KR102605257B1 - 회전식 소형 광 레인징 시스템 - Google Patents

회전식 소형 광 레인징 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR102605257B1
KR102605257B1 KR1020207019605A KR20207019605A KR102605257B1 KR 102605257 B1 KR102605257 B1 KR 102605257B1 KR 1020207019605 A KR1020207019605 A KR 1020207019605A KR 20207019605 A KR20207019605 A KR 20207019605A KR 102605257 B1 KR102605257 B1 KR 102605257B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit board
optical
board assembly
delete delete
shaft
Prior art date
Application number
KR1020207019605A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200097306A (ko
Inventor
안구스 파칼라
마크 프릭틀
마빈 슈
에릭 영
Original Assignee
아우스터, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=66696685&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=KR102605257(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by 아우스터, 인크. filed Critical 아우스터, 인크.
Priority to KR1020237039658A priority Critical patent/KR20230169368A/ko
Priority claimed from PCT/US2018/064328 external-priority patent/WO2019113368A1/en
Publication of KR20200097306A publication Critical patent/KR20200097306A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102605257B1 publication Critical patent/KR102605257B1/ko

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G01S7/4813—Housing arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
    • B60L3/0007—Measures or means for preventing or attenuating collisions
    • B60L3/0015—Prevention of collisions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G02B27/106—Beam splitting or combining systems for splitting or combining a plurality of identical beams or images, e.g. image replication
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/30—Collimators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/14—Inductive couplings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14—External cavity lasers
    • H01S5/146—External cavity lasers using a fiber as external cavity
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/11—Arrangements specific to free-space transmission, i.e. transmission through air or vacuum
    • H04B10/114—Indoor or close-range type systems
    • H04B10/1143—Bidirectional transmission
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0274—Optical details, e.g. printed circuits comprising integral optical means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/14—Structural association of two or more printed circuits
    • H05K1/144—Stacked arrangements of planar printed circuit boards
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K5/00—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus
    • H05K5/0004—Casings, cabinets or drawers for electric apparatus comprising several parts forming a closed casing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/0094—Structural association with other electrical or electronic devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/04—Assemblies of printed circuits
    • H05K2201/042—Stacked spaced PCBs; Planar parts of folded flexible circuits having mounted components in between or spaced from each other
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/09—Shape and layout
    • H05K2201/09009—Substrate related
    • H05K2201/09027—Non-rectangular flat PCB, e.g. circular
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/1009—Electromotor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10121—Optical component, e.g. opto-electronic component
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10151—Sensor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10227—Other objects, e.g. metallic pieces
    • H05K2201/10409—Screws

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Mechanical Optical Scanning Systems (AREA)

Abstract

광 레인징 시스템은, 샤프트; 제1 회로 보드 조립체 - 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -; 샤프트에 회전식으로 결합되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 복수의 로터 요소는 복수의 로터 요소가 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열됨 -; 제2 또는 제1 회로 보드 조립체들 중 어느 하나 상에 배치되고, 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 샤프트를 중심으로 하는 제2 회로 보드 조립체의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로; 및 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 제2 회로 보드 조립체에 기계적으로 결합되는 광 레인징 장치를 포함한다.

