수직으로 배향된 인쇄 회로 보드(PCB) 들의 만곡된 에지 상에 배치될 수 있다. 이 예에서, 하나 이상의 PCB는 제2 방향의 곡률(예를 들어, 하나 이상의 PCB의 수평 평면)과 실질적으로 일치하는 수평 곡률을 따라 송신 블록(420)에 장착될 수 있다. 예를 들어, 송신 블록(420)은 4개의 PCB를 포함할 수 있고, 각각의 PCB는 16개의 광원을 장착하여, 송신 블록(420)의 만곡된 표면을 따라 64개의 광원을 제공한다. 이 예에서, 64개의 광원은 방출된 광 빔들(452)이 송신 블록(420)의 출구 애퍼처(426)를 향하여 수렴하도록 하는 패턴으로 배열된다.
송신 블록(420)은 광원들(422)과 출구 애퍼처(426) 사이의 방출된 광 빔들(452)의 송신 경로를 따라 미러(424)를 옵션으로 포함할 수 있다. 송신 블록(420)에 미러(424)를 포함시킴으로써, 방출된 광 빔들(452)의 송신 경로는 접힐 수 있어 송신 경로가 접히지 않은 다른 송신 블록의 크기보다 더 작은 크기의 감지 시스템(410)의 하우징(412) 및 송신 블록(420)을 제공할 수 있다.
수신 블록(430)은 입구 애퍼처(436)를 통해 집속 광(458)을 수신하도록 구성될 수 있는 복수의 검출기(432)를 포함한다. 일부 예들에서, 복수의 검출기(432) 각각은 복수의 광원(422) 중의 대응하는 광원에 의해 방출되고 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체에서 반사되는 광 빔에 대응하는 집속 광(458)의 일부를 수신하도록 구성되고 배열된다. 수신 블록(430)은 불활성 가스(434)를 갖는 밀폐된 환경에 검출기들(432)을 옵션으로 포함할 수 있다.
검출기들(432)은 방출된 광 빔들(452)의 파장 범위 내의 파장들을 갖는 집속 광(458)을 수신하도록 구성된 포토다이오드들, 애벌란시 포토다이오드들, 단일 광자 애벌란시 다이오드(single-photon avalanche diode, SPAD)들, 포토트랜지스터들, 실리콘 광증배소자(silicon photomultiplier, SiPM)들, 카메라들, 액티브 픽셀 센서들(APS), 전하 결합 디바이스들(CCD), 극저온 검출기들, 또는 임의의 다른 광 센서를 포함할 수 있다.
검출기들(432) 각각에 의해, 복수의 광원(422) 중의 대응하는 광원으로부터 집속 광(58)의 부분을 수신하는 것을 용이하게 하기 위해, 검출기들(432)은 하나 이상의 기판 상에 배치되고 그에 따라 배열될 수 있다. 예를 들어, 광원들(422)은 송신 블록(420)의 만곡된 표면을 따라 배열될 수 있다. 검출기들(432)은 수신 블록(430)의 만곡된 표면을 따라 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 수신 블록(430)의 만곡된 표면은 송신 블록(420)과 유사하거나 동일한 만곡된 표면을 포함할 수 있다. 따라서, 검출기들(432) 각각은 원래 복수의 광원(422) 중의 대응하는 광원에 의해 방출된 광을 수신하도록 구성될 수 있다.
수신 블록(430)의 만곡된 표면을 제공하기 위해, 검출기들(432)은 송신 블록(420) 내에 배치된 광원들(422)과 유사하게 하나 이상의 기판 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 검출기들(432)은 가요성 기판(예를 들어, 가요성 PCB) 상에 배치되고 가요성 기판의 만곡된 표면을 따라 배열되어 광원들(422) 중의 대응하는 광원에서 비롯되는 집속 광을 각각 수신할 수 있다. 이 예에서, 가요성 기판은 수신 블록(430)의 만곡된 표면의 형상에 대응하는 표면들을 갖는 2개의 클램핑 피스 사이에 유지될 수 있다. 따라서, 이 예에서, 수신 블록(430)의 조립은 가요성 기판을 수신 블록(430) 상으로 슬라이딩시키고 2개의 클램핑 피스를 이용하여 그것을 정확한 곡률로 유지함으로써 단순화될 수 있다.
수신 경로를 따라 횡단하는 집속 광(458)은 입구 애퍼처(436)를 통해 검출기들(432)에 의해 수신될 수 있다. 일부 예들에서, 입구 애퍼처(436)는 복수의 광원(422)에 의해 방출되는 파장 범위 내의 파장들을 갖는 광을 통과시키고 다른 파장들을 갖는 광을 감쇠시키는 필터링 윈도를 포함할 수 있다. 이 예에서, 검출기들(432)은 파장 범위 내의 파장들을 갖는 광을 실질적으로 포함하는 집속 광(458)을 수신한다.
