KR102596726B1 - Lidar 빔 워크-오프 보정 - Google Patents

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아워스 테크놀로지, 엘엘씨.
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Abstract

광 검출 및 위치측정(LIDAR) 시스템은 픽셀, 거울, 및 복굴절성 재료를 포함한다. 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성된다. 거울은 표면에 빛을 반사하도록 구성된다. 복굴절성 재료는 픽셀과 거울 사이에 배치된다. 복굴절성 재료는 제1 편광 배향을 갖고 복굴절성 재료를 통해 전파하는 방출된 광의 위치에서 오프셋을 도입한다. 복굴절성 재료는 공간에서 반사된 빔을 픽셀 상에서 반대 방향의 수평으로 시프트시킨다.

Description

LIDAR 빔 워크-오프 보정
관련 출원들의 상호 참조
본 출원은 2020년 6월 12일자로 출원된 미국 가출원 제63/038,450호에 대한 우선권을 주장하는 2021년 6월 9일자로 출원된 미국 정규 출원 제17/343,511호에 대한 우선권을 주장한다. 출원 제17/343,511호 및 제63/038,450호는 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술분야
본 개시 내용은 개괄적으로 이미징, 특히 광 검출 및 거리 측정(LIDAR)에 관한 것이다.
주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW)) LIDAR는 주파수 변조되고 콜리메이트된 광 빔을 타겟으로 지향시킴으로써 객체의 거리(range)와 속도를 직접 측정한다. 타겟의 거리 및 속도 정보는 모두 FMCW LIDAR 신호로부터 얻어질 수 있다. LIDAR 신호의 정확도를 증가시키기 위한 설계들과 기술들이 바람직하다.
자동차 산업은 현재 특정한 상황에서 차량을 제어하기 위한 자율 기능(autonomous feature)을 개발하고 있다. SAE 국제 표준 J3016에 따르면, 레벨 0(자율 없음)으로부터 레벨 5(모든 조건에서 운전자 입력 없이 작동할 수 있는 차량)까지의 6개 레벨의 자율성이 있다. 자율 기능을 갖는 차량은 차량이 주행하는 환경을 감지하기 위하여 센서를 활용한다. 센서로부터 데이터를 획득하고 처리하는 것은 차량이 이의 환경을 통해 주행할 수 있게 한다. 자율 주행 차량은 그 환경을 감지하기 위한 하나 이상의 FMCW LIDAR 장치를 포함할 수 있다.
본 개시의 구현예는 픽셀, 거울, 및 복굴절성 재료를 포함하는 광 검출 및 위치 측정(LIDAR) 시스템을 포함한다. 픽셀은 제1 편광 배향(polarization orientation)을 갖는 광을 방출하도록 구성된다. 거울은 표면에 빛을 반사하도록 구성된다. 복굴절성 재료는 픽셀과 거울 사이에 배치된다. 복굴절성 재료는 제1 편광 배향을 갖고 복굴절성 재료를 통해 전파하는 광의 위치에서 오프셋을 발생시킨다. 복굴절성 재료는 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 시프트시킨다.
일 구현예에서, 복굴절성 재료는 공간에서 반사된 빔을 픽셀 상에서 반대 방향의 수평으로 시프트시킨다. 제2 편광 배향은 제1 편광 배향에 직교한다. 제1 편광 배향을 갖는 광의 위치의 오프셋은 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔의 수평 시프트와 상이하다.
일 구현예에서, 복굴절성 재료는 복굴절성 재료 상에 입사되는 광에 대하여 각을 이루며, 복굴절성 재료는 복굴절성 재료 상에 입사되는 반사된 빔에 대하여 틸팅된다.
일 구현예에서, 거울은 회전 거울로서 구성된다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하고 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 픽셀 내로 커플링하도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함한다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러 및 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 픽셀 내로 수신하기 위해 송신 격자 커플러에 대해 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함한다.
일 구현예에서, 픽셀은 픽셀에 의해 광으로서 방출되는 분할된 광의 제1 백분율, 및 분할된 광의 제 2백분율을 제공하도록 구성되는 스플리터를 포함한다. 픽셀은 또한 분할된 광의 제2 백분율을 반사된 빔과 혼합하여 출력을 생성하도록 구성되는 광학 믹서(optical mixer)를 포함한다.
일 구현예에서, LIDAR 시스템은 복굴절성 재료와 거울 사이에 배치된 렌즈를 포함하며, 렌즈는 픽셀에 의해 방출된 광을 콜리메이트하도록 구성된다.
일 구현예에서, 복굴절성 재료는 LiNO3(질산리튬) 또는 YVO4(이트륨 오르토바나듐염) 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시의 구현예는 광 검출 및 위치측정(LIDAR) 장치 및 제어 시스템을 포함하는 자율주행 차량을 위한 자율주행 차량 제어 시스템을 포함한다. LIDAR 장치는 픽셀, 거울 및 복굴절성 재료를 포함한다. 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성되고, 픽셀은 자율주행 차량의 환경의 타겟으로부터 반사되는 광의 반사된 빔을 수신하도록 구성되는 광학 믹서를 포함한다. 거울은 타겟에 빛을 반사하도록 구성된다. 복굴절성 재료는 제1 편광 배향을 갖고 복굴절성 재료를 통해 전파하는 광의 위치에서 오프셋을 도입한다. 복굴절성 재료는 공간에서 반사된 빔을 픽셀 상에서 반대 방향의 수평으로 시프트시킨다. 반사된 빔은 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 갖는다. 하나 이상의 프로세서는 픽셀의 광학 믹서의 출력에 응답하여 자율 주행 차량을 제어하도록 구성된다.
일 구현예에서, 복굴절성 재료의 틸팅 각도 및 복굴절성 재료의 두께는 50미터 이상의 검출거리에서의 타겟의 검출을 위해 구성된다.
일 구현예에서, 거울은 회전 거울로서 구성된다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하고 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 픽셀 내로 커플링하도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함한다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러 및 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 픽셀 내로 수신하기 위해 송신 격자 커플러에 대해 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함한다.
일 구현예에서, 픽셀은 픽셀에 의해 광으로서 방출되는 분할된 광의 제1 백분율 및 분할된 광의 제2 백분율을 제공하도록 구성되는 스플리터를 포함하며, 광학 믹서는 분할된 광의 제2 백분율을 반사된 빔과 혼합하여 출력을 생성하도록 구성된다.
일 구현예에서, 제1 편광 배향을 갖는 광의 위치의 오프셋은 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔의 수평 시프트와 상이하다.
본 개시의 구현예는 픽셀, 복굴절성 재료, 및 제어 시스템을 포함하는 자율주행 차량을 포함한다. 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 적외선 광을 방출하도록 구성되고, 자율주행 차량의 환경의 타겟으로부터 반사되는 반사된 적외선 광을 수신하도록 구성된다. 복굴절성 재료는 복굴절성 재료를 통해 전파되는 적외선의 위치에서 오프셋을 도입하고, 복굴절성 재료는 공간에서의 반사된 적외선 빔을 픽셀 상의 반대 방향의 수평으로 시프트시킨다. 반사된 적외선 빔은 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 갖는다. 제어 시스템은 반사된 적외선 빔에 응답하여 자율주행 차량을 제어하도록 구성된다.
일 구현예에서, 자율주행 차량은 회전 거울을 포함하며, 회전 거울은 제1 위치에 있는 동안 적외선 광을 타겟으로 향하도록 구성된다. 회전 거울은 회전 거울이 제1 위치와 상이한 제2 위치에 있을 때 반사된 적외선 빔을 픽셀로 다시 향하게 하도록 구성된다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 적외선 광을 방출하고 제2 편광 배향을 갖는 반사된 적외선 빔을 픽셀 내로 커플링하도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함한다.