Description

회전식 소형 광 레인징 시스템
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2018년 12월 4일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Rotating Compact Light Ranging System"인 미국 특허 출원 제16/209,867호('867 출원); 2018년 12월 4일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Light Ranging System with Opposing Circuit Boards"인 미국 특허 출원 제16/209,869호('869 출원); 2018년 12월 4일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Rotating Light Ranging System with Optical Communication Uplink and Downlink Channels"인 미국 특허 출원 제16/209,875호('875 출원); 및 2018년 12월 4일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Light Ranging Device with a Multi-element Bulk Lens System"인 미국 특허 출원 제16/209,879호('879 출원)에 대한 우선권을 주장한다. '867, '869, '875 및 '879 출원들 각각은 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고, 역시 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2017년 12월 7일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Compact LIDAR System"인 미국 가특허 출원 제62/596,018호의 이익을 각각 주장한다.
광 이미징, 검출 및 레인징(light imaging, detection and ranging, LIDAR) 시스템은, 펄스형 레이저 광으로 타겟을 조명하고 반사된 펄스를 센서로 측정함으로써 타겟까지의 거리를 측정한다. 이어서, 전파 시간(time-of-flight) 측정치가 타겟의 디지털 3D 표현을 만드는 데 사용될 수 있다. LIDAR 시스템은, 특히, 고고학, 지리학, 지질학, 임학, 맵핑(mapping), 건설, 의료 이미징 및 군사 응용을 포함하여, 3D 깊이 이미지가 유용한 다양한 응용에 사용될 수 있다. 자율 주행 차량이 또한, 장애물 검출 및 회피뿐만 아니라 차량 내비게이션을 위해 LIDAR를 사용할 수 있다.
자율 주행 차량에서의 장애물 검출 및 회피에 충분한 커버리지(coverage) 및 해상도를 제공하는 많은 현재 이용가능한 LIDAR 센서는 기술적으로 복잡할 뿐만 아니라 제조 비용도 많이 든다. 따라서, 그러한 센서는 대량 판매용 자동차, 트럭 및 다른 차량에 광범위하게 배치하도록 허용하기에는 너무 많은 비용이 들 수 있다. 특정 유형의 LIDAR 센서의 전체 구성요소 비용 및 제조 복잡성은 전형적으로, LIDAR 센서 자체의 아키텍처(architecture)의 근본적인 복잡성에 의해 좌우된다. 이는 각각이 본질적으로 상당히 복잡할 수 있는, 상이한 내부 서브시스템, 예컨대, 광전자 시스템, 전기기계 시스템, 컴퓨터 제어 시스템, 고속 통신 시스템, 데이터 처리 시스템 등의 복합체인 일부 현대 LIDAR 센서에서 더욱 악화될 수 있다.
일부 현대 감지(sensing) 응용에 중요할 수 있는 높은 위치 정확도, 긴 거리 범위, 및 낮은 전력 소비를 달성하기 위해, 이들 서브시스템 각각에 대한 엄격한 기술적 요건은, 복잡하고, 구축하기 어렵고, 흔히, 개별 LIDAR 유닛이 고객에 의해 사용될 수 있기 전에 비용이 많이 드는 보정 및 정렬 절차를 필요로 하는 아키텍처 및 설계로 이어졌다. 예를 들어, 일부 LIDAR 시스템은, 모두 대략 1,000 RPM의 속도로 회전하는 터릿(turret) 내에 있는, 하나 이상의 큰 마더보드, 및 카운터 밸런스 구조 부재(counter-balanced structural member) 상에 장착되는 부피가 크고 무거운 광학 시스템을 채용하는 내부 아키텍처를 갖는다. 이들 시스템 중 일부에서, 별개의 레이저 방출기/검출기 쌍이 개별적인 별개의 회로 보드(circuit board)에 장착된다. 따라서, 각각의 방출기 보드 및 수신기 보드는, 각각의 방출기/검출기 쌍이 각각의 검출기의 시야가 검출기의 각각의 방출기의 시야와 중첩되도록 보장하기 위해 특정 방향을 따라 정확하게 정렬되는 상태로, 마더보드에 별도로 장착되도록 요구될 수 있다. 위의 아키텍처의 결과로서, 각각의 방출기 보드 및 각각의 수신기 보드를 별도로 정렬시키기 위해 조립 동안 정밀 정렬 기술이 전형적으로 요구된다.
위에서 설명된 아키텍처는 장치의 해상도를 스케일링(scaling)하고자 할 때 점점 더 문제가 된다. 해상도를 증가시키는 것은, 이번에도, 각각이 그들 자체의 회로 보드 상에 장착되는 더 많은 레이저 방출기/검출기 쌍의 추가를 필요로 한다. 결과적으로, 이러한 유형의 아키텍처로 해상도를 선형으로 스케일링하는 것은 관련된 개별 부품 및 보드의 순전한 수로 인해 제조 비용의 기하급수적인 증가 및 또한 신뢰성의 기하급수적인 감소로 이어질 수 있다. 일단 조립 및 정렬이 완료되면, 정확하게 정렬된 다중 보드 배열이 운송 동안 또는 시스템의 설계 수명에 걸쳐 어떤 다른 시점에서 건드려지거나 충격을 받아 정렬 상태로부터 벗어나지 않도록 상당한 주의가 기울여져야 한다.
광학 시스템의 정렬 및 조립의 복잡성에 더하여, 대부분의 현재 이용가능한 LIDAR 유닛은 비교적 낮은 전체 시스템 집적도(degree of integration)를 갖는다. 예를 들어, 많은 현재 이용가능한 LIDAR 유닛의 제어 및 구동 회로는 맞춤형 보드(custom board)에 장착되는 별개의 모듈이다. 이들 맞춤형 보드는, 이어서, LIDAR 유닛 내의 마더보드에 장착될 필요가 있을 수 있거나, 하나 이상의 장착 브래킷에 의해 LIDAR 유닛의 구조 요소 상의 어딘가 다른 곳에 장착될 수 있다. 일부 경우에, 각각의 보드는, 인클로저(enclosure) 내의 하나 이상의 내부 볼륨 또는 통로를 통해 라우팅(routing)되어 궁극적으로 마더보드와 연결될 필요가 있는 하나 이상의 전기적 상호연결부를 가질 수 있다.
LIDAR 시스템을 회전시키기 위해, 훨씬 더 많은 추가의 특수 마운트(mount) 및 상호연결부가 전기 모터 로터(rotor) 및/또는 스테이터(stator)에 필요할 수 있다. 전력 연결부에 더하여, 데이터 업링크(uplink) 및 다운링크(downlink) 라인이 필요하고, 전형적으로, 하나 이상의 유도성, 용량성, 및/또는 금속 슬립 링(slip ring) 회전 커플러에 의해 달성되는데, 이는 구현하기 어렵고/어렵거나 낮은 데이터 전송 속도로 이어질 수 있다. 일부 시스템은 회전 커플러 내에 금속 브러시를 채용하며, 그에 따라서 회전 메커니즘 내에서의 브러시의 기계적 접촉의 요구로 인해 잠재적으로 신뢰할 수 없다. 다른 슬립 링 유형 커넥터는 수은과 같은 유해 물질을 채용하여, 이들 유형의 커플러가 유해 물질 제한 지침 2002/95/EC(ROHS)를 준수하지 않게 하고 그에 따라서 일부 관할 구역에서 혐오되거나 심지어 금지될 수 있다.
광전자 시스템과 관련하여, 업계는, 근적외선 파장에서의 그들의 낮은 양자 효율 및 그들의 낮은 동적 범위로 인해, CMOS 기반 단일 광자 애벌란시 다이오드(single photon avalanche diode, SPAD)와 같은 비용 효율적인 단일 광자 광검출기를 통합시키는 데 어려움을 겪었다. 양자 효율을 개선하기 위해, 일부 SPAD 기반 검출기는 InGaAs 기술을 채용하지만, 그러한 시스템은 CMOS 장치보다 비용 효율적인 방식으로 통합시키기 더 어렵다. 따라서, InGaAs 기술을 사용하여 제조된 SPAD 검출기와 연관된 외부/지원 회로부(예컨대, 애벌란시 전류의 전연을 감지하고, 애벌란시 빌드업과 동시에 표준 출력 펄스를 생성하며, 바이어스(bias)를 다시 항복 전압까지 낮춤으로써 애벌란시를 켄칭(quenching)하고, 이어서 포토다이오드를 동작 레벨로 복원할 수 있는 켄칭 회로)는 전형적으로, SPAD 어레이와 별도로, 예를 들어, SPAD 어레이 외부에 있는 패키지로 제조된다. 또한, InGaAs 기판은 비교적 고가이고, 관련 제조 프로세스는 전형적으로, 실리콘 기판 제조 프로세스보다 낮은 수율을 가져, 비용 증가를 더욱 심해지게 한다. 문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은, InGaAs 기판은 전형적으로, 암전류(dark current)를 적합한 레벨로 감소시키기 위해 능동적으로 냉각될 필요가 있는데, 이는 런타임(runtime) 동안 소비되는 에너지의 양을 증가시켜, 비용 및 복잡성을 훨씬 더 증가시킨다.
SPAD 기반 검출기를 채용하는 대신에, 많은 상업적으로 이용가능한 LIDAR 해법은 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode, APD)를 채용한다. APD는 이진(binary) 검출 장치가 아니라, 오히려, 검출기에 입사하는 광 강도에 비례하고, 결과적으로 높은 동적 범위를 갖는 아날로그 신호(예컨대, 전류)를 출력한다. 그러나, APD는, 예를 들어, 트랜스임피던스 증폭기 및/또는 차동 증폭기, 고속 A/D 변환기, 하나 이상의 디지털 신호 처리기(digital signal processor, DSP) 등과 같은 아날로그 회로를 포함하는 수 개의 추가의 아날로그 회로에 의해 배킹(backing)되어야 한다. 전통적인 APD는 또한, 표준 CMOS 프로세스로는 가능하지 않은 높은 역 바이어스 전압을 필요로 한다. 완성된(mature) CMOS가 없으면, 이러한 모든 아날로그 회로부를 콤팩트한 폼 팩터(form factor)를 갖는 단일 칩 상에 통합시키는 것이 어렵고, 인쇄 회로 보드(printed circuit board) 상에 위치되는 다수의 외부 회로 모듈이 통상적으로 채용되는데, 이는 이들 기존 유닛의 높은 비용의 원인이 된다.
따라서, 3D 감지 시스템에 대한 성장하는 시장을 지원하기 위해, 더 비용 효율적이지만 여전히 높은 성능의 LIDAR 시스템이 여전히 필요하다. 또한, 적합한 규모로(at scale) 효과적으로 채용될 수 있는 간소화된 조립 프로세스를 가능하게 하는 개선되고 더 우수한 시스템 아키텍처가 여전히 필요하다.
본 개시의 실시예는, 다른 사용 중에서도 특히, 자율 주행 차량에서의 장애물 검출 및 회피에 사용될 수 있는 LIDAR 유닛에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 실시예는 일부 현재 이용가능한 LIDAR 시스템과 연관되는 위에서 논의된 문제들 중 하나 이상을 해결할 수 있다. 일부 특정 실시예는, 시스템이 충분히 저렴하게 그리고 충분한 신뢰성을 갖고서 제조될 수 있게 하고, 대량 판매용 자동차, 트럭 및 다른 차량에 사용하기 위해 채택되기에 충분히 작은 풋프린트(footprint)를 가질 수 있게 하는 설계 특징을 포함하는 LIDAR 시스템에 관한 것이다.
일부 실시예에서, 본 개시에 따른 회전 광 레인징 시스템은 샤프트에 의해 한정되는 축을 중심으로 회전하는 상부 회로 보드 조립체에 연결되는 광 레인징 장치(예컨대, 광 펄스를 방출하고 반사된 펄스를 검출함)를 포함할 수 있다. 상부 회로 보드 조립체는 각각의 회로 요소를 통해 하부 회로 보드 조립체와 협동하여, 예컨대, 전력, 데이터, 및/또는 인코딩된 위치를 제공할 수 있다. (예컨대, 외부 물리적 연결부와는 대조적으로) 회전 상부 보드 조립체 및 하부 보드 조립체 상에 협동 무선 회로 요소를 포함시키는 것은 더 콤팩트한 설계를 제공할 수 있다. 또한, 특정 회로 요소(예컨대, 광학 또는 전력)는 효율적인 통신을 가능하게 하고/하거나 플럭스를 증가시키는 방식으로 위치될 수 있다. 예를 들어, 무선 전력 수신기는 상부 회로 보드 조립체의 외부 에지의 링에 제공되어, 유도 링에 의해 포획되는 자속의 양을 최대화하거나 용량성 시스템에서 이용가능한 영역을 최대화할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 광학 통신 서브시스템은 샤프트를 중심으로 회전하지 않는 베이스 서브시스템과 회전 광 레인징 장치 사이에 광학 통신 채널을 제공할 수 있다. 광학 통신 채널은 빠른 통신을 제공할 수 있지만, 또한 콤팩트하고 저렴한 설계를 제공할 수 있다. 예를 들어, 터릿 광학 통신 구성요소가 회전 조립체 상에 위치되어 베이스 광학 통신 구성요소와 데이터(예컨대, 광 레인징 장치로부터의 레인징 데이터)를 통신할 수 있다. 그러한 위치설정은 더 부피가 큰 통신 메커니즘의 필요성을 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 다운링크 전송기는 회전에 사용되는 중공 샤프트를 통해 광학 레인징 데이터를 전송하도록 위치될 수 있다. 다른 예로서, 베이스 서브시스템의 하나 이상의 업링크 전송기는, 예컨대, 정렬되는 링으로 이들 업링크 요소가 위치되는 회전 조립체 상에서 회전하는 하나 이상의 업링크 수신기로 업링크 신호를 전송할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 상부 회로 보드 조립체의 회전은 상부 및 하부 회로 보드들 상에 통합된 스테이터 및 로터 요소들에 의해 구동되어, 그에 의해 광 레인징 시스템을 콤팩트하게 할 수 있다. 예를 들어, 상부 회로 보드 조립체는 회전 샤프트 주위에 대칭으로 배열되는 복수의 로터 요소를 포함할 수 있고, 하부 회로 보드 조립체는 샤프트 주위에 대칭으로 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함할 수 있다. 드라이버 회로가 스테이터 요소를 구동시킬 수 있다. 그러한 로터 및 스테이터 요소들을 회로 보드 자체 상에 내장시키는 것은 더 부피가 큰 모터(예컨대, 스테퍼 모터, 브러시 모터 또는 비통합 브러시리스 모터)를 사용하는 제품에 비해 다양한 이점을 제공한다.
일부 실시예에 따르면, 광 레인징 시스템은, 종축을 갖는 샤프트; 제1 회로 보드 조립체 - 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -; 샤프트에 회전식으로 결합되고, 제1 회로 보드 조립체와 대향 관계로 그로부터 이격되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 복수의 로터 요소는 복수의 로터 요소가 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열됨 -; 제2 또는 제1 회로 보드 조립체들 중 어느 하나 상에 배치되고, 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 샤프트의 종축을 중심으로 하는 제2 회로 보드 조립체의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로; 및 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 제2 회로 보드 조립체에 기계적으로 결합되는 광 레인징 장치를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광 레인징 시스템은, 샤프트; 제1 회로 보드 조립체 - 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -; 샤프트에 회전식으로 결합되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 복수의 로터 요소는 복수의 로터 요소가 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열됨 -; 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 결합되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 및 제2 또는 제1 회로 보드 조립체들 중 어느 하나 상에 배치되고, 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 샤프트를 중심으로 하는 제2 회로 보드 조립체의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로를 포함한다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은, 광학적으로 투명한 윈도우 및 베이스를 갖는 고정 인클로저; 인클로저 내에 배치되는 중공 샤프트; 중공 샤프트에 결합되는 베어링 시스템; 인클로저 내에 배치되고, 중공 샤프트에 수직인 제1 평면과 평행한 제1 회로 보드 조립체 - 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 환형으로 배열되는 복수의 균일하게 이격된 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -; 제1 평면에 평행하게 인클로저 내에 배치되고, 베어링 시스템에 의해 샤프트에 회전식으로 결합되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 복수의 균일하게 이격된 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 복수의 균일하게 이격된 로터 요소는 복수의 로터 요소가 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 환형으로 배열됨 -; 고정 인클로저 내에서 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 결합되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 윈도우를 통해 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는, 윈도우를 통해 수신된 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 및 제2 또는 제1 회로 보드 조립체들 중 어느 하나 상에 배치되고, 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 샤프트를 중심으로 하는 제2 회로 보드 조립체 및 광 레인징 장치의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로를 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광 레인징 시스템은, 하우징; 회전축을 한정하는 샤프트; 제1 회로 보드 조립체 - 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 조립체가 회전축에 수직인 제1 평면을 따라 정렬되도록 고정 관계로 하우징 내에 배치되고 그에 결합되며, 제1 회로 보드 조립체는 제1 회로 보드 상에 배치되는 복수의 제1 회로 요소를 포함함 -; 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 제1 평면에 평행한 제2 평면에서 하우징 내의 제1 회로 보드 조립체로부터 이격되고, 제2 회로 보드 조립체가 회전축을 중심으로 회전하도록 샤프트에 회전식으로 결합되며, 제2 회로 보드 조립체는, 제2 회로 보드 상에 배치되고, 제1 복수의 회로 요소와 정렬되고 그들 중 적어도 하나와 무선 협동하여 기능하도록 구성되는 복수의 제2 회로 요소를 포함함 -; 및 제2 회로 보드 조립체에 전기적으로 연결되고 그와 함께 회전하도록 결합되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는, 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하고, 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광 펄스의 반사된 부분을 검출하며, 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성됨 - 를 포함한다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은, 광학적으로 투명한 윈도우를 갖는 인클로저; 인클로저를 통한 회전축을 한정하는 샤프트; 인클로저 내에 배치되고 그에 고정식으로 결합되며 회전축에 수직으로 정렬되는 제1 회로 보드 조립체; 인클로저 내에 배치되고, 제1 회로 조립체와 대향 관계로 그로부터 이격되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 샤프트에 회전가능하게 결합됨 -; 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 광 레인지 장치가 샤프트를 중심으로 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 고정 관계로 제2 회로 보드 조립체에 결합됨 -; 제1 또는 제2 회로 보드들 중 하나 상에 장착되는 환형 인코더 스트립, 및 환형 인코더 스트립을 향하는 그와 반대편의 위치에서 제1 또는 제2 회로 보드들 중 다른 하나 상에 장착되는 인코더 판독기를 포함하는 환형 인코더; 제1 회로 보드에 장착되는 제1 환형 무선 통신 구성요소, 및 제1 환형 무선 통신 구성요소를 향하는 그와 반대편의 위치에서 제2 회로 보드에 장착되는 제2 환형 무선 통신 구성요소를 포함하는 무선 통신 시스템; 및 제1 회로 보드에 장착되는 환형 무선 전력 전송기, 및 환형 무선 전력 전송기를 향하는 그와 반대편의 위치에서 제2 회로 보드에 장착되는 환형 무선 전력 수신기를 포함하는 환형 무선 전력 전송 시스템을 포함한다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은, 광학적으로 투명한 윈도우를 갖는 인클로저; 인클로저를 통한 회전축을 한정하는 샤프트; 인클로저 내에 배치되고 그에 고정식으로 결합되며 회전축에 수직으로 정렬되는 제1 회로 보드 조립체; 인클로저 내에 배치되고, 제1 회로 조립체와 대향 관계로 그로부터 이격되는 제2 회로 보드 조립체 - 제2 회로 보드 조립체는 샤프트에 회전가능하게 결합됨 -; 광 레인지 장치가 샤프트를 중심으로 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 제2 회로 보드 조립체에 장착되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는, 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하고, 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광 펄스의 반사된 부분을 검출하며, 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성됨 -; 제1 또는 제2 회로 보드들 중 하나 상에 장착되는 환형 인코더 스트립, 및 환형 인코더 스트립을 향하는 그와 반대편의 위치에서 제1 또는 제2 회로 보드들 중 다른 하나 상에 장착되는 인코더 판독기를 포함하는 환형 인코더; 제1 회로 보드에 장착되는 제1 환형 무선 통신 구성요소, 및 제1 환형 무선 통신 구성요소를 향하는 그와 반대편의 위치에서 제2 회로 보드에 장착되는 제2 환형 무선 통신 구성요소를 포함하는 무선 통신 시스템; 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체, 및 복수의 로터 요소가 복수의 스테이터 요소를 향하는 그와 반대편의 위치에 배치되도록 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 샤프트 주위에 배열되는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하는 전기 모터; 제2 또는 제1 회로 보드 조립체들 중 어느 하나 상에 배치되고, 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 샤프트를 중심으로 하는 제2 회로 보드 조립체의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로; 및 제1 회로 보드에 장착되는 환형 무선 전력 전송기, 및 환형 무선 전력 전송기를 향하는 그와 반대편의 위치에서 제2 회로 보드에 장착되는 환형 무선 전력 수신기를 포함하는 환형 무선 전력 전송 시스템을 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광 레인징 시스템은, 종축을 갖는 샤프트; 샤프트의 종축을 중심으로 회전하도록 구성되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 샤프트를 중심으로 회전하지 않는 베이스 서브시스템; 및 베이스 서브시스템과 광 레인징 장치 사이에 광학 통신 채널을 제공하도록 구성되는 광학 통신 서브시스템 - 광학 통신 서브시스템은 검출기 회로부에 연결되는 하나 이상의 터릿 광학 통신 구성요소, 및 베이스 서브시스템에 연결되는 하나 이상의 베이스 광학 통신 구성요소를 포함함 - 을 포함한다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은, 광학적으로 투명한 윈도우를 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되는, 종축을 갖는 중공 샤프트; 하우징 내에 배치되고, 샤프트의 종축을 중심으로 회전하도록 구성되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 광학적으로 투명한 윈도우를 통해 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광학적으로 투명한 윈도우를 통한 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 샤프트를 중심으로 회전하지 않는, 하우징 내에 배치되는 베이스 서브시스템; 및 하우징 내에 배치되고, 베이스 서브시스템과 광 레인징 장치 사이에 광학 통신 채널을 제공하도록 구성되는 광학 통신 서브시스템 - 광학 통신 서브시스템은 중공 샤프트 내에 배치되는 제1 광학 채널, 및 중공 샤프트 외측에 환형으로 배열되는 제2 광학 채널을 포함함 - 을 포함한다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은, 광학적으로 투명한 윈도우를 갖는 하우징; 하우징 내에 배치되는, 종축을 갖는 중공 샤프트; 하우징 내에 배치되고, 샤프트의 종축을 중심으로 회전하도록 구성되는 광 레인징 장치 - 광 레인징 장치는 광학적으로 투명한 윈도우를 통해 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광학적으로 투명한 윈도우를 통한 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 샤프트를 중심으로 회전하지 않는, 하우징 내에 배치되는 베이스 서브시스템; 중공 샤프트를 통해 광 레인징 장치와 베이스 서브시스템 사이에서 데이터를 광학적으로 전송하도록 구성되는 제1 광학 통신 채널 - 제1 광학 통신 채널은 광 레인징 장치와 함께 회전하도록 결합된 회로부에 결합되는 제1 광학 구성요소, 및 베이스 서브시스템 상에 배치된 회로부에 결합되는 제2 광학 구성요소를 포함함 -; 및 중공 샤프트를 둘러싸고, 광 레인징 장치와 베이스 서브시스템 사이에서 데이터를 광학적으로 전송하도록 구성되는 제2 환형 광학 통신 채널 - 환형 광학 통신 채널은 광 레인징 장치와 함께 회전하도록 결합된 회로부에 결합되는 제1 환형 광학 구성요소, 및 베이스 서브시스템 상에 배치된 회로부에 결합되는 제2 환형 광학 구성요소를 포함함 - 을 포함한다.
일부 실시예에 따르면, 광 레인징 장치는 광 방출 모듈 및 광 감지 모듈을 포함할 수 있다. 광 방출 모듈은 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원을 포함할 수 있다. 광 감지 모듈은, 렌즈 하우징; 렌즈 하우징에 결합되고, 주위 환경으로부터 광을 수신하고 수신된 광을 초점면에 집속시키도록 구성되는 벌크 렌즈 시스템(bulk lens system) - 벌크 렌즈 시스템은 렌즈 하우징 내에 장착되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함하고, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 또는 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 플라스틱이며, 제3 렌즈는 유리임 -; 벌크 렌즈 시스템으로부터 광을 수신하도록 그리고 주위 환경 내의 물체로부터 반사되는 광 펄스의 반사된 부분을 검출하도록 구성되는 포토센서들의 어레이; 및 렌즈 하우징을 포토센서들의 어레이와 기계적으로 결합시키는 마운트 - 렌즈 하우징, 벌크 렌즈 시스템, 및 마운트는 일정 온도 범위에 걸쳐 벌크 렌즈 시스템으로부터 포토센서들의 어레이 상에 광을 수동적으로 집속시키도록 구성됨 - 를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 렌즈 하우징, 벌크 렌즈 시스템, 및 마운트는, 광이 -5℃ 내지 70℃와 같은 온도 범위에 걸쳐 포토센서들의 어레이 상에 수동적으로 집속되게, 온도의 함수로서, 렌즈 시스템의 초점 거리를 렌즈 하우징의 팽창 계수 및 마운트의 팽창 계수와 매칭시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 광 레인징 시스템은 광학적으로 투명한 윈도우를 갖는 인클로저, 인클로저 내에 배치되는 광 레인징 장치, 및 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 회로부를 포함한다. 광 레인징 장치는, 벌크 전송기 렌즈 시스템 및 복수의 전송기 채널을 포함하는 광학 전송기 - 각각의 채널은, 협대역 광의 펄스를 생성하고 그를 벌크 전송기 광학계(bulk transmitter optic)를 통해 그리고 광학적으로 투명한 윈도우를 통해 광 레인징 시스템 외부의 필드 내로 전송하도록 구성되는 광 방출기를 포함함 -; 및 벌크 수신기 렌즈 시스템, 렌즈 하우징 및 복수의 마이크로 광학계 수신기 채널(micro-optic receiver channel)을 포함하는 광학 수신기 - 각각의 마이크로 광학계 채널은 벌크 수신기 광학계의 초점면과 동일 공간을 차지하는 개구부, 개구부 뒤의 시준 렌즈, 시준 렌즈 뒤의 광학 필터, 및 개구부를 통해 시준 렌즈 내로 그리고 필터를 통해 통과하는 입사 광자에 응답하는 포토센서를 포함함 - 를 포함할 수 있다. 벌크 수신기 렌즈 시스템은 렌즈 하우징 내에 장착되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함할 수 있으며; 여기에서 제1 렌즈, 제2 렌즈, 또는 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 플라스틱이고; 제3 렌즈는 유리이며; 렌즈 하우징의 열 팽창 계수(coefficient of thermal expansion, CTE)는 초점면이 일정 온도 범위에 걸쳐 복수의 마이크로 광학계 수신기 채널 내의 각각의 포토센서에 대해 안정적하도록 일정 온도 범위에 걸쳐 벌크 수신기 렌즈 시스템과 매칭된다. 일부 경우에, 온도 범위는 20℃ 내지 70℃이고, 일부 경우에, 온도 범위는 -5℃ 내지 70℃이다.
일부 실시예에서, 이미지 감지 장치가 제공된다. 이미지 감지 장치는 렌즈 하우징; 렌즈 하우징에 기계적으로 결합되고, 주위 환경으로부터 광을 수신하고 수신된 광을 초점면에 집속시키도록 구성되는 벌크 렌즈 시스템을 포함할 수 있다. 벌크 렌즈 시스템은 렌즈 하우징 내에 장착되는 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈를 포함할 수 있으며, 여기에서 제1 렌즈, 제2 렌즈, 또는 제1 렌즈 및 제2 렌즈는 플라스틱이고, 제3 렌즈는 유리이다. 이미지 감지 장치는 벌크 렌즈 시스템으로부터 광을 수신하도록 구성되는 포토센서들의 어레이, 및 렌즈 하우징을 포토센서들의 어레이와 기계적으로 결합시키는 마운트를 추가로 포함할 수 있다. 렌즈 하우징의 열 팽창 계수(CTE)는 초점면이 일정 온도 범위에 걸쳐 포토센서들의 어레이에 대해 안정적하도록 일정 온도 범위에 걸쳐 벌크 렌즈 시스템과 매칭될 수 있다. 일부 경우에, 온도 범위는 20℃ 내지 70℃이고, 일부 경우에, 온도 범위는 -5℃ 내지 70℃이다. 또한, 일부 실시예에서, 마운트의 CTE는 렌즈 하우징의 CTE와 매칭된다.
*
본 발명의 이들 및 다른 실시예가 아래에서 상세히 설명된다. 추가적으로, 본 개시의 다양한 실시예의 다른 양태 및 이점은 설명되는 실시예의 원리를 예로서 예시하는 첨부 도면과 함께 취해지는 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른, 자동차 응용에 사용될 수 있는 회전식 광 레인징 시스템 및 비회전식 솔리드 스테이트(solid-state) 광 레인징 시스템을 각각 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 일부 실시예에 따른, 회전식 LIDAR 시스템 및 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템의 상위 레벨 블록도를 각각 도시한다.
도 3은 도 2a를 참조하여 위에서 설명된 것과 같은 일부 실시예에 따른 회전식 LIDAR 시스템(300)의 더 상세한 블록도를 예시한다.
도 4는 도 2를 참조하여 위에서 소개된 바와 같이, 방출기-센서 채널들의 배열을 형성하는 방출기 어레이 및 센서 어레이에 중점을 둔, 일부 실시예에 따른 광 레인징 시스템에 대한 광 전송 및 검출 프로세스의 예시적인 예를 도시한다.
도 5a 및 도 5b는 하나 이상의 실시예에 따른 회전식 LIDAR 시스템(500)을 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 하나 이상의 실시예에 따른 LIDAR 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6d는 하나 이상의 실시예에 따른 스테이터 보드의 평면도를 도시한다.
도 6e는 하나 이상의 실시예에 따른 로터 보드의 저면도를 도시한다.
도 6f는 일부 실시예에 따른, 환형 페라이트 채널 내에 위치된 다중 코일 무선 전력 수신기의 일부분의 단순화된 단면도이다.
도 7은 소정 실시예에 따른, 소형 LIDAR 시스템의 조립 프로세스를 예시하기 위한 하부 회로 보드 조립체의 분해도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 일부 실시예에 따른 LIDAR 시스템의 분해도를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 소정 실시예에 따른 광 레인징 장치(900)의 사시도, 정면도, 및 확대 정면도를 각각 도시한다.
도 10은 소정 실시예에 따른, Rx 모듈(1001) 및 Tx 모듈(1003)을 위한 광학 시스템들 둘 모두를 도시한, 광 레인징 장치(1000)의 광학 블록도를 도시한다.
도 11a는 소정 실시예에 따른 마이크로 광학계 패키지의 평면도를 도시한다.
도 11b는 일부 실시예에 따른 단일 마이크로 광학계 수신기 채널의 단면을 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 일부 실시예에 따른 SPAD 기반 검출기의 평면도를 도시한다.
도 13a 및 도 13b는 일부 실시예에 따른 VCSEL 칩 전송기의 단순화된 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 14는 LIDAR 벌크 광학 시스템의 일 실시예의 단순화된 개략도를 도시한다.
도 15a, 도 15b, 및 도 15c는 벌크 광학계 렌즈 조립체(bulk optics lens assembly)의 일 실시예를 도시한다.
도 16a 내지 도 16e는 렌즈 조립체의 일 실시예의 다양한 도면을 도시한다.
도 17a 내지 도 17d는 렌즈 조립체의 렌즈의 실시예의 단면을 도시한다.
도 18은 3개의 렌즈를 갖는 렌즈 조립체의 실시예를 도시한다.
용어
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 기술 및 과학 용어는 당업자에 의해 통상적으로 이해되는 바와 동일한 의미를 갖는다. 그러나, 하기의 정의는 자주 사용되는 소정 용어의 이해를 용이하게 하기 위해 제공되며, 본 개시의 범주를 제한하려는 것은 아니다. 본 명세서에 사용되는 약어는 관련 기술 내에서 그들의 통상적인 의미를 갖는다.
용어 레인징 데이터는 레이저 레인징 장치, 예컨대, 회전식 LIDAR 시스템의 터릿 구성요소로부터 전송될 수 있는 임의의 데이터를 지칭할 수 있다. 레인징 데이터의 예는 레인지 정보(range information), 예컨대, 소정 각도(방위각 및/또는 천정각)에서 주어진 타겟 지점까지의 거리, 레인지 레이트(range-rate) 또는 속도 정보, 예컨대, 시간에 대한 레인징 데이터의 미분, 및 또한 동작 정보, 예를 들어, 복귀 또는 신호 강도의 신호 대 잡음비(signal-to-noise ratio, SNR), 타겟 반사율, 각각의 픽셀 시야로부터 나오는 주변 NIR 레벨, 온도, 전압 레벨 등을 포함하는 진단 정보를 포함한다. 일부 실시예에서, 레인징 데이터는 터릿 내에 위치되는 RGB 카메라, 예컨대, 라인 스캔 카메라 또는 열 이미저(thermal imager)와 같은 고속 판독 카메라로부터의 RGB 정보를 포함할 수 있다.
용어 터릿은 회전식 LIDAR 시스템의 회전 부품 또는 부분을 지칭할 수 있다. 터릿 구성요소는 LIDAR 시스템의 터릿 부분 내의 임의의 회전 구성요소 또는 회로 보드를 포함하고, 광 레인징 장치 내에 위치되는 하나 이상의 구성요소 및/또는 회전 액추에이터의 회전 회로 보드 상에 위치되는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
회전식 LIDAR 시스템(본 명세서에서 때때로 "회전 LIDAR 시스템"으로 지칭됨)의 맥락에서, 용어 베이스는 회전식 LIDAR 시스템의 비회전 부품 또는 비회전 부분을 지칭할 수 있다. 베이스 구성요소는 LIDAR 시스템의 베이스 부분 내의 임의의 비회전 구성요소 또는 회로 보드를 포함하고, 베이스 조립체 내에 위치되는 하나 이상의 구성요소 및/또는 회전 액추에이터의 비회전 회로 보드 상에 위치되는 하나 이상의 구성요소를 포함할 수 있다.
용어 상부 및 하부는 LIDAR 시스템의 회전축을 따른 구성요소의 위치 또는 상대 위치를 지칭한다. 일부 실시예에서, 또한 터릿 구성요소로 지칭되는 상부 구성요소는 LIDAR 시스템의 터릿 상에 위치되는 한편, 또한 베이스 구성요소로 지칭되는 하부 구성요소는 LIDAR 시스템의 베이스 상에 위치된다.
용어 링은 원형 형상뿐만 아니라, 약간 비원형, 예컨대, 타원형이고, 원주에서의 섭동부(perturbation) 또는 요동부(oscillation)(예컨대, 파형)를 포함하여, 중심축 주위에 원주방향으로 배열되는 형상을 포함한다.
대칭으로 지칭되는 하나 이상의 형상은 완벽하게 대칭적인 형상뿐만 아니라, 대체적으로 대칭적이지만 완벽하게 대칭적이지는 않은 형상 둘 모두를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 전자 구성요소의 배열은 대칭 구성에서 가장 효율적으로 동작할 수 있지만, 용어 대칭은, 약간 비대칭적이거나, 또는 대칭으로부터의 약간의 편차를 갖는 구성이 최적의 동작 구성을 가져오지 않는 경우에도 그들 구성을 배제하지 않는다.
용어 평행은 완벽하게 평행한 것으로 제한되지 않고, 제조 변화의 결과로서 실질적으로 평행한 기하학적 배열 및 구성을 또한 포함하는데, 예컨대, 본 명세서에서 평행한 것으로 지칭되는 2개의 요소는 채용되는 제조 공차에 따라 2개의 요소들 사이에서 -5도 내지 5도 또는 -1도 내지 1도의 각도를 가질 수 있다.
용어 수직은 완벽하게 수직인 것으로 제한되지 않고, 제조 변화의 결과로서 실질적으로 수직인 기하학적 배열 및 구성을 또한 포함하는데, 예컨대, 본 명세서에서 수직인 것으로 지칭되는 2개의 요소는 2개의 요소들 사이에서 85도 내지 95도의 각도를 가질 수 있다.
용어 포토센서(또는 단지 센서)는 광을 전기 신호(예컨대, 아날로그 전기 신호 또는 이진 전기 신호)로 변환시킬 수 있는 센서를 지칭한다. 애벌란시 포토다이오드(APD)가 포토센서의 하나의 예이다. 단일 포토센서는 복수의 더 작은 "광검출기"를 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 단일 광자 애벌란시 다이오드(SPAD)가 포토센서의 다른 예일 수 있으며, 여기에서 복수의 SPAD 내의 각각의 개별 SPAD(예컨대, SPAD들의 어레이 내의 각각의 SPAD)는 광검출기로 지칭될 수 있다. 용어 센서 어레이는 때때로, 다수의 센서들의 어레이를 포함하는 센서 칩을 지칭할 수 있다. 추가적으로, 용어 픽셀은 때때로 포토센서 또는 센서와 상호교환 가능하게 사용된다.
용어 전송기는 하나 이상의 광 전송 요소, 예컨대, LED, 레이저, VCSEL 등을 포함하는 구조물을 지칭할 수 있다. 용어 전송기는 또한, 때때로 방출기 어레이로 지칭되는 전송기들의 어레이를 포함하는 전송기 칩을 포함할 수 있다.
용어 벌크 광학계는 시중에서 구매가능한 카메라 렌즈 및 현미경 렌즈에 사용되는 것과 같은, 예컨대, 대략 센티미터 이상의 직경을 갖는 하나 이상의 거시적인 크기의 광학계를 포함하는 단일 렌즈 및/또는 렌즈 조립체를 지칭한다. 본 개시에서, 용어 벌크 광학계는 크기가 대략 수 마이크로미터 내지 수 밀리미터 이하인 개별 요소 직경을 갖는 광학 요소 또는 광학 요소들의 어레이를 지칭하는 용어 마이크로 광학계와 대조된다. 일반적으로, 마이크로 광학계는 방출기들의 어레이 또는 검출기들의 어레이의 상이한 방출기 및/또는 상이한 검출기에 대해 상이하게 광을 변조할 수 있는 반면, 벌크 광학계는 전체 어레이에 대해 광을 변조한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 이미지 공간 텔레센트릭 광학계 모듈(image space telecentric optics module)은, 이미지 평면에서, 렌즈의 개구부 내로부터의 모든(또는 실질적으로 모든) 주 광선이 지정된 공차(예컨대, +/- 2도) 내에서 "똑바로(straight on)", 또는 0도의 입사각으로 이미지 평면에 입사하는 광학 시스템(벌크 또는 다른 것)을 지칭한다.
상세한 설명
소정 실시예에 따르면, 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템은 소형 광 레인징 및 검출(LIDAR) 시스템 및 소형 LIDAR 시스템의 조립 방법에 관한 것이다. LIDAR 시스템은 모듈식 광 레인징 장치, 및 선택적인 매우 콤팩트하고 통합된 회전 액추에이터를 포함할 수 있다. 모듈식 광 레인징 장치는 독립형 비회전 솔리드 스테이트 LIDAR로서 동작할 수 있거나, 통합 회전 액추에이터에 연결되는 경우, 회전식 LIDAR의 터릿의 일부로서 동작할 수 있다. 광 레인징 장치는 광 레인징 모듈 주위에 위치된 필드 내의 물체를 조명하기 위한 광 전송 모듈(때때로 "광 방출 모듈"로 지칭됨)을 포함할 수 있고, 3D 깊이 이미지를 계산하는 데 사용하기 위한 조명 광 펄스의 반사된 또는 산란된 부분을 감지하기 위한 광 감지 모듈을 또한 포함한다. 광 레인징 모듈은 또한, 각각이, 예를 들어, SPAD들의 어레이일 수 있는 포토센서들의 어레이를 포함하는 검출기 칩(예컨대, CMOS 칩)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 회전 액추에이터는 상부 회로 보드 조립체(본 명세서에서 또한 터릿, 또는 회전 회로 보드 조립체로 지칭됨) 및 베이스 회로 보드 조립체(본 명세서에서 또한 고정 회로 보드 조립체로 지칭됨)를 포함한다. 회전 액추에이터의 다양한 회로 보드는 LIDAR 시스템의 기능 및/또는 지원 전자 및 광학 구성요소들 중 많은 것이 회전 액추에이터의 하나 이상의 보드에 직접 장착될 수 있다는 점에서 고도로 통합될 수 있다. 예를 들어, 광 전송 모듈의 다양한 방출 파라미터를 제어할 수 있는 LIDAR 시스템의 베이스 제어기는 회전 액추에이터의 베이스 회로 보드 조립체의 보드 상에 장착될 수 있다. 게다가, 또한 회전 액추에이터의 보드 상에 통합되는 무선 전력 전송 시스템에 의해 광 레인징 모듈에 전력이 제공될 수 있다. 베이스 제어기와 광 레인징 모듈 사이의 그리고 그 반대의 경우의 통신은 광학 업링크 채널 및 광학 다운링크 채널에 의해 가능하게 될 수 있으며, 여기에서 광학 업링크/다운링크 채널을 지원하는 전기 및 광학 구성요소들도 또한 회전 액추에이터의 하나 이상의 회로 보드 상에 통합된다.
일부 실시예에서, 이들 동일한 보드는 회전 액추에이터의 상부 회로 보드 조립체 및 하부 회로 보드 조립체의 하나 이상의 표면 상에 통합되는 전기 모터 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 전기 모터 스테이터가 다른 전기 구성요소, 예컨대, 광학 업링크 전송기들의 그룹, 광학 다운링크 수신기, 및 무선 전력 전송기와 함께 회전 액추에이터의 하부 회로 보드 조립체의 표면에 직접 접합될 수 있다. 마찬가지로, 전기 모터 로터가 다른 전기 구성요소, 예컨대, 광학 업링크 수신기들의 그룹, 광학 다운링크 전송기, 광학 또는 자기 회전 인코더 판독기, 및 무선 전력 수신기와 함께 회전 액추에이터의 상부 회로 보드 조립체의 표면에 직접 접합될 수 있다.
일부 실시예에서, 상부 회로 보드 조립체는 광 레인징 모듈을 상부 회로 보드 조립체에 연결하기 위한, 또한 상부 회로 보드 조립체의 표면에 접합되는 하나 이상의 커넥터를 포함할 수 있다. 추가적으로, 회전 액추에이터는 또한, 획득된 데이터에 대한 데이터 처리를 수행하기 위해 광 레인징 모듈에 의해 사용될 수 있는, 추가의 계산 자원, 하나 이상의 FPGA, ASIC, 마이크로프로세서 등을 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 소형 LIDAR에서의 높은 수준의 시스템 통합에 비추어, 광 레인징 모듈을 회전 액추에이터에 간단히 부착함으로써 완전 기능 시스템이 조립될 수 있다. 별개의 전기 모터 모듈, 별개의 통신 모듈, 별개의 전력 모듈 등이 필요하지 않다.
일부 실시예에서, 회전 액추에이터의 아키텍처는 우수한 조립 방법에 적합하다. 예를 들어, 시스템은 통신 구성요소, 전기 모터 구성요소, 및 무선 전력 구성요소를 포함하여, 전기 구성요소가 시스템의 중심축 주위에 원주방향 및 동심으로 또는 심지어 시스템의 축과 동축으로 배열되도록 설계될 수 있다. 중심축은 또한 상부 회로 보드 조립체, 또는 터릿의 회전축과 동일 선상에 있을 수 있다. 회전 액추에이터의 하나 이상의 보드는 고정 인클로저의 하부 부분, 또는 베이스에 (직접적으로 또는 간접적으로) 부착될 수 있는 샤프트를 수용하도록 구성되는 중심 구멍을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트는 시스템의 회전축을 한정하고, 그에 부착되는 하나 이상의 베어링이 하부 회로 보드 조립체에 대한 상부 회로 보드 조립체의 회전 운동을 제공한다.
위의 아키텍처에 비추어, 일부 실시예에서의 회전 액추에이터의 조립은 연속적인 보드를 샤프트 상의 제 위치에 내려놓는 것으로 감소될 수 있다. 전기 구성요소(예를 들어, 통신 구성요소, 전기 모터 구성요소, 및 무선 전력 구성요소)들의 서브세트가 이들 시스템의 중심축 주위에 원주방향으로 배열되기 때문에, 이들 시스템은 일단 조립이 완료되면 복잡한 정렬 절차의 필요 없이 효과적으로 동작할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 광 전송 모듈 또는 광 감지 모듈, 또는 둘 모두 내에 채용되는 열적으로 안정된 이미지 공간 텔레센트릭 광학계 모듈을 채용한다. 열적으로 안정된 이미지 공간 텔레센트릭 광학계 모듈은 각각 광 전송 모듈 또는 광 감지 모듈의 전송기들 및/또는 센서들의 어레이를 포함하는 전송기 또는 센서 칩에 대해 공간에서 안정적인 이미지 평면을 갖도록 설계될 수 있다. 온도에 대한 굴절률의 변화와 함께, 렌즈 하우징 및 렌즈 하우징 내의 광학 요소의 열 팽창 계수는 열적으로 안정된 이미지 평면을 제공하도록 선택될 수 있다. 다양한 실시예에서, 광학 시스템 내의 개별 광학계는 경제적이면서도 열적으로 안정된 설계를 제공하기 위해 유리 및/또는 플라스틱일 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따른 모듈식 광 레인징 장치는 필드 내로 방사선의 펄스를 방출하는 조명원으로서 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL)들의 세트를 포함하고, 필드 내의 표면으로부터 반사되거나 산란된 방사선을 검출하는 픽셀(포토센서)들의 세트로서 단일 광자 애벌란시 다이오드(SPAD) 검출기들의 어레이를 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, SPAD는 일부 현재 이용가능한 LIDAR 센서에 사용되는 APD에 비해 상대적으로 낮은 동적 범위를 갖는다. SPAD에 고유한 낮은 동적 범위는 SPAD가 광자를 검출하는 방법의 물리학에, 부분적으로, 기인하며, 그들은, 각각의 광자 검출 이벤트에 대해, 애벌란시 전류 펄스의 형태로 이진 전기 신호(광자가 검출되거나 검출되지 않음)를 생성하는 이른바 가이거 모드(Geiger mode) 장치이다. VCSEL을 방출기로서 그리고 SPAD를 검출기로서 사용하는 것은 다수의 측정이 동시에 수행될 수 있게 하고(즉, VCSEL 방출기가 동시에 방사(firing)될 수 있음), 또한, 방출기들의 세트 및 포토센서들의 세트가 각각 단일 칩 상에 표준 CMOS 프로세스를 사용하여 제조될 수 있게 하여, 제조 및 조립 프로세스를 크게 단순화한다. 그러나, 소정 실시예에서 VCSEL 및 SPAD를 사용하는 것은 본 발명의 다양한 실시예가 극복하는 문제를 야기한다. 예를 들어, VCSEL은 일부 현재 이용가능한 LIDAR 센서에 사용되는 레이저보다 훨씬 덜 강력하고, SPAD는 일부 LIDAR 센서에 사용되는 검출기보다 훨씬 덜 효율적이다. 이들 문제뿐만 아니라, 다수의 방출기를 동시에 방사함으로써 야기되는 문제를 해결하기 위해, 본 개시의 소정 실시예는, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, VCSEL 방출기의 밝기를 향상시키기 위한 광학 구성요소뿐만 아니라, SPAD들의 다수의 어레이와 협력하여 작동할 수 있는 다양한 광학 구성요소(예컨대, 렌즈, 필터, 및 개구부 층)를 포함할 수 있다.