일부 예들에서, 수신 블록(430)에 포함된 복수의 검출기(432)는, 예를 들어, 불활성 가스(434)로 채워진 밀폐된 환경 내의 애벌란시 포토다이오드들을 포함할 수 있다. 불활성 가스(434)는, 예를 들어, 질소를 포함할 수 있다.
공유 공간(440)은 송신 블록(420)으로부터 렌즈(450)로의 방출된 광 빔들(452)에 대한 송신 경로를 포함하고, 렌즈(450)로부터 수신 블록(430)으로의 집속 광(458)에 대한 수신 경로를 포함한다. 일부 예들에서, 송신 경로는 공유 공간(440) 내의 수신 경로와 적어도 부분적으로 중첩한다. 공유 공간(440)으로 송신 경로 및 수신 경로를 포함시킴으로써, 감지 시스템(410)의 크기, 비용, 및/또는 조립, 제조, 및/또는 유지의 복잡성에 대한 이점들이 제공될 수 있다.
출구 애퍼처(426) 및 입구 애퍼처(436)가 각각 송신 블록(420) 및 수신 블록(430)의 일부인 것으로 예시되어 있지만, 그러한 애퍼처들이 다른 위치들에 배열되거나 배치될 수 있다는 것이 이해된다. 일부 실시예들에서, 출구 애퍼처(426) 및 입구 애퍼처(436)의 기능 및 구조는 조합될 수 있다. 예를 들어, 공유 공간(440)은 공유된 입구/출구 애퍼처를 포함할 수 있다. 하우징(412) 내의 시스템(410)의 광학 컴포넌트들을 배열하는 다른 방식들이 가능하고 고려된다는 것이 이해될 것이다.
일부 예들에서, 공유 공간(40)은 반사 표면(442)을 포함할 수 있다. 반사 표면(442)은 수신 경로를 따라 배열되고 집속 광(458)을 입구 애퍼처(436)를 향하여 검출기들(432) 상으로 반사시키도록 구성될 수 있다. 반사 표면(442)은 집속 광(458)을 수신 블록(430) 내의 입구 애퍼처(436)를 향하여 반사시키도록 구성된 프리즘, 미러 또는 임의의 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 벽은 공유 공간(440)을 송신 블록(420)으로부터 분리할 수 있다. 이러한 예들에서, 벽은 투명 기판(예를 들어, 유리)을 포함할 수 있고, 반사 표면(442)은 출구 애퍼처(426)에 대한 코팅되지 않은 부분을 갖는 벽 상에 반사 코팅을 포함할 수 있다.
반사 표면(442)을 포함하는 실시예들에서, 반사 표면(442)은 송신 블록(420) 내의 미러(424)와 유사하게 수신 경로를 접음으로써 공유 공간(440)의 크기를 감소시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예들에서, 반사 표면(442)은 집속 광(458)을 수신 블록(430)으로 지향시켜 하우징(412) 내의 수신 블록(430)의 배치에 대한 유연성을 추가로 제공할 수 있다. 예를 들어, 반사 표면(442)의 기울기를 변화시키는 것은 집속 광(458)이 하우징(412)의 내부 공간의 다양한 부분들로 반사되게 할 수 있고, 따라서 수신 블록(430)은 하우징(412) 내의 대응하는 위치에 배치될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 이 예에서, 감지 시스템(10)은 반사 표면(442)의 기울기를 변화시킴으로써 교정될 수 있다.
하우징(412)에 장착된 렌즈(450)는 송신 블록(420) 내의 광원들(422)로부터 방출된 광 빔들(452)을 시준하는 것과 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체로부터의 반사 광(456)을 수신 블록(430) 내의 검출기들(432) 상으로 집속시키는 것 둘 다를 수행하기 위한 광학 능력을 가질 수 있다. 일 예에서, 렌즈(450)는 대략 120mm의 초점 거리를 갖는다. 시준을 위한 송신 렌즈와 집속을 위한 수신 렌즈 대신에, 이러한 기능들 둘 다를 수행하기 위해 동일한 렌즈(450)를 사용함으로써, 크기, 비용 및/또는 복잡성에 대한 이점들이 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 방출된 광 빔들(452)을 시준하여 시준된 광 빔들(454)을 제공하는 것은 감지 시스템(10)의 환경 내의 하나 이상의 물체까지 시준된 광 빔들(454)에 의해 이동된 거리를 결정하는 것을 허용한다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 렌즈(450)가 송신 렌즈 및 수신 렌즈로서 이용되지만, 본 개시내용의 범위 내에서 별개의 렌즈 및/또는 다른 광학 요소들이 고려된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 렌즈(450)는 별개의 광 송신 및 수신 경로들을 따른 별개의 렌즈들 또는 렌즈 세트들을 나타낼 수 있다.