일 구현예에서, 픽셀은 제1 편광 배향을 갖는 적외선 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러를 포함한다. 픽셀은 또한 제2 편광 배향을 갖는 반사된 적외선 빔을 픽셀 내로 수신하도록 송신 격자 커플러에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함한다.
본 발명의 비제한적이고 완전치 않은 구현 예들은 다음의 도면들을 참조하여 설명되며, 유사한 참조 번호는 달리 명시되지 않는다면 다양한 도면에 걸쳐 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, LIDAR 장치의 픽셀의 구현의 다이어그램을 도시한다.
도 2는 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, LIDAR 장치의 픽셀의 다이어그램을 도시한다.
도 3은 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, 도 1의 픽셀이 복굴절성 슬래브와 연계하여 빔 워크-오프를 보정하는 데 어떻게 사용되는지를 도시한다.
도 4는 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, 도 2의 픽셀이 복굴절성 슬래브와 연계하여 빔 워크-오프를 보정하는 데 어떻게 사용되는지를 도시한다.
도 5a는 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, 예시적인 센서의 어레이를 포함하는 자율주행 차량을 도시한다.
도 5b는 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, 예시적인 센서의 어레이를 포함하는 자율주행 차량의 상면도를 도시한다.
도 5c는 본 개시 내용의 구현 예들에 따른, 센서, 드라이브트레인, 및 제어 시스템을 포함하는 예시적인 차량 제어 시스템을 도시한다.
LIDAR 빔 보정의 구현예가 본원에 기술된다. 다음의 설명에서는, 구현예에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 제시된다. 그러나, 관련 기술분야의 당업자는 본원에 설명된 기술이 하나 이상의 특정 세부사항 없이도, 다른 방법, 컴포넌트, 또는 재료를 사용하여 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우, 공지된 구조, 재료, 또는 작동은 특정 양태를 모호하게 하는 것을 피하기 위해 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.
본 명세서 전반에 걸친 "일 구현예" 또는 "구현예"에 대한 언급은 해당 구현예와 관련하여 기술된 특정 특징부, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 구현예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 장소에서의 문구 "일 구현예에서" 또는 "구현예에서"의 표현은 반드시 모두 동일한 구현예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징부, 구조, 또는 특성은 하나 이상의 구현예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐, 몇몇 전문 용어가 사용된다. 이들 용어는, 본원에서 구체적으로 정의되지 않는 한, 또는 그들이 사용되는 문맥에서 달리 명백하게 정의하지 않는 한, 이들이 유래하는 당업계에서의 통상적인 의미를 가진다. 본 개시의 목적을 위해, 용어 "자율주행 차량"은 SAE 국제 표준 J3016의 임의의 수준의 자율주행 기능을 갖춘 차량을 포함한다.
본 개시의 양태에서, 가시광선은 대략 380 nm 내지 700 nm의 파장 범위를 갖는 것으로 정의될 수 있다. 비가시광선은 자외선 및 적외선과 같은 가시광선 범위를 벗어나는 파장을 갖는 광으로 정의될 수 있다. 약 700nm 내지 1 mm의 파장 범위를 갖는 적외선 광은 근적외선 광을 포함한다. 본 개시의 양태에서, 근적외선 광은 대략 700 nm 내지 1.4 μm의 파장 범위를 갖는 것으로 정의될 수 있다.
본 개시의 양태에서, 용어 "투명한"은 90% 이상의 광 투과율을 갖는 것으로 정의될 수 있다. 일부 양태에서, 용어 "투명한"은 90% 이상의 가시광선 투과율을 갖는 재료로 정의될 수 있다.
주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW) LIDAR는 주파수 변조되고 콜리메이트된 광 빔을 객체로 지향시켜 객체의 거리와 속도를 직접 측정한다. 객체로부터 반사된 광은 탭된(tapped) 버전의 빔과 결합된다. 결과적인 비트 톤(beat tone)의 주파수는 제2 측정을 요하는 도플러 시프트(Doppler shift)에 대해 일단 수정되면 LIDAR 시스템에 대한 객체의 거리에 비례한다. 동시에 수행될 수 있거나 수행되지 않을 수 있는 두 가지 측정은 거리 및 속도 정보를 모두 제공한다.
FMCW LIDAR는 향상된 제조성과 성능을 위해 통합 포토닉스(integrated photonics)를 활용할 수 있다. 통합 포토닉 시스템은 일반적으로 마이크론 스케일 도파관(waveguiding) 장치를 사용하여 단일 광학 모드를 조작한다.
LIDAR 시스템은 범위 내의 타겟을 향해 나가는 광을 조향하고 해당 타겟으로부터 수신된 광을 수신기로 반사하는 하나 이상의 연속적으로 움직이는 거울을 포함할 수 있다. LIDAR로부터 타겟으로, 그리고 반대로 이동하는 광의 이동 시간으로 인해, 거울의 연속적인 움직임은 수신된 광이 수 마이크론 크기의 송수신기로부터 멀어지게 한다. 이러한 "빔 워크-오프" 효과는 시스템 성능을 저하로 이어질 수 있다.
본 개시의 구현예에서, LIDAR 애플리케이션에서 빔 워크-오프를 보정하기 위한 장치는 편광-다양화 코히런트 픽셀(polarization-diverse coherent pixel) 및 복굴절성 재료의 틸팅된 피스(tilted piece of birefringent material)를 포함할 수 있다.
광은 복굴절성 재료를 통과하는 편광 A를 갖는 코히런트 픽셀로부터 방출될 수 있다. 광이 복굴절성 재료를 통과함에 따라, 빔은 굴절의 결과로서 소스에 대해 오프셋된다. 이러한 광은 LIDAR 시스템을 떠나 시스템으로부터 어느 정도 떨어진 거리의 확산 표면에서 반사된다.
확산 표면에서 반사된 광은 임의의 편광을 가질 수 있다. 방출된 편광(A)에 직교하는 편광의 광은 복굴절성 재료를 통해 반대로 전파되며, 이는 방출된 광과 비교된 빔에 상이한 오프셋을 도입한다. 이러한 빔은 광을 수신하는 편광-다양화 코히런트 픽셀을 조명한다. 편광-다양화 코히런트 픽셀을 조명하기 위한 빔에 대한 오프셋은 편광-다양화 코히런트 픽셀에 의해 수신된 신호 강도를 증가시킬 수 있으며, 따라서 LIDAR 장치의 신호 측정 정확도를 증가시키고/시키거나 LIDAR 장치를 작동시키는 데 필요한 전력을 감소시킬 수 있다.
복굴절성 재료 및 기하학적 구조는 LIDAR 시스템에서 빔 워크-오프를 완화하는 특정 전송 및 수신 오프셋 세트를 선택하도록 선택될 수 있다. 본 개시의 일부 구현예에서, 복굴절성 재료 및 기하학적 구조는 LIDAR 장치로부터 50 미터 내지 1000 미터 사이에 있는 이미징 타겟에 대한 빔 신호를 증가시키도록 선택된다.
도 1은 본 개시의 구현예에 따른, LIDAR 장치의 픽셀(111)의 일 구현의 다이어그램을 도시한다. 픽셀(111)은 빔 워크-오프를 보정하도록, 복굴절성 재료의 복굴절성 슬래브와의 결합에 사용될 수 있다. 픽셀(111)의 도시된 구현예는 1x2 스플리터(102), 광학 믹서(109), 및 이중 편광 격자 커플러(104)를 포함한다.