I. 예시적인 자동차 LIDAR 시스템
도 1a 및 도 1b는 일부 실시예에 따른, 본 명세서에서 또한 LIDAR 시스템으로 지칭되는 자동차 광 레인징 장치를 도시한다. LIDAR 시스템에 대한 자동차 응용은 여기에서 단지 예시를 위해 선택되며, 본 명세서에서 설명되는 센서는 다른 유형의 차량, 예컨대, 보트, 항공기, 기차 등뿐만 아니라, 의료 이미징, 측지학, 지형정보학, 고고학, 지리학, 지질학, 지형학, 지진학, 임학, 대기 물리학, 레이저 유도, 항공 레이저 스와스 맵핑(airborne laser swath mapping, ALSM), 및 레이저 고도측정법과 같은, 3D 깊이 이미지가 유용한 다양한 다른 응용에 채용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, LIDAR 시스템, 예컨대, 스캐닝 LIDAR 시스템(100) 및/또는 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템(120)이 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 차량(105)의 지붕 상에 장착될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 LIDAR 센서는 차량의 전방 또는 후방, 차량의 측부 및/또는 차량의 모서리를 포함하지만 이에 제한되지 않는 차량의 다른 위치 상에 장착될 수 있다.
도 1a에 도시된 스캐닝 LIDAR 시스템(100)은 스캐닝 아키텍처를 채용할 수 있으며, 여기에서 LIDAR 광 전송 모듈(102)(예컨대, 레이저 펄스를 방출하기 위한 광원) 및/또는 광 감지 모듈(104)(예컨대, 물체까지의 거리를 결정하기 위해 반사된 펄스를 검출하기 위한 검출기 회로부)의 배향은 차량(105) 외부에 있는 외부 필드 또는 현장(scene) 내의 하나 이상의 시야(110) 주위에서 스캐닝될 수 있다. 스캐닝 아키텍처의 경우에, 방출된 광(112)은 도시된 바와 같이 주위 환경에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 스캐닝 LIDAR 시스템(100) 내에 위치된 하나 이상의 광원(예를 들어, 적외선 또는 근적외선 펄스형 IR 레이저, 도시되지 않음)의 출력 빔(들)은 차량 주위의 현장을 조명하기 위해 스캐닝, 예컨대, 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 화살표(115)로 표시되는 스캐닝은 기계적 수단에 의해, 예컨대, 광 방출기를 회전 칼럼 또는 플랫폼에 장착함으로써 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 스캐닝은 다른 기계적 수단을 통해, 예를 들어, 검류계의 사용을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 예컨대, 디지털 마이크로 미러(digital micro-mirror, DMD) 장치, 디지털 광 처리(digital light processing, DLP) 장치 등과 같은 하나 이상의 MEMS 기반 반사기를 채용하는 마이크로칩을 사용함으로써, 칩 기반 조향 기술이 또한 채용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스캐닝은 비기계적 수단을 통해, 예컨대, 전자 신호를 사용하여 하나 이상의 광학 위상 어레이를 조향함으로써 수행될 수 있다.
도 1b에 도시된 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템(120)과 같은 고정식 아키텍처의 경우, 하나 이상의 솔리드 스테이트 LIDAR 서브시스템(예컨대, 광 전송 모듈(122) 및 광 감지 모듈(124))이 차량(105)에 장착될 수 있다. 각각의 솔리드 스테이트 LIDAR 유닛은 (가능하게는 유닛들 사이의 부분적으로 중첩되는 그리고/또는 중첩되지 않는 시야로) 상이한 방향을 향할 수 있어서, 각각의 유닛이 자체적으로 캡처할 수 있는 것보다 큰 복합 시야를 캡처할 수 있다.
회전식 또는 고정식 아키텍처들 중 어느 하나에서, 현장 내의 물체는 LIDAR 광원으로부터 방출되는 광 펄스의 일부분을 반사할 수 있다. 이어서, 하나 이상의 반사된 부분은 다시 LIDAR 시스템으로 이동하고, 검출기 회로부에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 반사된 부분(114)은 검출기 회로부(104)에 의해 검출될 수 있다. 광 전송 모듈은 광 감지 모듈과 동일한 하우징 내에 배치될 수 있다. 스캐닝 시스템 및 고정식 시스템의 양태는 상호 배타적이지 않으며, 그에 따라서 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1b의 개별 LIDAR 서브시스템(122, 124)이 MEMS 발진 미러와 같은 조향가능 방출기를 채용할 수 있거나, 또는 전체 복합 유닛이 기계적 수단을 통해 회전함으로써, LIDAR 시스템 전방의 전체 현장을, 예컨대, 시야(130)로부터 시야(132)까지 스캐닝할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 일부 실시예에 따른, 회전식 LIDAR 시스템(200) 및 고정식 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템(230)의 상위 레벨 블록도를 각각 도시한다. 두 시스템은 모두, 광 전송 모듈(212) 및 광 감지 모듈(214)을 포함하는 광 레인징 장치(210)를 채용한다. 광 전송 및 감지 모듈들(212, 214)은 각각 벌크 광학계(215), 예컨대, 각각 감지 모듈 및 전송 모듈의 입력부/출력부에 위치되는 다중 요소 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 광 전송 모듈(212)은 벌크 광학계(215)와 광 방출기 회로부(216) 사이에 위치되는 마이크로 광학계 어레이 및 선택적인 노치 필터 요소(도시되지 않음)를 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 방출기 회로부(216)는 인듐 갈륨 비화물(Indium Gallium Arsenide, InGA) 기판 상의 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL)들의 어레이와 같은, 광원들의 칩 스케일 어레이를 포함한다. 광 감지 모듈(214)은 또한, 벌크 광학계(215)와 광 검출기 회로부(218) 사이에 위치되는 마이크로 광학계 어레이 및 노치 필터 요소(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 검출기 회로부(218)는 CMOS 기술로 제조된 단일 광자 애벌란시 다이오드(SPAD)들의 어레이와 같은, 광자 검출기들의 칩 스케일 어레이를 포함할 수 있다. 다른 검출기 기술, 예컨대, 애벌란시 포토다이오드, CCD 이미지 센서, CMOS 포토다이오드 이미지 센서, 공동 강화 광검출기, 표면 강화 광검출기 등이 또한 채용될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 회전식 LIDAR 시스템(200)에서, 광 레인징 장치(210)는 터릿 회로 보드 조립체(222)(본 명세서에서 또한 상부 회로 보드 조립체 또는 레인징 회로 보드 조립체로 지칭됨)에 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 보드 조립체(222)는 그가 광 레인징 장치(210)에 연결될 정도로 레인징하는 것으로 간주될 수 있다. 아래의 도 3에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 터릿 회로 보드 조립체(222)는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 다수의 회로 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 터릿 회로 보드 조립체(222)는 필드 프로그램가능 게이트 어레이(field programmable gate array, FPGA) 및/또는 소정 LIDAR 기능을 제공하도록 맞춤화되는 하나 이상의 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit, ASIC)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 레인징 장치(210)는 다중 핀 전기 커넥터를 통해 터릿 회로 보드 조립체(222)에 하드 와이어링(hard wiring)될 수 있거나, 예컨대, 광학 또는 RF 연결을 채용하는 통신 채널을 통해, 터릿 회로 보드 조립체(222)에 무선으로 연결될 수 있다.
터릿 회로 보드 조립체(222)는 베이스 회로 보드 조립체(226) 바로 위에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 회로 보드 조립체(226)는 터릿 회로 보드 조립체(222)에 전력을 무선으로 전송하여, 예를 들어, 광 레인징 장치(210) 및 임의의 다른 관련 회로(예컨대, ASIC, FPGA, 통신 회로 등)에 전력을 공급할 수 있다. 또한, 광학, 유도성, 및/또는 용량성 통신 채널이 베이스 회로 보드 조립체(226)를 터릿 회로 보드 조립체(222)에 연결하여, 그에 의해 광 레인징 장치(210)가 베이스 회로 보드 조립체로부터의 비접촉식 데이터 전송을 통해 제어되도록 할 수 있다.
도 2a에 도시된 실시예에서, 터릿 회로 보드 조립체(222)는 회전 커플러(224)를 통해 베이스 회로 보드 조립체(226)에 회전식으로 결합된다. 회전 커플러(224)는 광 레인징 장치(210) 및 터릿 회로 보드 조립체(222)가 LIDAR 시스템(200)의 하우징(220) 내에서 전체 360도 회전할 수 있게 한다. 광 레인징 장치(210)의 회전은 시스템이 장치 주위의 볼륨의 전체 360 시야 3D 맵을 구성하는 데 사용될 수 있는 데이터를 획득가능하게 한다. 일부 실시예에서, 베이스 회로 보드 조립체(226)는, 베이스 회로 보드 조립체(226)가 정지 상태로 유지되고 하우징(220)에 대해 회전하지 않도록, 예를 들어, 기계적 브래킷 및 스크류(도시되지 않음)에 의해 하우징(220)에 결합될 수 있다. 하우징(220)은 LIDAR 시스템(200)이 내부에서 동작하는 환경의 다양한 요소 및 수분으로부터 LIDAR 시스템(200)의 광 레인징 장치(210) 및 다른 내부 구성 요소를 보호하는 방수 하우징일 수 있다.
회전 커플러(224)는 다양한 실시예에서 다수의 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 샤프트 및 베어링 구조를 채용할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 커플러(224)는 또한, 회전 운동을 허용할 뿐만 아니라 터릿 회로 보드 조립체(222)의 회전 운동을 구동시키는 회전 액추에이터를 위한 하나 이상의 구성요소를 포함한다. 예를 들어, 로터 요소들(예컨대, 영구 자석들)의 배열을 포함하는 전기 모터 로터 조립체가 터릿 회로 보드 조립체(222) 내에 직접 통합될 수 있고, 솔레노이드 코일들과 같은 스테이터 요소들의 배열을 포함하는 전기 모터 스테이터 조립체가 베이스 회로 보드 조립체(226) 내에 직접 통합될 수 있다. 그러한 실시예에서, 하나 이상의 회전 작동 구성요소가 베이스 회로 보드 조립체(226) 및/또는 터릿 회로 보드 조립체(222) 내에 통합되는 경우, 회전 작동을 위한 별개의 모듈이 더 이상 필요하지 않다. 그 결과, 본 명세서에 개시된 LIDAR 시스템의 실시예는 별개의 전기 모터 모듈을 채용하는 회전 LIDAR 시스템보다 더 콤팩트한 폼 팩터 및 훨씬 단순화된 조립 프로세스를 가질 수 있다.
도 2b는 일부 실시예에 따른 고정식 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템(230)의 단순화된 블록도이다. 도 2a에 도시된 회전식 LIDAR 시스템(200)과 마찬가지로, 고정식 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템(230)은 방수 하우징(240) 내에 수용되는 광 레인징 장치(210)를 포함한다. 광 레인징 장치(210)는 하우징(240) 내의 베이스 회로 보드 조립체(232)에 직접 연결될 수 있다. 시스템(230)이 광 레인징 장치(210)를 회전시키지 않기 때문에, 별개의 회전 터릿 회로 보드 조립체 또는 회전 커플러가 필요하지 않다. 따라서, 터릿 회로 보드 조립체(222)와 베이스 회로 보드 조립체(226) 사이에 이전에 분포되었던 회로부가 단일 베이스 회로 보드 조립체(232) 내에 완전히 통합될 수 있고/있거나 광 감지 모듈(214) 및/또는 전송 모듈(212)과 연관된 회로부 사이에서 공유될 수 있다.
일부 실시예에서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 실시예 중 어느 하나에 대해, 하나 이상의 LIDAR-특정 동작(예컨대, 광자 시계열 누적(photon time series accumulation)에 이은 피크 검출과 레인징 데이터 계산 및 출력)을 수행하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어/펌웨어가 광 레인징 장치(210)의 회로부 및/또는 회로 보드 조립체들 중 하나 이상(예컨대, LIDAR 시스템(200)의 경우 터릿 회로 보드 조립체(222) 및/또는 베이스 회로 보드 조립체(226), 또는 LIDAR 시스템(230)의 경우 베이스 회로 보드 조립체(232)) 내에 통합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광 검출기 회로부(218)는 또한, SPAD들의 어레이와 동일한 기판 상에 통합되는 ASIC를 포함할 수 있다. 그러한 상황에서, 광 레인징 장치(210)는 소프트웨어/펌웨어의 재프로그래밍/재구성이 광 레인징 장치(210)가 (도 2a에 도시된 LIDAR 시스템(200)과 같은) 회전식 LIDAR 시스템의 일부로서 또는 (도 2b에 도시된 LIDAR 시스템(230)과 같은) 독립형 솔리드 스테이트 LIDAR 시스템으로서 동작하도록 허용할 수 있다는 점에서 모듈식이다. 위에서 이미 언급된 바와 같이, 기계적 회전 액추에이터의 필요 없이 빔 조향을 또한 허용할 회로부(예컨대, MEMS, DMD, 광학 위상 어레이 등)가 채용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 시스템의 모듈식 설계는 전체 하드웨어 및 기계적 아키텍처의 고비용 및 시간 소모적 재설계 없이 사용자 요구에 맞출 수 있는 고도로 적응가능한 시스템을 제공한다.
II. 상세 블록도
도 3은 도 2a를 참조하여 위에서 설명된 것과 같은 일부 실시예에 따른 회전식 LIDAR 시스템(300)의 더 상세한 블록도를 예시한다. 더 구체적으로, 회전식 LIDAR 시스템(300)은 무선 데이터 및 전력 전송 및 수신 능력을 갖는 회전 액추에이터를 선택적으로 채용할 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 액추에이터는 회전 회로 보드의 표면 상에 통합되는 로터, 및 고정 회로 보드의 표면 상에 통합되는 스테이터를 포함하고, 두 보드 조립체는 모두 무선 전력 및 데이터 전송 능력을 갖추고 있다.
도 3에 도시된 회전식 LIDAR 시스템(300)은 2개의 주 모듈, 즉 아래에서 상세히 설명되는 회전 액추에이터(315) 및 광 레인징 장치(320)를 포함한다. 추가적으로, 회전식 LIDAR 시스템(300)은 사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305)의 하나 이상의 인스턴스화(instantiation)와 상호작용할 수 있다. 사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305)의 상이한 인스턴스화는 다양할 수 있으며, 예컨대, 모니터, 키보드, 마우스, CPU 및 메모리를 갖는 컴퓨터 시스템; 자동차 내의 터치 스크린; 터치 스크린을 갖는 핸드헬드 장치; 또는 다른 적절한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305)는 회전식 LIDAR 시스템(300)이 장착되는 물체에 국한될 수 있지만, 또한, 원격으로 동작되는 시스템일 수 있다. 예를 들어, 회전식 LIDAR 시스템(300)으로의/으로부터의 명령 및 데이터는 셀룰러 네트워크(LTE 등), 개인 영역 네트워크(블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 등), 근거리 네트워크(와이파이(WiFi), IR 등), 또는 인터넷과 같은 광역 네트워크를 통해 라우팅될 수 있다.
사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305)는 장치로부터 사용자에게 LIDAR 데이터를 제시할 수 있지만, 또한, 사용자로 하여금 하나 이상의 명령으로 회전식 LIDAR 시스템(300)을 제어하게 할 수 있다. 예시적인 명령은, LIDAR 시스템을 활성화 또는 비활성화하고, 광검출기 노출 레벨, 바이어스, 샘플링 지속시간 및 다른 동작 파라미터(예컨대, 방출된 펄스 패턴 및 신호 처리를 위한)를 특정하며, 밝기와 같은 광 방출기 파라미터를 특정하는 명령을 포함할 수 있다. 또한, 명령은 사용자로 하여금 결과를 표시하기 위한 방법을 선택하도록 할 수 있다. 사용자 인터페이스는, 예컨대, 단일 프레임 스냅샷 이미지, 지속적으로 업데이트된 비디오 이미지, 및/또는 주변 잡음 강도, 복귀 신호 강도, 보정된 타겟 반사율, 타겟 분류(하드 타겟(hard target), 확산 타겟, 재귀반사 타겟), 레인지, 신호 대 잡음비, 타겟 반경방향 속도, 복귀 신호 시간 펄스 폭, 신호 편광, 잡음 편광 등과 같은 일부 또는 모든 픽셀에 대한 다른 광 측정치의 디스플레이를 포함할 수 있는 LIDAR 시스템 결과를 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305)는 차량으로부터의 물체의 거리(근접도)를 추적하고, 잠재적으로 운전자에게 경고를 제공하거나, 운전자의 퍼포먼스(performance)의 분석을 위해 그러한 추적 정보를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, LIDAR 시스템은 차량 제어 유닛(310)과 통신할 수 있고, 차량의 제어와 연관된 하나 이상의 파라미터가 수신된 LIDAR 데이터에 기초하여 수정될 수 있다. 예를 들어, 완전 자율 주행 차량에서, LIDAR 시스템은 차를 둘러싼 환경의 실시간 3D 이미지를 제공하여 내비게이션을 도울 수 있다. 다른 경우에, LIDAR 시스템은 첨단 운전자 보조 시스템(advanced driver-assistance system, ADAS)의 일부로서 또는, 예를 들어, 임의의 수의 상이한 시스템(예컨대, 적응형 순항(cruise) 제어, 자동 주차, 운전자 졸음 모니터링, 사각지대 모니터링, 충돌 회피 시스템 등)에 3D 이미지 데이터를 제공할 수 있는 안전 시스템의 일부로서 채용될 수 있다. 차량 제어 유닛(310)이 광 레인징 장치(320)에 통신가능하게 결합될 때, 경고가 운전자에게 제공될 수 있거나, 또는 물체의 근접도가 추적 및/또는 디스플레이될 수 있다.
광 레인징 장치(320)는 광 감지 모듈(330), 광 전송 모듈(340) 및 광 레인징 시스템 제어기(350)를 포함한다. 회전 액추에이터(315)는 적어도 2개의 회로 보드 조립체, 즉 하부 회로 보드 조립체(360)(본 명세서에서 또한 베이스 서브시스템으로 지칭됨) 및 상부 회로 보드 조립체(380)(본 명세서에서 또한 터릿 서브시스템으로 지칭됨)를 포함한다. 하부 회로 보드 조립체(360)는 인클로저 또는 하우징(도시되지 않음)의 고정된 부분에 기계적으로 장착될 수 있는 한편, 상부 회로 보드 조립체(380)는, 통상적으로, (직접적으로 또는 간접적으로) 인클로저에 또한 장착되는 샤프트(도 3에 표시되지 않음)에 의해 한정되는 회전축을 중심으로 자유롭게 회전한다. 광 레인징 장치(320)는 회전가능한 상부 회로 보드 조립체(380)에 기계적으로 부착될 수 있으며, 그에 따라서 하우징 내에서 자유롭게 회전한다.
도 3이 광 레인징 장치(320) 및 회전 액추에이터(315) 내의 구성요소들의 하나의 특정 배열을 도시하고 있지만, 일부 실시예에서, 소정 구성요소는 도시된 것과는 상이하게 하나의 모듈, 또는 다른 하나의 모듈 내에 통합될 수 있다. 일례로서, 예를 들어, FPGA, ASIC, 또는 임베디드 시스템 또는 시스템 온 칩(system-on-a-chip, SOC)과 같은, 더 일반적인 컴퓨팅 장치일 수 있는 레인징 시스템 제어기(350)는 상부 회로 보드 조립체(380)의 일부인 인쇄 회로 보드에 직접 장착(예컨대, 솔더링)될 수 있다. 바꾸어 말하면, 일부 실시예에서, 회전 액추에이터의 부분들은 광 레인징 장치(320) 내에 통합될 수 있고, 그 반대의 경우도 가능하다.
회전 액추에이터(315)는 하부 및 상부 회로 보드 조립체들(360, 380)의 하나 이상의 인쇄 회로 보드 상에 통합되는 다수의 상이한 시스템을 포함한다. 예를 들어, 회전 액추에이터(315)는 브러시리스 전기 모터 조립체, 광학 통신 서브시스템, 무선 전력 전송 서브시스템, 및 베이스 제어기를 포함할 수 있다. 이들 시스템은, 각각의 쌍이 상부 회로 보드 조립체(380) 상의 하나 이상의 회로 요소와 협동하여 동작하는(예컨대, 그에 상보적인 기능을 갖는) 하부 회로 보드 조립체(360) 상의 하나 이상의 회로 요소를 포함하는 협동 회로 요소들의 쌍들에 의해 형성된다. 상보적인 기능은, 예를 들어, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 전력 및/또는 데이터 통신 신호의 전송(Tx) 및 수신(Rx)을 포함한다.
브러시리스 전기 모터 조립체는 하부 회로 보드 조립체(360)의 인쇄 회로 보드 상에 통합되는 스테이터 조립체(362) 및 상부 회로 보드 조립체(380)의 인쇄 회로 보드 상에 통합되는 로터 조립체(382)를 포함한다. 로터 조립체(382)의 회전은 모터 드라이버 회로(364)로부터 발생하는 구동 신호, 예를 들어, 3상 구동 전류로부터 구동된다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 모터 제어 라인이 모터 드라이버 회로를 스테이터 조립체(362)의 코일에 연결하여, 구동 신호가 모터 스테이터에 제공되도록 허용한다. 또한, 모터 드라이버 회로(364)는 베이스 제어기(366)가 로터 조립체의 회전 속도(rotation rate) 및 그에 따라서 광 레인징 장치(320)의 회전 속도(즉, 프레임률(frame rate))를 제어할 수 있도록 베이스 제어기(366)에 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예에서, 로터 조립체(382)는 10 Hz 내지 30 Hz의 속도로 회전할 수 있다. 일부 실시예에서, 로터 조립체(382)는 상부 회로 보드 조립체의 회로 보드에 부착되는 일련의 영구 자석들을 포함하는 수동 장치일 수 있다. 이들 영구 자석은 스테이터 조립체의 코일에 의해 발생되는 전자기력, 예를 들어, 자력에 의해 끌어당겨지거나 반발되어, 하부 회로 보드 조립체(360)에 대한 상부 회로 보드 조립체(380)의 회전을 구동시킨다. 상부 회로 보드 조립체(380)의 회전 배향은 회전 인코더 수신기(394)에 의해 추적될 수 있으며, 이러한 회전 인코더 수신기는 회전 인코더(374) 상의 하나 이상의 특징부의 통과를 검출함으로써 상부 회로 보드 조립체의 각도 위치를 추적할 수 있다. 다양한 상이한 회전 인코더 기술이 채용될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 인코더(374)는 하부 회로 보드 조립체(360)의 회로 보드의 표면 상에 직접 통합된다.
회전 액추에이터(310)는 또한, 본 명세서에서 회전 변압기(rotary transformer)로 지칭되는 구성으로 무선 전력 전송기(372) 및 무선 전력 수신기(392)를 포함하는 무선 전력 시스템을 포함할 수 있다. 전송기(372)로부터 무선 전력 수신기(392)로 전송된 전력은 광 레인징 장치(320) 및/또는 터릿/상부 회로 보드 조립체 상의 전력을 필요로 하는 임의의 회로부에 의해 소비될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 레인징 장치(320)에 의해 요구되는 모든 전력은 무선 전력 수신기(392)를 통해 제공되며, 그에 따라서 슬립 링 또는 수은 기반 장치와 같은 회전 전기 커플러가 필요하지 않아, 그에 의해 전체 시스템의 신뢰성을 증가시키고 비용을 감소시킨다.
회전 액추에이터(310)는 또한, 회전 액추에이터(315)와 광 레인징 장치(320) 사이의(또는 회전 액추에이터(315)의 상부 회로 보드 조립체(380)에 기계적으로 연결되는 임의의 다른 장치 또는 시스템으로의/그로부터의) 양방향 비접촉식 데이터 전송에 사용되는 다수의 광학 전송기(예컨대, 광학 전송기(378, 396)) 및 다수의 광학 수신기(예컨대, 광학 수신기(376, 398))를 포함하는 광학 통신 서브시스템을 포함할 수 있다. 더 구체적으로, 광학 통신 서브시스템은 LIDAR 시스템(300)의 고정 베이스의 일부인 하부 회로 보드 조립체(360)에 부착(예컨대, 솔더링)되는 베이스 광학 통신 구성요소들의 세트를 포함할 수 있고, LIDAR 시스템(300)의 회전 터릿의 일부인 회전 상부 회로 보드 조립체(380)에 부착(예컨대, 솔더링)되는 터릿 광학 통신 구성요소들의 세트를 포함할 수 있다. 이들 광학 통신 구성요소는 제어 신호를 포함하는 광학 신호를 광 레인징 장치(320)에 제공하기 위한 업링크 데이터 채널을 제공하고, 또한, 레인징 장치(320)로부터 베이스 제어기(366), 사용자 인터페이스 하드웨어 및 소프트웨어(305), 및/또는 차량 제어 유닛(310)에 레인징 및 동작 데이터를 포함하는 광학 신호를 제공하기 위한 다운링크 데이터 채널을 제공한다.
상부 회로 보드 조립체(360)로부터 하부 회로 보드 조립체(380)로의 다운링크 광학 통신 채널이 광학 다운링크 전송기(396)와 광학 다운링크 수신기(376) 사이에 생성될 수 있다. 광 레인징 장치(320)는 상부 회로 보드 조립체(380)에 직접 연결될 수 있으며, 그에 따라서 추가의 사용을 위해 레인징 및 동작 데이터를 하부 회로 보드 조립체(360)로 전달하도록 다운링크 광학 통신 채널에 액세스할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 다운링크를 통해 광학 신호에서 전달되는 데이터는 필드 내의 개별 지점들(픽셀들)에 대한 레인지 데이터(또는 가능하게는, 예컨대, 안개/비 동안, 유리 창을 통해 볼 때 등의, 단일 픽셀 및 각도에 대한 다중 레인지), 방위각 및 천정각 데이터, 복귀 또는 신호 강도의 신호 대 잡음비(SNR), 타겟 반사율, 각각의 픽셀 시야로부터 나오는 주변 근적외선(NIR) 레벨, 온도, 전압 레벨 등과 같은 광 레인징 장치로부터의 진단 동작 정보를 포함할 수 있다. 또한, 회전 액추에이터의 상부 회로 보드(380)에 연결된 임의의 다른 시스템으로부터의 데이터가 광학 다운링크를 통해 전달될 수 있다. 예를 들어, 고속 RGB 또는 열 카메라, 라인 스캔 카메라 등으로부터의 데이터.
하부 회로 보드 조립체(360)로부터의 업링크 광학 통신 채널이 광학 업링크 전송기(378)와 광학 업링크 수신기(398) 사이에 생성될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 제어기(366)로부터의 제어 신호가 광학 업링크 통신 채널을 통해 광 레인징 장치(320)로 전달될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 베이스 제어기(366)는 (다운링크 채널로부터 수신된 바와 같은) 장치 내의 다양한 온도를 모니터링할 수 있고, 과열 상태의 경우에, 비상 정지 신호를 업링크 채널을 통해 광 레인징 장치(320)로 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 제어기는 모바일 컴퓨터, 예컨대, 관련 메모리 및 I/O 기능(예컨대, 이더넷 등)을 갖는 ARM + FPGA 아키텍처를 채용하는 프로그램가능 시스템 온 칩일 수 있다.
레인징 데이터는 광 전송 모듈(340)로부터 광 레인징 장치를 둘러싸는 시야 내의 물체로 하나 이상의 광 펄스를 전송함으로써 광 레인징 장치(320)에 의해 생성될 수 있다. 이어서, 전송된 광의 반사된 부분이 어느 정도의 지연 시간 후에 광 감지 모듈(330)에 의해 검출된다. 흔히 "전파 시간(time of flight)"으로 지칭되는 지연 시간에 기초하여, 반사 표면까지의 거리가 결정될 수 있다. 다른 레인징 방법, 예를 들어, 지속파, 도플러(Doppler) 등이 또한 채용될 수 있다.
광 전송 모듈(340)은 방출기 어레이(342) 및 전송(Tx) 광학 시스템(344)을 포함할 수 있다. 방출기 어레이(342)는, 전송 광학 시스템(344)과 조합될 때 벌크 이미징 광학계 뒤에 전송기 채널들의 어레이를 형성하는, 전송기들의 1차원 또는 2차원 어레이일 수 있다. 이들 전송기 채널은 빔 형상화, 빔 조향, 밝기 향상 등을 위한 마이크로 광학계 구조물을 선택적으로 포함할 수 있다. 광 전송 모듈(340)은 선택적인 프로세서(346) 및 메모리(348)를 추가로 포함할 수 있지만, 일부 실시예에서, 이들 컴퓨팅 자원은 레인징 시스템 제어기(350) 내에 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 펄스 코딩 기술, 예컨대, 바커 코드(Barker code) 등이 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 메모리(348)는 광이 전송되어야 할 때를 나타내는 펄스 코드를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 코드는 메모리 내에 저장된 정수들의 시퀀스로서 저장된다.
광 감지 모듈(330)은 센서 어레이(332) 및 수신기(Rx) 광학 시스템(334)을 포함할 수 있다. 센서 어레이(332)는 포토센서들의 1차원 또는 2차원 어레이일 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 포토센서는 이진 광자 검출기들(예컨대, SPAD들 등)의 집합을 포함할 수 있는 한편, 다른 실시예에서, 각각의 포토센서는 선형 광검출기(예컨대, APD)일 수 있다. 수신기 광학 시스템(334) 및 센서 어레이(332)는 함께, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 벌크 이미징 광학계 뒤에 마이크로 광학계 수신기 채널들의 어레이를 형성할 수 있다. 각각의 마이크로 광학계 수신기 채널은 주위 볼륨의 별개의 시야 내의 이미지 픽셀에 대응하는 광을 측정한다. 센서 어레이(332)의 각각의 포토센서(예컨대, SPAD들의 집합)는 광 감지 모듈(330) 및 광 전송 모듈(340)의 기하학적 구성의 결과로서 방출기 어레이(342)의 특정 방출기에 대응할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 센서 어레이(332)의 각각의 센서는 방출기 어레이(342)의 다수의 방출기(예컨대, VCSEL들의 클러스터)에 대응할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 방출기 어레이(342) 내의 단일 대형 방출기(예컨대, 레이저 다이오드 바)가 센서 어레이(336) 내의 다수의 센서에 대응할 수 있다.
일부 실시예에서, 광 감지 모듈(330)의 센서 어레이(332)는, 예를 들어, CMOS 기술을 사용하여 단일 기판 상에 모놀리식 장치(monolithic device)의 일부로서 제조될 수 있으며, 이는 어레이 내의 개별 포토센서들(또는 포토센서들의 그룹들)로부터의 원시 신호를 신호 처리하기 위해 포토센서들의 어레이, 프로세서(336) 및 메모리(338)를 모두 포함한다. 센서 어레이(332), 프로세서(336), 및 메모리(338)를 포함하는 모놀리식 구조물은 전용 ASIC로서 제조될 수 있다. 일부 실시예에서, 수신기 광학 시스템(334)의 일부인 마이크로 광학 구성요소는 또한, 센서 어레이(332), 프로세서(334) 및 메모리(338)가 일부인 모놀리식 구조물의 일부일 수 있다. 그러한 경우에, 마이크로 광학 구성요소는 그들이 수신기 채널의 각각의 층에 대한 별개의 기판 층을 갖는 모놀리식 구조물의 일부가 되도록 ASIC 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 개구부 층, 시준 렌즈 층, 광학 필터 층 및 광검출기 층이 다이싱 전에 웨이퍼 레벨에서 다수의 ASIC에 적층 및 접합될 수 있다. 개구부 층은 투명 기판의 상부에 비투명(non-transparent) 기판을 놓음으로써 또는 투명 기판을 불투명(opaque) 필름으로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 다이싱 단계는 각각이 그에 직접 접합되는 자체 마이크로 광학계 구조물을 갖는 다수의 ASIC를 형성한다. 다른 예로서, 마이크로 광학 구성요소는 ASIC가 다이싱 프로세스를 통해 더 큰 웨이퍼로부터 분리된 후에 ASIC에 직접 접합될 수 있는 별개의 모놀리식 구조물로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로, ASIC 및 마이크로 광학계 구조물이 함께 접합되어 단일 모놀리식 구조물을 형성할 수 있다. 또 다른 실시예에서, Rx 모듈(330)의 하나 이상의 구성요소는 모놀리식 구조물의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 개구부 층은 핀홀(pin-hole)을 갖는 별개의 금속 시트로서 구현될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 프로세서(336) 및 메모리(338)(예컨대, SRAM)는 신호 처리를 수행할 수 있다. 신호 처리의 일례로서, 각각의 포토센서 또는 포토센서들의 그룹에 대해, 광 감지 모듈(330)의 메모리(338)는 연속적인 시간 빈(time bin)에 걸쳐 검출된 광자의 수를 누적할 수 있고, 이들 시간 빈은 함께, 반사된 광 펄스의 시계열(즉, 광자의 수 대 시간)을 재현하는 데 사용될 수 있다. 집계된 광자 수의 이러한 시계열은 본 명세서에서 강도 히스토그램(intensity histogram)(또는 단지 히스토그램)으로 지칭된다. 또한, 프로세서(336)는 SPAD 포화 및 켄칭으로 인해 발생할 수 있는 펄스 형상 왜곡에 덜 취약한 광자 시계열을 복원하는 데 도움을 주기 위해 정합 필터링(matched filtering)과 같은 소정 신호 처리 기술을 달성할 수 있다. 일부 실시예에서, 레인징 시스템 제어기(350)의 하나 이상의 구성요소는 또한, 센서 어레이(332), 프로세서(336) 및 메모리(338)와 동일한 ASIC 내에 통합되어, 그에 의해 별개의 레인징 제어기 모듈의 필요성을 제거할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서(336)로부터의 출력은 추가의 처리를 위해 레인징 시스템 제어기(350)로 전송된다. 예를 들어, 데이터는 레인징 시스템 제어기(350)의 하나 이상의 인코더에 의해 인코딩된 다음에, 광학 다운링크를 통해 하부 회로 보드 조립체(360)로 데이터 패킷(data packet)으로서 전송될 수 있다. 레인징 시스템 제어기(350)는, 예컨대, FPGA와 같은 프로그램가능 논리 장치를 ASIC 또는 ASIC의 일부로서 사용하는 것, 메모리(354)와 함께 프로세서(352)를 사용하는 것, 및 위의 어떤 조합을 포함하여 다수의 방식으로 실현될 수 있다. 레인징 시스템 제어기(350)는 광 검출의 시작 및 정지와 광검출기 파라미터의 조절을 포함하는 명령을 전송함으로써 광 감지 모듈(330)을 제어하기 위해 (사전프로그래밍된 명령어를 통해) 베이스 제어기와 독립적으로 동작하거나 베이스 제어기(366)와 협동할 수 있다. 유사하게, 레인징 시스템 제어기(350)는, 시작 및 정지 광 방출 제어, 및 다른 광 방출기 파라미터, 예컨대 (파장 튜닝(wavelength tuning)을 위한) 방출기 온도 제어, 방출기 구동 전력 및/또는 전압을 조절할 수 있는 제어를 포함하는 명령을 전송하거나 베이스 제어기(366)로부터 명령을 중계함으로써 광 전송 모듈(340)을 제어할 수 있다.
방출기 어레이(342)가 다수의 독립적인 구동 회로를 갖는 경우, 레인징 시스템 제어기(350)에 의해 적절히 시퀀싱(sequencing)될 수 있는 다수의 온/오프 신호가 있을 수 있다. 마찬가지로, 방출기 어레이가 어레이 내의 상이한 방출기들을 상이하게 튜닝하기 위한 다수의 온도 제어 회로를 포함하는 경우, 전송기 파라미터는 다수의 온도 제어 신호를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 레인징 시스템 제어기(350)는 광 감지 모듈(330) 및 광 전송 모듈(340)과 데이터를 교환하기 위한 하나 이상의 유선 인터페이스 또는 커넥터(예컨대, 회로 보드 상의 트레이스)를 갖는다. 다른 실시예에서, 레인징 시스템 제어기(320)는 광학 통신 링크와 같은 무선 상호연결부를 통해 광 감지 모듈(330) 및 광 전송 모듈(340)과 통신한다.
III. 광 전송 및 검출
도 4a 및 도 4b는 도 2를 참조하여 위에서 소개된 바와 같이, 방출기-센서 채널들의 배열을 형성하는 방출기 어레이 및 센서 어레이에 중점을 둔, 일부 실시예에 따른 광 레인징 시스템에 대한 광 전송 및 검출 프로세스의 예시적인 예를 도시한다. 도 4a는 광 레인징 시스템(400) 외부의 볼륨 또는 현장(450)의 3차원 거리 데이터를 수집하는 광 레인징 시스템(400)(예컨대, 솔리드 스테이트 및/또는 스캐닝)을 도시한다. 도 4b는 도 4a로부터의 광 레인징 시스템(400)의 확대도이다. 광 레인징 시스템(400)은 위에서 논의된 광 레인징 시스템들(200, 220 또는 300) 중 임의의 것뿐만 아니라 아래에서 논의되는 다양한 광 레인징 장치를 나타낼 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 방출기와 센서 사이의 관계를 강조하기 위한 매우 단순화된 도면이며, 그에 따라서 다른 구성요소는 도시되지 않는다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 광 레인징 시스템(400)은 광 방출기 어레이(410) 및 광 센서 어레이(420)를 포함한다. 광 방출기 어레이(410)는 방출기(410(1)) 및 방출기(410(9))와 같은 개별 방출기들을 포함하는 광 방출기들의 어레이(예컨대, VCEL들 등의 어레이)를 포함한다. 광 센서 어레이(420)는 센서(420(1)) 및 센서(420(9))와 같은 개별 포토 센서들을 포함하는 포토센서들의 어레이를 포함한다. 포토센서는, 각각의 픽셀에 대해, 단일 광자 애벌란시 다이오드(SPAD) 등과 같은 이산된 광검출기들의 세트를 채용하는 픽셀화된 광 센서일 수 있다. 그러나, 다양한 실시예는 다른 유형의 포토센서를 배치할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 레인징 시스템(400)은 빔을 도시된 방향으로 방향전환시키기 위해 광 방출기 어레이(410) 및/또는 광 센서 어레이(420)의 전방에 배치되는, 본 명세서에서 벌크 광학계로 지칭되는 벌크 광학 요소(도시되지 않음)들의 하나 이상의 세트를 포함한다.
각각의 방출기는 그의 이웃으로부터 약간 오프셋될 수 있고, 그의 이웃한 방출기와는 상이한 시야 내로 광 펄스를 전송하여, 그에 의해 단지 그 방출기와 연관된 각각의 시야를 조명하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방출기(410(1))는 (하나 이상의 광 펄스로 형성된) 조명 빔(415(1))을 원형 시야(452)(이의 크기는 명확성을 위해 과장됨) 내로 방출한다. 마찬가지로, 방출기(410(9))는 (또한 방출기 채널로 불리우는) 조명 빔(415(9))을 원형 시야(454) 내로 방출한다. 복잡함을 피하기 위해 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있지 않지만, 각각의 방출기는 대응하는 조명 빔을 그의 대응하는 시야 내로 방출하여, 시야들의 2D 어레이(이러한 예에서, 광 방출기 어레이(410)의, 3 x 7 어레이로 배치된 21개의 방출기에 대응하는 21개의 별개의 시야)가 조명되는 결과를 가져온다.
방출기에 의해 조명되는 각각의 시야는 레인징 데이터로부터 생성되는 대응하는 3D 이미지 내의 픽셀 또는 스폿(spot)으로 생각될 수 있다. 각각의 방출기 채널은 각각의 방출기에 특유할 수 있고, 다른 방출기 채널과 중첩되지 않을 수 있는데, 즉, 중첩되지 않는 시야들의 세트와 방출기들의 세트 사이에 일대일 맵핑(one-to-one mapping)이 있다. 따라서, 도 4a 및 도 4b의 예에서, 시스템은 3D 공간에서 21개의 별개의 지점을 샘플링할 수 있다. 하나의 방출기가 공간에서 여러 지점을 샘플링할 수 있도록 시간 경과에 따라 방출기 빔의 각도 위치를 스캐닝함으로써 또는 방출기들의 더 조밀한 어레이를 가짐으로써 지점의 더 조밀한 샘플링이 달성될 수 있다.
각각의 센서는 그의 이웃으로부터 약간 오프셋될 수 있고, 위에서 설명된 방출기와 같이, 각각의 센서는 센서 전방의 현장의 상이한 시야를 볼 수 있다. 또한, 각각의 센서의 시야는 각각의 방출기 채널의 시야와 실질적으로 일치하는데, 예컨대, 그와 중첩되고, 그와 동일한 크기이다. 위에서 설명된 방출기와 유사하게, 센서의 시야는 조립체의 회전에 의해 스캐닝될 수 있다. 스캐닝은 또한, 검류계, MEMS 미러를 사용하여, 또는 어떤 다른 방법을 통해 달성될 수 있다.
도 4a 및 도 4b에서, 대응하는 방출기-센서 채널들 사이의 거리는 시야 내의 물체까지의 거리에 비해 과장되어 있다. 실제로, 시야 내의 물체까지의 거리는 대응하는 방출기-센서 채널들 사이의 거리보다 훨씬 더 크며, 그에 따라서 방출기로부터 물체로의 광의 경로는 다시 물체로부터 센서로의 반사된 광의 경로에 거의 평행하다(즉, 그는 거의 "후방 반사"됨). 따라서, 시스템(400) 전방에 개별 센서 및 방출기의 시야가 그에 걸쳐 중첩되는 거리 범위가 있으며, 이러한 거리 범위에 걸쳐, 시스템이 깊이 정보를 가장 정확하게 결정할 수 있다.
방출기의 시야가 그들 각각의 센서의 시야와 중첩되기 때문에, 이상적으로는, 각각의 센서 채널은, 이상적으로는 크로스토크(cross-talk) 없이 그의 각각의 방출기 채널로부터 발생하는 반사된 조명 빔을 검출할 수 있는데, 즉 다른 조명 빔으로부터의 반사된 광이 검출되지 않는다. 예를 들어, 방출기(410(1))는 조명 빔(415(1))을 원형 시야(452) 내로 방출하고, 조명 빔의 일부는 반사된 빔(425(1))으로서 물체(460)로부터 반사된다. 이상적으로는, 반사된 빔(425(1))은 센서(420(1))에 의해서만 검출된다. 따라서, 방출기(410(1)) 및 센서(420(1))는 동일한 시야(즉, 시야(452))를 공유하고, 방출기-센서 쌍을 형성한다. 마찬가지로, 방출기(410(9)) 및 센서(420(9))는 방출기-센서 쌍을 형성하여, 시야(454)를 공유한다. 일부 실시예에서, 방출기 어레이(410) 및 센서 어레이(420)는 각각의 방출기-센서 쌍의 시야가 다른 방출기-센서 쌍의 시야와 (임계 거리를 넘어) 중첩되지 않도록 (벌크 광학계와 함께) 설계되고 구성된다.
방출기-센서 쌍이 그들 각각의 어레이에서 동일한 상대 위치에 있는 것으로 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있지만, 임의의 방출기는 시스템에 사용되는 광학계의 설계에 따라 임의의 센서와 쌍을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 동일하게 배열된 방출기/센서 쌍 전방에 동일한 벌크 이미징 광학계를 갖는 것은 설계 단순성/비용 관점에서 유리할 수 있다.
레인징 측정 동안, LIDAR 시스템을 둘러싸는 볼륨 주위에 분포된 상이한 시야로부터의 반사된 광은 다양한 센서에 의해 수집되고 처리되어, 각각의 각자의 시야 내의 임의의 물체에 대한 레인지 정보를 생성한다. 위에서 설명된 바와 같이, 광 방출기가 정밀하게 타이밍된 펄스를 방출하고, 펄스의 반사가 어느 정도의 경과 시간 후에 각각의 센서에 의해 검출되는 전파 시간 기술이 사용될 수 있다. 이어서, 방출과 검출 사이의 경과 시간 및 알려진 광속이 반사 표면까지의 거리를 계산하는 데 사용된다. 일부 실시예에서, 레인지에 더하여 반사 표면의 다른 특성을 결정하기 위해 센서에 의해 추가의 정보가 획득될 수 있다. 예를 들어, 펄스의 도플러 시프트(Doppler shift)가 센서에 의해 측정될 수 있고, 센서와 반사 표면 사이의 상대 속도를 계산하는 데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, LIDAR 시스템은 방출기 및 센서 채널들의 비교적 큰 2D 어레이로 구성될 수 있고, 솔리드 스테이트 LIDAR로서 동작할 수 있는데, 즉, 그는 방출기 및/또는 센서의 배향을 스캐닝할 필요 없이 레인지 데이터의 프레임을 획득할 수 있다. 다른 실시예에서, 방출기 및 센서는 방출기 및 센서 세트의 시야가 주위 볼륨의 전체 360도 영역(또는 360도 영역의 어떤 유용한 부분)을 샘플링하도록 보장하기 위해 스캐닝될 수 있는데, 예컨대, 축을 중심으로 회전될 수 있다. 이어서, 예컨대, 어떤 사전정의된 기간에 걸쳐, 스캐닝 시스템으로부터 수집된 레인지 데이터는 데이터의 하나 이상의 프레임으로 후처리될 수 있으며, 이러한 데이터의 하나 이상의 프레임은 이어서, 하나 이상의 깊이 이미지 또는 3D 포인트 클라우드(point cloud)로 추가로 처리될 수 있다. 깊이 이미지 및/또는 3D 포인트 클라우드는 3D 맵핑 및 내비게이션 응용에 사용하기 위한 맵 타일(map tile)로 추가로 처리될 수 있다.
IV. 통합 아키텍처를 갖는 LIDAR 유닛