예시적인 시나리오에서, 송신 경로를 따라 횡단하는 광원들(422)로부터의 방출된 광 빔들(452)은 렌즈(450)에 의해 시준되어 시준된 광 빔들(454)을 감지 시스템(410)의 환경에 제공할 수 있다. 그 후, 시준된 광 빔들(454)은 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체로부터 반사되고 반사 광(456)으로서 렌즈(450)로 복귀할 수 있다. 그 후, 렌즈(450)는 반사 광(456)을 수집하고 집속 광(458)으로서 수신 블록(30)에 포함된 검출기들(432) 상으로 집속시킬 수 있다. 일부 예들에서, 방출된 광 빔들(452)을 집속 광 빔들(58)과 비교함으로써 감지 시스템(410)의 환경 내의 하나 이상의 물체의 양태가 결정될 수 있다. 양태들은, 예를 들어, 하나 이상의 물체의 거리, 형상, 컬러, 및/또는 재료를 포함할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 하우징(412)을 회전시킴으로써, 감지 시스템(410)의 주변의 3차원 맵이 결정될 수 있다.
복수의 광원(422)이 송신 블록(420)의 만곡된 표면을 따라 배열되는 일부 예들에서, 렌즈(450)는 송신 블록(420)의 만곡된 표면에 대응하는 초점 표면을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 렌즈(450)는 하우징(412) 외부의 비구면 표면 및 공유 공간(440)을 향하는 하우징(412) 내부의 환상 표면을 포함할 수 있다. 이 예에서, 렌즈(450)의 형상은 렌즈(450)가 방출된 광 빔들(452)을 시준하는 것과 반사 광(456)을 집속시키는 것 둘 다를 수행할 수 있게 한다. 또한, 이 예에서, 렌즈(450)의 형상은 렌즈(450)가 송신 블록(420)의 만곡된 표면에 대응하는 초점 표면을 갖게 한다. 일부 예들에서, 렌즈(450)에 의해 제공되는 초점 표면은 송신 블록(420)의 만곡된 형상과 실질적으로 일치한다. 또한, 일부 예들에서, 검출기들(432)은 렌즈(450)에 의해 제공되는 만곡된 초점 표면을 따라 집속 광(458)을 수신하기 위해 수신 블록(430)의 만곡된 형상에서 유사하게 배열될 수 있다. 따라서, 일부 예들에서, 수신 블록(430)의 만곡된 표면은 또한 렌즈(450)에 의해 제공되는 만곡된 초점 표면과 실질적으로 일치할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 차량 및 하나 이상의 센서 시스템을 수반하는 다양한 감지 시나리오들의 수 개의 뷰들을 예시한다. 도 5a는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오(500)에서의 차량(300)의 측면도를 예시한다. 그러한 시나리오에서, 센서 시스템(302)은 최대 고도각(512)과 최소 고도각(514) 사이의 고도각 범위(510)에 걸쳐 차량(300)의 환경 내로 광 펄스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 시스템(302)은 조정가능한 스캐닝 영역 내의 차량(300)의 환경 내로 광을 방출하도록 구성된 광원(예를 들어, 파이버 레이저)을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 센서 시스템(302)은 비선형 고도각 분포로 배열되는 복수의 광 방사체 디바이스를 포함할 수 있다. 즉, 원하는 수직 빔 해상도를 달성하기 위해, 센서 시스템(302)의 복수의 광 방사체 디바이스는 인접한 빔들 사이의 이종 고도각 차이들을 포함하는 빔 고도각들에 걸쳐 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 임계 각도 또는 평면(예를 들어, 축(516)에 대응하는 수평 평면) 아래의 고도각 성분을 갖는 센서 시스템(302)으로부터 방출된 광은 제1 에너지로 제공될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 임계 각도 또는 평면 위의 고도각 성분을 갖는 센서 시스템(302)으로부터 방출된 광은 제1 에너지보다 높거나 낮을 수 있는 제2 에너지로 제공될 수 있다.
추가 예로서, 센서 시스템(304)은 최대 고도각(522)과 최소 고도각(524) 사이에 정의될 수 있는 고도각 범위(520)에 걸쳐 차량(300)의 환경 내로 광 펄스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 시스템(304)의 하나 이상의 광 방사체 디바이스는 회전 미러(예를 들어, 프리즘 미러)로부터 광을 반사시킴으로써 차량(300) 주위의 환경을 조명할 수 있다.