광(101)은 픽셀(111)에 진입하고, 스플리터(예를 들어, 1x2 스플리터(102))에 의해 분할될 수 있다. 광(101)은 연속파 레이저에 의해 발생된 적외선 레이저 광일 수 있다. 일부 구현예에서, 레이저 광은 콜리메이트될 수 있다. 예를 들어, 광의 X%(광의 제1 백분율)는 상부 상호연결부(top interconnect, 103)의 스플리터에서 출발하고, 이중 편광 격자 커플러(104)를 통해 라우팅되며, 이중 편광 격자 커플러(104)는 제1 편광(105)(예를 들어 TE-편광된 광)을 방출할 수 있다. 일부 구현예에서, 광의 제1 백분율은 70% 내지 99% 사이일 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 편광(105)은 렌즈를 통해 커플링될 수 있고, 거울로부터 타겟 장면 상으로 반사될 수 있다. 일부 구현예에서, 제1 편광(105)은 콜리메이트되지 않은 광일 수 있고, 렌즈에 의해 콜리메이트되는 발산 빔일 수 있다.
코히런트 픽셀(111)로 복귀하는 광(106)은 이중 편광 격자 커플러(104)에 의해 코히런트 픽셀(111) 내로 다시 커플링되는 제2 편광 컴포넌트(106)(예를 들어, TM-편광된 광)를 가질 수 있다. 따라서, 이중 편광 격자 커플러(104)는 제1 편광 배향을 갖는 광(예를 들어 TE-편광된 광)을 방출할 수 있고, 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔(광(106))(예를 들어 TE-편광된 광)을 픽셀(111) 내로 커플링시킬 수 있다. 픽셀(111) 내로 커플링된 이러한 광은 광학 믹서(109)로의 송신 라우트와 상이한 상호연결부(107)를 따라 라우팅되며, 이는 상호연결부(107)에서 복귀하는 광학 필드를 1x2 스플리터(102)로부터 하부 상호연결부(bottom interconnect, 108) 내로 분할된 광의 나머지 Y%(빛의 제2 백분율)와 혼합한다. 일부 구현예에서, 광의 제2 백분율은 1% 내지 30% 사이일 수 있다. 일부 구현예에서, 반사된 빔(광(106))은 자율주행 차량의 환경 내 타겟으로부터 반사/산란될 수 있다. (하나 이상이 존재할 수 있는) 광학 믹서(109) 로부터의 출력(110)은 수신기 광전자 회로에 의해 프로세싱된다. 따라서, 광학 믹서(109)는 스플리터(102)에 의해 분할된 광의 제2 백분율(Y%)을 상호연결부(108) 내로 혼합함으로써 출력(110)을 생성하도록 구성되고, 반사된 빔은 상호연결부(107)를 따라 라우팅된다.
도 2는 본 개시의 구현예에 따른, LIDAR 장치의 픽셀(212)의 다이어그램을 도시한다. 픽셀(212)은 빔 워크-오프를 보정하도록, 복굴절성 재료의 복굴절성 슬래브와의 결합에 사용될 수 있다. 픽셀(212)의 예시된 구현예는 1x2 스플리터(202), 광학 믹서(210), 송신 격자 커플러(204), 및 송신 격자 커플러(204)에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러(207)를 포함한다.
광(201)은 픽셀(212)에 진입하고, 스플리터(예를 들어, 1x2 스플리터(202))에 의해 분할될 수 있다. 광(201)은 연속파 레이저에 의해 발생된 적외선 레이저 광일 수 있다. 일부 구현예에서, 레이저 광은 콜리메이트될 수 있다. 예를 들어, 광의 X%(광의 제1 백분율)는 상부 상호연결부(203)의 스플리터를 떠나고, 단일 편광 격자 커플러(204) 내로 라우팅되며, 이는 제1 편광(205)(예를 들어 TE-편광된 광)을 방출한다. 일부 구현예에서, 광의 제1 백분율은 70% 내지 99% 사이일 수 있다. 제1 편광(205)은 렌즈를 통해 커플링되고, 거울로부터 타겟 장면 상으로 반사될 수 있다. 제1 편광(205)은 콜리메이트되지 않은 광일 수 있고, 일부 구현예에서, 렌즈에 의해 콜리메이트되는 발산 빔일 수 있다.
코히런트 픽셀(212)로 복귀하는 광은 제2 편광 컴포넌트(206)(예를 들어, TM-편광된 컴포넌트)를 가질 수 있으며, 이는 송신 격자 커플러(204)에 수직으로 배향되는 단일 편광 격자 커플러(207)에 의해 코히런트 픽셀(212) 내로 다시 커플링되어 광의 직교 편광을 수신하도록 한다. 이러한 광은 광학 믹서(210)로의 송신 라우트와 상이한 상호연결부(208)를 따라 라우팅되며, 이는 상호연결부(208)에서 복귀하는 광학 필드를 1x2 스플리터(202)로부터 하부 상호연결부(209) 내로 분할된 광의 나머지 Y%(빛의 제2 백분율)와 혼합한다. 일부 구현예에서, 광의 제2 백분율은 1% 내지 30% 사이일 수 있다. 일부 구현예에서, 반사된 빔(광(206))은 자율주행 차량의 환경 내 타겟으로부터 반사/산란될 수 있다. (하나 이상이 존재할 수 있는) 광학 믹서(210)로부터의 출력(211)은 수신기 광전자 회로에 의해 프로세싱된다. 따라서, 광학 믹서(210)는 스플리터(202)에 의해 분할된 광의 제2 백분율(Y%)을 상호연결부(209) 내로 혼합함으로써 출력(211)을 생성하도록 구성되고, 반사된 빔은 상호연결부(208)를 따라 라우팅된다. 일 구현예에서, 스플리터(202)는 제거될 수 있으며, 2개의 독립적인 광원으로 대체될 수 있다. 2개의 광원 중 제1 광원은 상호연결부(203) 내로 커플링될 수 있고, 제2 광원은 상호연결부(209) 내로 커플링될 수 있다.
도 3은 본 개시의 구현예에 따른, 도 1의 코히런트 픽셀(111)이 복굴절성 슬래브(303)와 연계하여 어떻게 빔 워크-오프를 보정하는데 사용되는지를 도시한다.
코히런트 픽셀(301)은 제1 편광 배향(302)(예를 들어, "TE" 편광)의 광을 방출한다. 이러한 광은 복굴절성 슬래브(303)를 통해 전파되며, 이는 코히런트 픽셀(301)에 상대적인 빔의 위치에 작은 오프셋(321)을 도입한다. 이러한 광의 빔은 렌즈(304)에 의해 콜리메이트될 수 있고, 이어서 연속적으로 회전하는 거울(306)로부터 반사될 수 있다. 도 3의 예시에서, 렌즈(304)는 복굴절성 재료(303)와 거울(306) 사이에 배치된다. 콜리메이트된 광(305)은 타겟 확산 표면(307)으로 전파되며, 이는 광(308)으로서 거울을 향하여 광을 반대 방향으로 반사한다. 이러한 반사된 광(308)은 그것의 편광을 랜덤화할 수 있고, 따라서 제1 편광 컴포넌트에 직교하는 제2 편광 컴포넌트를 포함한다. 이러한 제2 편광 컴포넌트 광은 거울(306)로 다시 전파될 것이다.
표면 및 반대로의 이동 시간 동안, 거울(306)은 적은 양만큼 회전하고, 따라서 제2 편광 컴포넌트는 렌즈(304)에서 약간의 상이한 각도로 다시 반사될 수 있다. 렌즈(304)는 광을 재포커싱하고, 거울(306)에 의해 유도된 각도의 변화에 기인하는 송신된 빔(302)에 대해 약간의 오프셋을 갖는 제2 편광 컴포넌트 빔(309)을 생성한다. 이러한 광의 빔은 복굴절성 슬래브(303)를 통과하며, 이는 공간 내의 빔을 수평으로 시프트시키고(예를 들어, 시프트(322)) 광을 수신하는 코히런트 픽셀(301) 상에서 다시 빛나게 된다. 수신된 편광은 상이하기 때문에, 복굴절성 재료에 의해 도입되는 시프트는 상이하다. 특히, 제1 편광 배향을 갖는 광(302)의 위치에서의 오프셋(321)은 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔(309)의 수평 시프트(322)와는 상이하다(도 3에서는 더 작음). 특정 복굴절성 재료를 선택하고 슬래브(303)의 두께(310) 및 슬래브(303)의 각도(311)를 제어함으로써, 송신된 빔 및 수신된 빔의 상대적 시프트가 제어될 수 있다. 도 3의 예시에서, 복굴절성 재료는 복굴절성 재료 상에 입사되는 빔(302)에 대하여 각을 이루며, 복굴절성 재료는 복굴절성 재료 상에 입사되는 반사된 빔(309)에 대하여 틸팅된다. 일 구현예에서, 복굴절성 재료(303)의 틸팅 각도(311) 및 복굴절성 재료(303)의 두께(310)는 50미터 이상의 검출거리에서의 타겟의 검출을 위해 구성된다.