도 5a 및 도 5b는 본 개시의 일부 실시예에 따른, 360 스캐닝 아키텍처를 채용하는 회전식 LIDAR 시스템(500)을 도시한다. 일부 실시예에서, LIDAR 시스템(500)은 차량 주위의 주위 필드를 관찰하기 위해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 시스템(500)은 고정 베이스 하우징(502), 광학적으로 투명한 윈도우(504), 및 LIDAR 시스템(500)의 내부 구성요소에 대한 보호를 제공하기 위한 고정 리드(lid)(506)를 포함할 수 있다. 윈도우(504)는 근적외선 광의 양방향 전송을 가능하게 하기 위해 투명 재료로 제조될 수 있다. 고정 베이스 하우징(502), 윈도우(504) 및 리드(506)는, LIDAR 시스템(500)의 내부 구성요소를 완전히 둘러싸서 이들 구성요소를 요소로부터 보호하는 내수(water-resistant) 또는 방수 시스템 하우징 또는 인클로저(508)를 구성한다. 하우징/인클로저(508)는, 예를 들어, 도 2a와 관련하여 위에서 설명된 하우징(220)을 나타낼 수 있다. 일부 실시예에서, 인클로저는 도 5a에 도시된 바와 같이 대체로 원통형 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 윈도우(504)는 인클로저(508)의 주연부 주위로 완전히 연장될 수 있고, 베이스 하우징(502) 및 리드(506)에 고정 관계로 부착될 수 있다. 그러한 실시예에서, 광 레인징 장치(510)(도 5b에 도시됨)가 인클로저(508) 내에서 윈도우(504) 뒤에서 회전할 수 있다. 다른 실시예에서, 윈도우(504)는 광 레인징 장치(510)와 함께 회전할 수 있다. 도 5a에 도시된 베이스 하우징(502), 윈도우(504) 및 고정 리드(506)의 구성은 본 개시의 실시예에 따른 인클로저(508)의 하나의 예일 뿐이다. 당업자는 LIDAR 시스템(500)에 적합한 인클로저의 다른 구성이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다. 상이한 구성의 하나의 예로서, 리드(506)는 윈도우(504)의 일부일 수 있다. 다른 예로서, 윈도우(504)가 광 레인징 장치(510)와 함께 회전하는 실시예에서, 윈도우(504)는 불투명 영역에 의해 분리되는 2개 이상의 별개의 윈도우를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, LIDAR 시스템(500)은 광학 전송기와 정렬되는 제1 윈도우, 및 광학 수신기와 정렬되는, 제1 윈도우로부터 이격되는 제2 윈도우를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "정렬된"은 광학 전송기 또는 수신기가 윈도우를 통해 광을 전송 또는 수신함을 의미한다.
시스템(500)의 내부 구성요소(도 5a에 도시되지 않음)는 회전 액추에이터 및 광 레인징 장치, 예를 들어, 도 3과 관련하여 설명된 액추에이터(310) 및 광 레인징 장치(320)를 포함할 수 있다. 광 레인징 장치는 윈도우(504)와 정렬될 수 있고, 광 레인징 장치가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 360도를 통해 연속적으로 회전하고 있는 동안 광의 펄스형 빔을 윈도우(504)를 통해 LIDAR 시스템(500)을 둘러싸는 필드 내로 투사하도록 회전 액추에이터에 의해 회전될 수 있다. 이어서, 필드로부터 다시 윈도우(504)를 통해 반사된 광이 광 레인징 장치에 의해 검출되어, 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 필드 내의 물체까지의 거리를 결정할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 회전식 LIDAR 시스템(500)은 고도로 통합된 아키텍처를 채용할 수 있고, 내부 기계 요소 및 회로부에 대한 매우 콤팩트한 구성을 가능하게 한다. 따라서, 본 개시의 일부 실시예에 따른 LIDAR 시스템의 전체 폼 팩터는, 예를 들어, 도 5a에서 볼 수 있는 바와 같이 커피 머그잔(coffee mug)(550)의 전체 부피와 유사하거나 그보다 작은 전체 부피를 가지므로, 많은 기존 시스템보다 작을 수 있다.
도 5b는 본 개시의 일부 실시예에 따른, 통합된 적층형 보드 설계를 강조하기 위해 외부 인클로저/시스템 하우징(508)(윈도우(504) 및 리드(506)를 포함함)이 제거된 LIDAR 시스템(500)의 일 실시예를 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 회전식 LIDAR 시스템(500)은, 광학 전송기(512) 및 광학 수신기(514)를 포함하는 광 레인징 장치(510)를 포함하며, 이러한 광학 전송기 및 광학 수신기는 광학 전송기를 위한 제1 하우징 부분(516) 및 광학 수신기를 위한 제2 하우징 부분(518)을 포함하는 하우징(515) 내에 장착된다. 광 레인징 장치(510)는 적층형 보드 회전 액추에이터(520)의 회전 단부를 형성하는 인쇄 회로 보드(522)에 고정 관계로 기계적으로 연결된다. 인쇄 회로 보드(524)을 포함하여, 적층형 보드 회전 액추에이터(520)의 고정 측은 인클로저의 베이스 부분(502)에 부착된다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, LIDAR 시스템의 실시예는 그들을 매우 콤팩트한 회전식 LIDAR 시스템에 특히 적합하게 하는 고도로 통합된 설계를 갖는다. LIDAR 시스템(기계적 및 전자적 둘 모두)의 다양한 기능 요소는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 평행 배열로 적층되는 하나 이상의 회로 보드, 예컨대, 회로 보드(522, 524, 526, 및 528)를 포함하는 적층형 회로 보드 조립체 내에 통합된다. 일부 실시예에서, 전력 시스템, 전기 모터, 통신 시스템, 및 LIDAR 제어 시스템은 모두 적층형 보드 회전 액추에이터(520)의 하나 이상의 적층된 평면형 회로 보드 내에 통합된다. 광 레인징 장치(510)는 하나 이상의 다중 핀 커넥터 등(도시되지 않음)에 의해 상부 보드(522)에 편리하게 부착될 수 있다. 아래에서 상세히 설명되는 바와 같이, 보드는 중심 샤프트가 통과하는 중심 개구부를 포함할 수 있다. 상부 보드는 하나 이상의 베어링을 통해 샤프트의 상부 부분에 부착될 수 있다. 보드들 각각은 그의 평면형 표면이 샤프트 및 그에 따라서 회전축에 수직인 상태로 배열될 수 있다. 이러한 구성의 결과로서, 다수의 보드를 LIDAR 시스템 내에 상이한 배향으로 채용하는 다른 시스템에 비해 조립 및 유지관리가 훨씬 더 간단하다.
도 6a 내지 도 6c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 LIDAR 시스템(600, 650, 및 660)의 단면도를 도시한다. 더 구체적으로, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 개별 구성요소는 도 3을 참조하여 위에서 이미 설명된 것에 대체로 대응하며, 이때 도 6a 내지 도 6c에 도시된 도면은 상이한 실시예에 따른 다양한 회로 요소의 기하학적 배치의 예를 제공한다. 도 6a 및 도 6b 각각은 상부 회로 보드 조립체와 하부 회로 보드 조립체 사이의 광학 통신을 채용하는 실시예를 도시하는 한편, 도 6c는 상부 회로 보드 조립체와 하부 회로 보드 조립체 사이의 유도 통신을 채용하는 실시예를 도시한다. 도 6d 및 도 6e는 다수의 개별 회로 요소의 동심 원주방향 배열을 추가로 예시하기 위해 일부 실시예에 따른 개별 회로 보드의 표면의 도면을 제공한다.
이제 도 6a를 참조하면, LIDAR 시스템(500)을 나타낼 수 있는 LIDAR 시스템(600)은 각각 상부 및 하부 회로 보드 조립체들(610 및 620)과 함께 광 레인징 장치(602)를 포함할 수 있으며, 여기에서 상부 보드 조립체(610)는 보드 조립체에 직교하는 축(605)을 중심으로 하부 보드 조립체(620)에 대해 회전한다. 회로 보드 조립체들(610 및 620)은 각각, LIDAR 시스템의 모든 또는 본질적으로 모든 구성요소를 보유하는 LIDAR 시스템(600)의 구조적 구성요소이다. 이러한 2 피스 설계(two piece design)는 시스템(600)이 현재 이용가능한 많은 LIDAR 시스템에 비해 감소된 크기 및 증가된 신뢰성을 가질 수 있게 하고, 시스템(600)이 감소된 비용으로 제조될 수 있게 한다.
광 레인징 장치(602)는 상부 보드 조립체(610) 내의 회로 보드들 중 하나에 장착되어, 광 레인징 장치가 상부 보드 조립체(610)와 함께 회전할 수 있게 할 수 있는 한편, 하부 보드 조립체(620)는 각각이 LIDAR 시스템(600)의 고정 베이스의 일부인 베이스(604) 및/또는 측벽(606)에 장착될 수 있다. 상부 회로 보드 조립체(610) 및 광 레인징 장치(602)의 회전은 종축 또는 회전축(605)을 따라 중심설정된 중공 샤프트(606) 상에 위치된 베어링 시스템(607)에 의해 가능하게 된다.
조립체들(610, 620) 각각은 서로 평행한 관계로 배열되는 2개 이상의 적층된 평면형 회로 보드를 포함할 수 있다. 도시된 특정 실시예에서, 상부 조립체(610)는 로터 통신 보드(612) 및 로터 제어 보드(614)를 포함하는 한편, 하부 조립체(620)는 스테이터 통신 보드(622) 및 스테이터 제어 보드(624)를 포함한다. 전기 모터가 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 인코더, 무선 전력 시스템 및 광학 통신 시스템과 함께, 보드 조립체 상에 직접 통합될 수 있다. 이들 동일한 요소들 중 많은 요소 또는 모든 요소가 또한, 각각 도 6b 및 도 6c에 도시된 LIDAR 시스템(650 및 660)의 보드 조립체 상에 통합된다. 따라서, 도 6a 내지 도 6c의 설명을 단순화하고 반복을 피하기 위해, 동일 도면 부호가 동일 요소를 나타내는 데 사용되고, 그러한 동일 요소의 설명은 전형적으로 반복되지 않는다.
LIDAR 시스템(600)의 고도로 통합된 적층형 보드 설계는 LIDAR 시스템의 상이한 기능 요소들 각각에 대해 다수의 독립형 모듈을 채용하는 시스템에 비해 크게 단순화된 조립 프로세스를 갖는 시스템을 제공한다. 대안적인 실시예에서, 본 개시의 LIDAR 시스템은 각각 단일 회로 보드인 상부 보드 조립체 및 하부 보드 조립체를 포함하여, 적층형 보드 설계를 더욱 단순화할 수 있다. 예를 들어, 도 6b에 도시된 LIDAR 시스템(650)은 단일 하부 회로 보드(652) 및 단일 상부 회로 보드(654)를 포함한다.
도 6a 내지 도 6c에 명시적으로 도시되어 있지 않지만, 하나 이상의 지원 전력 회로, 구동/제어 회로, 및 통신 회로가 아래에서 설명되는 시스템들 각각과 쌍을 이룰 수 있으며, 이들 지원 시스템은 또한 회전 액추에이터의 하나 이상의 회로 보드 상에 통합될 수 있다. 예를 들어, 스테이터의 솔레노이드에 3상 구동 전류를 제공하기 위한 모터 드라이버가 하부 회로 보드 조립체(620)의 회로 보드의 표면에 부착될 수 있다. 전력 구동 및 컨디셔닝(conditioning) 회로가 무선 전력 전송 구성요소와 쌍을 이룰 수 있고, 상부 보드 조립체 및/또는 하부 보드 조립체에 장착될 수 있다. 버퍼(buffer), LED/레이저 전류 드라이버, 인코더/디코더, 클록 복원 회로, 광검출기 드라이브 및 컨디셔닝 회로 등과 같은, 디지털 통신 시스템을 위한 지원 회로부가 또한 회로 보드 조립체의 하나 이상의 보드에 장착될 수 있다. 이들 요소들 중 일부는 아래에서 더욱 상세히 설명될 것이지만, 당업자는 표준 회로 구성요소의 임의의 수의 배열 및 구성이 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 회전 대칭 광학 업링크, 무선 전력 회전 변압기, 브러시리스 dc 모터, 및 회전 인코더의 특성으로 인해, 샤프트에 대한 이들 서브시스템의 임의의 동심 순서가 채용될 수 있다.
V. 광학 링크
1. 통합 중심 광학 다운링크
일부 실시예에서, 중공 샤프트(606)는 보드 조립체들 각각을 지지하는 중심 구조 부재의 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 터릿 조립체로부터 하부 회로 보드 조립체(620)(또한 베이스 시스템으로 지칭됨) 내에 위치된 제어 및 처리 회로부에 데이터, 예컨대, 레인징 및/또는 동작 데이터를 제공하기 위한 다운링크 광학 통신 채널("다운링크 채널")을 위한 하우징의 역할을 한다. 광학 다운링크 채널은 각각이 회전축(605)을 따라 중심설정될 수 있는 광학 다운링크 전송기(626) 및 광학 다운링크 수신기(628)를 포함할 수 있다. 광학 다운링크 전송기(626)는 상부 회로 보드 조립체(610)의 회로 보드의 표면에 직접 부착(예컨대, 솔더링)될 수 있고, 그가 중공 샤프트(606) 내의 중심 구멍 또는 개구를 통해 광학 신호를 전송할 수 있도록 위치될 수 있다. 마찬가지로, 광학 다운링크 수신기(628)는 하부 회로 보드 조립체(620)의 회로 보드의 표면에 직접 부착(예컨대, 솔더링)될 수 있다. 광학 다운링크 수신기(628)는 샤프트의 하부 단부 상에 위치될 수 있고, 그가 광학 다운링크 전송기(626)로부터 전송된 광학 신호를 수신할 수 있도록 광학 다운링크 전송기(626)와 정렬될 수 있다.
회전 액추에이터의 광학 다운링크에 사용되는 광학 전송기 및 수신기는 임의의 적합한 광학 방출기 또는 검출기일 수 있다. 예를 들어, IR LED, 레이저 다이오드, VCSEL 등이 광학 방출기에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 포토다이오드 등과 같은 임의의 적합한 광 검출 기술이 수신기에 사용될 수 있다.
2. 통합 광학 업링크
다수의 광학 업링크 전송기들(642)의 원주방향 배열과 다수의 광학 업링크 수신기들(632)의 상보적인 원주방향 배열 사이에 광학 업링크 채널이 형성될 수 있다. 광학 다운링크 전송기/수신기 쌍과 마찬가지로, 개별 광학 업링크 전송기 및 광학 업링크 수신기는 각각 하부 회로 보드 조립체 및 상부 회로 보드 조립체의 각각의 회로 보드에 직접 부착(예컨대, 솔더링)될 수 있다. 하부 회로 보드 조립체 상에 배치되는 광학 통신 구성요소는 본 명세서에서 또한 "베이스 광학 통신 구성요소"로 지칭된다. 상부 회로 보드 조립체, 또는 터릿 상에 배치되는 광학 통신 구성요소는 본 명세서에서 또한 "터릿 광학 통신 구성요소"로 지칭된다. 유리하게는, 중공 샤프트(606)의 벽은 업링크 채널과 다운링크 채널 사이의 광학적 분리(optical isolation)를 제공하며, 그에 따라서 크로스토크를 최소화한다.
원주방향 배열의 개별 방출기 및 수신기는 함께 결합되어 단일 복합 수신기 및 단일 복합 전송기로서 함께 작용할 수 있다. 예를 들어, 시스템이 회전함에 따라, 광학 업링크 수신기의 전체 배열에 의해 검출되는 업링크 신호의 전체 광학 강도는 개별 방출기/검출기가 서로 통과함에 따라 단지 약간 변한다. 또한, 복합 전송기 내의 개별 전송기의 수는 복합 수신기 내의 개별 수신기의 수와 동일하거나 상이할 수 있다.
회전 액추에이터의 광학 업링크에 사용되는 광학 전송기 및 수신기는 임의의 적합한 유형의 광학 방출기 또는 검출기일 수 있다. 예를 들어, IR LED들, 레이저 다이오드들, VCSEL들 등의 링이 복합 광학 전송기로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 임의의 적합한 유형의 광 검출 기술이 수신기에 사용될 수 있으며, 예컨대, 포토다이오드들 등의 링이 복합 광학 수신기로서 사용될 수 있다. 또한, 광학 업링크에 사용되는 광학 전송기 및 수신기는 다운링크에 사용되는 것과 동일하거나 상이한 유형(예컨대, 전력 및 파장)일 수 있다.
광학 업링크 전송기들(642)의 원주방향 배열의 일례가 고정 회로 보드(예컨대, 도 6a의 회로 보드(622))의 평면도를 예시한 도 6d에 도시되어 있다. 이러한 예에서, 중심 구멍(672) 주위에 원주방향으로 배열되는 6개의 광학 업링크 전송기(642)가 있다. 6개의 전송기는, 중심이 샤프트의 중심(및 그에 따라서 구멍(672)의 중심)에 위치되어 회전축과 중첩되는 원(674) 주위로 균일하게 이격된다.
회전 회로 보드(예컨대, 도 6a의 회로 보드(612) 또는 도 6b의 회로 보드(654))의 반대편 표면은 일부 실시예에 따른 회전 회로 보드의 저면도를 예시한 도 6e에 도시된 바와 같이, 광학 업링크 수신기들(632)의 대응하는 원주방향 배열을 포함한다. 이러한 예에서, 중심 구멍(672) 주위에 원주방향으로 배열되는 7개의 광학 업링크 수신기가 있다. 7개의 수신기는, 중심이 샤프트의 중심에 위치되어 회전축과 중첩되는 원(684) 주위로 균일하게 이격된다. 따라서, 보드가 회전함에 따라, 광학 업링크 수신기들(632)의 배열은 회전축을 중심으로 회전한다. 원(684)의 반경이 원(674)의 반경과 동일하기 때문에, 전송기는 수신기와 정렬되고, 회전은 단지, 터릿 시스템의 회전 주파수의 배수인 주파수를 갖고서 시간 경과에 따라 평균 신호가 약간 상승 및 하락하는 결과를 초래할 수 있다. 신뢰성 있는 업링크 채널에 필요한 전송기의 수는 전송기의 공칭 전력 및 각각의 전송기로부터 방출되는 광추(light cone)의 발산 둘 모두에 의존한다. 이상적으로는, 회전 보드의 전방 표면에서의 전송기 광의 스폿 크기는, 회전 보드가 회전함에 따라, 수신기들의 집합에 의해 보여지는 평균 강도의 전체 변동이 규정값(specified value) 미만일 정도로 개별 스폿들이 중첩되기에 충분히 크다.
도 6d 및 도 6e가, 광학 다운링크 채널이 중공 샤프트(606) 내에 형성되고, 광학 업링크 채널이 다수의 광학 업링크 전송기들의 원주방향 배열과, 샤프트 외측에 배치된 다수의 광학 업링크 수신기들의 상보적인 원주방향 배열 사이에 형성되는 실시예를 도시하고 있지만, 다른 실시예에서, 광학 채널의 다른 배열이 가능하다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 업링크 채널은 중공 샤프트(606) 내에 형성될 수 있고, 다운링크 채널은 샤프트 외측에 형성될 수 있다. 또 다른 배열에서, 다운링크 채널 및 업링크 채널 둘 모두가 (예컨대, 별개의 도광체(light guide)를 사용하여) 샤프트(606) 내측에 형성될 수 있거나, 또는 다운링크 채널 및 업링크 채널 둘 모두가 광학 구성요소의 별개의 원주방향 배열로 샤프트 외측에 형성될 수 있다.
VI. 유도 통신 링크
다시 도 6c를 참조하면, 도 6c는 상부 회로 보드 조립체와 하부 회로 보드 조립체 사이에 유도 통신 시스템(666, 668)을 채용하는 실시예를 도시한다. 이러한 예에서, 데이터 업링크 및 다운링크는, 도시된 바와 같이, 하부 회로 보드 조립체 및 상부 회로 보드 조립체 상에 각각 장착된 코일들(666a 내지 666e, 668a 내지 668e)의 쌍에 의해 제공된다. 코일은 데이터 라인 및 클록 라인 둘 모두를 포함할 수 있다. 각각의 코일은 각각의 회로 보드의 표면에 자체적으로 장착되는 상부 코일 하우징(666) 및 하부 코일 하우징(668)과 같은 하우징의 별개의 채널, 예컨대, 원형 채널 내에 내장될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 유도 데이터 라인에 사용되는 여러 코일, 예컨대, 다운링크 채널 1 전송기 코일(666b) 및 다운링크 채널 1 수신기 코일(668b), 다운링크 채널 2 전송기 코일(666c) 및 다운링크 채널 2 수신기 코일(668c)이 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 다운링크 클록 신호는 별개의 코일 쌍, 예컨대, 다운링크 클록 전송 코일(666a) 및 다운링크 클록 수신기 코일(668a)을 통해 전송될 수 있다. 마찬가지로, 데이터 업링크 채널은 코일들의 하나 이상의 쌍으로부터, 예컨대, 업링크 전송기 코일(668d) 및 업링크 수신기 코일(666d)에 의해 형성될 수 있다. 다운링크와 같이, 데이터 업링크 클록 신호는 한 쌍의 코일, 예컨대, 업링크 클록 전송기 코일(668e) 및 업링크 클록 수신기 코일(666e)로부터 형성되는 전용 채널을 또한 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 유도 통신 링크의 사용은, (1) 중공 샤프트(606)를, 구성하기에 더 간단하고 더 용이한 중실 샤프트(665)로 대체하는 것; (2) 일부 상황에서, 유도 코일 배열이 기계적 정렬에 대한 덜 엄격한 공차를 필요로 할 수 있으며, 그에 따라서 제조 비용이 더 낮은 것; (3) 보드들 사이에서 다수의 정보 채널을 통과시키기 위한 더 용이한 배열; (4) 데이터와 함께 클록을 전달할 수 있게 할 수 있어, 클록 및 데이터 복원(clock and data recovery, CDR) 칩의 필요성을 제거하는 것; (5) 다중채널 (병렬) 데이터 전송 라인 배열을 제공함으로써 대역폭 스케일링을 허용할 수 있는 것; 및 (6) 보드들 사이에 별개의 클록 신호를 분배함으로써, 하부 보드 조립체(스테이터)와 상부 보드 조립체/광 레인징 유닛(로터) 사이에서 결정적 타이밍 거동(deterministic timing behavior)이 달성될 수 있는 것을 포함하여, 광학 구성에 비해 다수의 이점을 제공할 수 있다.
도 6c가 5개의 코일 쌍을 갖는 실시예를 도시하고 있지만, 임의의 수의 코일 쌍이 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 구현될 수 있다. 예를 들어, 하나의 데이터 업링크 채널 및 하나의 다운링크 채널만을 갖는 2 코일 쌍 구성이 구현될 수 있다. 이러한 경우에, 클록 신호는 업링크 채널을 통해 제공될 수 있고, 다운링크 클록은 이러한 업링크 클록 신호로부터 도출될 수 있다. 다른 실시예에서, 3개의 코일 쌍, 즉 업링크 데이터를 위한 1개의 코일 쌍, 다운링크 데이터를 위한 1개의 코일 쌍, 그리고 업링크 클록 신호를 위한 1개의 코일 쌍이 채용될 수 있으며, 이번에도, 다운링크 클록 신호는 업링크 클록 신호로부터 도출된다. 업링크 클록 신호 채널 및 다운링크 클럭 신호 채널 둘 모두를 제공하는 4 코일 쌍 구성이 또한 가능하다. 위 모두에 더하여, 임의의 수의 데이터 채널이 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있다.
VII. 통합 전기 모터
소정 실시예에 따르면, 전기 회전 모터가 회로 보드 상에 직접 통합될 수 있다. 모터는 반대편 스테이터 보드 상의 평면형 스테이터 조립체 반대편에 있는 로터 보드 상의 평면형 로터 조립체를 갖는 "팬케이크(pancake)" 또는 "액시얼(axial)" 설계를 가질 수 있다. 전기 모터의 스테이터 조립체 및 로터 조립체는 회전 액추에이터(608)의 보드 상에 통합될 수 있는데, 즉, 전기 모터의 요소는 인쇄 회로 보드의 표면 상의 많은 구성요소들 중 하나이며, 그에 따라서 별개의 모터 모듈이 LIDAR 시스템(600)에 요구되지 않는다. 예를 들어, 다시 도 6d를 참조하면, 스테이터 조립체(644)는 다수의 스테이터 요소들(644(i)), 예컨대, 하부 회로 보드 조립체(620)의 보드(예컨대, 보드(622))에, 또는 하부 회로 보드 조립체(620)에 후속하여 부착되는 연자성 코어에 (예컨대, 접착제를 사용하여) 부착되는 수직으로 배향된 솔레노이드들(그들의 종축이 보드의 표면에 수직임)의 환형 배열을 포함할 수 있다. 스테이터 요소의 예가 도 6d의 평면도에 도시되어 있다. 각각의 스테이터 요소(644(i))는 자성 재료, 예컨대, 페라이트 등의 코어(644b) 주위에 권취되는 솔레노이드 코일(644a)을 포함할 수 있다. 코일은 솔레노이드를 빠져나가는 자기장이 회로 보드의 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 실질적으로 배향되도록 배향된다. 도 6d에 도시된 실시예에서, 스테이터 조립체(644)는 서로 균일하게 이격된 18개의 개별 스테이터 요소(644(i))를 포함하지만, 본 개시의 실시예는 임의의 특정 수의 스테이터 요소를 갖는 스테이터 조립체로 제한되지 않으며, 다른 실시예는 더 적거나 또는 더 많은 개별 스테이터 요소(644(i))를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 스테이터 조립체(644)는 환형 배열로 적어도 12개의 개별 스테이터 요소(644(i))를 포함한다. 또한, 일부 실시예에서, 스테이터 조립체(644) 내의 개별 스테이터 요소(644(i))의 수는 3의 배수이고, 모터 드라이버 회로 및 제어기(도 6d에 도시되지 않음)가 스테이터 조립체(644)에 3상 교류 신호를 제공하여, 보드(622)의 회전 속도 및 그에 따라서 광 레인징 장치(602)의 회전 속도를 제어한다.
모터 로터 조립체(634)가 모터 스테이터 조립체(644)의 바로 반대편에 위치되고, 상부 회로 보드 조립체(610)의 보드에 부착된다. 일부 실시예에서, 모터 로터 조립체(634)는, 도 6e에 도시된 보드 도면에 더 상세히 도시된 바와 같이, 영구 자석들(634(i))의 환형 배열을 포함하는 수동 요소일 수 있으며, 이때 그들의 자극은 스테이터 조립체의 다양한 솔레노이드 코일의 개구에 순차적으로 대향하여 그를 끌어당기도록 교번 패턴으로 배열된다. 따라서, 도 6e에 도시된 바와 같이, 각각의 개별 자석(634a)은 그의 자극이 그의 인접 자석들(634b)과 반대로 배열될 수 있고, 각각의 개별 자석(634b)은 그의 자극이 그의 인접 자석들(634a)과 반대로 배열될 수 있다. 추가적으로, 도 6e에 도시된 스테이터 조립체(644)의 실시예가 서로 균일하게 이격된 24개의 개별 자석(634(i))을 포함하고 있지만, 본 개시의 실시예는 임의의 특정 수의 요소를 갖는 로터 조립체로 제한되지 않으며, 다른 실시예는 더 적거나 또는 더 많은 개별 자석(634(i))을 포함할 수 있다. 또한, 도 6d 및 도 6e에서 볼 수 있는 바와 같이, 모터 스테이터 조립체(644) 및 모터 로터 조립체(634)는 동일한 반경 및 중심 위치를 갖는 스테이터 원 및 로터 원 둘 모두를 갖는 전체 원형 링 형상을 가질 수 있다(예컨대, 두 링은 모두 샤프트 상에 중심설정될 수 있음).
도 6d 및 도 6e에 도시된 실시예가 영구 자석인 로터 요소 및 솔레노이드 코일인 스테이터 요소를 채용하고 있지만, 반대 구성이 또한 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 채용될 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드가 로터 요소로서 채용될 수 있고, 영구 자석이 스테이터 요소로서 채용될 수 있으며, 이러한 경우에, 스테이터 요소에 대한 전력은 아래에서 설명되는 무선 전력 전송 시스템에 의해 제공될 수 있다. 또한, 영구 자석을 로터/스테이터 요소로서 채용하기보다는, 소정 실시예에서 전자석이 채용될 수 있다. 본 개시의 이익을 얻는 당업자는 PCB 장착 브러시리스 DC 모터의 임의의 구현이 채용될 수 있으며, 예를 들어, 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이, 솔레노이드 코일 및 영구 자석 요소의 임의의 비접촉 구성이 채용될 수 있고, 기본 하드웨어의 회전 운동을 구현하는 임의의 구동 방식이 채용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
VIII. 통합 무선 전력 전송 시스템
회전 상부 회로 보드 조립체(610)에 연결된 회로 요소에 전력을 제공하기 위해, 회전 액추에이터(608)는 본 명세서에서 또한 회전 변압기로 지칭되는 무선 전력 시스템을 포함한다. 무선 전력 시스템은 무선 전력 전송기(648)를 포함하는 무선 전력 전송 서브시스템 및 무선 전력 수신기(638)를 포함하는 무선 전력 수신 서브시스템을 포함한다. 무선 전력 전송기(648)는, 예를 들어, 도 6d에 도시된 바와 같이, 하부 회로 보드 조립체(620)의 회로 보드(예컨대, 보드(622))의 표면에 부착되는 원형 루프 안테나 형태의 전송기 코일(예컨대, 단일 권선 또는 다중 권선 코일)일 수 있다. 마찬가지로, 무선 전력 수신기(638)는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상부 회로 보드 조립체(610)의 회로 보드(예컨대, 보드(612))의 표면에 부착되는 원형 루프 안테나 형태의 수신기 코일(예컨대, 단일 권선 또는 다중 권선 코일)일 수 있다. 무선 전력 전송기(648) 및 무선 전력 수신기(638) 둘 모두의 중심은 중공 샤프트(606)의 중심에 위치되며, 그에 따라서 광학 인코더 링, 전기 모터 조립체, 및 광학 업링크 수신기/전송기와 동심이다. 유리하게는, 무선 전력 전송기 및 수신기는 보드(622 및 612)의 최외부 영역에 배치되어 원형 루프의 면적(및 그에 따라서 인덕턴스)을 최대화할 수 있으며, 이는 전력 전달 효율을 최대화하고, 유리하게는, LIDAR 시스템의 내부 또는 환경으로부터의 광이 광학 인코더, 업링크 또는 다운링크에 도달하지 못하도록 차단한다.
일부 실시예에서, 무선 전력 전송기(648) 및 무선 전력 수신기(638)는 그들 각각의 보드의 환형 영역 내에 배치될 수 있으며, 이때 환형 영역의 벽 및 저부는 자성 재료, 예컨대, 페라이트 등으로부터 형성된다. 예를 들어, 도 6e는 페라이트 벽(686 및 688)(도 6a 내지 도 6c에 도시되지 않음) 및 폐색된 페라이트 저부로부터 형성된 환형 영역 내에 배치된 무선 전력 수신기(638)를 도시한다. 페라이트 재료의 그러한 배열은 페라이트 벽(686, 688) 및 저부 페라이트 벽(690)에 의해 형성된 환형 채널 내에 위치된 다중 코일 무선 전력 수신기(638)의 일부분의 단순화된 단면도인 도 6f에 도시되어 있다. 도 6f에 도시된 배열은, 전송기와 수신기 사이에서 자기장을 전달하여 전력 전달 효율을 개선하고 시스템으로부터의 전자기 방사선 누출을 감소시키는 데 도움을 준다.
IX. 통합 광학 인코더
회전 액추에이터(608)는 하부 회로 보드 조립체(620)에 대한 상부 회로 보드 조립체(610)의 각도 위치의 판독을 가능하게 하는 통합 광학 인코더 조립체를 추가로 포함한다. 광학 인코더 조립체는 패턴화된 환형 광학 인코더(646), 및 예를 들어, 시스템이 회전함에 따라 회전 인코더 검출기(636)를 통과하는 패턴의 수를 검출하고 계수함으로써 조립체의 각도 위치를 판독하기 위한 회전 인코더 검출기(636)를 포함한다. 소정 실시예에서, 회전 인코더 검출기(636)는 환형 광학 인코더의 패턴화된 표면을 조명하고 검출하기 위해 LED와 같은 조명 장치 및 포토다이오드 또는 이미징 검출기와 같은 검출기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 환형 광학 인코더는, 환형부 상의 고유 위치에서 발생하거나 또는 절대 인코딩 패턴을 제공함으로써 절대 각도 배향 측정을 가능하게 하는 시작 코드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 인코더 시스템은 사실상 광학적인 대신에 자기적이며, 유사하게 위치된 자기 인코더 스트립 및 자기 인코더 판독기에 의존한다.
일부 실시예에서, 여기에 도시된 바와 같이, 환형 광학 인코더(646)는 하부 회로 보드 조립체(620)의 회로 보드(예컨대, 보드(622))의 표면에 부착될 수 있고, 회전 인코더 검출기(636)는 상부 회로 보드 조립체(610)(예컨대, 보드(612))의 표면에 부착될 수 있거나, 또는 그 반대의 경우도 가능하다. 그가 어떤 보드 상에 배치되든지 간에, 환형 광학 인코더(646)는, 예를 들어, 도 6d에 도시된 바와 같이, 중공 샤프트(606)의 중심에 그의 중심을 갖도록 배열될 수 있고, 따라서 전기 모터 조립체 및 광학 업링크 둘 모두와 동심이다. 일부 실시예에서, 회전 인코더 검출기(636)는, 예컨대, 도 6e에 도시된 바와 같이, 환형 광학 인코더(646) 위의 어딘가에서, 회전 회로 보드 상에 위치된다.
유리하게는, 인코더 조립체는 무선 전력 전송 시스템과 전기 모터 조립체 사이에 위치되어, 인코더 검출기와 광학 업링크 시스템의 전송기 사이의 광학적 분리를 최대화할 수 있다. 도 6a의 예에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 환형 광학 인코더(646)는 회전 액추에이터(606)의 스테이터 측에 있을 수 있는 한편, 회전 인코더 검출기(636)는 로터 측에 있을 수 있다. 이것이 회전 액추에이터에 대해서는 비표준 구성이지만, 이러한 구성은 LIDAR 응용에 유리하다. 예를 들어, 이러한 방식으로 회전 인코더 검출기(636)와 광 레인징 장치(602) 사이의 회전 연결을 제거함으로써, 2개의 시스템들 사이의 저지연(low latency) 연결의 구현이 구현될 수 있다. LIDAR 응용에서, 회전 인코더 검출기(636)의 각도 위치 측정치를 신속하게 수집하고, 증가된 공간 정확도를 위해 현재 레인징 정보를 로터의 현재 각도 위치와 상관시키는 데 저지연 연결이 중요할 수 있다.
X. 조립 방법
도 7 및 도 8은 소정 실시예에 따른 조립 프로세스를 예시하기 위한 LIDAR 시스템의 분해도를 도시한다. 도 7은 하부 회로 보드 조립체(본 명세서에서 또한 베이스 조립체로 지칭됨)의 기계적 조립을 예시한다. 도 8은 상부 회로 보드 조립체의 기계적 조립, 및 하부 회로 보드 조립체 및 광 레인징 장치 둘 모두에 대한 그의 부착과, 이에 의한 전체 LIDAR 시스템의 형성을 예시한다.
1. 하부 회로 보드 조립체의 조립
도 7은 소정 실시예에 따른, 소형 LIDAR 시스템의 조립 프로세스를 예시하기 위한 하부 회로 보드 조립체(700)의 분해도를 도시한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 하부 회로 보드 조립체(700)는 도 6a를 참조하여 위에서 설명된 것과 유사한 2 보드 구성을 갖는다. 구체적으로, 하부 회로 보드 조립체(700)는 본 명세서에서 베이스 제어 보드(720) 및 스테이터 보드(730)로 지칭되는 제1 서브보드 및 제2 서브보드를 포함한다. 일부 실시예에서, 베이스 제어 보드(720) 및 스테이터 보드(730)는 도 6a에 도시된 바와 같은 보드(643) 및 보드(641)에 각각 대응한다.
하부 회로 보드 조립체(700)의 조립은 베이스 제어 보드(720)가 스크류(728)에 의해 베이스 하우징 유닛(710)에 기계적으로 부착되는 것으로 시작될 수 있다. 도 3 및 도 6a를 참조하여 위에서 이미 설명된 바와 같이, 베이스 제어 보드는 베이스 제어기(366)와 유사한 베이스 제어기를 포함하여, 다수의 회로 요소를 포함할 수 있다. 광학 통신 시스템, 무선 전력 전송 시스템, 및 회전 인코더 시스템의 요소를 위한 지원 회로부, 예컨대, 드라이버가 베이스 제어 보드 상에 또한 포함될 수 있다. 광학 다운링크 통신 채널을 가능하게 하기 위해, 광학 다운링크 수신기(722)가 도 6a를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이 보드의 중심 영역에서 베이스 제어 보드(720)의 상부 표면에 장착될(예컨대, 그에 솔더링될) 수 있다.
(예컨대, 도 6b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같은) 일부 실시예에서, 광학 다운링크 수신기(722) 및 다른 지원 회로 요소는 스테이터 보드(730) 상에 직접 통합되어, 그에 의해 별개의 베이스 제어 보드(720)의 필요성을 제거한다. 그러한 경우에, 하부 회로 보드 조립체(700)의 조립은 열 확산 요소(725)를 베이스(710)에 직접 부착함으로써 시작될 수 있거나, 또는 베이스 또는 열 확산 요소(725)를 채용하지 않는 경우에, 조립은 스테이터 보드(730)를 설치함으로써 시작될 수 있다.
베이스 제어 보드(720)가 베이스(710)에 부착된 후에, 샤프트(715)가 스크류(706)를 사용하여 베이스 제어 보드(720)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 샤프트(715)는 베어링 시스템(아래에서 도 8a 및 도 8b에 더 상세히 도시됨)을 통한 상부 회로 보드 조립체로부터 베이스(710)로의 열의 개선된 열 전도를 위해 베이스(710)에 직접 부착될 수 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 샤프트(715)는 그의 길이를 통해, 광학 다운링크 채널을 위한 개방 광학 경로를 제공하는 중심 구멍(716)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 샤프트(715)는, 대체적으로 베이스(710)의 중심 부근에 위치되는 광학 다운링크 수신기(722)의 상부에 직접 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 베이스 제어 보드(712) 또는 베이스(710)의 외주의 형상에 관계없이, 샤프트(715)는 시스템의 회전축(705)을 한정한다. 따라서, 샤프트(715)의 위치는 바로 베이스 제어 보드(720)의 중심 또는 베이스(710)의 중심에 있을 필요가 없다.
샤프트(715)가 베이스 제어 보드(710)에 부착된 후에, 열 확산 요소(725)가 하나 이상의 스크류(716)에 의해 베이스 제어 보드(720)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 열 확산 요소(725)는 높은 열 전도율을 갖는 재료(예컨대, 알루미늄 등)로부터 제조될 수 있다. 또한, 전도성 열 경로를 제공하면서 전기 단락을 방지하기 위해 열 확산 요소(725)와 보드 사이에 하나 이상의 개재 열 발포 패드가 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 열 확산 요소(725)는 스테이터 보드(730)의 하부 표면의 하나 이상의 부분 및 베이스 제어 보드(720)의 상부 표면의 하나 이상의 부분과 열 접촉하여서, 그에 의해 이들 보드의 회로 요소로부터의 집중된 열에 대한 열 경로를 제공하여, 보드들 사이에 더 균일하게 분배한다. 그의 주연부 상에서, 열 확산 요소(725)는 또한 베이스(710)의 측부와 열 접촉할 수 있고, 그에 따라서 보드로부터 베이스(710)로 그리고 궁극적으로 시스템 밖으로 전도될 열에 대한 개선된 열 경로를 제공할 수 있다.
열 확산 요소(725)를 고정시킨 후에, 스테이터 보드(730)가 스크류(736)에 의해 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 스테이터 보드(730)는 하나 이상의 다중 핀 전기 커넥터(예컨대, 하부 커텍터(724 및 726))에 의해 베이스 제어 보드(720)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 보드들 사이의 물리적 연결은 스테이터 보드(730)와 베이스 제어 보드(720) 사이에 기계적 연결 압력을 인가함으로써(예컨대, 그가 베이스(710)에 부착된 후에 베이스 제어 보드 상으로 스테이터 보드를 가압함으로써) 이루어진다. 연결 압력은 스테이터 보드(730)를 베이스 제어 보드(720)에 고정시키는 데 사용되는 스크류(736)에 의해 시스템의 수명에 걸쳐 유지될 수 있다.
일단 베이스(710)에 조립되고 고정되면, 하나 이상의 선택적인 컬러 카메라(color camera)(732)가 베이스(710)로부터, 일부 실시예에서, 유효 개구부(clear aperture)일 수 있거나 이미징을 돕기 위한 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있는 하나 이상의 이미징 개구부(712)를 통해 명확한 시각적 경로를 갖도록 스테이터 보드(730)의 주연부 주위에 위치될 수 있다. 다른 실시예에서, 컬러 카메라(732)는 스테이터 보드(730)에 장착되기보다는 베이스(710)에 직접 장착될 수 있다. 컬러 카메라(732)는, 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 발명의 명칭이 "Augmenting Panoramic LIDAR Results with Color"인 미국 출원 제15/980,509호에서 설명된 바와 같이, LIDAR 시스템에 의해 누적되는 LIDAR 데이터가 스틸 프레임 및/또는 비디오와 같은 컬러 이미징 데이터에 의해 보완될 수 있게 한다.
2. 상부 회로 보드 조립체의 조립 및 하부 회로 보드 조립체에 대한 부착
도 8a는 본 개시의 일부 실시예에 따른 LIDAR 시스템의 조립 프로세스를 예시하기 위한 소형 LIDAR 시스템(800)의 분해도이다. LIDAR 시스템(800)은, 예를 들어, 도 5a에 도시된 LIDAR 시스템(500)일 수 있다. LIDAR 시스템(800)은 도 7과 관련하여 위에서 설명된 하부 회로 보드 조립체(700), 상부 회로 보드 조립체(810), 광 레인징 장치(820), 및 인클로저(830)를 포함한다. 도 8a에 도시된 바와 같이, LIDAR 시스템(800)은 상부 회로 보드 조립체(8)를 포함한다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 상부 회로 보드 조립체(810)는 도 6a를 참조하여 위에서 설명된 것과 유사한 2 보드 구성을 갖고, 레인징 장치 제어 보드(840) 및 로터 보드(850)를 포함한다. 일부 실시예에서, 레인징 장치 제어 보드(850) 및 로터 보드(730)는 도 6a를 참조하여 위에서 설명된 스테이터 제어 보드(624) 및 로터 제어 보드(614)에 각각 대응한다.
로터 보드(850)는 로터 보드(850)의 분해도인 도 8b에 도시된 베어링 조립체(860)를 포함한다. 베어링 조립체(860)는 t자형 베어링 하우징(865)의 어느 한 단부 내로 삽입되는 베어링(862 및 864)을 포함한다. 이어서, T자형 베어링 하우징(865)은 스크류(866)로 로터 보드(850)에 부착될 수 있다.
로터 보드(850)는 T자형 베어링 하우징(865)의 중심 부분을 샤프트(715) 위에 끼워맞춤으로써, 조립된 하부 회로 보드 조립체(700)의 상부에 배치될 수 있다. 이어서, 원형 너트(852)가 t자형 베어링 하우징(86)의 상부 표면 내의 원형 중심 리세스(recess)(854) 내에 끼워맞춤되고 샤프트(715)의 상부에 나사결합되어 로터 보드(850)를 하부 회로 보드 조립체(700)에 확고하게 부착할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 로터 보드(850)는 샤프트(715)와 베어링(862 및 864) 사이에서 이루어지는 회전 결합으로 인해 하부 회로 보드 조립체(700)에 대해 회전할 수 있다.
이어서, 레인징 장치 제어 보드(840)는 레인징 장치 제어 보드(840)에 하향 압력을 인가함으로써 로터 보드(850)에 결합될 수 있다. 레인징 장치 제어 보드(840)와 로터 보드(850) 사이에 전기적 연결을 제공하기 위해, 하나 이상의 전기 커넥터가 레인징 장치 제어 보드(840)의 하부 표면(도 8a에서는 보이지 않음) 및 로터 보드(850)의 상부 표면(예컨대, 커넥터(856))에 부착될(예컨대, 그에 솔더링될) 수 있다. 이어서, 레인징 장치 제어 보드(840)는 스크류(846)를 사용하여 로터 보드(850)에 고정될 수 있다.
3. 회전 액추에이터에 대한 레이저 레인징 장치의 부착
일단 상부 회로 보드 조립체가 하부 회로 보드 조립체에 조립되고 고정되었으면, 광 레인징 장치(820)가 레인징 장치 제어 보드(840)의 상부 표면에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이는 광 레인징 장치를 T자형 베어링 하우징(865)에 기계적으로 연결한다. 광 레인징 장치(820)는 Tx 모듈(822) 및 Rx 모듈(824)을 포함하며, 이러한 Tx 모듈 및 Rx 모듈 각각은 광 레인징 장치 제어 보드(840)의 상부 표면 상에 배치된 대응하는 커넥터(844 및 846)와 정합하는 전용 전기 커넥터를 가질 수 있다. 시스템 내의 다른 보드와 마찬가지로, 광 레인징 장치(820)를 조립된 시스템의 나머지 부분에 연결하는 것은 구성요소에 가압력을 인가함으로써 달성될 수 있다. 일단 연결이 이루어지면, 도시된 바와 같이 광 레인징 장치(820)의 양측에 장착되는 스크류(826)에 의해 가압력이 유지될 수 있다. 또한, U자형 브래킷(828)이 추가의 스크류(826)로 광 레인징 장치(820)에 고정되어 조립체에 추가의 구조를 제공할 수 있다.
일단 모든 내부 구성요소가 조립되면, 인클로저(830)가 전체 조립체 위로 내려질 수 있고, 예컨대, 하나 이상의 스크류뿐만 아니라, 더 강건한 시일을 달성하기 위해 필요한 경우 접착제를 사용하여, 베이스(700)에 부착될 수 있다. 인클로저(830)는 도 5와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 광학적으로 투명한 윈도우를 포함할 수 있으며, 이러한 광학적으로 투명한 윈도우는 Tx 모듈(822)로부터의 레이저 펄스가 LIDAR 시스템으로부터 주위 환경 내로 투사될 수 있게 하고, 펄스로부터의 반사 및 산란된 광이 Rx 모듈(824)을 통해 LIDAR 시스템에 의해 수신될 수 있게 한다.
위에서 설명된 조립 프로세스에서, 스크류 및 브래킷의 다양한 배열이 단지 예시를 위해 개시되어 있다. 소형 LIDAR 시스템의 실시예는 도 7 및 도 8에 도시된 것과 동일한 스크류 배열을 채용하도록 요구되지 않으며, 접착제, 변형가능 핀 또는 래치(latch), 리벳, 또는 용접부를 포함하여, 임의의 수, 배열, 및 유형의 체결구가 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 사용될 수 있다.
XI. 광학계 및 광전자 장치
도 9a 내지 도 9c는 소정 실시예에 따른 광 레인징 장치(900)의 사시도, 정면도, 및 확대 정면도를 각각 도시한다. 광 레인징 장치(900)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 위에서 설명된 실시예, 예컨대, 도 3을 참조하여 위에서 설명된 광 레인징 장치(320) 또는 도 5를 참조하여 설명된 광 레인징 장치(510)에 대응할 수 있다. 광 레인징 장치(900)는 2개의 주 모듈, 즉, 2개의 렌즈 튜브, 예컨대, 전송기 렌즈 튜브(912) 및 검출기 렌즈 튜브(922)를 포함하는 공통 하우징 또는 마운트(905) 내에서 서로 이격되는 광 전송(Tx) 모듈(910) 및 광 감지(Rx) 모듈(920)을 포함한다. 광 Tx 모듈 및 광 Rx 모듈 각각은 벌크 광학계 모듈(도시되지 않음)을 포함하며, 이러한 벌크 광학계 모듈은, 예컨대, 벌크 광학계 모듈을 적절한 렌즈 튜브 내로 활주시킴으로써 그들 각각의 센서/방출기 전방에 위치된다. 벌크 광학계 모듈은 아래에서 더 상세히 설명된다. 전송 측에서, 선택적으로, Tx측 마이크로 광학계 조립체가 Tx측 벌크 광학계 모듈 뒤에 위치된다. 마이크로 광학계 조립체의 상세 사항이 도 10 및 도 11을 참조하여 아래에 기재된다. 선택적인 전송 측 마이크로 광학계 조립체 뒤에, 방출기 어레이(914), 예컨대, InGaAs로 제조된 모놀리식 단일 칩 NIR VSCEL 어레이 등이 있다. 검출기 측에서, 역시 도 10 및 도 11을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명되는 Rx측 마이크로 광학계 조립체가 Rx측 벌크 광학계 모듈 뒤에 위치된다. Rx측 마이크로 광학계 조립체 뒤에, 단일 칩 검출기 어레이 및 ASIC 조합(924), 예컨대, CMOS 프로세스로 제조된 모놀리식 단일 칩 NIR SPAD 어레이 등이 있다.
Rx 모듈(920) 및 Tx 모듈(910) 둘 모두는 광 레인징 장치, 예컨대, 전압 조절기, VCSEL 전류 드라이버 등을 위한 추가의 지원 회로부를 포함하는 회로 보드(926 및 916)에 의해 각각 배킹된다. 예를 들어, 회로 보드(926)는 시간-디지털 변환기에 의해 특정될 수 있는 시간 빈의 히스토그램에 포함시키도록 SPAD로부터의 신호를 계수하기 위한 회로부를 포함할 수 있다. 회로 보드(926)는 또한, 수신된 시간을 결정하기 위해 히스토그램을 분석하기 위한 정합 필터링을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, (예컨대, 보간과 같은 고급 필터링을 수행하기 위한) FPGA와 같은 프로그램가능 계산 요소가 Rx 모듈(920)에 동작가능하게 연결될 수 있다.
도 9a 및 도 9b에 도시되어 있지 않지만, FPGA는, 예컨대, 브러시리스 모터의 로터 반부(half), 회전 변압기 전력 링크의 수신 측, 회전 광학 업링크의 수신 측 및 회전 광학 다운링크의 전송 측을 포함하는, 위에서 설명된 회전 액추에이터의 상부 보드 조립체의 하나 이상의 보드 상에 위치될 수 있다. 이들 요소는 함께, 본 명세서에서 LIDAR 시스템의 터릿 조립체로 지칭된다. 소정 실시예에서, 터릿 조립체는 1 Hz 내지 30 Hz의 주파수로 회전하여, 고정된 각도 간격을 두고 레인지 측정을 수행할 수 있다. 일 실시예에서, 임의의 주어진 전체 회전("프레임")에 대해, 64x2048 해상도 깊이 이미지가 생성될 수 있지만 사용자는 장치 동작 파라미터를 변경함으로써 다른 해상도를 선택할 수 있다. 일부 실시예에서, LIDAR 시스템은 초당 2,621,440개의 포인트(레인지 측정치)를 획득할 수 있다.
1. Tx 모듈 및 Rx 모듈을 위한 광학 시스템
도 10은 본 개시의 일부 실시예에 따른 광 레인징 장치(1000)의 광학 블록도를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 광 레인징 장치(1000)는 광 전송(Tx) 모듈(1010) 및 광 감지(Rx) 모듈(1040)을 포함한다. 광 전송 모듈(1010)은 Tx 모듈(910)을 나타낼 수 있는 한편, 광 감지 모듈(1040)은 Rx 모듈(920)을 나타낼 수 있다. 본 개시의 실시예는 도 10에 도시된 특정 광학 구성으로 제한되지 않는다. 다른 실시예에서, 광 전송 모듈(1010) 및 광 감지 모듈(1040)은 더 적거나, 더 많거나, 또는 상이한 광학 구성요소를 포함할 수 있다. 광 전송 모듈(1010) 및 광 감지 모듈(1040)에 대한 다른 구성의 비제한적인 예가 각각의 개시가 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 5월 14일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Optical Imaging Transmitter with Brightness Enhancement"인 미국 출원 제15/979,235호; 및 2018년 5월 14일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Spinning LIDAR Unit with Micro-optics Aligned behind Stationary Window"인 미국 출원 제15/979,266호에 기재되어 있다.