그러한 예시적인 실시예들에서, 컨트롤러(예를 들어, 도 1을 참조하여 예시되고 설명된 바와 같은 컨트롤러(150))는 광 펄스들 또는 연속 광 빔의 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하고 결정된 고도각 성분에 기초하여 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 임계 각도 또는 평면(예를 들어, 축(526)에 대응하는 수평 평면 및/또는 도 5c를 참조하여 설명된 바와 같은 "지면-스키밍(ground-skimming)" 빔 고도각(594)) 아래의 고도각 성분을 갖는 센서 시스템(304)으로부터 방출된 광은 제1 에너지(예를 들어, 1 마이크로줄)로 제공될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 임계 각도 또는 평면 위의 고도각 성분을 갖는 센서 시스템(302)으로부터 방출된 광은 제2 에너지(예를 들어, 100 나노줄)로 제공될 수 있다. 제1 및 제2 에너지 값들이 본 명세서에 설명된 값들보다 높거나 낮을 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 5b는 감지 시나리오(550)에서의 차량(300)의 후면도를 예시한다. 감지 시나리오(550)에 예시된 바와 같이, 센서 시스템들(302, 308 및 310)은 최대 고도각(562) 및 최소 고도각(564)을 갖는 고도각 범위(560)에 걸쳐 물체들을 검출하도록 구성될 수 있다. 유사하게, 센서 시스템들(308 및 310)은 각각의 고도각 범위들(570a 및 570b)을 제공할 수 있고, 이들은 각각의 최대 고도각들(572a 및 572b) 및 각각의 최소 고도각들(574a 및 574b)에 의해 한정될 수 있다.
예시적인 실시예들은 차량이 세계 곳곳을 이동함에 따라 그 주위의 변화하는 환경에 기초하여 방출된 광 펄스의 다양한 양태들(예를 들어, 펄스 에너지)을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 구체적으로, 방출된 광 펄스들의 양태들은, 제한 없이, 기복이 있는 도로(예를 들어, 오르막 또는 내리막을 운전할 때의 경사도 변화, 곡선 주위로 운전하는 것 등), 도로 상의 또는 그에 인접한 물체들(예를 들어, 보행자들, 다른 차량들, 건물들 등), 또는 다른 정적인 또는 동적으로 변하는 환경 조건들 또는 컨텍스트들에 기초하여 달라질 수 있다.
도 5c는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오(590)를 예시한다. 차량(300)은 오르막 도로 표면(591)과 접촉할 수 있다. 그러한 시나리오에서, 감지를 위한 관심 물체들은 동일한 도로 표면(591)과 접촉하는 다른 차량들(예를 들어, 언덕을 넘어 다가오는 교통)을 포함할 수 있다. 차량 이동 경로와 간섭할 수 있는 그러한 물체 및/또는 다른 차량들은 도로 표면(591) 위로 0 내지 4 미터에 있을 수 있다. 그에 따라, 센서(302)는 최소 빔 고도각(592)과 최대 빔 고도각(593) 사이의 물체들을 감지하도록 동작가능할 수 있지만, 일부 실시예들에서는, 기복이 있는 도로 표면(491)을 따라 다른 차량들 및 물체들을 검출하려는 노력으로 최소 빔 고도각(592)과 동적으로 변화하는 "지면-스키밍" 빔 고도각(594) 사이에서 획득된 데이터가 더 중요한 것으로서 또는 더 높은 우선순위를 갖는 것으로서 지정될 수 있다. "지면-스키밍" 빔 고도각(594)은 도로 위로 미리 결정된 높이(587)에 그리고 차량(300)으로부터 미리 결정된 거리 떨어진 곳에 있을 수 있는 특정 위치(588)에 대응하는 스캐닝 각도로서 동적으로 정의될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 특정 위치(588)는 차량(300)으로부터 약 60 미터일 수 있고 미리 결정된 높이(587)는 도로 표면(591) 위로 대략 4 미터일 수 있다.
일부 실시예들에서 그리고 일부 조건들 하에서, 본 명세서에서 설명된 시스템들 및 방법들은 반드시 가능한 빔 고도각들의 전체 범위(예를 들어, 최소 빔 고도각(592)과 최대 빔 고도각(593) 사이의 전체 각도 범위 사이의 각도들)를 스캐닝할 필요는 없다. 대신에, 빔-스캐닝 범위, 스캔 레이트, 스캔 해상도, 및 빔 에너지(방출된 광의 여러 특성들 중에서도)는 도로의 동적으로 변화하는 요-의존적(yaw-dependent) 윤곽들 및/또는 차량(300) 주위의 환경의 다른 부분들에 기초하여 달라질 수 있다.