일부 구현예에서, 복굴절성 재료(303)는 LiNO3(질산리튬)일 수 있다. 일부 구현예에서, 복굴절성 재료(303)는 YVO4(이트륨 오르토바나듐염)일 수 있다. 당업자는 광범위한 타겟 거리에 대해, 회전 거울에 의해 도입되는 워크-오프에 대한 최적의 보정을 위해 이러한 특성을 선택할 수 있다. 예를 들어, 보다 긴 범위의 타겟에 대한 최적화는 빔이 타겟에 대해 반사하고 픽셀(301)로 다시 전파되기 위한 보다 긴 왕복 시간으로 인해, 보다 큰 시프트(322)를 갖는 복굴절성 재료를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 보다 긴 왕복 시간은 회전 거울(306)의 보다 큰 회전 각도와 상응하기 때문에, 반사된 빔(309)을 픽셀(301)의 이중 편광 격자 커플러(104)로 향하게 하기 위해, 보다 큰 시프트(322)가 바람직할 수 있다.
도 4는 본 개시의 구현예에 따른, 도 2의 코히런트 픽셀(212)이 복굴절성 슬래브(403)와 연계하여 어떻게 빔 워크-오프를 보정하는데 사용되는지를 도시한다. 일부 구현예에서, 도 4의 장치 또는 기기의 작동은, 복굴절성 슬래브(403)가 복귀하는 제2 편광 광(409)을 더 많은 양만큼 편향시켜(예를 들어 시프트(422)), 수신된 광(409)이 송신 커플러(401)로부터 물리적으로 분리된 광학 커플러(410) 상에 재포커싱되도록 하는 것을 제외하고는, 도 3에 도시된 장치 또는 기기와 유사할 수 있다. 일 구현예에서, 복굴절성 재료(403)의 틸팅 각도(412) 및 복굴절성 재료(403)의 두께(411)는 50미터 이상의 검출거리에서의 타겟의 검출을 위해 구성된다.
작동 시, 송신 커플러(401)는 제1 편광 배향(402)(예를 들어, "TE" 편광 배향)의 광을 방출한다. 이러한 광은 복굴절성 슬래브(403)를 통해 전파되며, 이는 송신 커플러(401)에 대한 빔의 위치에 작은 오프셋(321)을 도입한다. 이러한 광의 빔은 렌즈(404)에 의해 콜리메이트될 수 있고, 이어서 연속적으로 회전하는 거울(406)로부터 반사될 수 있다. 도 4의 예시에서, 렌즈(404)는 복굴절성 재료(403)와 거울(406) 사이에 배치된다. 콜리메이트된 광(405)은 타겟 확산 표면(407)으로 전파되며, 이는 광(408)으로서 거울을 향하여 광을 반대 방향으로 반사한다. 이러한 반사된 광(408)은 그것의 편광을 랜덤화할 수 있고, 따라서 제2 편광 컴포넌트(예를 들어, TM-편광 광)를 포함한다. 이러한 제2 편광 컴포넌트 광은 거울(406)로 다시 전파될 것이다.
표면 및 반대로의 이동 시간 동안, 거울(406)은 미량만큼 회전하고, 따라서 제2 편광 광은 렌즈(404)에서 약간의 상이한 각도로 다시 반사될 수 있다. 렌즈(404)는 광을 재포커싱하고, 거울(406)에 의해 유도된 각도의 변화에 기인하는 송신된 빔(402)에 대해 약간의 오프셋을 갖는 제2 편광 빔(409)을 생성한다. 이러한 광의 빔은 복굴절성 슬래브(403)를 통과하며, 이는 공간 내의 빔을 수평으로 시프트시키고(예를 들어, 시프트(422)) 광을 수신하는 광학 커플러(410) 상에서 다시 빛나게 된다. 수신된 편광은 상이하기 때문에, 복굴절성 재료에 의해 도입되는 시프트는 상이하다. 특히, 제1 편광 배향을 갖는 광(402)의 위치에서의 오프셋(421)은 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔(409)의 수평 시프트(422)와는 상이하다(도 4에서는 더 작음). 도 4의 예시에서, 시프트(422)는 오프셋(421)보다 크므로, 반사된 빔(409)의 (복굴절성 재료(403) 내에서의) 광학 경로는 반사된 빔(409)이 광학 커플러(410)로 전파됨에 따라 빔(402)의 광학 경로와 교차하게 된다. 다른 구현예(미도시)에서, 시프트(422) 및 오프셋(421)은 반사된 빔(409)의 광학 경로가 반사된 빔(409)이 광학 커플러(410)로 전파됨에 따라 빔(402)의 광학 경로와 교차하는 것을 야기하지 않는다. 특정 복굴절성 재료를 선택하고 슬래브(403)의 두께(411) 및 슬래브(403)의 각도(412)를 제어함으로써, 송신된 빔 및 수신된 빔의 상대적 시프트가 제어될 수 있다. 도 4의 예시에서, 복굴절성 재료는 복굴절성 재료(403) 상에 입사되는 빔(402)에 대하여 각을 이루며, 복굴절성 재료(403)는 복굴절성 재료 상에 입사되는 반사된 빔(409)에 대하여 틸팅된다. 일 구현예에서, 복굴절성 재료(403)의 틸팅 각도(412) 및 복굴절성 재료(403)의 두께(411)는 50미터 이상의 검출거리에서의 타겟의 검출을 위해 구성된다.
일부 구현예에서, 복굴절성 재료(403)는 LiNO3(질산리튬)일 수 있다. 일부 구현예에서, 복굴절성 재료(403)는 YVO4(이트륨 오르토바나듐염)일 수 있다. 당업자는 광범위한 타겟 거리에 대해, 회전 거울에 의해 도입되는 워크-오프에 대한 최적의 보정을 위해 이러한 특성을 선택할 수 있다. 예를 들어, 보다 긴 범위의 타겟에 대한 최적화는 빔이 타겟에 대해 반사하고 광학 커플러(410)로 다시 전파되기 위한 보다 긴 왕복 시간으로 인해, 보다 큰 시프트(422)를 갖는 복굴절성 재료를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 보다 긴 왕복 시간은 회전 거울(406)의 보다 큰 회전 각도와 상응하기 때문에, 반사된 빔(409)을 광학 커플러(410)로 향하게 하기 위해, 보다 큰 시프트(422)가 바람직할 수 있다.
복굴절성 재료(403)의 틸팅된 조각은 렌즈 어셈블리 또는 칩 패키지 어셈블리의 일부일 수 있다. 이는 코히런트 픽셀과 동일한 칩에 집적될 수 있다. 복수의 코히런트 픽셀 및 틸팅된 복굴절성 피스는 FMCW LIDAR의 보다 복잡한 작동을 구현하도록 함께 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 복굴절성 피스는 틸팅 각도(412)를 변경하도록 전기구동될 수 있다.