광 레인징 장치(1000)의 실시예는, 예컨대, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 위에서 설명된 바와 같이, 본 명세서에 개시된 소형 LIDAR 시스템 내에 채용될 수 있다. Tx 모듈(1010)은 위에서 도 1a 및 도 1b와 도 4에 도시된 바와 같이, 예컨대, 협대역 광, 예컨대, 가령, 2 nm, 1 nm, 0.5 nm, 0.25 nm 이하의 스펙트럼 폭을 갖는 NIR 광의 펄스를 하나 이상의 시야 내로 전송함으로써, LIDAR 시스템 주위의 영역 내의 물체의 능동 조명을 제공한다. Rx 모듈(1040)은 현장 내의 물체에 의해 반사되는 전송된 협대역 광의 반사된 부분을 검출한다.
도 10에 도시된 바와 같이, Tx 모듈(1010)은 TX측 마이크로 광학계 패키지(1020) 및 벌크 광학 요소(1030)를 포함할 수 있다. TX측 마이크로 광학계 패키지(1020)는 복수의 광 방출기(1022)를 포함하고, 선택적으로, 마이크로 렌즈 층(1024) 및 개구부 층(1026)을 포함한다. 방출기(1022)는 전송기 채널들, 예컨대, 박스형 영역에 도시된 채널(1025)의 1차원 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 전송기 채널들 각각은 협대역 광을 방출할 수 있는 하나 이상의 광 방출기(1022), 예컨대, NIR VCSEL 등, 및 선택적으로, 렌즈 층(1024)으로부터의 마이크로 렌즈 및 개구부 층(1026)으로부터의 개구부를 갖는다.
전송기들 각각으로부터 방출된 광은 그가 Tx측 마이크로 광학계 렌즈 층(1024)의 마이크로 광학계들 중 하나에 접근함에 따라 발산한다. 마이크로 렌즈 층(1024)으로부터의 마이크로 렌즈는 발산 광을 포획하고 그를, 위치가 마이크로 광학계들의 어레이 및 방출기들의 어레이에 대응하는 개구부들의 어레이를 포함하는 개구부 층(1026) 내의 개구부와 동일 공간을 차지하는 초점면에 재집속시킨다. 개구부 어레이(1026)는 시스템에서 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 마이크로 렌즈를 빠져나간 후에, 집속된 광은 다시 원추 형태로 발산하며, 이러한 원추는 이어서 Tx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1030)과 만난다. Tx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1030)의 상세 사항은 아래에서 더 상세히 설명된다.
일부 실시예에서, 마이크로 렌즈 층(1024)과 Tx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1030) 사이의 간격은 그들의 초점 거리의 합과 동일하여, 개구부 어레이(1026)에 집속된 광이 시준된 광으로서 나타나게 하며, 이때 각각의 시준된 광선속(bundle of rays)은 상이한 각도로 Tx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1030)을 빠져나간다. 따라서, 각각의 방출기로부터의 광은 장치 앞의 상이한 시야로 지향된다. 일부 실시예에서, Tx측 벌크 이미징 광학계(1030)는 렌즈의 VCSEL 측에서 텔레센트릭이며, 즉, 시스템의 광선 다이어그램에서, 벌크 이미징 광학계(1030)의 개구부 내의 어딘가로 들어가는 모든 주 광선은 렌즈를 떠나 서로 평행하게 이동하고, VCSEL (이미지) 평면에 실질적으로 수직인 입사각으로 VCSEL (이미지) 평면과 교차한다. 이러한 구성에서, VCSEL 어레이는 유리하게는 텔레센트릭 소스(telecentric source)로서 동작하는데, 즉, 광학계는 방출기 어레이에 의해 생성되는 실질적으로 모든 광, 심지어 어레이의 외부 에지 상의 방출기로부터 방출되는 광을 포획한다. 텔레센트릭 설계가 없으면, 외부 방출기에 의해 포획되는 광이 그들의 매우 비스듬한 입사각 때문에 바람직하지 않은 방식으로 감소, 산란 또는 굴절될 수 있다.
Rx 모듈(1040)은 Rx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1060) 및 RX측 마이크로 광학계 패키지(1050)를 포함한다. RX측 마이크로 광학계 패키지(1050)는, 각각의 대응하는 마이크로 광학계 전송기 채널(1025)에 대한 마이크로 광학계 수신기 채널(1055)과 함께, TX측 마이크로 광학계 패키지(1020)와 매칭되는 1차원 또는 2차원 어레이 배열을 갖는다. RX측 마이크로 광학계 패키지(1050)는 Rx측 개구부 어레이 층(1056), Rx측 마이크로 광학계 렌즈 층(1054), 협대역 광학 필터 층(1028) 및 센서 어레이 층(1052)을 포함한다. 광선(1005)으로 도시된, 필드 내의 물체로부터 반사되는 방출된 광의 부분은 다수의 방향으로부터 Rx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1060)로 들어간다. Rx측 벌크 이미징 광학계 모듈(1060)은 Rx측 개구부 어레이 층(1056)과 동일 공간을 차지하는 평면에 광선을 집속시킨다. 이어서, 집속된 광은 Rx측 마이크로 광학계 렌즈 층(1054)의 마이크로 렌즈에 의해 포획되고, 시준된 방식으로(즉, 10도 미만의 발산 반각을 갖고서) 센서 어레이 층(1052)으로 지향된다.
일부 실시예에서, 센서 어레이 층(1052)은 광 센서들의 1D 또는 2D 어레이 또는 광 센서들, 예컨대, SPAD들 등의 그룹들의 1차원 또는 2차원 어레이를 포함한다. 일부 실시예에서, 어레이 내의 각각의 센서 또는 센서들의 그룹은 방출기 모듈 내의 방출기 및 그에 따라서 레인징 데이터 내의 "픽셀"에 대응한다.
일부 실시예에서, 불요 배경 광(spurious background light)을 제거하기 위해, 협대역 광학 필터 층(1028)이 층상 구조물 내에, 예컨대, 마이크로 광학계 어레이와 센서 어레이 층(1052) 사이에 배치될 수 있다. 협대역 광학 필터 층(1028)의 통과 대역은 방출기의 중심 파장에 대응하도록 선택될 수 있고, 통과 대역의 폭은 방출기 어레이에 걸친 출력 파장의 임의의 변화를 수용하기에 충분히 넓을 수 있다. 일부 실시예에서, 매우 좁은 통과 대역이 요구되는 경우, 제어 시스템이 방출기의 파장을 개별적으로 또는 전체적으로 안정시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 매우 좁은 통과 대역이 요구되는 경우, 필터 층(1028)을 통과하는 광의 시준각은 (박막 간섭 필터에서 통상적인 바와 같이) 입사각 시프트가 발생하지 않도록 엄격히 제어되어야 하고; 시준각은 주로, RX측 개구부 어레이 층(1056) 내의 개구부의 크기, RX측 마이크로 광학계 렌즈 층(1054) 내의 렌즈의 초점 거리, RX측 개구부 어레이 층(1056)과 RX측 마이크로 광학계 렌즈 층(1054) 사이의 상대 위치설정, 및 RX측 마이크로 광학계 렌즈 층(1054)의 표면 품질 및 형태 정밀도에 의해 제어된다. 일부 실시예에서, 협대역 광학 필터 층(1028)은 센서들의 전체 어레이에 걸쳐 연속적인 평면형 층이다. 다른 실시예에서, 협대역 광학 필터 층(1028)은 센서 어레이 층(1052)의 픽셀 기하학적 구조에 대응하는 마이크로 광학 요소들의 어레이로서 제조될 수 있다.
Tx측과 마찬가지로, Rx 모듈(1040)의 개별 요소는 마이크로 광학계 수신기 채널, 예컨대, 수신기 채널(1055)을 형성한다. 소정 실시예에 따르면, 마이크로 광학계 및 수신기의 어레이는 층상 모놀리식 구조를 가질 수 있다. 각각의 마이크로 광학계 수신기 채널(1055)은 센서 어레이 층(1052) 내의 상이한 픽셀에 대한 광을 측정하는데, 즉, Rx 모듈(1040)의 광학계는 상이한 각도로부터 모듈로 들어가는 평행 광선속을 센서 어레이 층(1052) 상의 대응하는 공간 위치에 맵핑하는 역할을 한다. 일부 실시예에서, 벌크 이미징 광학계 모듈(1060)은 위에서 설명된 바와 같이, TX측과 유사한 방식으로 이미지 평면 내의 비이상적인 것을 회피하기 위해 시스템의 검출기 측에서 텔레센트릭이다.
일부 실시예에서, 마이크로 광학계 렌즈 층(1054), 협대역 광학 필터 층(1028), 및 Rx측 개구부 어레이 층(1056) 사이의 협동에 의해 형성되는 바와 같은 마이크로 광학계 수신기 채널은 센서 어레이 층 상의 상이한 픽셀들 사이의 증가된 격리를 제공한다. 이는, 방출기 광이 정지 신호와 같은, 필드 내의 강한 반사기로부터 반사될 때와 같은 일부 상황에서, 각각의 채널에 대한 Rx측에서의 광자속(photon flux)이 크기설정가능하여, 시스템을 크로스 토크 및 블루밍(blooming)에 취약하게 만들 수 있기 때문에 유리하다(즉, 하나의 채널로부터의 입사 광이 그가 인접 채널에 의해 검출가능할 수 있을 정도로 밝을 수 있음). 블루밍 문제에 대한 하나의 해법은 단지 하나의 방출기-검출기 쌍(또는 신중하게 선택된 방출기-검출기 쌍들의 그룹)만이 임의의 주어진 시간에 트리거(trigger)되도록 복합 시간 다중화 방식을 채용하여, 크로스 토크의 위험을 제거하는 것이다. 그러한 배열은 추가의 타이밍 전자 장치와 다중화 소프트웨어 및 하드웨어를 필요로 하며, 이는 시스템에 추가의 비용 및 복잡성을 추가한다. 또한, 시간 다중화는, 각각의 수신기 방출기 쌍이 직렬로 순차적으로 활성화되어야 하며, 그에 의해 전체적으로 어레이의 전체 획득 시간을 증가시키기 때문에 비효율적인 데이터 수집 방법이다. 유리하게는, Rx측 마이크로 광학계 조립체의 설계는 시간 다중화 및 순차적 활성화가 필요하지 않을 정도로 크로스토크를 감소시키는데, 즉, 플래시 LIDAR 시스템과 유사한 방식으로, 데이터 포인트를 병렬로 수집하기 위해 모든 채널이 동시에 채용될 수 있다.
Rx 모듈(1040) 및 Tx 모듈(1010)을 위한 마이크로 광학 시스템의 설계는 유리하게는, 도 3을 참조하여 위에서 설명된 개념적인 LIDAR 배열을 가능하게 하며, 여기에서 각각의 전송기 요소는 센서 요소가 전송기가 조명하는 시야로부터만 광을 보도록 센서 요소와 쌍을 이룬다. 시야의 이러한 1:1 쌍형성은 인접한 또는 이웃한 픽셀로부터의 검출기에서의 크로스토크를 제거하는 데 도움을 준다. 추가의 마이크로 광학 개구부 층도 또한 크로스토크를 제거하는 데 도움을 준다. 협대역 필터 층은, 불요 신호 검출의 원인이 되어, 궁극적으로 레인징 오차를 초래할 수 있는 배경 광을 제거하는 데 도움을 준다.
2. 마이크로 광학계
도 11a는 소정 실시예에 따른 마이크로 광학계 패키지(1100)의 단순화된 평면도를 도시한다. 마이크로 광학 패키지(1100)는 광 레인징 장치의 전송기 측 또는 검출기 측 중 어느 하나에 또는 둘 모두에 적용될 수 있으며, 복수의 채널(1102)을 포함한다. 예를 들어, 수신기 측에 구현되는 경우, 각각의 채널(1102)은 채널(1055)과 같은 단일 마이크로 광학 수신기 채널에 대응할 것이다. 유사하게, 전송기 측에 구현되는 경우, 각각의 채널(1102)은 채널(1025)과 같은 단일 전송기 채널에 대응할 것이다. 도 11a에 도시된 예에서, 마이크로 광학 채널은 m×n 엇갈림 어레이(staggered array)로서 배치되는데, 예컨대, 16×4 어레이로 배치된다. 일례로서, 도 11a가 수신기 채널을 나타내는 경우, 0.500 mm(직경)의 수신기 채널 크기에 대해, 예시된 레이아웃은 8.000 mm x 2.000 mm 크기의 칩으로 구현될 수 있다.
다른 어레이 패턴이 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 가능하다. 예를 들어, 엇갈림 어레이보다는, 하기의 형상화된 어레이들, 즉, 정사각형 어레이, 1D 직선 어레이(m×1), 워핑된(warped) 선형(m×1) 어레이, 워핑된 직사각형 m×n 어레이, 또는 임의의 패턴을 갖는 어레이 중 임의의 것이 채용될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "워핑된"은 수신기 채널들 사이의 간격이 불균일한 실시예를 지칭한다. 예를 들어, 중심 부근의 수신기 채널들은 서로 더 가깝게 이격되는 반면, 외부 채널들은 더 멀리 이격된다. 워핑된 레이아웃은 렌즈의 왜곡 곡선(distortion curve)의 보정을 가능하게 할 수 있는 이점을 갖는다(즉, 수신기 채널 시야들 사이의 각도가 물체 공간에서 균일하게 이격됨).
도 11b는, 예를 들어, 도 10에 도시된 수신기 채널(1055)을 나타낼 수 있는 일부 실시예에 따른 단일 마이크로 광학계 수신기 채널(1120)의 단면을 도시한다. 수신기 채널(1120)은 넓은 범위의 파장을 포함하는 입력 광추를 수용하는 역할을 하고, 동작 파장에 중심설정된 그들 파장의 좁은 대역을 제외한 모든 대역을 필터링하며, 픽셀(포토센서)(1171)이 전술된 좁은 파장 대역 내의 광자만을 또는 실질적으로 광자만을 검출하도록 가능하게 한다. 본 개시의 실시예는 수신기 채널에 대한 임의의 특정 구성으로 제한되지 않으며, 채널(1120)은 수신기 채널(1055)로서 구현될 수 있는 수신기 채널의 하나의 예일 뿐이다.
일부 실시예에서, 수신기 채널(1132)은, 광학적으로 투명한 개구부(1144) 및 광학적으로 비투명한 조리개 영역(stop region)(1146)을 포함하는 입력 개구부 층(1140)을 포함한다. 개구부(1144)는 벌크 수신 광학계(1060)와 같은 이미징 광학계의 초점면에 배치될 때 좁은 시야를 한정하도록 구성된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "광학적으로 투명한"은 대부분의 또는 모든 입사 광이 통과하도록 허용하는 재료를 지칭한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "광학적으로 비투명한"은 광이 거의 또는 전혀 통과할 수 없는 재료, 예컨대, 반사 또는 흡수 표면을 지칭한다. 개구부 층(1140)은 입력 주변 광선 라인(1133)을 수신하도록 구성된다. 개구부 층(1140)은 광학적으로 투명한 기판과 같은 단일 모놀리식 피스 상에 형성되는 광학적으로 투명한 개구부 및 광학적으로 비투명한 조리개 영역의 어레이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 개구부 층(1140)은 조리개 영역(1146)을 형성하는 광학적으로 비투명한 재료로부터 형성될 수 있고, 개구부(1144)는 층(1140) 내의 구멍 또는 개구일 수 있다.
일부 실시예에서, 수신기 채널(1120)은 초점 거리에 의해 특징지어지는 시준 렌즈(1151)를 포함하는 광학 렌즈 층(1150)을 포함한다. 시준 렌즈는 개구부(1144) 및 조리개 영역(1146)의 평면으로부터 초점 거리만큼 오프셋될 수 있고, 개구부(1144)와 축방향으로 정렬될 수 있다(즉, 시준 렌즈의 광축이 개구부의 중심과 정렬됨). 이러한 방식으로, 시준 렌즈는, 개구부를 통과한 광선을 시준하여, 광선이 시준 렌즈(1151)의 광축에 대략 평행하게 이동하게 하도록 구성될 수 있다. 광학 렌즈 층(1150)은 크로스 토크를 감소시키기 위해 개구부, 광학적으로 비투명한 영역 및 튜브 구조물을 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 수신기 채널(1132)은 광학 필터(1161), 예컨대, 브래그 반사기(Bragg reflector) 유형 필터 등을 포함하는 광학 필터 층(1160)을 포함한다. 일부 실시예에서, 광학 필터 층은 (개구부 측과는 반대로) 광학 렌즈 층(1150)의 검출기 측에 배치된다. 광학 필터 층은 특정 동작 파장 및 통과대역에서 수직 입사 광자를 통과시키도록 구성된다. 광학 필터 층(1160)은 임의의 수의 광학 필터(1161)를 포함할 수 있다. 광학 필터 층(1160)은 크로스 토크를 감소시키기 위해 개구부, 광학적으로 비투명한 영역 및 튜브 구조물을 선택적으로 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 수신기 채널(1132)은 필터 층 뒤에 배치되는 픽셀(1171)을 포함하는 포토센서 층(1170)을 포함한다. 픽셀은, 예컨대, 표준 포토다이오드, 애벌란시 포토다이오드, SPAD들의 어레이, RCP(공진 공동 포토다이오드(Resonant Cavity Photo-diode)), 또는 다른 적합한 광검출기로 제조된 검출기 활성 영역으로 광자를 검출할 수 있는 포토센서일 수 있다. 포토센서(1171)는, 흔히, 단일의 큰 광자 검출 영역에 비해 더 높은 동적 범위, 더 빠른 응답 시간, 또는 다른 유익한 특성을 갖는, 단일 픽셀로서 작용하도록 함께 협동하는 여러 광자 검출기 영역(예컨대, 각각 상이한 SPAD)으로 구성될 수 있다. 포토센서 층(1170)은 픽셀로 제조된 층을 지칭하고, 검출 효율을 개선하고 이웃한 수신기 구조물과의 크로스 토크를 감소시키기 위한 선택적인 구조물을 포함할 수 있다. 포토센서 층(1170)은 선택적으로 확산기, 수렴 렌즈, 개구부, 광학적으로 비투명한 튜브 스페이서 구조물, 광학적으로 비투명한 원추형 스페이서 구조물 등을 포함할 수 있다.
미광(stray light)이 광학 표면의 조도(roughness), 투명 매체 내의 결함, 후방 반사 등에 의해 초래될 수 있으며, 수신기 채널(1132) 내의 또는 수신기 채널(1132) 외부의 많은 특징부에서 발생될 수 있다. 미광은 시준 렌즈(1151)의 광축에 평행하지 않은 경로를 따라 필터 영역(1161)을 통해 지향될 수 있고; 개구부(1144)와 시준 렌즈(1151) 사이에서 반사될 수 있으며; 대체적으로, 가능하게는 많은 반사 및 굴절을 포함하는 임의의 다른 경로 또는 궤적을 따를 수 있다. 다수의 수신기 채널이 서로 인접하게 배열되는 경우, 하나의 수신기 채널 내의 이러한 미광이 다른 채널 내의 픽셀에 의해 흡수되어, 그에 의해 타이밍, 위상, 또는 광자에 고유한 다른 정보를 오염시킬 수 있다. 따라서, 수신기 채널(1120)은 또한, 크로스토크를 감소시키고 수신기 채널들 사이의 신호를 증가시키기 위한 여러 구조물을 특징으로 할 수 있다. 그러한 구조물 및 다른 적합한 수신기 채널의 예가 그 개시가 모든 목적을 위해 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되는, 2018년 5월 14일자로 출원된, 발명의 명칭이 "Micro-optics for Imaging Module with Multiple Converging Lenses per Channel"인 미국 특허 출원 제15/979,295호에 기재되어 있다.
3. 검출기 어레이(예컨대, SPAD들)
도 12a 및 도 12b는 소정 실시예에 따른 SPAD 기반 포토센서 어레이 층(1200)의 평면도를 도시한다. 도 12a에 도시된 포토센서 어레이 층(1200)은 각각의 개별 센서 채널이, 예를 들어, 수신기 채널(1055)에 대응할 수 있는 센서 채널들(1210)의 2차원 어레이이다. 따라서, 각각의 센서 채널(1210)은 위에서 설명된 바와 같이 SPAD들의 그룹을 포함할 수 있다. 도 12a에 도시된 예에서, 포토센서 어레이(1200)는 총 72개의 개별 센서 채널(1210)을 포함하는 18 x 4 어레이이다. 포토센서 어레이(1200)는 또한 어레이의 상부에 8개의 보정 픽셀(calibration pixel)(1220)을 포함한다. 보정 픽셀(1220)은, 예를 들어, 그들이 임의의 광에 노출되지 않도록 불투명한 표면에 의해 덮일 수 있으며, 그에 따라서 다크 카운트(dark count)를 측정하는 데 사용될 수 있다.
도 12b는 각각의 센서 채널(1210)이 단일 픽셀로서 작용하도록 함께 협동하는 개별 SPAD들(1212)의 그룹(어레이)으로 형성될 수 있음을 예시한 센서 채널들(1210)의 서브세트의 확대도를 도시한다. 그러한 배열은, 광자 검출 이벤트 후에, SPAD가 외부 회로부가 SPAD를 켄칭하여 그가 다시 검출할 준비가 되게 하도록 동작하는 어느 정도의 데드타임(deadtime)을 겪기 때문에, SPAD가 광검출기로서 사용될 때 유리하다. 따라서, 단일 SPAD는 그가 검출할 수 있는 광 강도(광자/초 단위로 측정됨)에 대한 상한을 갖는다. 즉, 단일 SPAD는 켄치 시간(quench time)당 하나의 광자보다 큰 광 강도를 검출할 수 없다. 도 12b에 도시된 바와 같이 다수의 SPAD를 함께 모으는 것은 모든 SPAD가 동시에 포화되지는 않을 것이기 때문에, 검출될 수 있는 전체 강도를 증가시킨다. 따라서, N개의 SPAD들의 집합이 단일 SPAD의 동적 범위를 N회 검출할 수 있다.
4. 방출기 어레이(예컨대, VCSEL들)
도 13a 및 도 13b는 소정 실시예에 따른 방출기 어레이(1300)의 단순화된 평면도 및 측면도를 각각 도시한다. 방출기 어레이(1300)는, 단일 모놀리식 칩(1305) 상에 제조되고, 그의 패턴이 대응하는 센서 칩 상의 포토센서 픽셀과 매칭되는 VCSEL 방출기들(1310)의 2차원 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 방출기 어레이(1300) VCSEL 어레이는 위에서 도 12a에 도시된 중간의 64개의 검출기 채널과 매칭되도록 총 64개의 방출기 채널(1310)에 대해 16 x 4이다. 방출기 어레이(1300)는 어레이(1300) 내의 다양한 방출기를 구동하기 위한 신호가 그를 통해 방출기로 전송될 수 있는 복수의 리드(lead)(1320)를 또한 포함할 수 있다.
도 12a를 참조하여 설명되었던 바와 같이, 광학 방출기들의 모놀리식 VCSEL 어레이는 TX측 마이크로 광학계 패키지 뒤에 그리고 TX측 벌크 광학계 모듈 뒤에 배열될 수 있다. 각각의 VCSEL 방출기는 VCSEL에 의해 방출된 모든 또는 실질적으로 모든 광이 현장 내의 물체로 전송되도록 보장하기 위해, 개구부 층 또는 마이크로 광학계 층의 마이크로 렌즈의 개구수에 의해 한정되는 대응하는 개구부의 직경과 실질적으로 동일한(또는 그보다 약간 더 큰) 초기 직경의 조명 빔을 출력할 수 있다.
5. 벌크 광학계
일부 실시예에서, 본 개시는 대구경 렌즈(fast lens) 시스템(예컨대, f수 = 1.0, 1.2, 또는 1.4) 및/또는 광 레인징 장치가 자동차, 트럭 또는 다른 차량을 위한 자율 주행에서 장애물 검출 및 회피를 위해 사용될 때 접할 가능성이 있는 특정 온도 범위에 걸쳐 수동적 온도 비의존성(passively athermal)인 렌즈 시스템을 갖는 텔레센트릭 광 레인징 장치를 제공한다. 또한, 벌크 광학 시스템은 낮은 초점면 왜곡을 갖고, 광학 요소들 중 하나 이상은, 광학 처리량을 최대화하고 상이한 센서 채널들 사이에서의 표류 반사(stray reflection), 고스팅(ghosting), 및 크로스토크를 감소시키기 위해 AR 코팅될 수 있다. 유리하게는, 광학 시스템은 이미지 공간 텔레센트릭이며, 그에 따라서, 심지어 어레이의 외부 에지 상에 있는 검출기 채널들도, 센서 어레이의 검출기 채널들 각각의 (물체 측으로부터 볼 때) "똑바른(straight on)" 뷰를 제공한다(각각의 주 광선이 초점면에 수직으로 도달함).
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 수동적 온도 비의존성은 어레이 상의 렌즈 시스템에 의해 집속되는 0이 아닌 각도 크기를 갖는 확장된 소스로부터의 광의 스폿 품질이 온도가 변함에 따라 현저히 변하지 않는 광학계 시스템을 설명한다. 렌즈 시스템의 후초점 거리(back focal length)가 변하고, 어레이가 후방 렌즈 요소에 대해 동일한 위치에 유지되는 경우, 어레이 상에서의 광의 스폿 품질이 변할 것이다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 스폿 품질은, 이미지 평면 상에 집속되고 직경이 25㎛인 원에 의해 포함되는, 0.13도의 각도 크기를 갖는 확장된 소스로부터의 광의 분율에 의해 정의될 수 있다. 스폿 품질이 일정 온도 범위 내의 모든 온도에 대해 50%를 초과하여 유지되는 경우, 광기계 시스템이 그러한 온도 범위에 걸쳐 수동적 온도 비의존성인 것으로 간주된다. 열거된 직경 및 각도 크기는 예시적이며, 마이크로 광학계 어레이 내의 개구부의 크기, 시스템의 초점 거리 등에 의존한다.
도 14는 일부 실시예에 따른, 넓은 온도 범위에 걸쳐 열적으로 안정된 이미지 평면을 제공하는 광학 모듈(1400)의 일부분의 단순화된 개략도를 도시한다. 광학 모듈(1400)은 어레이(1410), 벌크 렌즈 시스템(1420), 렌즈 하우징(1430), 및 하우징을 어레이와 기계적으로 결합시키기 위한 마운트(1440)를 포함한다. 광학 모듈(1400)은 광 감지 모듈(330)의 일 실시예(이러한 경우에, 어레이(1410)는 포토센서들의 어레이일 수 있음) 또는 광 방출 모듈(340)의 일 실시예(이러한 경우에, 어레이(1410)는 방출기들의 어레이일 수 있음)를 나타낼 수 있고, 일부 실시예에서, 마운트(1440)는 도 9에 도시된 마운트(905)의 일부분을 나타낼 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따른 광 레인징 장치는 광 감지 모듈로서 제1 광학 모듈(1400)을 그리고 광 방출 모듈로서 제2 모듈(1400)을 포함할 수 있다.
어레이(1410)는 제조(예컨대, 반도체 기판 상에 대량으로 어레이를 형성하는 것, 여기에서 하나의 어레이 내에 복수의 방출기 또는 검출기가 있음)의 용이함을 위해 평면형(예컨대, 10 mm 직경의 디스크에 걸쳐 1 mm 피크-밸리(peak-to-valley) 미만의 완벽한 평면으로부터의 불규칙부를 가짐)일 수 있다. 일부 실시예에서, 어레이(1410)는 광학 모듈(1400)이 광 감지 모듈로서 구현되는지 또는 광 방출 모듈로서 구현되는지에 따라 도 10과 관련하여 위에서 설명된 전송기 마이크로 광학계 패키지(1020) 또는 수신기 마이크로 광학계 패키지(1050)와 같은 마이크로 광학계 구조물을 포함할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 렌즈 시스템(1420)은 제1 렌즈(1422), 제2 렌즈(1424), 제3 렌즈(1426), 및 제4 렌즈(1428)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제3 렌즈 및 제4 렌즈는 렌즈 하우징(1430) 내에 장착된다. 이미저 센서(imager sensor)의 일부로서 구현될 때(즉, 어레이(1410)는 포토센서들의 어레이임), 렌즈 하우징(1430), 렌즈 시스템(1420), 및 마운트(1440)는 일정 온도 범위(예컨대, 섭씨 -40도 내지 섭씨 85도, 섭씨 -50도 내지 섭씨 95도, 섭씨 -35도 내지 섭씨 60도, 섭씨 -40도 내지 섭씨 105도, 섭씨 -45도 내지 섭씨 110도, 또는 섭씨 -35도 내지 섭씨 100도)에 걸쳐 렌즈 시스템으로부터 포토센서 어레이로 광을 수동적으로 집속시키도록 구성된다. 어레이 내에 마이크로 광학계 구조물을 포함하는 실시예에서, 렌즈 시스템(1420)은 렌즈 시스템으로부터 마이크로 광학계 구조물의 개구부 층으로 광을 수동적으로 집속시키도록 구성되고, 이어서 마이크로 광학계 구조물 내의 다양한 마이크로 광학계 구성요소는 각각의 개별 마이크로 광학계 채널에서 수신된 광을 그러한 채널에 대한 대응하는 포토센서에 집속시킬 수 있다.
어레이는 변화하는 온도에 대해 렌즈 시스템의 이미지 평면에 유지될 수 있다. 비용을 감소시키고, 중량을 감소시키며, 그리고/또는 이미지 평면을 어레이에 유지시키도록 재료가 선택될 수 있다. 비용을 감소시키기 위해, 제1 렌즈(1422), 제2 렌즈(1424), 제4 렌즈(1428)는 플라스틱(예컨대, OKP-1)으로 제조될 수 있는 한편, 제3 렌즈(1426)는 (예컨대, 렌즈 시스템의 온도 변화를 감소시키기 위해) 유리로 제조될 수 있다. 제4 렌즈의 정점과 이미지 평면 사이의 공칭 거리는 8 mm이다. 도시된 렌즈 조립체에서, 이미지 평면은 온도가 증가함에 따라 제4 렌즈를 향해 이동한다. 이는 아마도, 온도가 증가함에 따라 플라스틱에 대한 굴절률이 감소하고, 이는 (예컨대, 초점 거리가 렌즈 및 공기의 굴절률 사이의 차이에 반비례하는 렌즈제작자의 방정식에 따르면, 여기에서 공기의 굴절률은 1임; 또한 스넬의 법칙(Snell's Law) 참조) 더 낮은 굴절률을 갖는 렌즈가 더 높은 굴절률을 갖는 유사한 형상의 볼록한 플라스틱 렌즈보다 광을 덜 급격히(즉, 더 긴 초점 거리) 굴절시킬 것이기 때문에, 통상적으로 이미지 평면을 플라스틱 렌즈로부터 멀어지게 밀어낼 것이라는 점을 고려할 때, 반직관적이다. 유리 렌즈와 2개 이상의 플라스틱 렌즈의 조합은, 렌즈 시스템 내의 하나 이상의 플라스틱 렌즈가 온도에 따라 증가하는 초점 거리를 갖더라도, 렌즈 시스템의 유효 초점 거리가 온도의 증가에 따라 감소하도록 할 수 있다.
렌즈 하우징(1430)(예컨대, 폴리카보네이트로 제조됨)은 온도가 증가함에 따라 길어질 수 있다. 일부 실시예에서, 마운트(1440)는 제3 렌즈(1426) 부근에서 렌즈 하우징(1430)에 부착되어, 하우징의 온도가 증가함에 따라 제4 렌즈(1428)가 우측으로 이동하게 한다. 렌즈 하우징(1430)을 어레이(1410)로부터 분리하는 마운트(1440)의 재료는 온도가 증가함에 따라 팽창하여, 렌즈 하우징(1430)을 어레이(1410)로부터 멀어지게(예컨대, 좌측으로) 이동시킨다. 동시에, 렌즈 하우징(1430)은 온도가 증가함에 따라 팽창하여, 제4 렌즈(1428)를 어레이(1410)를 향해(예컨대, 우측으로) 이동시킨다. 또한 동시에, 위에서 설명된 바와 같이, 이러한 후방 초점 시프트는 이미지 평면을 좌측으로 이동시킨다. 하우징 재료 CTE, 마운트 재료 CTE 및 하우징-마운트 인터페이스 위치를 적절히 선택함으로써, 이미지 평면이 온도 범위에 걸쳐 어레이와 거의 동일 공간을 차지하여 유지되도록 후방 초점 시프트가 전술된 하우징 팽창 및 마운트 팽창에 의해 보상될 수 있다.
일부 실시예에서, 마운트(1440)는 유리 렌즈(즉, 일부 실시예에서 제3 렌즈(1426)) 부근에서 렌즈 하우징(1430)과 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 마운트(1440)는 렌즈 시스템(1420)의 초점 거리가 어레이(1410)에 대해(예컨대, 어레이로부터 멀어지게) 이동함에 따라 어레이(1410)에 가장 가까운 렌즈 시스템(1410)의 렌즈(예컨대, 제4 렌즈(1428))가 어레이(1410)에 대해(예컨대, 어레이를 향해) 이동할 수 있도록 유리 렌즈 부근에서 렌즈 하우징(1430)과 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 부근은 유리 렌즈에 가장 가까운, 렌즈 하우징(1430) 외측에 있는 점 또는 선, 그리고/또는 이러한 점 또는 선으로부터 +/- 5 mm 또는 +/- 10 mm 이내일 수 있다.
도 14의 렌즈 시스템의 스폿 품질을 Zemax 광학 설계 프로그램을 사용하여 -5℃ 내지 70℃의 온도 범위에 대해 실험적으로 검증하였다. 일부 실시예에서, LIDAR 유닛의 내측은 환경이 특정 온도 아래로 내려갈 때 의도적으로 가열될 수 있다. 예를 들어, 환경이 -40℃일 때, LIDAR 유닛의 내부 구성요소는 렌즈 시스템을 -5℃ 이상의 온도로 유지시키기 위해 가열될 수 있다. 일부 실시예에서, 광 레인징 장치는 온도 센서, 및 온도 센서에 의해 검출된 바와 같은 온도가 사전결정된 레벨 아래로 떨어질 때 렌즈 시스템을 가열할 수 있는 가열 요소(예컨대, 저항성 히터)를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템(1400)은 적어도 범위가 -40℃ 내지 70℃(100도의 온도 범위)인 온도에서 잘 작동할 것으로 예상될 수 있다. 다양한 실시예에서, 시스템(1400)은 범위가 0℃ 내지 32℃; 0℃ 내지 55℃; -10℃ 내지 32℃; -10℃ 내지 55℃; -20℃ 내지 60℃; -40℃ 내지 85℃; 및 이들의 조합인 온도에 걸쳐 안정된 이미지 평면을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 온도 범위는 -40℃ 내지 105℃(145도의 온도 범위)일 수 있다.
렌즈에 응력을 가하는 것을 회피하기 위해 렌즈 하우징(1430)을 렌즈와 유사한 열 팽창 계수(CTE)를 갖는 재료로 제조하는 것이 흔히 바람직할 수 있다. 하우징 재료를 변경하는 것은 또한, 온도가 증가함에 따라 렌즈 요소들이 이격되는 정도를 변경할 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 하우징(1430)의 재료 CTE는 광학 성능의 감소를 방지하기 위해 실질적으로 변경/조정되지 않는다. 따라서, 렌즈 하우징 재료는 렌즈의 CTE에 가까운 CTE를 가지며; 일부 하우징 재료가 렌즈의 응력이 발생할, 렌즈의 CTE와 충분히 상이한 CTE를 갖는데, 이는 렌즈의 광학 성능의 저하를 초래할 수 있기 때문에, 하우징에 대한 모든 가능한 재료가 고려되지는 않는다.
렌즈 하우징(1430)의 CTE는 일정 온도 범위에 걸쳐 렌즈 시스템(1420)과 매칭되어, 렌즈 시스템(1420)의 초점면이 그러한 온도 범위에 걸쳐 렌즈 하우징(1430)에 대해 안정적이게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 마운트(1440)의 열 계수가 렌즈 시스템(1420) 및/또는 렌즈 하우징(1430)의 열 팽창과 매칭되어, 초점면이 온도 범위에 걸쳐 검출기(예컨대, 검출기 어레이)의 위치에 대해 안정적이게 한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 초점면이 일정 온도 범위에 걸쳐 시스템에 대해 검출기에서 사전결정된 해상도를 유지하는 경우, 그러한 초점면은 그러한 주어진 온도 범위에 걸쳐 "안정적"이라고 한다. 일례로서, 일부 실시예에서, 사전결정된 해상도는 검출기에서 일정 지점에 집속된 광이 25 미크론 원에서 그러한 광의 50%를 갖도록 요구하고, 다른 실시예에서, 사전결정된 해상도는 검출기에서 일정 지점에 집속된 광이 20 미크론 원에서 그러한 광의 80%를 갖도록 요구한다. 마운트(1440)의 재료의 CTE는 마운트(1440)의 재료가 강하고/강하거나 기계적으로 강성임에 주의하여 선택될 수 있다(더 낮은 CTE의 재료가 더 강한 경향이 있음). 이러한 예에서, 후방 초점 시프트가 양(우측)보다는 음(좌측)이라는 사실은 매우 강성인 유리 충전 중합체, 또는 심지어 마그네슘 또는 알루미늄과 같은 금속이 마운트(1440)의 분리 재료에 사용되도록 허용한다.
도 15a, 도 15b, 및 도 15c는 본 개시의 일부 실시예에 따른 광학 모듈(1500)을 도시한다. 광학 모듈(1500)은 4개의 렌즈(그 중 2개의 렌즈(1522 및 1528)만을 도 15a 내지 도 15c에서 볼 수 있음)를 갖는 렌즈 시스템(1520), 및 하우징(1530)을 포함한다. 렌즈 시스템(1520)은, 예를 들어, 렌즈 시스템(1420)일 수 있는 한편, 하우징(1530)은, 예를 들어, 렌즈 하우징(1430)일 수 있다. 이미지 센서가 일반적으로 원형이 아니기 때문에, 조립 시스템(1500)의 렌즈는 일반적으로 원형일 필요가 없다. 예를 들어, 렌즈 조립체(1500)와 연관된 포토센서 어레이가 좁고 높을 수 있으며, 따라서 렌즈는 직사각형 방식으로 클리핑(clipping)될 수 있다. 직사각형의 성형된 중합체 광학계를 제조하는 것이 전형적으로 더 용이하고 더 저렴한 반면, 유리 렌즈를 직사각형 형상으로 연삭하는 것이 더 많은 비용이 들 수 있다. 제3 렌즈(도 15a 내지 도 15c에 도시되지 않음)의 직경은 렌즈 시스템의 최소 폭을 한정하여, 그에 의해 직사각형 형상의 일부를 한정할 수 있다. 원형 유리 요소 및 직사각형의 성형된 중합체 광학계를 사용함으로써, 렌즈 조립체(1500)는 제조하기에 비교적 용이하고 저렴할 수 있다.
일부 실시예에서, 2개의 하우징은 가능한 한 서로 가깝게(예컨대, 맞닿게) 놓이며, 이는 유리 렌즈(예컨대, 렌즈 3)를 작게 유지시킬 또 다른 이유이다. 예를 들어, 광 레인징 장치는 제1 하우징 내에 장착되는 제1 렌즈 시스템, 제2 하우징 내에 장착되는 제2 렌즈 시스템, 센서 어레이, 및 방출기 어레이를 포함할 수 있다. 제1 렌즈 시스템, 제1 하우징, 및 센서 어레이는 제1 유닛을 형성할 수 있다. 제2 렌즈 시스템, 제2 하우징, 및 방출기 어레이는 제2 유닛을 형성할 수 있다. 제1 유닛 및 제2 유닛은 가능한 한 가깝게 나란히 배치되어(예컨대, 일부 실시예에서는 2.5 cm 이하로 그리고 다른 실시예에서는 5.0 cm 이하로 이격됨), 제2 유닛으로부터 방출되고 반사/산란된 광이 방출기 어레이로부터의 제2 렌즈 시스템 투사 광과 유사한 시야에서 제1 유닛에 의해 집광되게 할 수 있다.
렌즈 시스템(1520)은 대구경 렌즈 시스템으로 설계될 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈 시스템(1520)의 f수는 1.0 내지 2.4(예컨대, 1.2)이다. 센서 어레이의 스폿 크기는 20 μm 원에서 광의 80%를 가질 수 있다. 또한, 렌즈 시스템(1520)은 100 mm, 50 mm, 35 mm, 및/또는 20 mm 이하, 및/또는 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 및/또는 25 mm 이상의 트랙 길이를 가질 수 있다.
다양한 경우에, 본 개시에 따른 벌크 렌즈 시스템은 2개 이상의 플라스틱 렌즈 및 적어도 하나의 유리 렌즈; 2개 이상의 플라스틱 렌즈; 및/또는 하나 이상의 유리 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로 광학계 구조물은 위에서 설명된 바와 같이 어레이의 일부로서 포함될 수 있다. 마이크로 광학계는 어레이 상의 상이한 방출기 및/또는 검출기에 대해 상이하게 광을 변조할 수 있는 반면, 벌크 렌즈 시스템은 전체 어레이에 대해 광을 변조한다. 일부 실시예에서, 각각의 개별 어레이 요소에 대해 하나 이상의 마이크로 광학계 요소가 있다.
도 16a는, 예를 들어, 광학 모듈(1500)일 수 있는 광학 모듈(1600)의 일 실시예의 평면도를 도시한다. 단면 A-A가 도 16a에서 식별된다. 도 16b는 단면 A-A의 일 실시예를 도시한다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 광학 모듈(1600)은 요소(1622)(예컨대, 렌즈 1), 요소(1624)(예컨대, 렌즈 2), 요소(1626)(예컨대, 렌즈 3), 및 요소(1628)(예컨대, 렌즈 4)를 포함하는 4개의 광학 요소; 및 하우징(1630)을 포함한다. 도 16c는 단면 A-A의 확대된 부분을 도시한다. 이러한 확대된 부분은 렌즈(1624) 및 렌즈(1626)가 하우징(1630) 내에 장착될 수 있는 방법의 일례를 보여준다. 렌즈 시스템(1600)의 구경 조리개(aperture stop)(1625)는 렌즈(1624)와 렌즈(1626) 사이에 있다. 구경 조리개(1625)는 하우징 내에 렌즈(1624)를 고정시키는 데 사용될 수 있다.
도 16d는 렌즈 조립체(1600)의 일 실시예의 측면도를 도시한다. 단면 B-B가 도 16d에서 식별된다. 도 16e는 단면 B-B의 일 실시예를 도시한다. 렌즈 1, 렌즈 2, 렌즈 3, 렌즈 4, 및 하우징이 도시되어 있다.
도 17a는 제1 렌즈(렌즈(1522))의 일 실시예의 단면을 도시한다. 제1 렌즈는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 갖는다. 렌즈(1522)의 제1 표면(S1) 및 렌즈(1)의 제2 표면(S2)은 구면이다. 제1 렌즈의 제1 표면(S1)은 볼록한 표면일 수 있다. 제1 렌즈의 제2 표면(S2)은 오목한 표면일 수 있다. 좌측으로부터 우측으로 이동하는 광이 제1 렌즈에 의해 집속될 수 있다. 제1 렌즈의 제1 표면은 렌즈 시스템에 대한 광을 집광시키기 위해(예컨대, 렌즈 시스템의 f수를 감소시키기 위해) 제1 렌즈의 제2 표면보다 클 수 있다.
도 17b는 제2 렌즈(렌즈(1524))의 일 실시예의 단면을 도시한다. 제2 렌즈는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 갖는다. 렌즈(1524)의 제1 표면(S1) 및 렌즈 2의 제2 표면(S2)은 비구면이다. 제2 렌즈의 제1 표면(S1)은 볼록한 표면일 수 있다. 제2 렌즈의 제2 표면(S2)은 평면형이거나, 약간 볼록하거나, 또는 약간 오목할 수 있다. 좌측으로부터 우측으로 이동하는 광이 제2 렌즈에 의해 탈집속(defocusing)될 수 있다.
도 17c는 제3 렌즈(렌즈(1526))의 일 실시예의 단면을 도시한다. 제3 렌즈는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 갖는다. 렌즈(1526)의 제1 표면(S1) 및 렌즈 3의 제2 표면(S2)은 구면이다. 예로서, 제3 렌즈는 10 mm 이상 및 20 mm 이하(예컨대, 11 mm, 11.5 mm, 12 mm, 12.5 mm, 13 mm, 13.5 mm, 14 mm, 및/또는 14.5 mm)의 폭(예컨대, 직경)을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제3 렌즈는 고굴절률 유리이다. 일부 실시예에서, 유리의 굴절률은 100도의 온도 범위에 대해 변하지 않는다(예컨대, 0.05% 이하만큼 변함). 제3 렌즈의 제1 표면(S1)은 평면형이거나, 약간 볼록하거나, 또는 약간 오목할 수 있다. 제3 렌즈의 제2 표면(S2)은 볼록할 수 있다. 좌측으로부터 우측으로 이동하는 광이 제3 렌즈에 의해 시준되거나 약간 집속될 수 있다.
도 17d는 제4 렌즈(렌즈(1528))의 일 실시예의 단면을 도시한다. 제4 렌즈는 제1 표면(S1) 및 제2 표면(S2)을 갖는다. 렌즈 4의 제1 표면(S1) 및 렌즈 4의 제2 표면(S2)은 비구면이다. 제4 렌즈의 제1 표면(S1)은 볼록할 수 있다. 제3 렌즈의 제2 표면(S2)은 볼록할 수 있다. 좌측으로부터 우측으로 이동하는 광이 어레이에 집속될 수 있다.
플라스틱 렌즈와 유리 렌즈를 혼합함에 더하여 비구면 렌즈와 구면 렌즈를 혼합함으로써, 경제적인, 가벼운, 콤팩트한, 그리고/또는 온도 비의존성인 광 레인징 장치가 자율 주행 차량용으로 제조될 수 있다.
일부 실시예에서, 렌즈 시스템은 고정 초점 거리(예컨대, 일정한 온도에 있는 동안의 고정 초점 거리; 줌 렌즈가 아님)를 갖는다. 일부 실시예에서, 렌즈 시스템은 렌즈 시스템의 크기, 중량, 부품의 수, 및/또는 복잡성을 감소시키기 위해 고정 초점 거리를 갖는다.
도 18은 3개의 렌즈, 즉, 제1 렌즈(1822); 제2 렌즈(1824); 및 제3 렌즈(1826)를 갖는 광학 모듈(1800)의 실시예를 도시한다. 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈는 하우징(1830) 내에 장착된다. 커넥터(1805)가 하우징을 센서(1810)(예컨대, 어레이 내의 센서)와 결합시킨다. 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈는 플라스틱(예컨대, OKP-1)으로 제조될 수 있다. 제1 렌즈, 제2 렌즈, 및 제3 렌즈는 렌즈 시스템(1810)의 일부이다. 렌즈 시스템(1810)은 50℃의 온도 범위(예컨대, 0℃ 내지 50℃)에 걸쳐 약 105 μm의 초점 시프트를 갖는 것으로 추정된다. 렌즈 시스템(1810)의 초점면을 어레이에 유지시키기 위해, 하우징(1830)이 높은 CTE 재료로 제조될 수 있고, 그리고/또는 마운트(1840)가 렌즈(1822) 부근에 부착된다. 도 18의 실시예에서, 폴리카보네이트(CTE = 70 ppm/C)가 사용되고, 마운트(1840)는 어레이로부터 25 mm 내지 35 mm만큼 떨어져 하우징(1830)에 부착된다. 어레이(1810)로부터 30 mm만큼 떨어져 하우징에 부착되는 마운트(1840), 하우징(1830)의 열 팽창으로 인한 렌즈 시스템(1810)의 렌즈의 이동, 마운트(1840)의 열 팽창으로 인한 하우징(1830)의 이동, 및/또는 온도 변화로 인한 렌즈 시스템(1810)의 초점 시프트의 조합이 렌즈 시스템의 초점면을 어레이와 정렬시키도록 매칭된다.
본 발명의 예시적인 실시예의 위의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 그것은 철저하거나 본 발명을 설명된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않으며, 위의 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 이들 실시예는, 본 발명의 원리 및 그의 실제 응용을 설명하여, 그에 의해 당업자가 다양한 실시예에서 그리고 고려되는 특정 사용에 적합한 바와 같은 다양한 수정으로 본 발명을 이용할 수 있게 하기 위해 선택되고 설명되었다.
일례로서, 위에서 설명된 다양한 실시예 및 예는 주로, 자동차 또는 다른 도로 차량 사용 사례에 대한 3D 감지의 상황 내에서의 광 레인징의 응용에 중점을 두었지만, 본 명세서에 개시된 시스템은 본 개시의 범주로부터 벗어남이 없이 임의의 응용에서 사용될 수 있다. 본 개시에 따른 LIDAR 시스템의 작은, 또는 심지어 아주 작은 폼 팩터는, 예컨대, 솔리드 스테이트 광 레인징 시스템에 대한 다수의 추가의 사용 사례를 가능하게 한다. 특정 예로서, 시스템은 이동 전화, 태블릿 PC, 랩톱, 데스크톱 PC와 같은 장치 내의 또는 다른 주변 장치 및/또는 사용자 인터페이스 장치 내의 3D 카메라 및/또는 깊이 센서에 사용될 수 있다. 다른 예로서, 안면 인식 및 안면 추적 기능, 안구 추적 기능, 및/또는 물체의 3D 스캐닝을 지원하기 위해 하나 이상의 실시예가 모바일 장치 내에 채용될 수 있다. 다른 사용 사례는 모바일 장치에서의 증강 및 가상 현실 응용을 위한 전방 지향 깊이 카메라를 포함한다.
다른 응용은 비행기, 헬리콥터, 드론 등과 같은 공중 운송 수단 상에 하나 이상의 시스템을 배치하는 것을 포함한다. 그러한 예는 3D 감지 및 깊이 이미징을 제공하여, 내비게이션(자율 또는 다른 방식)을 돕고/돕거나 추후 분석을 위한, 예컨대, 지구 물리학적, 건축학적, 및/또는 고고학적 분석을 지원하기 위한 3D 맵을 생성할 수 있다. 시스템은 또한, 건물, 벽, 기둥, 교량, 비계(scaffolding) 등과 같은 고정 물체 및 구조물에 장착될 수 있다. 그러한 경우에, 시스템은 제조 시설, 조립 라인, 산업 시설, 건설 현장, 굴착 현장, 도로, 철도, 교량 등과 같은 실외 영역을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 또한, 시스템은 실내에 장착될 수 있고, 건물 내에서의 사람 및/또는 물체의 이동, 예를 들어, 창고 내에서의 재고품의 이동 또는 사무실 건물, 공항, 기차역 내에서의 사람, 수하물, 또는 물품의 이동 등을 모니터링하는 데 사용될 수 있다.
다른 예로서, 위의 다양한 예가 본 개시의 일부 실시예에 따른 LIDAR 시스템 내의 방출기로서 IR 또는 근적외선 파장의 레이저를 포함하였지만, 본 개시의 실시예는 방출기에 대해 임의의 특정 파장의 광 또는 다른 유형의 방사선으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 방출기는, 수중 응용에 특히 적합할 수 있는, 녹색(532 nm) 파장을 포함하는 임의의 적합한 알려진 동작 파장, 또는 대기 LIDAR 시스템에 특히 유용할 수 있는 UV 파장을 갖는 펄스를 생성하는 레이저일 수 있다. 본 개시의 이익을 얻는 당업자에 의해 인식될 바와 같이, 광 레인징 시스템의 많은 상이한 응용이 가능하며, 따라서, 본 명세서에서 제공된 예는 예시적인 목적으로만 제공되고, 그러한 시스템의 사용을 단지 명시적으로 개시된 예로 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
위에서 설명된 특정 실시예의 특정 상세 사항은 본 발명의 실시예의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예는 각각의 개별적인 양태, 또는 이들 개별적인 양태의 특정 조합에 관한 특정 실시예에 관한 것일 수 있다. 예를 들어, 어레이 상에서의 스폿 크기를 감소시키기 위해, 4개 초과의 렌즈가 사용될 수 있고, 더 많은 비구면 표면의 사용, 및/또는 다수의 유형의 플라스틱의 사용이 사용될 수 있다. 다른 예로서, 일부 실시예에서, 만곡된 검출기 및/또는 방출기가 사용될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 4개 대신에 3개의 렌즈(예컨대, 2개의 렌즈 플라스틱 및 1개의 렌즈 유리)가 사용된다. 이들 예 및 다른 것들이 본 개시의 범주 내에 포함된다.