예를 들어, 일부 시나리오들에서, "지면-스키밍" 빔 고도각(594)과 최대 빔 고도각(593) 사이의 빔 고도각들은 전혀 스캐닝될 필요가 없다. 즉, 주어진 요각에 대해, 광 펄스들은 차량(300)의 진행과 간섭할지도 모르는 물체들을 포함하지 않을 것으로 예측될지도 모르는 고도 범위들 내로 방출될 필요가 없다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그 각도 범위들 내로 방출될 수 있는 광 펄스들은 단축되고, 더 낮은 에너지로 제공되고/되거나 완전히 제거될 수 있다.
더욱이, 최소 빔 고도각(592)과 "지면-스키밍" 빔 고도각(594) 사이의 각도들 내로 방출되는 광 펄스들에 대해, 지면 상의 또는 그에 가까운 물체들이 검출될 가능성을 증가시키려는 노력으로 방출된 광의 특정 양태들이 조정될 수 있다. 예를 들어, 일부 시나리오들에서, 그 각도 범위 내에 존재하는 물체들로부터의 잠재적 복귀 신호를 증가시키기 위해 펄스 당 에너지 및/또는 연속 빔 에너지가 증가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 시스템들 및 방법들은 차량 주위로(예를 들어, 360도 또는 복수의 요각을 통해) 연장되는 그리고 차량(300)으로부터 미리 결정된 거리 떨어진(예를 들어, 60, 100, 또는 200 미터 떨어진) 곳에 그리고/또는 지면 위로 미리 결정된 높이에 위치하는 실질적으로 연속적인 라인으로서 정의될 수 있는 윤곽선에 기초하여 다양한 센서 시스템들로부터 방출되는 광의 방출 에너지를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 윤곽선은 차량(300)이 그 환경 주위로 이동함에 따라 동적으로 조정될 수 있다. 윤곽선은 차량(300) 및/또는 다른 차량들에 의해 획득된 지형 맵 또는 현재 또는 이전 포인트 클라우드 정보에 기초하여 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 윤곽선은, 도 5c에 도시된 위치(588) 또는 도 5d에 도시된 위치(589)와 같은, 지면 상의 또는 그 위의 하나 이상의 특정 위치를 통과할 수 있다.
예를 들어, 윤곽선이 차량(300)으로부터 60 미터 거리에 지면으로부터 1 미터의 미리 결정된 높이를 표현하는 시나리오를 고려해보자. 차량(300)이 지면으로부터 1 미터에 아무 물체도 없는 평평한 지형 상에 있을 때, 윤곽선은 차량에 중심을 둔 60 미터 반경을 갖는 2차원 원에 의해 표현될 수 있다. 그러나, 차량(300)이 구릉성 지형 및/또는 지면으로부터 1 미터에 있는 물체들을 만날 때, 윤곽선은 동적으로 변화하는 지형 특징들 및/또는 물체 데이터에 기초하여 3차원 원, 타원, 또는 불규칙한 형상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출된 광의 에너지는 윤곽선의 형상에 기초하여 동적으로 조정될 수 있다.
도 5d는 예시적인 실시예에 따른, 감지 시나리오(595)를 예시한다. 차량(300)은 내리막 도로 표면(599)과 접촉할 수 있다. 도 4e를 참조하여 위에 설명된 바와 같이, 센서(302)의 일부 빔 각도들은 다른 것들에 비해 "우선순위화"될 수 있다. 예를 들어, "지면-스키밍" 빔 고도각(598)은 차량(300)으로부터 미리 결정된 거리 떨어진 곳 및 지면에 대해 미리 결정된 높이에 대응하는 특정 위치(589)(각각의 요각에 대해 정의될 수 있음)에 기초하여 동적으로 변화할 수 있다. "지면-스키밍" 빔 고도각(598)과 최소 빔 고도각(596) 사이의 빔 각도 고도들의 범위는 다른 빔 고도들(예를 들어, "지면-스키밍" 빔 고도각(598)과 최대 빔 고도각(597) 사이의 빔 고도각들)에 비해 우선순위화될 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 광 펄스들은 "지면-스키밍" 빔 고도각(598) 위의 빔 고도각들 내로 방출될 필요가 없다. 추가적으로 또는 대안적으로, 그러한 고도각 범위 내로 방출되는 광 펄스들에 대한 펄스 당 에너지는 감소되거나 완전히 제거될 수 있다. 예를 들어, 지형 맵, 포인트 클라우드 정보, 또는 차량(300)의 환경 내의 물체들 및/또는 지면들에 대한 다른 지식에 기초하여 요-의존적 빔 각도 범위들 내로의 광 펄스들의 송신과 수신 사이의 다른 차이점들이 가능하다. 일부 실시예들에서, 포인트 클라우드 정보는 LIDAR 시스템을 이용하는 차량(운전 초기에 이전 스캔으로부터 그리고/또는 동일한 경로를 따른 차량의 이전 운전으로부터의 스캔으로부터) 또는 LIDAR 시스템을 이용하는 다른 차량에 의해 수집될 수 있다. 다른 차량은 공통 차량군의 일부일 수 있거나 상이한 차량군과 연관될 수 있다.