도 5a는 본 개시의 양태에 따른, 도 1 내지 도 4의 LIDAR 설계를 포함할 수 있는 예시적인 자율주행 차량(500)을 도시한다. 도시된 자율주행 차량(500)은 자율주행 차량의 외부 환경의 하나 이상의 객체를 캡처(capture)하고, 자율주행 차량(500)의 작동을 제어하기 위한 목적으로 캡처된 하나 이상의 객체와 관련된 센서 데이터를 생성하도록 구성되는 센서 어레이를 포함한다. 도 5a는 센서(533A, 533B, 533C, 533D, 및 533E)를 도시한다. 도 5b는 센서(533A, 533B, 533C, 533D, 및 533E) 이외의 센서(533F, 533G, 533H, 및 533I)를 포함하는 자율주행 차량(500)의 상면도를 도시한다. 센서(533A, 533B, 533C, 533D, 533E, 533F, 533G, 533H, 및/또는 533I) 중 어느 하나는 도 1 내지 도 4의 설계를 포함하는 LIDAR 장치를 포함할 수 있다. 도 5c는 자율주행 차량(500)을 위한 예시적인 시스템(599)의 블록 다이어그램을 도시한다. 예를 들어, 자율주행 차량(500)은 에너지원(506)에 의해 구동되고 드라이브트레인(508)에 전력을 제공할 수 있는 원동기(504)를 포함하는 파워트레인(502)을 포함할 수 있다. 자율주행 차량(500)은 방향 제어 장치(512), 파워트레인 제어 장치(514), 및 브레이크 제어 장치(516)를 포함하는 제어 시스템(510)을 추가로 포함할 수 있다. 자율주행 차량(500)은 사람 및/또는 화물을 운송할 수 있고 다양한 상이한 환경에서 주행할 수 있는 차량을 포함하는, 임의의 수의 상이한 차량으로서 구현될 수 있다. 전술한 컴포넌트(502 내지 516)은 이들 컴포넌트가 이용되는 차량의 유형에 따라 크게 변할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
이하에서 논의되는 구현예는, 예를 들어, 자동차, 밴, 트럭, 또는 버스와 같은 차륜 육상 차량에 초점을 맞출 것이다. 이러한 구현예에서, 원동기(504)는 (다른 것들 중에서도) 하나 이상의 전기 모터 및/또는 내연 기관을 포함할 수 있다. 에너지원은, 예를 들어, 연료 시스템(예를 들어, 가솔린, 디젤, 수소를 제공함), 배터리 시스템, 태양 전지 패널 또는 다른 재생 가능 에너지원, 및/또는 연료 전지 시스템을 포함할 수 있다. 드라이브트레인(508)은 원동기(504)의 출력을 차량의 운동으로 변환시키기 위한 변속기 및/또는 임의의 다른 기계적 구동 컴포넌트와 함께, 바퀴 및/또는 타이어뿐만 아니라, 자율주행 차량(500)을 제어가능하게 정지 또는 감속시키도록 구성된 하나 이상의 브레이크 및 자율주행 차량(500)의 경로를 제어하기에 적합한 방향 또는 조향 컴포넌트(예를 들어, 차량(500)의 하나 이상의 바퀴가 대체적으로 수직축을 중심으로 회전하여 차량의 종축에 대해 바퀴의 회전면의 각도를 변화시키는 것을 가능하게 하는 랙 및 피니언 조향 연결부)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 파워트레인 및 에너지원의 조합이 (예를 들어, 전기/가스 하이브리드 차량의 경우에) 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 다수의 전기 모터가 (예를 들어, 개별 바퀴 또는 차축 전용의) 원동기로서 사용될 수 있다.
방향 제어 장치(512)는 자율주행 차량(500)이 원하는 경로를 따라갈 수 있도록 방향 또는 조향 컴포넌트로부터 피드백을 제어하고 수신하기 위한 하나 이상의 액추에이터 및/또는 센서를 포함할 수 있다. 파워트레인 제어 장치(514)는 파워트레인(502)의 출력을 제어하여, 예를 들어, 원동기(504)의 출력 동력의 제어, 드라이브트레인(508)의 변속기의 기어의 제어 등으로, 자율주행 차량(500)의 속도 및/또는 방향을 제어하도록 구성될 수 있다. 브레이크 제어 장치(516)는 자율주행 차량(500)을 감속 또는 정지시키는 하나 이상의 브레이크, 예를 들어, 차량의 바퀴에 커플링된 디스크 또는 드럼 브레이크를 제어하도록 구성될 수 있다.
오프로드 차량, 전지형 또는 궤도 차량, 건설 장비를 포함하되 이에 한정되지 않는 다른 차량 유형은, 본 개시의 이익을 갖는 통상의 기술자에 의해 이해되는 바와 같이. 상이한 파워트레인, 드라이브트레인, 에너지원, 방향 제어 장치, 파워트레인 제어 장치 및 브레이크 제어 장치를 사용하는 것이 필요하다. 이에 더하여, 일부 구현예에서, 예를 들어 차량의 방향 제어가 하나 이상의 원동기의 출력을 변경함으로써 주로 처리되는 경우, 컴포넌트 중 일부는 결합될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 구현예는 자율주행 차륜 육상 차량에서 본원에 기술된 기술의 특정 적용으로 제한되지 않는다.
도시된 구현예에서, 자율주행 차량(500)에 대한 자율주행 제어는, 프로세싱 로직(522)의 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 메모리(524)를 포함할 수 있는 차량 제어 시스템(520)에서 구현되며, 프로세싱 로직(522)은 메모리(524)에 저장된 프로그램 코드(예를 들어, 명령어(526))를 실행하도록 구성된다. 프로세싱 로직(520)은, 예를 들어, 그래픽 프로세싱 유닛(들)(GPU) 및/또는 중앙 프로세싱 유닛(들)(CPU)을 포함할 수 있다. 차량 제어 시스템(520)은 픽셀(111 또는 212)과 같은 LIDAR 픽셀의 광학 믹서의 출력에 응답하여 자율주행 차량(500)의 파워트레인(502)을 제어하도록 구성될 수 있다. 차량 제어 시스템(520)은 복수의 LIDAR 픽셀로부터의 출력에 응답하여 자율주행 차량(500)의 파워트레인(502)을 제어하도록 구성될 수 있다.