Claims (80)

  1. 광 레인징 시스템으로서,
    샤프트;
    제1 회로 보드 조립체 - 상기 제1 회로 보드 조립체는 상기 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -;
    상기 샤프트에 회전식으로 결합되는 제2 회로 보드 조립체 - 상기 제2 회로 보드 조립체는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 상기 복수의 로터 요소는 상기 복수의 로터 요소가 상기 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 상기 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 배열됨 -;
    상기 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 결합되는 광 레인징 장치 - 상기 광 레인징 장치는 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 상기 주위 환경 내의 상기 물체로부터 반사되는 상기 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 상기 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 및
    상기 제2 회로 보드 조립체 또는 상기 제1 회로 보드 조립체 중 어느 하나 상에 배치되고, 상기 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 상기 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 상기 샤프트를 중심으로 하는 상기 제2 회로 보드 조립체의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로를 포함하는, 광 레인징 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 로터 요소 및 상기 복수의 스테이터 요소는 상기 샤프트 주위에 대칭으로 배열되는, 광 레인징 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 회로 보드 조립체는, 상기 제2 회로 보드 조립체의 회로 보드 상에 배치되고 상기 샤프트 주위에 대칭으로 배열되는 복수의 광학 업링크 수신기를 추가로 포함하고, 상기 제1 회로 보드 조립체는, 상기 제1 회로 보드 조립체의 회로 보드 상에 배치되고 상기 샤프트 주위에 대칭으로 배열되는 복수의 광학 업링크 전송기를 추가로 포함하는, 광 레인징 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스테이터 요소는 복수의 솔레노이드 코일을 포함하고, 상기 복수의 솔레노이드 코일들 각각은 상기 샤프트 주위에 링으로 배열되는, 광 레인징 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 스테이터 요소들 각각은 상기 제1 회로 보드 조립체에 수직인 종축을 갖고, 자성 재료의 코어 주위에 권취되는 솔레노이드 코일을 포함하며, 상기 복수의 로터 요소 내의 각각의 로터 요소는 상기 로터 요소에 인접한 자석의 자극과 반대로 배열되는 자극을 갖는 자석을 포함하는, 광 레인징 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 복수의 스테이터 요소 내의 스테이터 요소의 수는 3의 배수이고, 상기 광 레인징 시스템은, 상기 복수의 스테이터 요소에 결합되고, 상기 복수의 스테이터 요소에 3상 교류 신호를 제공하도록 구성되는 모터 드라이버 회로를 추가로 포함하는, 광 레인징 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 복수의 스테이터 요소는 상기 샤프트 주위에 링으로 배열되는 복수의 영구 자석을 포함하고, 상기 복수의 로터 요소는 상기 복수의 영구 자석 바로 반대편에서 상기 샤프트 주위에 링으로 배열되는 복수의 솔레노이드 코일을 포함하는, 광 레인징 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 회로 보드 조립체는 상기 광 레인징 장치로부터 상기 샤프트 내의 중심 구멍을 통해 레인징 데이터를 전송하도록 구성되는 광학 다운링크 전송기를 추가로 포함하고, 상기 제1 회로 보드 조립체는 상기 광학 다운링크 전송기로부터 상기 샤프트 내의 상기 중심 구멍을 통해 레인징 데이터를 수신하도록 구성되는 광학 다운링크 수신기를 추가로 포함하는, 광 레인징 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 회로 보드 조립체는 상기 제2 회로 보드 조립체에 전기적으로 연결되는 상기 광 레인징 장치에 전력을 전송하도록 구성되는 무선 전력 전송 서브시스템을 포함하고, 상기 무선 전력 전송 서브시스템은, 상기 제1 회로 보드 조립체 상에 배치되고 상기 샤프트 주위에 배치되는 전송기 코일을 포함하며,
    상기 제2 회로 보드 조립체는 상기 무선 전력 전송 서브시스템으로부터 전력을 수신하도록 구성되는 무선 전력 수신기 서브시스템을 포함하고, 상기 무선 전력 수신기 서브시스템은, 상기 제2 회로 보드 조립체 상에 배치되고 상기 샤프트 주위에 배치되는 수신기 코일을 포함하는, 광 레인징 시스템.
  10. 광 레인징 시스템으로서,
    광학적으로 투명한 윈도우 및 베이스를 갖는 고정 인클로저;
    상기 인클로저 내에 배치되는 중공 샤프트;
    상기 중공 샤프트에 결합되는 베어링 시스템;
    상기 인클로저 내에 배치되고, 상기 중공 샤프트에 수직인 제1 평면과 평행한 제1 회로 보드 조립체 - 상기 제1 회로 보드 조립체는 상기 제1 회로 보드 조립체의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 환형으로 배열되는 복수의 균일하게 이격된 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -;
    상기 제1 평면에 평행하게 상기 인클로저 내에 배치되고, 상기 베어링 시스템에 의해 상기 샤프트에 회전식으로 결합되는 제2 회로 보드 조립체 - 상기 제2 회로 보드 조립체는 복수의 균일하게 이격된 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 상기 복수의 균일하게 이격된 로터 요소는 상기 복수의 로터 요소가 상기 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 상기 제2 회로 보드 조립체의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 환형으로 배열됨 -;
    상기 고정 인클로저 내에서 상기 제2 회로 보드 조립체와 함께 회전하도록 결합되는 광 레인징 장치 - 상기 광 레인징 장치는 상기 윈도우를 통해 주위 환경 내의 물체에 광 펄스를 전송하도록 구성되는 광원, 및 상기 주위 환경 내의 상기 물체로부터 반사되는, 상기 윈도우를 통해 수신된 상기 광 펄스의 반사된 부분을 검출하고 상기 광 펄스의 반사된 부분에 기초하여 레인징 데이터를 계산하도록 구성되는 검출기 회로부를 포함함 -; 및
    상기 제2 회로 보드 조립체 또는 상기 제1 회로 보드 조립체 중 어느 하나 상에 배치되고, 상기 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 상기 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 상기 샤프트를 중심으로 하는 상기 제2 회로 보드 조립체 및 상기 광 레인징 장치의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로를 포함하는, 광 레인징 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 중공 샤프트를 통해 상기 제1 회로 보드 조립체와 상기 제2 회로 보드 조립체 사이에서 데이터를 광학적으로 전송하도록 구성되는 제1 광학 통신 채널 - 상기 제1 광학 통신 채널은 상기 제1 회로 보드 조립체 상에 배치된 회로부에 결합되는 제1 광학 구성요소, 및 상기 제2 회로 보드 조립체 내에 배치된 회로부에 결합되는 제2 광학 구성요소를 포함함 -; 및
    상기 중공 샤프트를 둘러싸고, 상기 제1 회로 보드 조립체와 상기 제2 회로 보드 조립체 사이에서 데이터를 광학적으로 전송하도록 구성되는 제2 환형 광학 통신 채널 - 상기 환형 광학 통신 채널은 상기 제1 회로 보드 조립체 상에 배치된 회로부에 결합되는 제1 환형 광학 구성요소, 및 상기 제2 회로 보드 조립체 내에 배치된 회로부에 결합되는 제2 환형 광학 구성요소를 포함함 - 을 추가로 포함하는, 광 레인징 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 광학 통신 채널은 상기 광 레인징 장치로부터 상기 제1 회로 보드 서브조립체에 결합된 프로세서로 레인징 데이터를 전송하도록 구성되는 다운링크 채널이고, 상기 제2 광학 통신 채널은 상기 프로세서로부터 상기 광 레인징 장치로 제어 신호를 전송하도록 구성되는 업링크 채널인, 광 레인징 시스템.
  13. 제10항에 있어서, 상기 제1 회로 보드 조립체에 결합되는 열 확산 요소를 추가로 포함하고, 상기 광 레인징 시스템의 구성요소는 상기 베어링 시스템 및 상기 열 확산 요소를 통해 상기 제2 회로 보드 조립체로부터 상기 베이스로 열을 전도하도록 구성되는, 광 레인징 시스템.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 균일하게 이격된 스테이터 요소들 각각은 상기 제1 회로 보드 조립체에 수직인 종축을 갖고, 자성 재료의 코어 주위에 권취되는 솔레노이드 코일을 포함하며, 상기 복수의 균일하게 이격된 로터 요소 내의 각각의 로터 요소는 상기 로터 요소에 인접한 자석의 자극과 반대로 배열되는 자극을 갖는 자석을 포함하는, 광 레인징 시스템.
  15. 광 레인징 시스템으로서,
    종축을 갖는 샤프트;
    제1 회로 보드 - 상기 제1 회로 보드는 상기 제1 회로 보드의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함하는 스테이터 조립체를 포함함 -;
    상기 샤프트에 회전식으로 결합되고, 상기 제1 회로 보드와 대향 관계로 그로부터 이격되는 제2 회로 보드 - 상기 제2 회로 보드는 복수의 로터 요소를 포함하는 로터 조립체를 포함하고, 상기 복수의 로터 요소는 상기 복수의 로터 요소가 상기 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 상기 제2 회로 보드의 표면 상에서 상기 샤프트 주위에 배열됨 -;
    상기 제2 회로 보드 또는 상기 제1 회로 보드 중 어느 하나 상에 배치되고, 상기 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 상기 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 상기 샤프트의 종축을 중심으로 하는 상기 제2 회로 보드의 회전을 구동시키도록 구성되는 스테이터 드라이버 회로; 및
    전파 시간(time-of-flight) 광 레인징 장치 - 상기 광 레인징 장치는 상기 제2 회로 보드에 기계적으로 결합되어, 상기 제2 회로 보드와 함께 회전함 - 를 포함하는, 광 레인징 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 회로 보드는 상기 제1 회로 보드에 기계적으로 결합되고 평행하게 배치된 추가 회로 보드를 포함하는 제1 회로 보드 조립체의 일부이고, 상기 제2 회로 보드는 상기 제2 회로 보드에 기계적으로 결합되고 평행하게 배치되는 추가 회로 보드를 포함하는 제2 회로 보드 조립체의 일부인, 광 레인징 시스템.
  17. 광 레인징 시스템으로서,
    회전축을 갖는 샤프트;
    상기 회전축에 수직으로 배열된 제1 회로 보드 - 상기 제1 회로 보드는 상기 제1 회로 보드의 표면 상의 상기 샤프트 주위에 배열되는 복수의 스테이터 요소를 포함함 -;
    상기 샤프트에 회전식으로 결합되고 상기 제1 회로 보드로부터 이격되어 평행한 제2 회로 보드 - 상기 제2 회로 보드는 상기 복수의 로터 요소가 상기 복수의 스테이터 요소와 정렬되고 그로부터 이격되도록 상기 제2 회로 보드의 표면 상의 상기 샤프트 주위에 배열되는 복수의 로터 요소를 포함함 -;
    상기 복수의 스테이터 요소에 전기적으로 결합되어 상기 복수의 스테이터 요소에 구동 신호를 제공하여, 그에 의해 상기 복수의 로터 요소에 전자기력을 부여하여, 상기 샤프트의 종축을 중심으로 하는 상기 제2 회로 보드의 회전을 구동시키는 스테이터 드라이버 회로; 및
    전파 시간 광 레인징 장치 - 상기 광 레인징 장치는 상기 제2 회로 보드에 기계적으로 결합되어, 상기 제2 회로 보드와 함께 회전하고, 상기 전파 시간 광 레인징 장치는 복수의 광 방출기 및 복수의 광 센서를 포함하고, 상기 복수의 광 방출기는 광 레인징 시스템 외부의 필드로 정밀하게 타이밍된(timed) 펄스들을 방출하고, 다시 상기 광 레인징 장치로의 필드 내의 물체로부터의 펄스들의 반사는 상기 복수의 광 센서에 의해 검출되어 방출과 검출 사이의 경과 시간이 상기 물체까지의 거리를 계산하는데 사용될 수 있도록 함 - 를 포함하는, 광 레인징 시스템.
  18. 제17항에 있어서, 상기 샤프트는 중공이며 상기 시스템은 상기 중공 샤프트를 통해 상기 제1 회로 보드와 상기 제2 회로 보드 사이의 제1 통신 채널을 더 포함하는, 광 레인징 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 상기 샤프트로부터 이격된 위치에 상기 제1 회로 보드와 상기 제2 회로 보드 사이의 제2 통신 채널을 더 포함하고, 상기 제2 통신 채널은 상기 제1 회로 보드 또는 제2 회로 보드 중 하나 상에 장착된 수신기 및 상기 제1 회로 보드 또는 제2 회로 보드 중 다른 하나 상에 장착되며 상기 수신기와는 대향 관계로 배치되는 전송기를 포함하는, 광 레인징 시스템.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 회로 보드에 장착된 무선 전력 전송기 및 상기 제2 회로 보드에 장착되며 상기 무선 전력 전송기와는 대향 관계로 배치된 무선 전력 수신기를 포함하는 무선 전력 시스템; 및
    상기 제1 회로 보드 또는 제2 회로 보드 중 하나 상에 장착된 인코더 스트립 및 상기 제1 회로 보드 또는 제2 회로 보드 중 다른 하나 상에 장착되며 상기 인코더 스트립과는 대향 관계로 배치된 인코더 판독기
    를 더 포함하는, 광 레인징 시스템.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 삭제
  31. 삭제
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 삭제
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 삭제
  41. 삭제
  42. 삭제
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 삭제
  48. 삭제
  49. 삭제
  50. 삭제
  51. 삭제
  52. 삭제
  53. 삭제
  54. 삭제
  55. 삭제
  56. 삭제
  57. 삭제
  58. 삭제
  59. 삭제
  60. 삭제
  61. 삭제
  62. 삭제
  63. 삭제
  64. 삭제
  65. 삭제
  66. 삭제
  67. 삭제
  68. 삭제
  69. 삭제
  70. 삭제
  71. 삭제
  72. 삭제
  73. 삭제
  74. 삭제
  75. 삭제
  76. 삭제
  77. 삭제
  78. 삭제
  79. 삭제
  80. 삭제
KR1020207019605A 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템 KR102605257B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237039658A KR20230169368A (ko) 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템