III. 예시적인 방법들
도 6은 예시적인 실시예에 따른, 방법(600)을 예시한다. 방법(600)은 본 명세서에 명시적으로 예시된 또는 달리 개시된 것들보다 적거나 많은 단계들 또는 블록들을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 더욱이, 방법(600)의 각각의 단계들 또는 블록들은 임의의 순서로 수행될 수 있고 각각의 단계 또는 블록은 1회 이상 수행될 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법(600)의 블록들 또는 단계들의 일부 또는 전부는 도 1과 관련하여 예시되고 설명된 바와 같은 컨트롤러(150)에 의해 수행될 수 있다.
블록 602는 LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원으로 하여금 방출 벡터를 따라 광을 방출하게 하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에서, 블록 602는 광원으로 하여금 복수의 광 펄스를 방출하게 하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 길이는 10 피코초 내지 10 나노초의 범위 내에 있을 수 있다. 다른 펄스 길이들이 가능하고 고려된다는 것이 이해될 것이다.
블록 604는 스캐닝 패턴에 따라 방출된 광의 방출 벡터를 조정하는 것을 포함한다. 예로서, 방출된 광의 방출 벡터를 조정하는 것은 방출된 광과 상호작용하는 LIDAR 시스템의 기계적 미러를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 기계적 미러를 조정함으로써, 방출된 광의 방출 벡터는 LIDAR 시스템의 외부 환경에 대해 변경될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 방출 벡터를 조정하는 것은 다른 유형의 광학 요소(예를 들어, 렌즈, 애퍼처 등)를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 방출 벡터는, 여러 가능성들 중에서도, 스캐닝 경로, 원하는 공간 해상도, 및/또는 관심 영역에 따라 조정될 수 있다.
블록 606은 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하는 것을 포함한다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 고도각 성분을 결정하는 것은 기준 축 또는 기준 평면(예를 들어, 수평 평면) 상으로의 방출 벡터의 벡터 투영을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 고도각 성분을 결정하는 것은, 여러 가능성들 중에서도, 예를 들어, 기계적 미러의 현재 위치, 주어진 광원의 장착 위치, 시야 내의 미리 결정된 스캐닝 패턴 내의 현재 위치, 차량의 포즈(예를 들어, 차량의 오르막 또는 내리막 각도)에 기초하여 고도각 성분을 제공하는 룩업 테이블을 조회하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 시나리오에서, 룩업 테이블은, 도 1을 참조하여 예시되고 설명된 바와 같은, 메모리(154)에 저장될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 룩업 테이블은 다른 곳에(예를 들어, 클라우드 서버 또는 다른 위치에) 저장될 수 있다.
블록 608은 결정된 고도각 성분에 기초하여 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 것을 포함한다. 블록 608은 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지를 조정하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지는 10 나노줄 내지 10 마이크로줄일 수 있다. 일부 시나리오들에서, 방출된 광의 에너지는 목표 물체까지의 범위의 상이한 예측 값들을 고려하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 음의 고도각 성분을 갖는 차량-장착 LIDAR로부터 방출된 광(예를 들어, 실질적으로 아래쪽 지향 빔)은 지면과 또는 지면을 따라 다른 물체와 상호작용할 것으로 예상될 수 있다. 그에 따라, 그러한 고도각들에서 제공되는 방출된 광의 에너지는, "지면-스키밍" 각도들 및 목표 물체까지의 더 긴 예측 범위들을 갖는 다른 고도각들에 대응하는 것들과 같은, 다른 고도각들만큼 높을 필요가 없다.
일부 실시예들에서, 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 것은 레이저 안전 표준에 추가로 기초할 수 있다. 예를 들어, 레이저 안전 표준은 레이저의 안전한 사용을 위한 미국 국가 표준(American National Standard for Safe Use of Lasers)(ANSI Z136.1-2014) 또는 다른 국제 레이저 안전 표준들을 포함할 수 있다. 예로서, 레이저 안전 표준은 IEC 60825-1 및/또는 IEC 60601-2-22와 같은 IEC(International Electrotechnical Commission)에 의해 확립된 표준들 및 다른 유사한 표준들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, 레이저 안전 표준은 주어진 시간에 대해 그리고 주어진 파장에서 특정 영역 내로 방출되는 광학 에너지에 대한 추천된 및/또는 요구되는 임계값들을 포함할 수 있다. 그러한 레이저 안전 표준들은 구체적으로 IR-A(~800-1400 나노미터) 및 IR-B(~1400-3000 나노미터) 파장 범위들에 걸쳐 제공될 수 있다. 그러나, 다른 파장 범위들이 가능하고 고려된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 것은, 자율 차량 레이저 안전 프로그램 또는 표준과 같은, 현재 확립되어 있지 않더라도, 다른 유형의 레이저 안전 프로그램 또는 표준에 기초할 수 있다.
적용가능한 레이저 안전 표준들은 적용가능한 레이저 안전 표준에 부합하도록 최소 또는 최대 체류 시간들, 선량 제한들, 펄스 당 에너지, 기계적 슬루 레이트들, 및 다른 제한들을 설정함으로써 본 명세서에서의 시스템들 및 방법들에 통합될 수 있다.
더욱이, 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 것은, 여러 가능성들 중에서도, 광원의 등급(예를 들어, 2 등급 레이저, 3B 등급 레이저 등), 하루 중 시간, 보행자 존재 여부, 도시/시골 장소, 밀폐/개방 도로, 차량 속도, 차량 밀도에 기초할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, LIDAR 시스템이 차량에 결합되는 일부 실시예들에서, 방법(600)은 포인트 클라우드 데이터, 맵 데이터, 이미지 데이터, 물체 데이터, 역반사체 위치 데이터, 하루 중 시간, 주변 광 조건, 태양 위치, 차량의 포즈, 차량의 헤딩, 또는 차량의 동작 조건 중 적어도 하나에 추가로 기초하여 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 복수의 광 펄스 중 적어도 일부의 펄스 반복율은 50 킬로헤르츠 내지 1 메가헤르츠일 수 있다. 다른 펄스 반복율들이 가능하고 고려된다.
일부 시나리오들에서, 광원은 905 나노미터 또는 1550 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 동작가능한 파이버 레이저를 포함한다. 그러한 시나리오들에서, 방출된 광의 에너지를 동적으로 조정하는 단계는 시드 레이저 동작 파라미터 또는 펌프 레이저 동작 파라미터 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 특정 예로서, 1550 나노미터의 파장에서 광을 방출하는 레이저에 대해, 약 40 밀리와트의 최대 광학 전력에 대응하는 7mm2의 목표 영역에 제공되는 5 μJ의 최대 에너지 한계가 확립될 수 있다(예를 들어, 레이저 안전 표준에 기초하여). 그러한 시나리오에서, 광원은 환경 내로 방출되는 광이 최대 에너지 한계 아래로 유지되도록 제어될 수 있다. 이것을 달성하기 위해, 방출된 광이 임계 시간보다 더 오랫동안 주어진 위치 상에 체류하지 않도록 기계적 미러 및/또는 회전 마운트가 이동될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 광원이 주어진 위치를 향해 905 나노미터에서 200 nJ 미만을 방출하도록 펄서 회로 또는 전원이 조정될 수 있다. 다른 시나리오들, 파장들, 및 최대 에너지 한계들이 가능하고 고려된다는 것이 이해될 것이다.
도면들에 도시된 특정 배열들은 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 다른 실시예들이 주어진 도면에 도시된 각각의 요소를 더 많이 또는 더 적게 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 예시된 요소들 중 일부는 조합되거나 생략될 수 있다. 또한 추가로, 예시적인 실시예는 도면들에 예시되지 않은 요소들을 포함할 수 있다.
정보의 처리를 나타내는 단계 또는 블록은 본 명세서에서 설명된 방법 또는 기법의 특정 논리 기능들을 수행하도록 구성될 수 있는 회로에 대응할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 정보의 처리를 나타내는 단계 또는 블록은 모듈, 세그먼트, 물리적 컴퓨터(예를 들어, FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit), 또는 프로그램 코드의 일부(관련 데이터를 포함함)에 대응할 수 있다. 프로그램 코드는 방법 또는 기법에서의 특정 논리 기능들 또는 액션들을 구현하기 위해 프로세서에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있다. 프로그램 코드 및/또는 관련 데이터는 디스크, 하드 드라이브, 또는 다른 저장 매체를 포함하는 저장 디바이스와 같은 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장될 수 있다.
컴퓨터 판독가능 매체는 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 단기간 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독가능 매체와 같은 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 또한 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 더 긴 기간 동안 프로그램 코드 및/또는 데이터를 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 또한 포함할 수 있다. 따라서, 컴퓨터 판독가능 매체는 예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 광학 또는 자기 디스크, 컴팩트-디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM)와 같은 보조 또는 영구 장기 저장소를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 또한 임의의 다른 휘발성 또는 비휘발성 저장 시스템들일 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는, 예를 들어, 컴퓨터 판독가능 저장 매체 또는 유형 저장 디바이스로 간주될 수 있다.