센서(533A 내지 533I)는 자율주행 차량의 작동을 제어하는 데 사용하기 위해 자율주행 차량의 주변 환경으로부터 데이터를 수집하기에 적합한 다양한 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(533A 내지 533I)는 RADAR 유닛(534), LIDAR 유닛(536), 3D 포지셔닝 센서(들)(538), 예를 들어, GPS, GLONASS, BeiDou, Galileo, 또는 Compass와 같은 위성 내비게이션 시스템을 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 4의 LIDAR 설계는 LIDAR 유닛(536)에 포함될 수 있다. LIDAR 유닛(536)은 예를 들어 자율주행 차량(500)을 둘러싸며 배치되는 복수의 LIDAR 센서를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 3D 포지셔닝 센서(들)(538)는 위성 신호를 이용하여 지구상에서의 차량의 위치를 결정할 수 있다. 센서(533A 내지 533I)는 선택적으로 하나 이상의 초음파 센서, 하나 이상의 카메라(540), 및/또는 관성 측정 유닛(Inertial Measurement Unit, IMU)(542)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 카메라(540)는 모노그래픽 또는 스테레오그래픽 카메라일 수 있고, 정지 및/또는 동영상 이미지를 녹화할 수 있다. 카메라(540)는 자율주행 차량(500)의 외부 환경에서 하나 이상의 객체의 이미지를 캡처하도록 구성되는 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서를 포함할 수 있다. IMU(542)는 자율주행 차량(500)의 선형 및 회전 운동을 세 방향으로 검출할 수 있는 다수의 자이로스코프 및 가속도계를 포함할 수 있다. 휠 인코더와 같은 하나 이상의 인코더(미도시)가 자율주행 차량(500)의 하나 이상의 바퀴의 회전을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
센서(533A 내지 533I)의 출력은 위치 측정 서브시스템(552), 경로 서브시스템(556), 인식 서브시스템(554), 및 제어 시스템 인터페이스(558)를 포함하는 제어 서브시스템(550)에 제공될 수 있다. 위치 측정 서브시스템(552)은 자율주행 차량(500)의 위치 및 방향(때때로 "포즈"라고도 지칭됨)을 그의 주변 환경 내에서, 그리고 일반적으로 특정 지리적 영역 내에서 결정하도록 구성된다. 자율주행 차량의 위치는 라벨링된 자율주행 차량 데이터를 생성하는 부분과 동일한 환경에서의 추가 차량의 위치와 비교될 수 있다. 인식 서브시스템(554)은 자율주행 차량(500)을 둘러싸는 환경 내의 객체를 검출, 추적, 분류 및/또는 결정하도록 구성될 수 있다. 경로 서브시스템(556)은 원하는 목적지 및 환경 내의 정지 및 이동 객체에 대해 주어진 일정 시간 프레임에 걸쳐 자율주행 차량(500)에 대한 경로를 생성하도록 구성된다. 여러 구현예에 따른 머신 러닝 모델이 차량 경로를 생성하는 데 활용될 수 있다. 제어 시스템 인터페이스(558)는 자율주행 차량(500)의 경로를 구현하기 위해 제어 시스템(510)과 통신하도록 구성된다. 일부 구현예에서, 머신 러닝 모델은 계획된 경로를 구현하도록 자율주행 차량을 제어하는 데 이용될 수 있다.
차량 제어 시스템(520)에 대해 도 5c에 예시된 컴포넌트의 컬렉션은 본질적으로 예시적인 것에 불과하다는 것을 이해할 것이다. 개별 센서는 일부 구현예에서 생략될 수 있다. 일부 구현예에서, 도 5c에 예시된 센서의 상이한 유형이 중복 확인 및/또는 자율주행 차량 주위 환경의 상이한 영역을 커버하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어 서브시스템의 상이한 유형 및/또는 조합이 사용될 수 있다. 또한, 서브시스템(552 내지 558)이 프로세싱 로직(522) 및 메모리(524)로부터 분리된 것으로 도시되어 있지만, 일부 구현예에서, 서브시스템(552 내지 558)의 기능성의 일부 또는 전부는 메모리(524)에 상주하고 프로세싱 로직(522)에 의해 실행되는 명령어(526)와 같은 프로그램 코드로 구현될 수 있고, 이들 서브시스템(552 내지 558)은 일부 경우 동일한 프로세서(들) 및/또는 메모리를 사용하여 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 서브시스템은 다양한 전용 회로 로직, 다양한 프로세서, 다양한 필드 프로그램 가능 게이트 어레이("FPGA"), 다양한 주문형 집적 회로("ASIC"), 다양한 실시간 제어기 등을 이용하여 적어도 부분적으로 구현될 수 있고, 전술한 바와 같이, 다수의 서브시스템은 회로, 프로세서, 센서, 및/또는 다른 컴포넌트를 이용할 수 있다. 또한, 차량 제어 시스템(520) 내의 다양한 컴포넌트는 다양한 방식으로 네트워크화될 수 있다.
일부 구현예에서, 자율주행 차량(500)은 또한, 자율주행 차량(500)을 위한 중복 또는 백업 제어 시스템으로서 사용될 수 있는 2차 차량 제어 시스템(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 2차 차량 제어 시스템은 특정 이벤트에 응답하여 자율주행 차량(500)을 작동시킬 수 있다. 2차 차량 제어 시스템은 1차 차량 제어 시스템(520)에서 검출된 특정 이벤트에 응답하는 제한된 기능만을 가질 수 있다. 또 다른 구현예에서, 2차 차량 제어 시스템은 생략될 수 있다.
일부 구현예에서, 소프트웨어, 하드웨어, 회로 로직, 센서, 네트워크 등의 다양한 조합을 포함하는 상이한 아키텍처가 도 5c에 예시된 다양한 컴포넌트를 구현하는 데 사용될 수 있다. 각각의 프로세서는 예를 들어, 마이크로프로세서로서 구현될 수 있고, 각각의 메모리는 주 저장소를 포함하는 랜덤 액세스 메모리("RAM") 장치뿐만 아니라, 메모리의 임의의 보충 레벨, 예를 들어, 캐시 메모리, 비휘발성 또는 백업 메모리(예를 들어, 프로그램가능 또는 플래시 메모리), 판독 전용 메모리 등일 수 있다. 또한, 각각의 메모리는 자율주행 차량(500) 내의 다른 곳에 물리적으로 위치된 메모리 저장장치, 예를 들어, 프로세서 내의 임의의 캐시 메모리뿐만 아니라, 예를 들어, 대용량 저장 장치 또는 다른 컴퓨터 제어기 상에 저장된 것과 같은, 가상 메모리로서 사용되는 임의의 저장 용량을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 도 5c에 도시된 프로세싱 로직(522), 또는 완전히 별개인 프로세싱 로직은, 예를 들어, 엔터테인먼트 시스템들을 제어하도록, 도어, 조명, 편의 특징부 등을 작동시키도록, 자율주행 제어의 목적 외에, 자율주행 차량(500) 내의 추가적인 기능을 구현하는 데 사용될 수 있다.
또한, 추가 저장을 위해, 자율주행 차량(500)은 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어 다른 것들 중에서도, 이동식 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 직접 액세스 저장 장치("DASD"), 광학 드라이브(예를 들어, CD 드라이브, DVD 드라이브 등), 솔리드 스테이트 저장 드라이브("SSD"), 네트워크 부착 저장소, 저장 영역 네트워크, 및/또는 테이프 드라이브를 포함할 수 있다. 또한, 자율주행 차량(500)은 자율주행 차량(500)이 탑승자로부터 다수의 입력을 수신하고 탑승자를 위한 출력을 생성하는 것을 가능하게 하기 위한 사용자 인터페이스(564), 예를 들어, 하나 이상의 디스플레이, 터치스크린, 음성 및/또는 제스처 인터페이스, 버튼 및 다른 촉각 제어 장치를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 탑승자로부터의 입력은 다른 컴퓨터 또는 전자 장치를 통해, 예를 들어, 모바일 장치 상의 앱을 통하거나 웹 인터페이스를 통해 수신될 수 있다.
일부 구현예에서, 자율주행 차량(500)은, 예를 들어, 자율주행 차량(500)이 그의 자율주행 제어에 사용하기 위한 환경 및 다른 데이터를 수신하는 클라우드 서비스와 같은 중앙 서비스를 포함하는, 다른 컴퓨터 및 전자 장치와의 정보 통신을 가능하게 하기 위해, 하나 이상의 네트워크(570)(예를 들어 다른 것들 중에서도, 근거리 통신망("LAN"), 광역 네트워크("WAN"), 무선 네트워크, 및/또는 인터넷 등)와 통신하기에 적합한 하나 이상의 네트워크 인터페이스, 예를 들어, 네트워크 인터페이스(562)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 하나 이상의 센서(533A 내지 533I)에 의해 수집된 데이터는 추가적인 프로세싱을 위해 네트워크(570)를 통해 컴퓨팅 시스템(572)에 업로드될 수 있다. 이러한 구현예에서, 타임 스탬프는 업로딩 전의 차량 데이터의 각각의 인스턴스와 연관될 수 있다.
도 5c에 예시된 프로세싱 로직(522) 및 본원에 개시된 다양한 추가적인 제어기 및 서브시스템은 대체적으로 작동 시스템의 제어 하에 작동하며, 이하에서 보다 상세히 기술되는 바와 같이, 다양한 컴퓨터 소프트웨어 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 오브젝트, 모듈, 데이터 구조 등을 실행하거나 그렇지 않으면 이에 의존한다. 이에 더하여, 다양한 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 오브젝트, 모듈 등은 또한 네트워크(570)를 통해 자율주행 차량(500)에 커플링된 다른 컴퓨터 내의 하나 이상의 프로세서, 예를 들어, 분산된, 클라우드 기반, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 환경에서 상에서 실행될 수 있으며, 이에 의해 컴퓨터 프로그램의 기능을 구현하는 데 필요한 프로세싱은 네트워크를 통해 다수의 컴퓨터 및/또는 서비스에 할당될 수 있다.
작동 시스템의 일부로서 구현되거나, 특정 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 오브젝트, 모듈 또는 명령어의 시퀀스, 또는 심지어 이들의 서브세트로서 구현되는지의 여부와 상관없이, 본원에서 기술된 다양한 구현예를 구현하기 위해 실행되는 루틴은 본원에서 "프로그램 코드"로 지칭될 것이다. 프로그램 코드는 일반적으로 다양한 메모리 및 저장 장치 중 다양한 시간에 상주하는 하나 이상의 명령어를 포함할 수 있고, 하나 이상의 프로세서에 의해 판독 및 실행될 때, 본 개시의 다양한 양태를 구현하는 단계 또는 요소를 실행하기 위해 필요한 단계를 수행한다. 또한, 구현예는 이하에서 완전히 기능하는 컴퓨터 및 시스템의 맥락에서 기술되었거나 기술될 것이며, 본원에 기술된 다양한 구현예는 다양한 형태의 프로그램 제품으로서 배포될 수 있으며, 구현예는 실제로 배포를 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 컴퓨터 판독가능 매체에 관계없이 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 컴퓨터 판독가능 매체의 예에는 휘발성 및 비휘발성 메모리 장치, 플로피 및 다른 이동식 디스크, 솔리드 스테이트 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 자기 테이프 및 광학 디스크(예를 들어, CD-ROM, DVD)와 같은 유형형, 비일시적 매체가 포함된다.
또한, 이하에서 기술되는 다양한 프로그램 코드는 특정 구현예로 구현되는 어플리케이션에 기초하여 식별될 수 있다. 이에 뒤따르는 임의의 특정 프로그램 명명법은 단지 편의를 위해 사용되며, 따라서 본 개시는 이러한 명명법에 의해 식별되고/되거나 암시되는 임의의 특정 애플리케이션에서만 사용하도록 제한되어서는 안 된다는 것이 이해되어야 한다. 이에 더하여, 컴퓨터 프로그램이 루틴, 절차, 방법, 모듈, 오브젝트 등으로 조직화될 수 있는 통상적으로 무한한 수의 방식 및 프로그램 기능이 일반적인 컴퓨터 내에 상주하는 다양한 소프트웨어 계층 사이에서 할당될 수 있는 다양한 방식(예를 들어, 작동 시스템, 라이브러리, API, 애플리케이션, 애플릿 등)을 고려할 때, 본 개시는 본원에 기술된 프로그램 기능의 특정 조직 및 할당에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
본 개시의 이점을 갖는 당업자는, 도 5c에 예시된 예시적인 환경은 본원에 개시된 구현예를 제한하려는 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 실제로, 당업자는 다른 대안적인 하드웨어 및/또는 소프트웨어 환경이 본원에 개시된 구현예의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 개시의 용어 "프로세싱 로직"(예를 들어, 프로세싱 로직(522))은 본원에 개시된 작동을 실행하기 위해, 하나 이상의 프로세서, 마이크로프로세서, 멀티-코어 프로세서, ASIC(주문형 집적 회로(Application-specific integrated circuit)), 및/또는 FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array))를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 메모리(미도시)는 작동을 실행하고/하거나 데이터를 저장하기 위한 명령어를 저장하기 위해 프로세싱 로직에 통합된다. 프로세싱 로직은 또한 본 개시의 구현예에 따른 작동을 수행하기 위한 아날로그 또는 디지털 회로를 포함할 수 있다.
본 개시에 기술된 "메모리" 또는 "메모리들"은 하나 이상의 휘발성 또는 비휘발성 메모리 아키텍처를 포함할 수 있다. "메모리" 또는 "메모리들"은 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈, 또는 다른 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 착탈식 및 비분리형 매체일 수 있다. 예시적인 메모리 기술은 RAM, ROM, EEPROM, 플래시 메모리, CD-ROM, 디지털 다목적 디스크(DVD), 고화질 멀티미디어/데이터 저장 디스크, 또는 다른 광학 저장소, 자기 카세트, 자기 테이프, 자기 디스크 저장소 또는 다른 자기 저장 장치, 또는 컴퓨팅 장치에 의해 액세스될 수 있는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있는 임의의 다른 비전송 매체를 포함할 수 있다.
네트워크는 다음과 같은 네트워크 또는 네트워크 시스템 중 어느 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다: 피어-투-피어 네트워크; 근거리 통신망 (LAN); 광역 네트워크 (WAN); 인터넷과 같은 공용 네트워크; 사설 네트워크; 셀룰러 네트워크; 무선 네트워크; 유선 네트워크; 무선 및 유선 조합 네트워크; 및 위성 네트워크.
통신 채널은 IEEE 802.11 프로토콜, SPI(직렬 주변장치 인터페이스(Serial Peripheral Interface)), I2C(Inter-Integrated Circuit), USB(Universal Serial Port), CAN(Controller Area Network), 셀룰러 데이터 프로토콜(예를 들어, 3G, 4G, LTE, 5G), 광통신 네트워크, 인터넷 서비스 사업자(Internet Service Provider(ISP)), 피어-투-피어 네트워크, 로컬 영역 네트워크(LAN), 광역 네트워크(WAN), 공용 네트워크(예를 들어, "인터넷"), 사설 네트워크, 위성 네트워크 또는 다른 네트워크 사용하는 하나 이상의 유선 또는 무선 통신을 포함하거나 이를 통해 라우팅된다.
컴퓨팅 장치는 데스크탑 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿, 패블릿, 스마트폰, 피처폰, 서버 컴퓨터, 또는 다른 것을 포함할 수 있다. 서버 컴퓨터는 데이터 센터에 원격으로 위치하거나 로컬에 저장될 수 있다.
전술한 프로세스는 컴퓨터 소프트웨어 및 하드웨어 측면에서 기술된다. 설명된 기술은 휘발성 또는 비휘발성 기계(예를 들어, 컴퓨터) 판독가능 저장 매체 내에 구현된 기계-실행가능 명령어를 구성할 수 있으며, 기계에 의해 실행될 때 해당 기계가 기술된 작동을 수행하게 한다. 추가적으로, 프로세스는 하드웨어 내에서, 예컨대 애플리케이션 특정 집적 회로("ASIC") 또는 다른 방식으로 구현될 수 있다.
휘발성 또는 비휘발성 기계 판독가능 저장 매체는 기계에 의해 액세스가능한 형태로 정보를 제공(즉, 저장)하는 임의의 메카니즘(예를 들어, 컴퓨터, 네트워크 장치, 개인 디지털 어시스턴트, 제조 도구, 하나 이상의 프로세서의 세트를 갖는 임의의 장치 등)을 포함한다. 예를 들어, 기계 판독가능 저장 매체는 기록가능한/비-기록가능한 매체(예를 들어, 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치 등)를 포함한다.
요약문에서 기술되는 내용을 포함하는 본 발명의 예시된 구현예에 대한 전술한 기술은 본 발명을 개시된 정확한 형태로 완전하게 규정하거나 제한하려는 의도를 갖지 않는다. 본 발명의 구체적인 구현예 및 실시예는 예시적인 목적을 위해 본원에서 기술되었으며, 관련 기술분야의 당업자가 인식하는 바와 같이, 이는 본 발명의 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다.
이러한 변형은 전술한 상세한 설명에 비추어 본 발명에 대해 이루어질 수 있다. 이하의 청구범위에 사용된 용어는 본 발명을 본 명세서에 개시된 특정 구현예로 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명의 범위는 전적으로 다음의 청구항에 의해 결정되어야 하며, 이는 청구항 해석의 확립된 교리에 따라 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 광 검출 및 위치측정(LIDAR) 시스템으로서,
    제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 픽셀;
    표면에 상기 광을 반사하도록 구성되는 회전 거울;
    상기 픽셀과 상기 회전 거울 사이에 배치된 복굴절성 재료로서, 상기 복굴절성 재료는 상기 제1 편광 배향을 갖고 상기 복굴절성 재료를 통해 전파하는 광의 위치에서 제1 시프트에 따라 오프셋을 발생시키되, 상기 복굴절성 재료는 제2 편광 배향을 갖는 반사된 빔을 시프트시키고, 상기 복굴절성 재료는 제2 시프트에 따라 공간에서 상기 반사된 빔을 수평으로 시프트시키고, 상기 수평 시프트된 반사된 빔을 상기 픽셀에 다시 비추며, 상기 제2 시프트는 상기 제1 시프트보다 크고, 상기 복굴절성 재료의 틸팅 각도 또는 상기 복굴절성 재료의 두께는 50 미터 이상의 검출 거리에서의 객체의 검출을 위해 구성되는, 복굴절성 재료;
    상기 픽셀에 의해 상기 광으로서 방출되는 분할된 광의 제1 백분율 및 분할된 광의 제2 백분율을 제공하도록 구성되는 스플리터; 및
    상기 분할된 광의 제2 백분율을 상기 반사된 빔과 혼합하여 출력을 생성하도록 구성되는 광학 믹서를 포함하는, LIDAR 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 편광 배향은 상기 제1 편광 배향에 직교하고, 상기 제1 편광 배향을 갖는 광의 위치의 오프셋은 상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔의 수평 시프트와 상이한, LIDAR 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복굴절성 재료는 상기 복굴절성 재료 상에 입사되는 상기 광에 대하여 각을 이루고, 상기 복굴절성 재료는 상기 복굴절성 재료 상에 입사되는 상기 반사된 빔에 대하여 틸팅되는, LIDAR 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 광을 방출하고;
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔을 상기 픽셀 내로 커플링시키도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함하는, LIDAR 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러; 및
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔을 상기 픽셀 내로 수신하도록 상기 송신 격자 커플러에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함하는, LIDAR 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복굴절성 재료와 상기 회전 거울 사이에 배치된 렌즈로서, 상기 렌즈는 상기 픽셀에 의해 방출된 상기 광을 콜리메이트하도록 구성되는 렌즈를 더 포함하는, LIDAR 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복굴절성 재료는 LiNO3(질산리튬) 또는 YVO4(이트륨 오르토바나듐염) 중 적어도 하나를 포함하는, LIDAR 시스템.
  9. 자율 차량을 위한 자율 차량 제어 시스템으로서, 상기 자율 차량 제어 시스템은,
    광 검출 및 위치측정(LIDAR) 디바이스 - 상기 광 검출 및 위치측정 디바이스는:
    제1 편광 배향을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 픽셀로서, 상기 픽셀은 상기 자율 차량의 환경 내 객체로부터 반사되는 상기 광의 반사된 빔을 수신하도록 구성되는 광학 믹서를 포함하는, 픽셀;
    상기 객체에 대한 상기 광을 반사시키도록 구성되는 거울; 및
    복굴절성 재료로서, 상기 제1 편광 배향을 갖고 상기 복굴절성 재료를 통해 전파되는 상기 광의 위치에서 제1 시프트에 따라 오프셋을 도입하되, 상기 복굴절성 재료는 제2 시프트에 따라 공간에서 상기 반사된 빔을 수평으로 시프트시키고, 상기 수평 시프트된 반사된 빔을 상기 픽셀에 다시 비추며, 상기 제2 시프트는 상기 제1 시프트보다 크고, 상기 반사된 빔은 상기 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가지며, 상기 복굴절성 재료의 틸팅 각도 또는 상기 복굴절성 재료의 두께는 50 미터 이상의 검출 거리에서의 객체의 검출을 위해 구성되는 복굴절성 재료를 포함함 - ; 및
    상기 픽셀의 상기 광학 믹서의 출력에 응답하여 상기 자율 차량을 제어하도록 구성되는 하나 이상의 프로세서를 포함하는, 자율 차량 제어 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복굴절성 재료의 틸팅 각도 및 상기 복굴절성 재료의 두께는 50미터 이상의 검출 거리에서의 객체의 검출을 위해 구성되는, 자율 차량 제어 시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 거울은 회전 거울로서 구성되는, 자율 차량 제어 시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 광을 방출하고;
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔을 상기 픽셀 내에 커플링시키도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함하는, 자율 차량 제어 시스템.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러; 및
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔을 상기 픽셀 내로 수신하도록 상기 송신 격자 커플러에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함하는, 자율 차량 제어 시스템.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 픽셀에 의해 상기 광으로서 방출되는 분할된 광의 제1 백분율 및 분할된 광의 제2 백분율을 제공하도록 구성되는 스플리터를 포함하고,
    상기 광학 믹서는 상기 분할된 광의 제2 백분율을 상기 반사된 빔과 혼합하여 출력을 생성하도록 구성되는, 자율 차량 제어 시스템.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 광의 위치의 오프셋은 상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 반사된 빔의 수평 시프트와 상이한, 자율 차량 제어 시스템.
  16. 자율 차량으로서,
    제1 편광 배향을 갖는 적외선 광을 방출하도록 구성되고, 상기 자율 차량의 환경 내 객체로부터 반사되는 적외선 반사 광을 수신하도록 구성되는 픽셀;
    복굴절성 재료로서, 상기 복굴절성 재료를 통해 전파되는 상기 적외선 광의 위치에서 제1 시프트에 따라 오프셋을 도입하되, 상기 복굴절성 재료는 제2 시프트에 따라 공간에서 적외선 반사 빔을 수평으로 시프트시키고, 상기 수평 시프트된 반사 빔을 상기 픽셀에 다시 비추며, 상기 제2 시프트는 상기 제1 시프트보다 크고, 상기 적외선 반사 빔은 상기 제1 편광 배향에 직교하는 제2 편광 배향을 가지며, 상기 복굴절성 재료의 틸팅 각도 또는 상기 복굴절성 재료의 두께는 50 미터 이상의 검출 거리에서의 객체의 검출을 위해 구성되는, 복굴절성 재료;
    상기 적외선 반사 빔에 응답하여 상기 자율 차량을 제어하도록 구성되는 제어 시스템; 및
    회전 거울로서, 상기 회전 거울이 제1 위치에 있는 동안 상기 적외선 광을 상기 객체로 향하도록 구성되되, 상기 회전 거울은 상기 회전 거울이 제1 위치와 상이한 제2 위치에 있을 때 상기 적외선 반사 빔을 상기 픽셀로 다시 향하도록 구성되는, 회전 거울을 포함하는, 자율 차량.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 적외선 광을 방출하고;
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 적외선 반사 빔을 상기 픽셀 내에 커플링시키도록 구성되는 이중 편광 커플러를 포함하는, 자율 차량.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 픽셀은,
    상기 제1 편광 배향을 갖는 상기 적외선 광을 방출하도록 구성되는 송신 격자 커플러; 및
    상기 제2 편광 배향을 갖는 상기 적외선 반사 빔을 상기 픽셀 내로 수신하도록 상기 송신 격자 커플러에 수직으로 배향된 단일 편광 격자 커플러를 포함하는, 자율 차량.
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