Applications Claiming Priority (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762596018P 2017-12-07 2017-12-07
US62/596,018 2017-12-07
US16/209,879 2018-12-04
US16/209,867 US10481269B2 (en) 2017-12-07 2018-12-04 Rotating compact light ranging system
US16/209,875 2018-12-04
US16/209,879 US11353556B2 (en) 2017-12-07 2018-12-04 Light ranging device with a multi-element bulk lens system
US16/209,867 2018-12-04
US16/209,875 US11340336B2 (en) 2017-12-07 2018-12-04 Rotating light ranging system with optical communication uplink and downlink channels
US16/209,869 2018-12-04
US16/209,869 US10969490B2 (en) 2017-12-07 2018-12-04 Light ranging system with opposing circuit boards
PCT/US2018/064328 WO2019113368A1 (en) 2017-12-07 2018-12-06 Rotating compact light ranging system

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237039658A Division KR20230169368A (ko) 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200097306A KR20200097306A (ko) 2020-08-18
KR102605257B1 true KR102605257B1 (ko) 2023-11-24

Family

ID=66696685

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207019605A KR102605257B1 (ko) 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템
KR1020237039658A KR20230169368A (ko) 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237039658A KR20230169368A (ko) 2017-12-07 2018-12-06 회전식 소형 광 레인징 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (6) US10481269B2 (ko)
EP (1) EP3721262A4 (ko)
JP (2) JP7277461B2 (ko)
KR (2) KR102605257B1 (ko)
CN (3) CN110892289A (ko)
DE (3) DE202018006690U1 (ko)

Families Citing this family (83)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9992477B2 (en) * 2015-09-24 2018-06-05 Ouster, Inc. Optical system for collecting distance information within a field
US10627490B2 (en) 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
DE112017002491T5 (de) * 2016-05-16 2019-02-28 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Drahtlose energieversorgungsvorrichtung, telemetrisches messsystem, rotationsmaschine, system zur drahtlosen energieversorgung eines rotierenden körpers, und turbinensystem
US10393877B2 (en) 2016-06-01 2019-08-27 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
US10502574B2 (en) * 2016-09-20 2019-12-10 Waymo Llc Devices and methods for a sensor platform of a vehicle
US10277084B1 (en) 2016-10-19 2019-04-30 Waymo Llc Planar rotary transformer
KR102380216B1 (ko) 2016-11-29 2022-03-28 블랙모어 센서스 앤드 애널리틱스, 엘엘씨 포인트 클라우드 데이터 세트에서 객체의 분류를 위한 방법 및 시스템
EP3548926B1 (en) 2016-11-30 2024-05-29 Aurora Operations, Inc. Method and system for adaptive scanning with optical ranging systems
JP2019537012A (ja) 2016-11-30 2019-12-19 ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス インク． ドップラー検出および光チャープ距離検出のドップラー補正のための方法およびシステム
KR102254466B1 (ko) 2016-11-30 2021-05-20 블랙모어 센서스 앤드 애널리틱스, 엘엘씨 광학 거리 측정 시스템을 이용한 자동적인 실시간 적응형 스캐닝 방법과 시스템
DE102017101945A1 (de) * 2017-02-01 2018-08-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Messanordnung mit einem optischen Sender und einem optischen Empfänger
US10422880B2 (en) 2017-02-03 2019-09-24 Blackmore Sensors and Analytics Inc. Method and system for doppler detection and doppler correction of optical phase-encoded range detection
US10386465B2 (en) 2017-03-31 2019-08-20 Velodyne Lidar, Inc. Integrated LIDAR illumination power control
WO2018208843A1 (en) 2017-05-08 2018-11-15 Velodyne Lidar, Inc. Lidar data acquisition and control
US10401495B2 (en) 2017-07-10 2019-09-03 Blackmore Sensors and Analytics Inc. Method and system for time separated quadrature detection of doppler effects in optical range measurements
US10481269B2 (en) * 2017-12-07 2019-11-19 Ouster, Inc. Rotating compact light ranging system
DE102017222971A1 (de) * 2017-12-15 2019-07-11 Ibeo Automotive Systems GmbH LIDAR Empfangseinheit
DE102018101846A1 (de) * 2018-01-26 2019-08-01 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten
DE102018102601A1 (de) * 2018-02-06 2019-08-08 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
DE102018202246A1 (de) * 2018-02-14 2019-08-14 Robert Bosch Gmbh LiDAR-System, Betriebsverfahren für ein LiDAR-System und Arbeitsvorrichtung
JP7110209B2 (ja) 2018-03-20 2022-08-01 モービルアイ ビジョン テクノロジーズ リミテッド システム及び方法
DE102018204708A1 (de) * 2018-03-28 2019-10-02 Robert Bosch Gmbh Makroskopische Lidar-Vorrichtung
EP3756032A4 (en) * 2018-04-09 2021-12-01 Sense Photonics, Inc. AUTOMATIC GAIN CONTROL FOR LIDAR FOR AUTONOMOUS VEHICLES
WO2019209727A1 (en) 2018-04-23 2019-10-31 Blackmore Sensors and Analytics Inc. Method and system for controlling autonomous vehicle using coherent range doppler optical sensors
US11099579B2 (en) * 2018-05-31 2021-08-24 Nissan North America, Inc. System for determining the number of remote vehicles following a host vehicle
JP2020003256A (ja) * 2018-06-26 2020-01-09 株式会社デンソー 距離測定装置
EP3854646B1 (en) 2018-08-14 2024-05-29 Mobileye Vision Technologies Ltd. Systems and methods for navigating with safe distances
DE102018214581A1 (de) * 2018-08-29 2020-04-09 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung
US10712434B2 (en) 2018-09-18 2020-07-14 Velodyne Lidar, Inc. Multi-channel LIDAR illumination driver
WO2020063905A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. Range-finding system and method for data communication within the same
CA3118591A1 (en) * 2018-11-05 2020-05-14 General Dynamics Land Systems - Canada Corporation D.B.A. General Dynamics Mission Systems - Canada Apparatus, system and method for wireless slip ring data transmission
WO2020142316A1 (en) * 2019-01-04 2020-07-09 Blackmore Sensors & Analytics Llc Lidar apparatus with rotatable polygon deflector having refractive facets
US11822010B2 (en) 2019-01-04 2023-11-21 Blackmore Sensors & Analytics, Llc LIDAR system
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror
US10679530B1 (en) * 2019-02-11 2020-06-09 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Systems and methods for mobile projection in foggy conditions
JP6813042B2 (ja) * 2019-02-27 2021-01-13 富士ゼロックス株式会社 発光装置、発光デバイス、光学装置及び情報処理装置
CA3130198C (en) * 2019-05-16 2022-05-17 Darel Mesher System and method for generating and interpreting point clouds of a rail corridor along a survey path
US10732268B1 (en) * 2019-05-21 2020-08-04 Pony Ai Inc. Systems and methods for enclosure alignment
US10768284B1 (en) * 2019-05-22 2020-09-08 Pony Ai Inc. Systems and methods for using audio cue for alignment
TWI786311B (zh) * 2019-07-04 2022-12-11 先進光電科技股份有限公司 行動載具輔助系統及其停車控制方法
US11089672B1 (en) * 2019-08-13 2021-08-10 Radiation Detection and Imaging Technologies, LLC Radiation beam window assembly comprising fiber bound core panels and methods for the same
EP4025934A4 (en) 2019-09-06 2023-08-16 Ouster, Inc. PROCESSING OF LIDAR IMAGES
WO2021051432A1 (zh) * 2019-09-25 2021-03-25 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达
EP4034915A4 (en) * 2019-09-25 2023-02-22 Suteng Innovation Technology Co., Ltd. LIDAR
KR102609619B1 (ko) * 2019-10-08 2023-12-05 주식회사 라이드로 라이다 광학 장치
WO2021068724A1 (zh) * 2019-10-10 2021-04-15 深圳市速腾聚创科技有限公司 数据传输装置、激光雷达及智能设备
KR102240887B1 (ko) * 2019-11-13 2021-04-15 엘브이아이테크놀러지(주) 라이다 시스템
WO2021109939A1 (zh) * 2019-12-02 2021-06-10 北京石头世纪科技股份有限公司 激光测距装置和机器人
US11740333B2 (en) * 2019-12-04 2023-08-29 Waymo Llc Pulse energy plan for light detection and ranging (lidar) devices based on areas of interest and thermal budgets
US20220082660A1 (en) * 2019-12-20 2022-03-17 Waymo Llc Light Detection and Ranging (Lidar) Device having a Light-Guide Manifold
US11770045B2 (en) * 2020-01-06 2023-09-26 Kiryl Nikolaevich CHYKEYUK Rotary connector module for device forming quasi three-dimentional image
DE102020100452B4 (de) * 2020-01-10 2022-10-13 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten
WO2021145190A1 (ja) * 2020-01-16 2021-07-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光源装置および電子機器
US11843221B2 (en) * 2020-03-30 2023-12-12 Namuga, Co., Ltd. Light source module for emitting high density beam and method for controlling the same
DE112021002310T5 (de) * 2020-04-13 2023-03-16 Apple Inc. Emitter hinter anzeige
US11635498B2 (en) * 2020-04-30 2023-04-25 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas SPAD based indirect time of flight sensing from solid state transmitter scanning
US20210349192A1 (en) * 2020-05-07 2021-11-11 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Hybrid detectors for various detection range in lidar
KR102577774B1 (ko) * 2020-05-11 2023-09-13 주식회사 라이드로 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 라이다 시스템
KR102636715B1 (ko) * 2021-02-26 2024-02-16 주식회사 라이드로 무접점 전력공급 및 데이터통신 장치와 이를 이용하는 회전구동 라이다 시스템
CN115516738A (zh) * 2020-05-11 2022-12-23 株式会社来德罗 无触点供电及数据通信装置和利用其的旋转驱动激光雷达系统
US11555998B2 (en) * 2020-05-13 2023-01-17 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Capacitance sensing in a mirror assembly with a biased substrate
US20210356563A1 (en) * 2020-05-13 2021-11-18 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Light detection and ranging system with polygon shaped enclosure
US11619717B2 (en) * 2020-05-15 2023-04-04 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. LiDAR receiver with movable detector
EP3929539B1 (de) * 2020-06-22 2022-08-24 Dr. Johannes Heidenhain GmbH Abtasteinheit und damit ausgestatteter drehgeber
CN112596045B (zh) * 2020-11-11 2022-11-08 中国科学院上海光学精密机械研究所 实现发射光轴快速高精度标校的多通道发射装置
US20220172873A1 (en) * 2020-11-30 2022-06-02 Waymo Llc Systems and Devices for Strain Relief for Magnetic Cores and Assemblies
JP7420915B2 (ja) * 2020-12-03 2024-01-23 深▲せん▼市▲レイ▼神智能系統有限公司 レーザーレーダー
US20220196891A1 (en) * 2020-12-17 2022-06-23 Waymo Llc Combined Collimation and Diffuser Lens for Flood Illuminator
US11892572B1 (en) 2020-12-30 2024-02-06 Waymo Llc Spatial light modulator retroreflector mitigation
CN112455353A (zh) * 2021-01-07 2021-03-09 蔚来汽车科技(安徽)有限公司 一种支架、支架总成、车顶装置以及车辆
US11710369B2 (en) * 2021-02-26 2023-07-25 Aristocrat Technologies, Inc. Slot machine with reel-based persistence-of-vision effects
US11789128B2 (en) 2021-03-01 2023-10-17 Innovusion, Inc. Fiber-based transmitter and receiver channels of light detection and ranging systems
US20220317304A1 (en) * 2021-03-30 2022-10-06 Argo AI, LLC Closed-Loop Motor Control Using Unidirectional Data Feedback
US20220317258A1 (en) * 2021-03-31 2022-10-06 Gm Cruise Holdings Llc Optical method for shaping the transmit beam profile of a flash lidar system
US20220393762A1 (en) * 2021-06-03 2022-12-08 Argo AI, LLC Systems and methods for transferring data communication in a rotating platform of a lidar system
DE102021209976A1 (de) 2021-09-09 2023-03-09 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung LiDAR-Sensor
JP2023047153A (ja) * 2021-09-24 2023-04-05 株式会社デンソー ライダ装置
CN114142943B (zh) * 2021-10-09 2023-04-28 网络通信与安全紫金山实验室 单光子测距跟瞄及少光子通信一体化接收装置及方法
US11719816B2 (en) * 2021-11-30 2023-08-08 Sos Lab Co., Ltd. LiDAR device
WO2023097396A1 (en) * 2021-12-01 2023-06-08 9459-6467 Quebec Inc. Modular lidar system and related methods
WO2023107099A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-15 Waymo Llc Light detection and ranging (lidar) device having a light-guide manifold
WO2023158957A2 (en) * 2022-02-15 2023-08-24 Voyant Photonics, Inc. Hybrid two-dimensional steering lidar
US20240069165A1 (en) * 2022-08-23 2024-02-29 Lg Innotek Co., Ltd. Lens hood integration for optical sensor transceivers and sensor assembly mounting apparatus for processing electronics