다양한 예들 및 실시예들이 개시되었지만, 다른 예들 및 실시예들이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 다양한 개시된 예들 및 실시예들은 예시를 위한 것이고 제한적인 것으로 의도되지 않고, 진정한 범위는 다음의 청구항들에 의해 지시된다.
Claims (20)
- 시스템으로서,
차량;
상기 차량에 결합된 광원 - 상기 광원은 상기 차량의 환경을 향해 적어도 하나의 광 펄스를 방출하도록 구성됨 -; 및
컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는:
상기 적어도 하나의 광 펄스의 방출 벡터를 결정하고;
상기 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하고;
상기 차량으로부터 미리 결정된 거리에 있는 도로 위 미리 결정된 높이에 기초하여 지면-스키밍(ground-skimming) 빔 고도각을 동적으로 결정하고;
상기 고도각 성분을 상기 지면-스키밍 빔 고도각과 비교하고;
상기 비교에 기초하여 적어도 하나의 후속 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능한, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 스캐닝 패턴으로 광을 방출하도록 구성되는, 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 스캐닝 패턴에 따라 상기 적어도 하나의 후속 광 펄스의 방출 벡터를 조정하도록 추가로 동작가능한, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는: 포인트 클라우드 데이터, 맵 데이터, 이미지 데이터, 물체 데이터, 역반사체 위치 데이터, 하루 중 시간, 주변 광 조건, 태양 위치, 상기 차량의 포즈, 상기 차량의 헤딩, 또는 상기 차량의 동작 조건 중 적어도 하나에 추가로 기초하여 상기 적어도 하나의 후속 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능한, 시스템. - 제1항에 있어서,
LIDAR(light detection and ranging) 시스템을 추가로 포함하고, 상기 광원은 상기 LIDAR 시스템의 요소인, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 후속 광 펄스는 복수의 광 펄스를 포함하는, 시스템. - 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능하고, 상기 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지는 10 나노줄 내지 10 마이크로줄인, 시스템. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 광 펄스 중 적어도 일부의 펄스 반복율은 50 킬로헤르츠 내지 1 메가헤르츠인, 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 광원은 905 나노미터 또는 1550 나노미터의 파장을 갖는 광 펄스들을 방출하도록 동작가능한 파이버 레이저를 포함하는, 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 컨트롤러는 시드 레이저 파라미터 또는 펌프 레이저 파라미터 중 적어도 하나를 조정함으로써 상기 적어도 하나의 후속 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하도록 동작가능한, 시스템. - 방법으로서,
LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원에 의해 방출된 광 펄스의 방출 벡터를 결정하는 단계 - 상기 LIDAR 시스템은 차량에 결합됨 -;
상기 방출 벡터의 고도각 성분을 결정하는 단계;
상기 차량으로부터 미리 결정된 거리에 있는 도로 위 미리 결정된 높이에 기초하여 지면-스키밍 빔 고도각을 동적으로 결정하는 단계;
상기 고도각 성분을 상기 지면-스키밍 빔 고도각과 비교하는 단계; 및
상기 비교에 기초하여 상기 광원에 의해 방출된 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템이 차량에 결합되고, 상기 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계는: 포인트 클라우드 데이터, 맵 데이터, 이미지 데이터, 물체 데이터, 역반사체 위치 데이터, 하루 중 시간, 주변 광 조건, 태양 위치, 상기 차량의 포즈, 상기 차량의 헤딩, 또는 상기 차량의 동작 조건 중 적어도 하나에 추가로 기초하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광원으로 하여금 복수의 광 펄스를 방출하게 하는 단계를 추가로 포함하는, 방법. - 삭제
- 제14항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계는 상기 복수의 광 펄스 중 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지를 조정하는 단계를 포함하고, 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 에너지는 10 나노줄 내지 10 마이크로줄인, 방법. - 제14항에 있어서,
상기 복수의 광 펄스 중 적어도 일부의 펄스 반복율은 50 킬로헤르츠 내지 1 메가헤르츠인, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 광원은 905 나노미터 또는 1550 나노미터의 파장을 갖는 광을 방출하도록 동작가능한 파이버 레이저를 포함하는, 방법. - 제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계는 시드 레이저 동작 파라미터 또는 펌프 레이저 동작 파라미터 중 적어도 하나를 조정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 적어도 하나의 광 펄스의 펄스 당 에너지를 동적으로 조정하는 단계는 레이저 안전 표준에 추가로 기초하는, 방법.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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