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017164989A1 (en) 2016-03-19 2017-09-28 Velodyne Lidar, Inc. Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging

Family Cites Families (204)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4358851A (en) 1980-02-28 1982-11-09 Xerox Corporation Fiber optic laser device and light emitter utilizing the device
JPS58211677A (ja) 1982-06-02 1983-12-09 Nissan Motor Co Ltd 光レ−ダ装置
DE3426868A1 (de) 1984-07-20 1986-01-30 LITEF Litton Technische Werke der Hellige GmbH, 7800 Freiburg Verfahren und einrichtung zur drehratenauslesung mittels eines passiven optischen resonators
JPS6137911U (ja) 1984-08-10 1986-03-10 内山工業株式会社 材料注入成形金型
US4676599A (en) 1985-08-14 1987-06-30 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Micro-optical lens holder
US4744667A (en) 1986-02-11 1988-05-17 University Of Massachusetts Microspectrofluorimeter
US4851664A (en) 1988-06-27 1989-07-25 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Narrow band and wide angle hemispherical interference optical filter
JPH036407A (ja) 1989-06-03 1991-01-11 Daido Steel Co Ltd 外周形状測定装置
JPH0749417Y2 (ja) 1990-09-28 1995-11-13 三菱重工業株式会社 電気抵抗探傷用探触子
US5267016A (en) 1991-11-27 1993-11-30 United Technologies Corporation Laser diode distance measurement
US5288992A (en) 1992-12-15 1994-02-22 Gte Laboratories Incorporated Wide angle, narrow band optical filter
US6133989A (en) 1993-02-09 2000-10-17 Advanced Scientific Concepts, Inc. 3D imaging laser radar
JPH0749417A (ja) 1993-08-06 1995-02-21 Fujitsu Ltd 干渉フィルタアセンブリ
JP3251150B2 (ja) 1994-12-29 2002-01-28 日本板硝子株式会社 平板マイクロレンズアレイおよびその製造方法
GB9618720D0 (en) 1996-09-07 1996-10-16 Philips Electronics Nv Electrical device comprising an array of pixels
US6362482B1 (en) 1997-09-16 2002-03-26 Advanced Scientific Concepts, Inc. High data rate smart sensor technology
AU9229898A (en) * 1997-09-18 1999-04-05 James E. Hollopeter Variable speed universal machine system
US6721262B1 (en) 1997-09-22 2004-04-13 Seagate Technology Llc Aperture stop for a flying optical head
JP2000138792A (ja) 1998-10-30 2000-05-16 Sharp Corp イメージセンサ及びその製造方法
US6201293B1 (en) 1998-11-19 2001-03-13 Xerox Corporation Electro optical devices with reduced filter thinning on the edge pixel photosites and method of producing same
US6564168B1 (en) 1999-09-14 2003-05-13 Immersion Corporation High-resolution optical encoder with phased-array photodetectors
US6414746B1 (en) 1999-11-24 2002-07-02 Advanced Scientific Concepts, Inc. 3-D imaging multiple target laser radar
TW527518B (en) 2000-07-14 2003-04-11 Massachusetts Inst Technology Method and system for high resolution, ultra fast, 3-D imaging
AU2002216611A1 (en) 2000-09-29 2002-04-08 Board Of Regents, The University Of Texas System A theory of the charge multiplication process in avalanche photodiodes
US6707230B2 (en) 2001-05-29 2004-03-16 University Of North Carolina At Charlotte Closed loop control systems employing relaxor ferroelectric actuators
DE10127204A1 (de) * 2001-06-05 2003-03-20 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Erfassungsverfahren und - vorrichtung
US7049597B2 (en) 2001-12-21 2006-05-23 Andrew Bodkin Multi-mode optical imager
US20120238907A1 (en) 2002-04-19 2012-09-20 Dirk Boecker Method and apparatus for body fluid sampling with hybrid actuation
US7091462B2 (en) 2002-08-26 2006-08-15 Jds Uniphase Corporation Transmitter with laser monitoring and wavelength stabilization circuit
DE10244641A1 (de) 2002-09-25 2004-04-08 Ibeo Automobile Sensor Gmbh Optoelektronische Erfassungseinrichtung
WO2004066352A2 (en) 2003-01-23 2004-08-05 Orbotech Ltd. System and method for providing high brightness illumination
US20040223071A1 (en) 2003-05-08 2004-11-11 David Wells Multiple microlens system for image sensors or display units
US7266248B2 (en) 2003-08-08 2007-09-04 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method and apparatus for generating data representative of an image
DE10345555A1 (de) 2003-09-30 2005-05-04 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsemittierendes und -empfangendes Halbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung
US6992630B2 (en) * 2003-10-28 2006-01-31 Harris Corporation Annular ring antenna
US7433042B1 (en) 2003-12-05 2008-10-07 Surface Optics Corporation Spatially corrected full-cubed hyperspectral imager
US7808706B2 (en) 2004-02-12 2010-10-05 Tredegar Newco, Inc. Light management films for displays
US7738026B2 (en) 2005-05-02 2010-06-15 Andrew G. Cartlidge Increasing fill-factor on pixelated sensors
US7279764B2 (en) 2004-06-01 2007-10-09 Micron Technology, Inc. Silicon-based resonant cavity photodiode for image sensors
USD531525S1 (en) 2004-11-02 2006-11-07 Sick Ag Optoelectronic sensor
US7199947B2 (en) 2004-12-28 2007-04-03 Motorola Inc. Miniature digital camera lens
WO2006102640A2 (en) 2005-03-24 2006-09-28 Infotonics Technology Center, Inc. Hyperspectral imaging system and methods thereof
US8355767B2 (en) 2005-04-27 2013-01-15 Massachusetts Institute Of Technology Raman spectroscopy for non-invasive glucose measurements
US8294809B2 (en) 2005-05-10 2012-10-23 Advanced Scientific Concepts, Inc. Dimensioning system
US7570426B2 (en) 2005-06-30 2009-08-04 The Johns Hopkins University Apparatus and system for wide angle narrow-band optical detection in daylight
US8130367B2 (en) 2005-12-08 2012-03-06 Roger Stettner Laser ranging, tracking and designation using 3-D focal planes
US7421159B2 (en) 2005-12-13 2008-09-02 Board of Supervisor of Louisiana State University and Agricultural and Mechanical College Integral pre-aligned micro-optical systems
JP2009520194A (ja) 2005-12-19 2009-05-21 アンスティテュ ナシオナル ドプティーク 物体検出照明システム及び方法
DE102006004802B4 (de) 2006-01-23 2008-09-25 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bilderfassungssystem und Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bilderfassungssystems
US7423821B2 (en) 2006-03-24 2008-09-09 Gentex Corporation Vision system
CN101688774A (zh) 2006-07-13 2010-03-31 威力登音响公司 高精确度激光雷达系统
USRE46672E1 (en) 2006-07-13 2018-01-16 Velodyne Lidar, Inc. High definition LiDAR system
EP1890168A1 (de) 2006-08-18 2008-02-20 Leica Geosystems AG Laserscanner
JP4116053B2 (ja) 2006-09-20 2008-07-09 北陽電機株式会社 測距装置
US8493496B2 (en) 2007-04-02 2013-07-23 Primesense Ltd. Depth mapping using projected patterns
EP1978394A1 (en) 2007-04-06 2008-10-08 Global Bionic Optics Pty Ltd. Optical system for increasing depth of field
CA2635155C (en) 2007-06-18 2015-11-24 Institut National D'optique Method for detecting objects with visible light
WO2008155770A2 (en) 2007-06-19 2008-12-24 Prime Sense Ltd. Distance-varying illumination and imaging techniques for depth mapping
US7587832B2 (en) * 2007-09-10 2009-09-15 Trimble Navigation Limited Rotating laser transmitter
CA2710212C (en) 2007-12-21 2014-12-09 Leddartech Inc. Detection and ranging methods and systems
TWI358606B (en) * 2007-12-28 2012-02-21 Ind Tech Res Inst Method for three-dimension (3d) measurement and an
US8314612B1 (en) 2008-01-11 2012-11-20 Wayne Eugene Rodgers Compact narrow band imaging system
US8384997B2 (en) 2008-01-21 2013-02-26 Primesense Ltd Optical pattern projection
DE102008014912B4 (de) * 2008-03-19 2023-01-19 Vorwerk & Co. Interholding Gmbh Selbsttätig verfahrbares Bodenstaub-Aufsammelgerät
EP2124069B1 (de) 2008-03-20 2012-01-25 Sick Ag Omnidirektionales Lidar System
CN102027388B (zh) 2008-04-11 2013-08-28 瑞士联邦理工大学，洛桑(Epfl) 采用显示器作为照明源的基于飞行时间的成像系统
US9041915B2 (en) 2008-05-09 2015-05-26 Ball Aerospace & Technologies Corp. Systems and methods of scene and action capture using imaging system incorporating 3D LIDAR
WO2010006081A1 (en) 2008-07-08 2010-01-14 Chiaro Technologies, Inc. Multiple channel locating
US8456517B2 (en) 2008-07-09 2013-06-04 Primesense Ltd. Integrated processor for 3D mapping
CN201298079Y (zh) 2008-11-17 2009-08-26 南京德朔实业有限公司 激光测距装置
US20100204964A1 (en) 2009-02-09 2010-08-12 Utah State University Lidar-assisted multi-image matching for 3-d model and sensor pose refinement
JP5146366B2 (ja) 2009-03-09 2013-02-20 株式会社安川電機 光学式エンコーダ
ATE545041T1 (de) 2009-03-31 2012-02-15 Pepperl & Fuchs Optischer sensor nach dem laufzeitprinzip
ATE544081T1 (de) * 2009-03-31 2012-02-15 Pepperl & Fuchs Optischer sensor nach dem laufzeitprinzip
US8717417B2 (en) 2009-04-16 2014-05-06 Primesense Ltd. Three-dimensional mapping and imaging
US8743176B2 (en) 2009-05-20 2014-06-03 Advanced Scientific Concepts, Inc. 3-dimensional hybrid camera and production system
US8675181B2 (en) 2009-06-02 2014-03-18 Velodyne Acoustics, Inc. Color LiDAR scanner
US8803967B2 (en) 2009-07-31 2014-08-12 Mesa Imaging Ag Time of flight camera with rectangular field of illumination
US8330840B2 (en) 2009-08-06 2012-12-11 Aptina Imaging Corporation Image sensor with multilayer interference filters
CN102006402B (zh) 2009-08-28 2014-02-19 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 摄像装置及其身份识别方法
US20110116262A1 (en) 2009-11-13 2011-05-19 Phoseon Technology, Inc. Economical partially collimating reflective micro optical array
JP5588310B2 (ja) 2009-11-15 2014-09-10 プライムセンス リミテッド ビームモニタ付き光学プロジェクタ
US20150358601A1 (en) 2009-12-23 2015-12-10 Mesa Imaging Ag Optical Filter on Objective Lens for 3D Cameras
US8786757B2 (en) 2010-02-23 2014-07-22 Primesense Ltd. Wideband ambient light rejection
EP3901653A3 (en) 2010-05-17 2022-03-02 Velodyne Lidar USA, Inc. High definition lidar system
US8536813B2 (en) * 2010-05-19 2013-09-17 The Invention Science Fund I Llc Motor with rotor-mounted control circuitry
NL2004996C2 (nl) 2010-06-29 2011-12-30 Cyclomedia Technology B V Werkwijze voor het vervaardigen van een digitale foto, waarbij ten minste een deel van de beeldelementen positieinformatie omvatten en een dergelijke digitale foto.
USD659030S1 (en) 2010-07-30 2012-05-08 Sick Ag Optoelectronic sensor
US9131136B2 (en) 2010-12-06 2015-09-08 Apple Inc. Lens arrays for pattern projection and imaging
JP2012128270A (ja) 2010-12-16 2012-07-05 Denso Corp 干渉フィルタアセンブリ
EP2469295A1 (en) 2010-12-23 2012-06-27 André Borowski 3D landscape real-time imager and corresponding imaging methods
US8717488B2 (en) 2011-01-18 2014-05-06 Primesense Ltd. Objective optics with interference filter
US8908159B2 (en) 2011-05-11 2014-12-09 Leddartech Inc. Multiple-field-of-view scannerless optical rangefinder in high ambient background light
US8842262B2 (en) 2011-05-24 2014-09-23 Denso Corporation Radar apparatus and light scan apparatus
US20120320164A1 (en) 2011-06-16 2012-12-20 Lenny Lipton Stereoscopic camera with polarizing apertures
DE102011107360A1 (de) 2011-06-29 2013-01-03 Karlsruher Institut für Technologie Mikrooptisches Element, mikrooptisches Array und optisches Sensorensystem
US9453914B2 (en) 2011-09-08 2016-09-27 Continental Advanced Lidar Solutions Us, Inc. Terrain mapping LADAR system
US8797512B2 (en) 2011-09-15 2014-08-05 Advanced Scientific Concepts, Inc. Automatic range corrected flash ladar camera
US20160150963A1 (en) 2011-09-26 2016-06-02 Michael Lee Roukes One-photon integrated neurophotonic systems
US8743923B2 (en) 2012-01-31 2014-06-03 Flir Systems Inc. Multi-wavelength VCSEL array to reduce speckle
US9709699B2 (en) 2012-02-03 2017-07-18 Raytheon Company Nano-nano-composite optical ceramic lenses
US9157790B2 (en) 2012-02-15 2015-10-13 Apple Inc. Integrated optoelectronic modules with transmitter, receiver and beam-combining optics for aligning a beam axis with a collection axis
EP2815251B1 (en) 2012-02-15 2017-03-22 Heptagon Micro Optics Pte. Ltd. Time of flight camera with stripe illumination
EP2828833B1 (en) 2012-03-22 2017-03-08 Apple Inc. Gimbaled scanning mirror array
US9335220B2 (en) 2012-03-22 2016-05-10 Apple Inc. Calibration of time-of-flight measurement using stray reflections
US9195914B2 (en) * 2012-09-05 2015-11-24 Google Inc. Construction zone sign detection
US9071763B1 (en) 2012-09-26 2015-06-30 Google Inc. Uniform illumination image capture
US9383753B1 (en) 2012-09-26 2016-07-05 Google Inc. Wide-view LIDAR with areas of special attention
US9019267B2 (en) 2012-10-30 2015-04-28 Apple Inc. Depth mapping with enhanced resolution
US9111444B2 (en) 2012-10-31 2015-08-18 Raytheon Company Video and lidar target detection and tracking system and method for segmenting moving targets
KR102004987B1 (ko) 2012-12-11 2019-07-29 삼성전자주식회사 광자 계수 검출 장치 및 독출 회로
US9823351B2 (en) 2012-12-18 2017-11-21 Uber Technologies, Inc. Multi-clad fiber based optical apparatus and methods for light detection and ranging sensors
US20160047901A1 (en) 2012-12-25 2016-02-18 Quanergy Systems, Inc. Robust lidar sensor for broad weather, shock and vibration conditions
WO2014102341A1 (en) 2012-12-31 2014-07-03 Iee International Electronics & Engineering S.A. Optical system generating a structured light field from an array of light sources by meand of a refracting or reflecting light structuring element
US9285477B1 (en) 2013-01-25 2016-03-15 Apple Inc. 3D depth point cloud from timing flight of 2D scanned light beam pulses
US20140211194A1 (en) 2013-01-27 2014-07-31 Quanergy Systems, Inc. Cost-effective lidar sensor for multi-signal detection, weak signal detection and signal disambiguation and method of using same
US9513470B1 (en) 2013-02-05 2016-12-06 Vanderbilt University Telecentric lens assembly providing a collimated light space
US9063549B1 (en) 2013-03-06 2015-06-23 Google Inc. Light detection and ranging device with oscillating mirror driven by magnetically interactive coil
US9086273B1 (en) 2013-03-08 2015-07-21 Google Inc. Microrod compression of laser beam in combination with transmit lens
US9470520B2 (en) 2013-03-14 2016-10-18 Apparate International C.V. LiDAR scanner
WO2014141115A2 (en) 2013-03-15 2014-09-18 Primesense Ltd. Depth scanning with multiple emitters
US9164511B1 (en) 2013-04-17 2015-10-20 Google Inc. Use of detected objects for image processing
US10132928B2 (en) 2013-05-09 2018-11-20 Quanergy Systems, Inc. Solid state optical phased array lidar and method of using same
CN109755859B (zh) 2013-06-19 2021-12-17 苹果公司 集成结构化光投影仪
US10078137B2 (en) 2013-06-21 2018-09-18 Irvine Sensors Corp. LIDAR device and method for clear and degraded environmental viewing conditions
US20150002636A1 (en) 2013-06-28 2015-01-01 Cable Television Laboratories, Inc. Capturing Full Motion Live Events Using Spatially Distributed Depth Sensing Cameras
US8742325B1 (en) 2013-07-31 2014-06-03 Google Inc. Photodetector array on curved substrate
EP3028020B1 (en) 2013-08-02 2021-11-24 Verifood Ltd. Spectrometry system
US10126412B2 (en) 2013-08-19 2018-11-13 Quanergy Systems, Inc. Optical phased array lidar system and method of using same
US8836922B1 (en) 2013-08-20 2014-09-16 Google Inc. Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path
CN103454625B (zh) 2013-08-30 2016-02-24 东风商用车有限公司 一种车用雷达激光扫描机构及其制造方法
US9425654B2 (en) 2013-09-30 2016-08-23 Google Inc. Contactless electrical coupling for a rotatable LIDAR device
US9368936B1 (en) 2013-09-30 2016-06-14 Google Inc. Laser diode firing system
US9299731B1 (en) 2013-09-30 2016-03-29 Google Inc. Systems and methods for selectable photodiode circuits
WO2015052616A1 (en) 2013-10-09 2015-04-16 Koninklijke Philips N.V. Monolithic led arrays for uniform and high-brightness light sources
US10203399B2 (en) 2013-11-12 2019-02-12 Big Sky Financial Corporation Methods and apparatus for array based LiDAR systems with reduced interference
CN108919294B (zh) 2013-11-20 2022-06-14 新唐科技日本株式会社 测距摄像系统以及固体摄像元件
CN104655097B (zh) * 2013-11-21 2017-04-19 科沃斯机器人股份有限公司 激光测距传感器及其测距方法
AU2014352833B2 (en) 2013-11-22 2019-12-05 Aurora Operations, Inc. LiDAR scanner calibration
KR101582572B1 (ko) 2013-12-24 2016-01-11 엘지전자 주식회사 차량 운전 보조 장치 및 이를 구비한 차량
US20150192677A1 (en) 2014-01-03 2015-07-09 Quanergy Systems, Inc. Distributed lidar sensing system for wide field of view three dimensional mapping and method of using same
US10061111B2 (en) 2014-01-17 2018-08-28 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Systems and methods for three dimensional imaging
DE102014101312B3 (de) * 2014-02-04 2014-12-04 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
US10028761B2 (en) 2014-03-26 2018-07-24 Ethicon Llc Feedback algorithms for manual bailout systems for surgical instruments
DE102014105261B3 (de) 2014-04-14 2015-02-19 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
DE202014101753U1 (de) 2014-04-14 2015-07-17 Sick Ag Optoelektronischer Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
JP6287546B2 (ja) 2014-04-25 2018-03-07 ミツミ電機株式会社 アクチュエータ及びエアポンプ、理美容機器及びレーザー走査機器
US20170026588A1 (en) 2014-05-01 2017-01-26 Rebellion Photonics, Inc. Dual-band divided-aperture infra-red spectral imaging system
US9935514B1 (en) 2014-06-14 2018-04-03 Waymo Llc Printed circuit board layout
US9754192B2 (en) 2014-06-30 2017-09-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Object detection utilizing geometric information fused with image data
US9753351B2 (en) 2014-06-30 2017-09-05 Quanergy Systems, Inc. Planar beam forming and steering optical phased array chip and method of using same
US9575184B2 (en) 2014-07-03 2017-02-21 Continental Advanced Lidar Solutions Us, Inc. LADAR sensor for a dense environment
KR20230042386A (ko) 2014-08-15 2023-03-28 에이아이, 아이엔씨. 레이더 전송을 위한 방법 및 시스템
US9869753B2 (en) 2014-08-15 2018-01-16 Quanergy Systems, Inc. Three-dimensional-mapping two-dimensional-scanning lidar based on one-dimensional-steering optical phased arrays and method of using same
EP3002548B1 (de) 2014-10-02 2016-09-14 Sick Ag Beleuchtungseinrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines Beleuchtungsfeldes
US9772405B2 (en) 2014-10-06 2017-09-26 The Boeing Company Backfilling clouds of 3D coordinates
US10036803B2 (en) * 2014-10-20 2018-07-31 Quanergy Systems, Inc. Three-dimensional lidar sensor based on two-dimensional scanning of one-dimensional optical emitter and method of using same
CN112097789B (zh) * 2014-10-27 2023-02-28 深圳市大疆创新科技有限公司 无人飞行器飞行显示
JP2016092146A (ja) 2014-10-31 2016-05-23 セイコーエプソン株式会社 量子干渉装置、原子発振器、電子機器および移動体
CN107533137A (zh) 2015-01-20 2018-01-02 迪吉伦斯公司 全息波导激光雷达
WO2016125165A2 (en) 2015-02-05 2016-08-11 Verifood, Ltd. Spectrometry system with visible aiming beam
US10222575B2 (en) 2015-02-06 2019-03-05 Flir Systems, Inc. Lens heater to maintain thermal equilibrium in an infrared imaging system
US9369689B1 (en) 2015-02-24 2016-06-14 HypeVR Lidar stereo fusion live action 3D model video reconstruction for six degrees of freedom 360° volumetric virtual reality video
US10215553B2 (en) 2015-03-12 2019-02-26 Apple Inc. Thin PSD for laser-scanning systems
DE102015103823A1 (de) * 2015-03-16 2016-09-22 Sick Ag Vorrichtung zur Übertragung von Daten und Energie zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Gegenständen
TWM506280U (zh) * 2015-03-20 2015-08-01 Arima Lasers Corp 旋轉光學測距裝置
US9529079B1 (en) 2015-03-26 2016-12-27 Google Inc. Multiplexed multichannel photodetector
US9866035B2 (en) 2015-03-27 2018-01-09 Irobot Corporation Rotatable coupling
US9880263B2 (en) 2015-04-06 2018-01-30 Waymo Llc Long range steerable LIDAR system
JP2016205851A (ja) 2015-04-16 2016-12-08 コニカミノルタ株式会社 光走査型の対象物検出装置
US9525863B2 (en) 2015-04-29 2016-12-20 Apple Inc. Time-of-flight depth mapping with flexible scan pattern
CN105068085B (zh) 2015-07-27 2017-08-29 中国科学技术大学 高精度单电机传动激光雷达三维扫描仪
US9992477B2 (en) 2015-09-24 2018-06-05 Ouster, Inc. Optical system for collecting distance information within a field
JP2017072466A (ja) 2015-10-07 2017-04-13 株式会社トプコン 光波距離測定装置
CN205027903U (zh) * 2015-10-13 2016-02-10 大族激光科技产业集团股份有限公司 激光测距模块
US10091400B2 (en) 2015-11-02 2018-10-02 Canon Kabushiki Kaisha Rotatable-swingable input device and electronic apparatus equipped with the same
US10539661B2 (en) 2015-11-25 2020-01-21 Velodyne Lidar, Inc. Three dimensional LIDAR system with targeted field of view
JP6657897B2 (ja) * 2015-12-10 2020-03-04 株式会社リコー ミラー部材の加工方法
JP6883738B2 (ja) 2016-01-28 2021-06-09 クモノスコーポレーション株式会社 光走査装置
MY190572A (en) 2016-01-29 2022-04-27 Ouster Inc Systems and methods for calibrating an optical distance sensor
US10627490B2 (en) 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
US11723762B2 (en) 2016-01-31 2023-08-15 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR based 3-D imaging with far-field illumination overlap
WO2017165319A1 (en) 2016-03-21 2017-09-28 Velodyne Lidar, Inc. Lidar based 3-d imaging with varying illumination intensity
CA3017811C (en) 2016-03-21 2021-04-27 Velodyne Lidar, Inc. Lidar based 3-d imaging with varying pulse repetition
EP3433634B8 (en) 2016-03-21 2021-07-21 Velodyne Lidar USA, Inc. Lidar based 3-d imaging with varying illumination field density
CN105785381A (zh) * 2016-04-07 2016-07-20 张和光 旋转扫描激光雷达及相应的激光测距方法
CN105785383B (zh) * 2016-05-19 2019-01-08 上海思岚科技有限公司 一种激光扫描测距装置
US10393877B2 (en) 2016-06-01 2019-08-27 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pixel scanning LIDAR
CN106154285B (zh) 2016-06-20 2019-02-22 上海交通大学 一种基于摆动激光雷达的可变视野三维重建装置
US20180003823A1 (en) 2016-06-30 2018-01-04 Jason Yan Rotary type distance sensing device
CN205880217U (zh) * 2016-07-19 2017-01-11 上海擎朗智能科技有限公司 旋转式测距雷达
US10291319B1 (en) 2016-10-01 2019-05-14 Waymo Llc Devices and methods for optical communication in a rotary platform
US10749308B2 (en) 2016-10-17 2020-08-18 Waymo Llc Thermal rotary link
US10530209B2 (en) * 2016-10-28 2020-01-07 Waymo Llc Devices and methods for driving a rotary platform
CN106772313A (zh) 2016-12-05 2017-05-31 西宁意格知识产权咨询服务有限公司 一种方便拆卸和安装的无人驾驶汽车激光测距仪
CN206311753U (zh) * 2016-12-28 2017-07-07 深圳玩智商科技有限公司 一种光信号传递结构及具有该结构的激光测距装置
US9989629B1 (en) 2017-03-30 2018-06-05 Luminar Technologies, Inc. Cross-talk mitigation using wavelength switching
CN107085207B (zh) * 2017-04-01 2020-05-01 北京图来激光科技有限公司 一种360°扫描探测激光雷达装置
WO2018208843A1 (en) 2017-05-08 2018-11-15 Velodyne Lidar, Inc. Lidar data acquisition and control
KR102657365B1 (ko) 2017-05-15 2024-04-17 아우스터, 인크. 휘도 향상된 광학 이미징 송신기
CN107229057A (zh) 2017-06-29 2017-10-03 泰州圣斯泰科汽车部件有限公司 一种安装方便的无人驾驶汽车用激光雷达
DE102017211491A1 (de) 2017-07-06 2019-01-10 Robert Bosch Gmbh Drehwinkelsensoranordnung, LiDAR-System, Arbeitsvorrichtung und Betriebsverfahren für ein LiDar-System
US10739444B2 (en) 2017-09-18 2020-08-11 Velodyne Lidar, Inc. LIDAR signal acquisition
US10481269B2 (en) 2017-12-07 2019-11-19 Ouster, Inc. Rotating compact light ranging system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017164989A1 (en) 2016-03-19 2017-09-28 Velodyne Lidar, Inc. Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging

Also Published As

Publication number Publication date
CN113311447A (zh) 2021-08-27
KR20230169368A (ko) 2023-12-15
US20200025880A1 (en) 2020-01-23
US11287515B2 (en) 2022-03-29
US20200025879A1 (en) 2020-01-23
US11300665B2 (en) 2022-04-12
JP2021505889A (ja) 2021-02-18
US20190179028A1 (en) 2019-06-13
KR20200097306A (ko) 2020-08-18
US11353556B2 (en) 2022-06-07
US20210278506A1 (en) 2021-09-09
EP3721262A1 (en) 2020-10-14
CN111273310A (zh) 2020-06-12
US20210278505A1 (en) 2021-09-09
US11340336B2 (en) 2022-05-24
US10481269B2 (en) 2019-11-19
JP7277461B2 (ja) 2023-05-19
JP2023116443A (ja) 2023-08-22
DE202018006690U1 (de) 2022-03-03
DE202018006691U1 (de) 2022-03-03
EP3721262A4 (en) 2021-08-18
DE202018006697U1 (de) 2022-03-08
US10969490B2 (en) 2021-04-06
CN111273310B (zh) 2021-03-12
CN110892289A (zh) 2020-03-17
US20200041613A1 (en) 2020-02-06
US20220268893A1 (en) 2022-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102605257B1 (ko) 회전식 소형 광 레인징 시스템
TWI803546B (zh) 旋轉緊密光測距系統
JP7266130B2 (ja) 調整可能な分解能とフェイルセーフ動作を備えたｌｉｄａｒのシステムと方法
US11726205B2 (en) Light ranging device having an electronically scanned emitter array
KR102657365B1 (ko) 휘도 향상된 광학 이미징 송신기
US11994618B2 (en) Rotating compact light ranging system
US20220317261A1 (en) Spinning lidar with one dimensional mems scanner
CN114690339A (zh) 具有用于减少串扰的滤光器和挡板的Lidar接收器

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant