KR20200038318A - 공동 정렬된 전송 및 수신 경로들을 갖는 lidar - Google Patents

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Abstract

하나의 예시적인 시스템은 광을 방출하는 광원을 포함한다. 이 시스템은 또한 방출된 광을 도파관의 제1 측으로부터 제1 측에 대향하는 도파관의 제2 측쪽으로 안내하는 도파관을 포함한다. 도파관은 제1 측과 제2 측 사이에 연장되는 제3 측을 갖는다. 시스템은 또한 안내된 광을 도파관의 제3 측쪽으로 반사시키는 미러를 포함한다. 반사된 광의 적어도 일부는 도파관으로부터 장면쪽으로 전파된다. 시스템은 또한 광 검출기, 및 장면으로부터의 광을 도파관 및 광 검출기쪽으로 포커싱하는 렌즈를 포함한다.

Description

공동 정렬된 전송 및 수신 경로들을 갖는 LIDAR
관련 개시내용에 대한 상호 참조
본 출원은 2017년 9월 5일에 출원된 미국 특허 출원 제15/695,755호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 본 란에서 설명되는 내용들은 본 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 본 란에 포함되어 있다고 종래 기술인 것으로 인정되는 것도 아니다.
포토다이오드들, 단일 광자 애벌란시 다이오드(SPAD; single photon avalanche diode)들, 또는 다른 유형들의 애벌란시 포토다이오드(APD)들과 같은 광 검출기들은 그 표면들 상에 전해지는 광을 (예컨대, 광의 강도를 표시하는, 전압 또는 전류와 같은 전기 신호를 출력함으로써) 검출하는데 이용될 수 있다. 많은 유형들의 이러한 디바이스들은 규소와 같은 반도체 물질들로 제조된다. 큰 기하학적 영역에 걸쳐 광을 검출하기 위해, 복수의 광 검출기들이 어레이로 배열될 수 있다. 이러한 어레이들은 때때로 규소 광 증배기(SiPM; silicon photomultiplier)들 또는 다중 픽셀 광자 계수기(MPPC)들로 지칭된다.
위의 배열들 중 일부는 비교적 낮은 강도들의 광에 민감하고, 이에 의해 배열들의 검출 품질들이 향상된다. 그러나, 이는, 위의 배열들이 또한 불리한 배경 효과들에 불균형하게 취약하게 되는 것을 유발할 수 있다(예컨대, 외부 소스들로부터의 관련 없는 광이 광 검출기들에 의한 측정에 영향을 줄 수 있다).
일 예에서, 시스템은 광을 방출하는 광원을 포함한다. 시스템은 또한 방출된 광을 도파관의 제1 측으로부터 제1 측에 대향하는 도파관의 제2 측으로 안내하는 도파관을 포함한다. 도파관은 제1 측과 제2 측 사이에 연장되는 제3 측을 갖는다. 시스템은 또한 안내된 광을 도파관의 제3 측쪽으로 반사시키는 미러를 포함한다. 반사된 광의 적어도 일부는 도파관으로부터 장면쪽으로 전파된다. 시스템은 또한 광 검출기를 포함한다. 시스템은 또한 장면으로부터의 광을 도파관 및 광 검출기쪽으로 포커싱하는 렌즈를 포함한다.
다른 예에서, 시스템은 광을 방출하는 광원을 포함한다. 시스템은 또한 입력단 및 입력단에 대향하는 하나 이상의 출력단을 갖는 도파관을 포함한다. 도파관은 방출된 광을 입력단으로부터 하나 이상의 출력단로 안내한다. 도파관은 입력단으로부터 하나 이상의 출력단까지 연장되는 주어진 측을 갖는다. 시스템은 또한 도파관의 주어진 측쪽으로 안내된 광의 적어도 일부를 반사시키는 하나 이상의 미러를 포함한다. 반사된 광은 도파관으로부터 전파된다. 시스템은 또한 도파관으로부터 전파되는 반사된 광을 장면쪽으로 지향시키는 렌즈를 포함한다. 시스템은 또한 광 검출기들의 하나 이상의 어레이를 포함한다. 렌즈는 장면으로부터의 광을 도파관 및 광 검출기들의 하나 이상의 어레이쪽으로 포커싱한다.
또 다른 예에서, 방법은 도파관의 제1 측쪽으로 광을 방출하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 도파관 내에서, 방출된 광을 제1 측으로부터 제1 측에 대향하는 도파관의 제2 측으로 안내하는 단계를 수반한다. 이 방법은 또한 안내된 광을 도파관의 제3 측쪽으로 반사시키는 단계를 수반한다. 반사된 광의 적어도 일부는 도파관의 제3 측으로부터 장면쪽으로 전파된다. 이 방법은 또한 렌즈를 통해 장면으로부터의 광을 도파관 및 광 검출기 상에 포커싱하는 단계를 수반한다.
또 다른 예에서, 시스템은 도파관의 제1 측쪽으로 광을 방출하기 위한 수단을 포함한다. 시스템은 또한 도파관 내에서, 방출된 광을 제1 측으로부터 제1 측에 대향하는 도파관의 제2 측으로 안내하기 위한 수단을 포함한다. 시스템은 또한 안내된 광을 도파관의 제3 측쪽으로 반사시키기 위한 수단을 포함한다. 반사된 광의 적어도 일부는 도파관의 제3 측으로부터 장면쪽으로 전파된다. 시스템은 또한 렌즈를 통해 장면으로부터의 광을 도파관 및 광 검출기 상에 포커싱하기 위한 수단을 포함한다.
전술한 요약은 단지 예시적인 것이며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 위에 설명된 예시적인 양태들, 실시예들, 및 특징들에 부가하여, 추가적인 양태들, 실시예들, 및 특징들이 도면들 및 후속하는 상세한 설명을 참조함으로써 명백해질 것이다.
도 1a는 예시적인 실시예들에 따른, 애퍼쳐를 포함하는 시스템의 도면이다.
도 1b는 도 1a의 시스템의 다른 도면이다.
도 2a는 예시적인 실시예들에 따른, LIDAR 디바이스의 간략화된 블록도이다.
도 2b는 도 2a의 LIDAR 디바이스의 사시도를 도시한다.
도 3a는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관을 포함하는 시스템의 도면이다.
도 3b는 도 3a의 시스템의 단면도를 도시한다.
도 4a는 예시적인 실시예들에 따른, 복수의 도파관을 포함하는 시스템의 제1 단면도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 시스템의 제2 단면도를 도시한다.
도 4c는 도 4a의 시스템의 제3 단면도를 도시한다.
도 4d는 도 4a의 시스템의 제4 단면도를 도시한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관을 포함하는 다른 시스템의 단면도를 도시한다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른, 도파관을 포함하는 또 다른 시스템의 단면도를 도시한다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 방법의 흐름도이다.
본 명세서에서 설명되는 임의의 예시적인 실시예 또는 특징은 반드시 다른 실시예들 또는 특징들에 비해 바람직하거나 유리한 것으로 해석될 필요는 없다. 본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예들은 제한하기 위한 것이 아니다. 개시된 구현들의 특정 양태들은 매우 다양한 상이한 구성들로 배열되고 결합될 수 있다는 것이 쉽게 이해될 것이다. 또한, 도면들에 도시되는 특정 배열들은 제한적인 것으로 간주되어서는 안된다. 다른 구현들은 주어진 도면에 도시된 각각의 요소를 더 많거나 더 적게 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 예시된 요소들 중 일부는 결합되거나 생략될 수 있다. 유사하게, 예시적인 구현은 도면들에 예시되지 않은 요소들을 포함할 수 있다.
I. 개요
예시적인 구현들은 하나 이상의 광 검출기를 이용하여 광을 검출하는 것을 수반하는 디바이스들, 시스템들, 및 방법들에 관한 것일 수 있다. 일부 예들에서, 광 검출기들은 LIDAR(light detection and ranging) 디바이스의 감지 구성요소일 수 있다.
하나의 예시적인 시스템은 렌즈를 포함한다. 렌즈는 장면으로부터의 광을 포커싱하는데 이용될 수 있다. 그러나, 렌즈는 또한, 시스템에 의해 관측되도록 의도되지 않은 배경 광(예컨대, 햇빛)을 포커싱할 수 있다. 광을 선택적으로 필터링(즉, 장면 내의 정보에 대응하는 광으로부터 배경 광을 분리)하기 위해, 불투명 물질(예컨대, 선택적으로 식각된 금속, 마스크에 의해 부분적으로 덮인 유리 기판 등)이 렌즈 뒤에 배치될 수 있다. 불투명 물질은, 다양한 실시예들에서, 판, 시트, 또는 다양한 다른 형상들로서 형상화될 수 있다. 불투명 물질 내에, 애퍼쳐가 정의될 수 있다. 이러한 배열로, 렌즈에 의해 포커싱되는 광의 일부 또는 그 전체가 애퍼쳐를 통한 전송을 위해 선택될 수 있다.
애퍼쳐를 통해 전송되는 광의 전파 방향에서, 시스템은 애퍼쳐를 통해 전송되는 포커싱된 광의 적어도 일부를 검출하도록 배열되는 광 검출기들(예를 들어, SPAD들 등)의 어레이를 포함할 수 있다.
시스템은 또한 광을 방출하는 광원 및 도파관을 포함할 수 있고, 이 도파관은 도파관의 입력단에서 방출된 광을 수신한다. 도파관은 방출된 광을 입력단으로부터 입력단에 대향하는 도파관의 출력단으로 안내한다. 도파관은 입력단으로부터 출력단까지 연장되는 주어진 측을 갖는다. 도파관은 방출된 광의 적어도 일부를 주어진 측으로부터 렌즈쪽으로 전송한다. 일반적으로, 도파관의 출력단은 렌즈로부터 광 검출기들의 어레이로 전파되는 포커싱된 광의 전파 경로를 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 도파관으로부터 전송된 방출된 광은 동일한 애퍼쳐를 통해 전파될 수 있으며, 이를 통해 포커싱된 광이 광 검출기들의 어레이쪽으로 전송된다.
도파관의 주어진 측으로부터의 안내된 광의 전파를 용이하게 하기 위해, 일부 예들에서, 시스템은 도파관 내에서 전파되는 안내된 광의 전파 경로를 따라 배치된 미러를 포함할 수 있다. 미러는 도파관의 주어진 측쪽으로 기울어질 수 있다. 이와 같이, 미러는 안내된 광(또는 그 일부)을 광 검출기들의 어레이쪽으로 전파되는 포커싱된 광의 경로와 공동 정렬되는 주어진 측의 특정 영역쪽으로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 특정 영역은 불투명 물질에 의해 정의된 애퍼쳐에 인접할 수 있다.
따라서, 하나의 예시적인 배열에서, 시스템은 도파관, 애퍼쳐, 및 렌즈를 통해 연장되는 전송 경로에 따라 방출된 광을 지향시킴으로써 장면을 조명할 수 있다. 시스템은 또한 동일한 렌즈 및 애퍼쳐를 통해 연장되는 수신 경로에 따라 조명된 장면으로부터 방출된 광의 반사들을 수신할 수 있다. 따라서, 이 예에서의 광의 전송 및 수신 경로들은 공동 정렬(예를 들어, 동일하거나 유사한 각각의 시야들과 연관)될 수 있다.
전송 경로가 수신 경로와 공간적으로 정렬되기 때문에, 예시적인 시스템은 시차와 연관된 광학 스캐닝 왜곡들을 감소(또는 방지)시킬 수 있다. 예를 들어, 전송 및 수신 경로들이 대신에 서로에 대해 공간적으로 오프셋되었다면(예를 들어, 상이한 각각의 뷰잉 또는 포인팅 방향들 등을 가졌다면), 장면의 스캐닝된 표현은 시차와 같은 광학 왜곡들에 의해 영향을 받을 수 있다.
다른 양태들, 특징들, 구현들, 구성들, 배열들, 및 이점들도 가능하다.
II. 예시적인 시스템들 및 디바이스들
도 1a는 예시적인 실시예들에 따른, 애퍼쳐를 포함하는 시스템(100)의 도면이다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 광 검출기들(검출기들(112 및 114)에 의해 예시됨)의 어레이(110), 불투명 물질(120) 내에 정의된 애퍼쳐(120a), 및 렌즈(130)를 포함한다. 시스템(100)은 장면 내의 물체(198)에 의해 반사되거나 산란된 광(102)을 측정할 수 있다. 일부 경우들에서, 광(102)은 또한 배경원들(도시되지 않음)로부터 렌즈(130)쪽으로 직접 전파되는 광을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 시스템(100)은 LIDAR 디바이스에 포함될 수 있다. 예를 들어, LIDAR 디바이스는 자율 차량의 내비게이션에 이용될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 시스템(100) 또는 그 일부들은 렌즈(130)를 통하지 않고 외부 광에 노출되지 않은 영역 내에 포함될 수 있다. 이것은 어레이(110) 내의 검출기들에 도달하는 주변 광(측정들에 영향을 줄 수 있음)의 양을 감소시킬 수 있다.
어레이(110)는 검출기들(112 및 114)에 의해 예시된 광 검출기들의 배열을 포함한다. 다양한 실시예들에서, 어레이(110)는 상이한 형상들을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 어레이(110)는 직사각형 형상을 갖는다. 그러나, 다른 실시예들에서, 어레이(110)는 원형일 수 있거나 상이한 형상을 가질 수 있다. 어레이(110)의 크기는 애퍼쳐(120a)로부터 발산하는 광(110)의 예상된 단면적에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 어레이(110)의 크기는, 다른 요인들 중에서, 어레이(110)와 애퍼쳐(120a) 사이의 거리, 애퍼쳐(120a)와 렌즈(130) 사이의 거리, 애퍼쳐(120a)의 치수들, 렌즈(130)의 광학 특성들에 기반할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어레이(110)는 이동가능할 수 있다. 예를 들어, 어레이(110)의 위치는 애퍼쳐(120a)에 더 근접하거나 그로부터 더 멀리 있도록 조절가능할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 어레이(110)는 1, 2, 또는 3차원들로 변환할 수 있는 전기적 스테이지 상에 장착될 수 있다.
추가로, 일부 구현들에서, 어레이(110)는 하나 이상의 출력을 컴퓨팅 디바이스 또는 논리 회로에 제공할 수 있다. 예컨대, 마이크로프로세서가 장착된 컴퓨팅 디바이스는, 어레이(110) 상에 입사되는 광(102)의 강도를 표시하는 전기 신호들을 어레이(110)로부터 수신할 수 있다. 그런 다음, 컴퓨팅 디바이스는 전기 신호들을 이용하여 물체(198)에 관한 정보(예컨대, 물체(198)와 시스템(100) 사이의 거리 등)를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어레이(110) 내의 광 검출기들 중 일부 또는 그 전부는 서로 병렬로 상호연결될 수 있다. 이를 위해, 예컨대, 어레이(110)는, 어레이(110) 내의 광 검출기들의 특정 배열 및 유형에 따라 SiPM 또는 MPPC일 수 있다. 광 검출기들을 병렬 회로 구성으로 연결함으로써, 예를 들면, 광 검출기들로부터의 출력들은 광(102) 내의 광자가 검출될 수 있는 검출 영역(예컨대, 도 1a에 도시된 어레이(110)의 음영 영역)을 효과적으로 증가시키도록 결합될 수 있다.
광 검출기들(112, 114 등)은 다양한 유형들의 광 검출기들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 검출기들(112, 114 등)은 SPAD들을 포함한다. SPAD들은, SPAD 상의 주어진 입사 조명에 대한 출력 전류를 증가시키기 위해, 역 바이어싱된 p-n 접합(즉, 다이오드) 내에서 애벌란시 항복을 이용할 수 있다. 추가로, SPAD들은 단일 입사 광자에 대한 복수의 전자-정공 쌍들을 생성하는 것이 가능할 수 있다. 다른 예에서, 광 검출기들(112, 114 등)은 선형-모드 APD들을 포함할 수 있다. 일부 경우들에서, APD들 또는 SPAD들은 애벌란시 항복 전압을 초과하여 바이어싱될 수 있다. 이러한 바이어싱 조건은 1보다 큰 루프 이득을 갖는 포지티브 피드백 루프를 생성할 수 있다. 추가로, 임계 애벌란시 항복 전압을 초과하여 바이어싱된 SPAD들은 단일 광자에 민감할 수 있다. 다른 예들에서, 광 검출기들(112, 114 등)은 포토레지스터들, 전하-결합 디바이스(CCD)들, 광전지들, 및/또는 임의의 다른 유형의 광 검출기를 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 어레이(110)는, 어레이에 걸쳐 둘 이상의 유형의 광 검출기를 포함할 수 있다. 예컨대, 어레이(110)는 광(102)의 복수의 미리 정의된 파장들을 검출하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 예컨대, 어레이(110)는 하나의 파장들의 범위에 민감한 일부 SPAD들 및 상이한 파장들의 범위에 민감한 다른 SPAD들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 검출기들(110)은 400nm 내지 1.6㎛(가시 파장 및/또는 적외선 파장)의 파장들에 민감할 수 있다. 추가로, 광 검출기들(110)은 주어진 실시예 내에서 또는 다양한 실시예들에 걸쳐 다양한 크기들 및 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 검출기들(112, 114 등)은 어레이(110)의 영역의 1%, 0.1%, 또는 0.01%인 패키지 크기들을 갖는 SPAD들을 포함할 수 있다.
불투명 물질(120)(예를 들어, 마스크 등)은 렌즈(130)에 의해 포커싱되는 장면으로부터의 광(102)의 일부(예를 들어, 배경 광)가 어레이(110)로 전송되는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 불투명 물질(120)은 어레이(110)에 의해 수행되는 측정의 정확도에 악영향을 미칠 수 있는 특정 배경 광을 차단하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 불투명 물질(120)은 검출기들(112, 114 등)에 의해 검출가능한 파장 범위 내의 광을 차단할 수 있다. 일 예에서, 불투명 물질(120)은 입사광의 일부를 흡수함으로써 전송을 차단할 수 있다. 다른 예에서, 불투명 물질(120)은 입사광의 일부를 반사함으로써 전송을 차단할 수 있다. 불투명 물질(120)의 예시적인 구현들의 비-포괄적인 리스트는, 다른 가능한 것들 중에서도 특히, 식각된 금속, 중합체 기판, 2축-배향 폴리에틸렌 테레프탈레이트(BoPET) 시트, 또는 불투명 마스크로 오버레이된 유리를 포함한다. 일부 예들에서, 불투명 물질(120), 및 이에 따른 애퍼쳐(120a)는 렌즈(130)의 초점면에 또는 그 근처에 배치될 수 있다.
애퍼쳐(120a)는 불투명 물질(120) 내에 포트를 제공하며, 이를 통해 광(102)(또는 그 일부)이 전송될 수 있다. 애퍼쳐(120a)는 다양한 방식들로 불투명 물질(120) 내에 정의될 수 있다. 일 예에서, 불투명 물질(120)(예를 들어, 금속 등)은 애퍼쳐(120a)를 정의하도록 식각될 수 있다. 다른 예에서, 불투명 물질(120)은 마스크에 의해 오버레이된 유리 기판으로서 구성될 수 있고, 마스크는 애퍼쳐(120a)를 (예를 들어, 포토리소그래피 등을 통해) 정의하는 갭을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 애퍼쳐(120a)는 적어도 광 검출기들(112, 114 등)에 의해 검출가능한 광의 파장들에 부분적으로 또는 전체적으로 투명할 수 있다. 예를 들어, 불투명 물질(120)이 마스크에 의해 오버레이된 유리 기판인 경우, 애퍼쳐(120a)는 마스크에 의해 커버되지 않은 유리 기판의 일부로서 정의될 수 있으며, 애퍼쳐(120a)는 완전히 중공이 아니라 오히려 유리로 만들어진다. 따라서, 일부 경우들에서, 애퍼쳐(120a)는 광(102)의 하나 이상의 파장에 대해 거의 투명할 수 있지만 완전히 그러하지는 않다(예를 들어, 유리 기판들은 전형적으로 100% 투명하지 않다). 대안적으로, 일부 경우들에서, 애퍼쳐(120a)는 불투명 물질(120)의 중공 영역으로서 형성될 수 있다.
일부 예들에서, (불투명 물질(120)과 함께) 애퍼쳐(120a)는 초점면에서 장면으로부터의 광(102)을 공간적으로 필터링하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 예컨대, 광(102)은 불투명 물질(120)의 표면을 따라 초점면 상에 포커싱될 수 있고, 애퍼쳐(120a)는 포커싱된 광의 일부만이 어레이(110)에 전송되게 할 수 있다. 이와 같이, 애퍼쳐(120a)는 광학 핀홀로서 거동할 수 있다. 일 실시예에서, 애퍼쳐(120a)는 0.02mm2 내지 0.06mm2(예컨대, 0.04mm2)의 단면적을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 애퍼쳐(120a)는 다양한 요인들, 예컨대 렌즈(130)의 광학 특성들, 어레이(110)까지의 거리, 어레이(110) 내의 광 검출기들의 잡음 제거 특성들 등에 따라 상이한 단면적을 가질 수 있다.
따라서, 애퍼쳐(120a)와 관련하여 위에서 사용된 "애퍼쳐"라는 용어가 광이 전송될 수 있는 불투명 물질 내의 오목부 또는 구멍을 설명하지만, "애퍼쳐"라는 용어는 광학 피쳐들의 광의의 어레이를 포함할 수 있다는 것에 유의한다. 일 예에서, 설명 및 청구항들 전반에 걸쳐 사용되는 "애퍼쳐"라는 용어는, 광이 적어도 부분적으로 전송될 수 있는 불투명 물질 내에 정의된 투명 또는 반투명 구조들을 추가적으로 포함할 수 있다. 다른 예에서, "애퍼쳐"라는 용어는, 불투명 물질로 둘러싸인 미러와 같이, 다른 방식으로 (예컨대, 반사 또는 굴절을 통해) 광의 통과를 선택적으로 제한하는 구조를 설명할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 불투명 물질로 둘러싸인 미러 어레이들은 특정 방향으로 광을 반사하도록 배열될 수 있으며, 이에 의해 "애퍼쳐"로 지칭될 수 있는 반사 부분을 정의한다.
애퍼쳐(120a)가 직사각형 형상을 갖는 것으로 도시되지만, 애퍼쳐(120a)는, 다른 것들 중에서도, 둥근 형상, 원형 형상, 타원형 형상과 같은 상이한 형상을 가질 수 있다는 것에 유의한다. 일부 예들에서, 애퍼쳐(120a)는 대안적으로, 시스템(100) 내의 광학 수차들을 고려하도록 특별히 설계된 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 키홀 형상의 애퍼쳐는 방출기(예컨대, 광(102)을 방출하는 광원)와 수신기(예컨대, 렌즈(130) 및 어레이(110)) 사이에서 발생하는 시차를 고려하는 것을 보조할 수 있다. 시차는, 예컨대, 방출기와 수신기가 동일한 위치에 배치되지 않는 경우에 발생할 수 있다. 특정한 장면 내에 있을 것으로 예상되는 특정한 물체들과 대응하는 특별하게 형상화된 애퍼쳐들 또는 광(102)의 특정 편광들(예컨대, 수평 또는 수직 편광들)을 선택하는 불규칙한 애퍼쳐들과 같은, 다른 불규칙한 애퍼쳐 형상들이 또한 가능하다.
렌즈(130)는 장면으로부터의 광(102)을 애퍼쳐(120a)가 위치되는 초점면 상으로 포커싱할 수 있다. 이러한 배열을 이용하여, 렌즈(130)에서 장면으로부터 수집된 광 강도는 광(102)이 투영되는 단면적이 감소하도록(즉, 광(102)의 공간 전력 밀도가 증가하도록) 포커싱될 수 있다. 예컨대, 렌즈(130)는, 다른 예들 중에서도, 수렴 렌즈, 양면 볼록 렌즈, 및/또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다. 대안적으로, 렌즈(130)는, 잇따라 위치된 연속적인 렌즈들의 세트(예컨대, 제1 방향으로 광을 포커싱하는 양면 볼록 렌즈 및 제2 방향으로 광을 포커싱하는 추가적인 양면 볼록 렌즈)로서 구현될 수 있다. 다른 유형들의 렌즈들 및/또는 렌즈 배열들이 또한 가능하다. 게다가, 시스템(100)은, 렌즈(130) 상에 입사되는 광(102)을 불투명 물질(120) 상에 포커싱하는 것을 보조하기 위해, 렌즈(130) 근처에 위치된 다른 광학 요소들(예컨대, 미러들 등)을 포함할 수 있다.
물체(198)는 시스템(100)을 둘러싸는 장면 내에 위치된 임의의 물체일 수 있다. 시스템(100)이 LIDAR 디바이스에 포함되는 구현들에서, 물체(198)는 광(광(102)으로서 되돌아올 수 있는 그 부분)을 방출하는 LIDAR 전송기에 의해 조명될 수 있다. LIDAR 디바이스가 자율 차량의 내비게이션에 이용되는 예시적인 실시예들에서, 물체(198)는, 다른 것들 중에서도, 보행자들, 다른 차량들, 장애물들(예컨대, 나무들, 잔해들 등), 또는 도로 표지들일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
위에 언급된 바와 같이, 광(102)은 물체(198)에 의해 반사되거나 산란되고, 렌즈(130)에 의해 포커싱되고, 불투명 물질(120) 내의 애퍼쳐(120a)를 통해 전송되고, 어레이(110) 내의 광 검출기들에 의해 측정될 수 있다. 이러한 시퀀스는 물체(198)에 관한 정보를 결정하기 위해 (예컨대, LIDAR 디바이스에서) 발생할 수 있다. 일부 실시예들에서, 어레이(110)에 의해 측정된 광(102)은 추가적으로 또는 대안적으로, 다른 가능한 것들 중에서도, 다른 LIDAR 디바이스의 전송기에 의해 전송된 복수의 물체들에서 반사되거나 산란된 광, 주변 광, 햇빛을 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 물체(198)를 분석하는데 이용되는 광(102)의 파장(들)은, 장면 내에 있을 것으로 예상되는 물체들의 유형들 및 렌즈(130)로부터의 그들의 예상되는 거리에 기반하여 선택될 수 있다. 예컨대, 장면 내에 있을 것으로 예상되는 물체가 500nm 파장의 모든 인입 광을 흡수하는 경우, 500nm 이외의 파장이 물체(198)를 조명하고 시스템(100)에 의해 분석되도록 선택될 수 있다. 광(102)의 파장은, (예컨대, LIDAR 디바이스의 전송기에 의해 전송되는 경우) 광(102)(또는 그 일부)을 생성하는 소스와 연관될 수 있다. 예컨대, 광이 레이저 다이오드에 의해 생성되는 경우, 광(102)은, 900nm(또는 다른 적외선 및/또는 가시 파장)를 포함하는 파장 범위 내의 광을 포함할 수 있다. 따라서, 광(102)을 생성하는 다양한 유형들의 광원들(예컨대, 광섬유 증폭기, 다양한 유형들의 레이저들, 필터를 갖는 광대역 소스 등)이 가능하다.
도시된 바와 같이, 광(102)은 애퍼쳐(120a)로부터 멀어지게 전파됨에 따라 발산한다. 발산으로 인해, 어레이(110)에서의 검출 영역(예컨대, 광(102)에 의해 조명되는 음영 영역으로서 도시됨)은 애퍼쳐(120a)의 단면적보다 클 수 있다. 주어진 광 전력(예컨대, W로 측정됨)에 대한 증가된 검출 영역(예컨대, m2로 측정됨)은 어레이(110)에 입사되는 감소된 광 강도(예컨대, W/m2로 측정됨)로 이어질 수 있다.
광 강도의 감소는 어레이(110)가 SPAD들 또는 높은 감도들을 갖는 다른 광 검출기들을 포함하는 실시예들에서 특히 유익할 수 있다. 예를 들어, SPAD들은 반도체 내에서 애벌란시 항복을 생성하는 큰 역방향-바이어스 전압으로부터 그 감도를 도출한다. 이러한 애벌란시 항복은 예를 들어, 단일 광자의 흡수에 의해 트리거링될 수 있다. SPAD가 단일 광자를 흡수하고, 애벌란시 항복이 시작되면, SPAD는 SPAD가 (예를 들어, 역방향-바이어스 전압을 복원함으로써) ?칭될 때까지 추가 광자들을 검출할 수 없다. SPAD가 ?칭될 때까지의 시간은 복구 시간으로서 지칭될 수 있다. 추가적인 광자들이 (예를 들어, 10배 내에서) 복구 시간에 접근하는 시간 간격들에 도달하고 있는 경우, SPAD는 포화하기 시작할 수 있고, SPAD에 의한 측정들은 따라서 덜 신뢰성 있게 될 수 있다. 어레이(110) 내의 임의의 개별 광 검출기(예를 들어, SPAD)에 입사되는 광 전력을 감소시킴으로써, 어레이(110) 내의 광 검출기들(예를 들어, SPAD들)은 불포화된 상태로 유지될 수 있다. 그 결과, 각각의 개별 SPAD에 의한 광 측정들은 증가된 정확도를 가질 수 있다.
도 1b는 시스템(100)의 다른 예시이다. 도시된 바와 같이, 시스템(100)은 또한 광 필터(132) 및 광 방출기(140)를 포함한다. 필터(132)는 미리 정의된 파장 범위 내에서 광을 선택적으로 전송하도록 구성된 임의의 광학 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 필터(132)는 가시 파장 범위, 적외선 파장 범위, 또는 방출기(140)에 의해 방출된 광 신호의 임의의 다른 파장 범위 내에서 광을 선택적으로 전송하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(132)는 특정 파장들의 광을 감쇠시키거나 어레이(110)로부터의 특정 파장들의 광을 전환시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(132)는 방출기(140)에 의해 방출된 파장 범위 밖에 있는 광(102)의 파장들을 감쇠시키거나 전환시킬 수 있다. 따라서, 광학 필터(132)는 적어도 부분적으로 주변 광 또는 배경 광이 어레이(110)에 의한 측정들에 악영향을 미치는 것을 감소시킬 수 있다.
다양한 실시예들에서, 광학 필터(132)는 어레이(110)에 대해 다양한 위치들에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 광학 필터(132)는 렌즈(130)와 불투명 물질(120) 사이에 배치된다. 그러나, 광학 필터(132)는 대안적으로, 렌즈(130)와 물체(198) 사이에, 불투명 물질(120)과 어레이(110) 사이에, 어레이(110)와 결합되어(예컨대, 어레이(110)가 그 광학 필터(132)의 표면 스크린을 가질 수 있거나, 또는 어레이(110) 내의 광 검출기들 각각이 별개의 광학 필터에 의해 개별적으로 덮일 수 있는 것 등), 애퍼쳐(120a)와 결합되어(예컨대, 애퍼쳐(120a)가 특정 파장 범위에만 투명할 수 있는 것 등), 또는 렌즈(130)와 결합되어(예컨대, 렌즈(130) 상에 배치된 표면 스크린, 특정 파장 범위에만 투명한 렌즈(130)의 물질 등) 배치될 수 있다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 광 방출기(140)는 어레이(110)에 의해 측정될 광 신호를 방출한다. 방출기(140)는 레이저 다이오드, 섬유 레이저, 발광 다이오드, 레이저 바, 나노스택 다이오드 바, 필라멘트, LIDAR 전송기, 또는 임의의 다른 광원을 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 방출기(140)는 장면 내의 물체(198)에 의해 반사되고 궁극적으로 어레이(110)에 의해 (적어도 그 일부가) 측정되는 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방출기(140)는 (연속파 레이저와는 대조적으로) 펄스 레이저로서 구현될 수 있고, 동등한 연속 전력 출력을 유지하면서 증가된 피크 전력을 허용한다.
도 2a는 예시적인 실시예들에 따른 LIDAR 디바이스(200)의 간략화된 블록도이다. 일부 예시적인 실시예들에서, LIDAR 디바이스(200)는 차량에 장착될 수 있고 차량의 주변 환경(예컨대, 물체(298)를 포함하는 장면 등)을 매핑하는데 이용될 수 있다. 도시된 바와 같이, LIDAR 디바이스(200)는 제어기(238), 방출기(140)와 유사할 수 있는 레이저 방출기(240), 시스템(100)과 유사할 수 있는 잡음 제한 시스템(290), 회전 플랫폼(294), 및 하나 이상의 액추에이터(296)를 포함한다. 시스템(290)은 어레이(110), 불투명 물질(120) 및 렌즈(130)와 각각 유사할 수 있는, 광 검출기들의 어레이(210), 그 안에 정의된 애퍼쳐(도시되지 않음)를 갖는 불투명 물질(220), 및 렌즈(230)를 포함한다. LIDAR 디바이스(200)는 도시된 것들보다 더 많거나 더 적은 구성요소들을 대안적으로 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, LIDAR 디바이스(200)는 광학 필터(예를 들어, 필터(132))를 포함할 수 있다. 따라서, 시스템(290)은 시스템(100) 및/또는 본 명세서에 설명된 임의의 다른 잡음 제한 시스템과 유사하게 구현될 수 있다.
디바이스(200)는, 각각, 디바이스(100)의 방출기(140), 광(102), 및 물체(198)와 유사하게, 물체(298)를 포함하는 장면쪽으로 광(202)을 방출하도록 방출기(240)를 동작시킬 수 있다. 이를 위해, 일부 구현들에서, 방출기(240)(및/또는 디바이스(200)의 하나 이상의 다른 구성요소)는 LIDAR 디바이스(200)의 LIDAR 전송기로서 구성될 수 있다. 그 후, 디바이스(200)는 장면으로부터의 광(202)의 반사들을 검출하여 물체(298)에 관한 정보를 매핑하거나 아니면 결정할 수 있다. 이를 위해, 일부 구현들에서, 어레이(210)(및/또는 시스템(290)의 하나 이상의 다른 구성요소)는 LIDAR 디바이스(200)의 LIDAR 수신기로서 구성될 수 있다.
제어기(238)는 LIDAR 디바이스(200)의 하나 이상의 구성요소를 제어하고 하나 이상의 구성요소로부터 수신된 신호들을 분석하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제어기(238)는 디바이스(200)의 메모리(도시되지 않음)에 저장된 명령어들을 실행하여 디바이스(200)를 동작시키는 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서 등)를 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제어기(238)는 본 명세서에 설명된 다양한 기능들 중 하나 이상을 수행하도록 배선된 디지털 또는 아날로그 회로를 포함할 수 있다.
회전 플랫폼(294)은 LIDAR(200)의 포인팅 방향(예컨대, 환경에 대한 방출된 광(202)의 방향 등)을 조절하기 위해 축을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 회전 플랫폼(294)은 LIDAR(200)의 하나 이상의 구성요소를 지지하기에 적합한 임의의 고체 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(290)(및/또는 방출기(240))은 회전 플랫폼(294)의 회전에 응답하여 특정 상대적 배열로 남아 있으면서 이러한 구성요소들 각각이 환경에 대해 이동하도록 회전 플랫폼(294)에 의해 (직접적으로 또는 간접적으로) 지지될 수 있다. 특히, 장착된 구성요소들은 LIDAR(200)가 주변 환경을 스캐닝하는 동안 그 포인팅 방향을 조절할 수 있도록 축을 중심으로 (동시에) 회전될 수 있다. 이러한 방식으로, LIDAR(200)의 포인팅 방향은 회전 축을 중심으로 상이한 방향들로 회전 플랫폼(294)을 작동시킴으로써 수평으로 조절될 수 있다. 일 예에서, LIDAR(200)은 차량에 장착될 수 있고, 회전 플랫폼(294)은 차량으로부터의 다양한 방향들에서 주변 환경의 영역들을 스캐닝하도록 회전될 수 있다.
플랫폼(294)을 이러한 방식으로 회전시키기 위해, 하나 이상의 액추에이터(296)가 회전 플랫폼(294)을 작동시킬 수 있다. 이를 위해, 액추에이터들(296)은 다른 가능한 것들 중에서도, 모터들, 공압 액추에이터들, 유압 피스톤들, 및/또는 압전 액추에이터들을 포함할 수 있다.
이러한 배열로, 제어기(238)는 환경에 관한 정보를 획득하기 위해 회전 플랫폼(294)을 다양한 방식들로 회전시키도록 액추에이터(들)(296)를 동작시킬 수 있다. 일 예에서, 회전 플랫폼(294)은 축을 중심으로 어느 한 방향으로 회전될 수 있다. 다른 예에서, 회전 플랫폼(294)은 LIDAR(200)이 환경의 360° 시야(FOV)를 스캐닝하도록 축을 중심으로 완전한 회전들을 수행할 수 있다. 또 다른 예에서, 회전 플랫폼(294)은 환경의 더 좁은 FOV를 스캐닝하기 위해 (예를 들어, 축을 중심으로 제1 각도 위치로부터 제2 각도 위치로, 그리고 다시 제1 각도 위치로 반복적으로 회전하는 것 등에 의해) 특정 범위 내에서 회전될 수 있다. 다른 예들이 가능하다.
더욱이, 회전 플랫폼(294)은 LIDAR(200)이 다양한 리프레시 레이트들로 환경을 스캐닝하게 하도록 다양한 주파수들에서 회전될 수 있다. 일 실시예에서, LIDAR(200)은 10Hz의 리프레시 레이트를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, LIDAR(200)이 360° FOV를 스캐닝하도록 구성되는 경우, 액추에이터(들)(296)는 초당 10개의 완전한 회전을 위해 플랫폼(294)을 회전시킬 수 있다.
도 2b는 LIDAR 디바이스(200)의 사시도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 디바이스(200)는 또한 방출기(240)로부터의 방출된 광을 디바이스(200)의 환경쪽으로 지향시키는 전송기 렌즈(231)를 포함한다.
이를 위해, 도 2b는 방출기(240) 및 시스템(290)이 각각 별개의 각각의 광학 렌즈들(231 및 230)을 갖는 디바이스(200)의 예시적인 구현을 도시한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 디바이스(200)는 대안적으로 방출기(240) 및 시스템(290) 둘 다에 대한 단일 공유 렌즈를 갖도록 구성될 수 있다. 공유된 렌즈를 이용하여 방출된 광을 지향시키고 입사광(예를 들어, 광(202))을 수신함으로써, 크기, 비용 및/또는 복잡성에 관한 이점들이 제공될 수 있다. 예를 들어, 공유된 렌즈 배열로, 디바이스(200)는 (시스템(290)에 의해) 광(202)이 수신되는 시점과는 상이한 시점으로부터의 (방출기(240)에 의한) 광의 전송과 연관된 시차를 완화시킬 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 방출기(240)에 의해 방출된 광 빔들은 렌즈(231)로부터 LIDAR(200)의 포인팅 방향을 따라 LIDAR(200)의 환경쪽으로 전파되고, 이어서 환경 내의 하나 이상의 물체로부터 광(202)으로서 반사될 수 있다. 그 후, LIDAR(200)은 반사된 광(202)을 (예를 들어, 렌즈(230)를 통해) 수신하고 하나 이상의 물체에 관한 데이터(예를 들어, 하나 이상의 물체와 LIDAR(200) 사이의 거리 등)를 제공할 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 회전 플랫폼(294)은 도시된 특정한 상대적 배열로 시스템(290) 및 방출기(240)를 장착한다. 예로서, 회전 플랫폼(294)이 축(201)을 중심으로 회전하면, 시스템(290) 및 방출기(240)의 포인팅 방향들은 도시된 특정한 상대적 배열에 따라 동시에 변할 수 있다. 이 프로세스를 통해, LIDAR(200)은 축(201) 중심의 LIDAR(200)의 상이한 포인팅 방향들에 따라 주변 환경의 상이한 영역들을 스캐닝할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 디바이스(200)(및/또는 다른 컴퓨팅 시스템)는 축(201) 중심의 LIDAR(200)의 상이한 포인팅 방향들과 연관된 데이터를 처리함으로써 디바이스(200)의 환경의 360°(또는 더 적은) 뷰의 3차원 맵을 결정할 수 있다.
일부 예들에서, 축(201)은 실질적으로 수직일 수 있다. 이들 예들에서, 디바이스(200)의 포인팅 방향은 축(201)을 중심으로 시스템(290)(및 방출기(240))을 회전시킴으로써 수평으로 조절될 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(290)(및 방출기(240))은 LIDAR(200)의 FOV의 수직 범위들을 조절하도록 (축(201)에 대해) 기울어질 수 있다. 예로서, LIDAR 디바이스(200)는 차량의 상부에 장착될 수 있다. 이 예에서, 시스템(290)(및 방출기(240))은 차량 위에 있는 환경의 영역들로부터의 데이터 포인트들보다는 차량이 위치하는 운전 표면에 더 가까운 환경의 영역들로부터 더 많은 데이터 포인트들을 수집하기 위해 (예를 들어, 차량쪽으로) 기울어질 수 있다. LIDAR 디바이스(200)의 다른 장착 위치들, 경사 구성들, 및/또는 애플리케이션들이 또한 (예를 들어, 차량의 상이한 측 상에서, 로봇 디바이스 상에서, 또는 임의의 다른 장착 표면 상에서) 가능하다.
디바이스(200)의 다양한 구성요소들의 형상들, 위치들 및 크기들은 변할 수 있고, 단지 예를 위해 도 2b에 도시된 바와 같이 도시된다는 점에 유의한다.
이제 도 2a로 돌아가면, 일부 구현들에서, 제어기(238)는 물체(298)의 위치(예컨대, LIDAR 디바이스(200)로부터의 거리)를 결정하기 위해 어레이(210)에 의해 측정된 신호와 연관된 타이밍 정보를 이용할 수 있다. 예를 들어, 방출기(240)가 펄스 레이저인 실시예들에서, 제어기(238)는 출력 광 펄스들의 타이밍들을 모니터링하고 이들 타이밍들을 어레이(210)에 의해 측정된 신호 펄스들의 타이밍들과 비교할 수 있다. 예를 들어, 제어기(238)는 광의 속도 및 광 펄스의 이동 시간(이는 타이밍들을 비교함으로써 계산될 수 있음)에 기반하여 디바이스(200)와 물체(298) 사이의 거리를 추정할 수 있다. 일 구현에서, 플랫폼(294)의 회전 동안, 방출기(240)는 광 펄스들(예를 들어, 광(202))을 방출할 수 있고, 시스템(290)은 방출된 광 펄스들의 반사들을 검출할 수 있다. 그 다음, 디바이스(200)(또는 디바이스(200)로부터의 데이터를 처리하는 다른 컴퓨터 시스템)는 방출된 광 펄스들 및 그 검출된 반사들의 하나 이상의 특성(예를 들어, 타이밍, 펄스 길이, 광 강도 등)의 비교에 기반하여 스캐닝된 환경의 3차원(3D) 표현을 생성할 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(238)는 (예를 들어, 공간에서 동일한 위치에 배치되지 않은 레이저 방출기(240) 및 렌즈(230)로 인해) 시차를 고려하도록 구성될 수 있다. 시차를 고려함으로써, 제어기(238)는 출력 광 펄스들의 타이밍과 어레이(210)에 의해 측정된 신호 펄스들의 타이밍 사이의 비교의 정확도를 개선할 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(238)는 방출기(240)에 의해 방출된 광(202)을 조절할 수 있다. 예를 들어, 제어기(238)는 (예를 들어, 방출기(240)를 장착하는 플랫폼(294) 등과 같은 기계적 스테이지를 작동시킴으로써) 방출기(240)의 투영(예를 들어, 포인팅) 방향을 변경할 수 있다. 다른 예로서, 제어기(238)는 방출기(240)에 의해 방출된 광(202)의 타이밍, 전력 또는 파장을 조절할 수 있다. 일부 구현들에서, 제어기(238)는 또한, 다른 가능한 것들 중에서도, 광(202) 전파 경로를 따라 필터들(예를 들어, 필터(132))을 추가하거나 제거하는 것, 디바이스(200)의 다양한 구성요소들(예를 들어, 어레이(210), 불투명 물질(220)(및 그 안의 애퍼쳐), 렌즈(230) 등)의 상대적 위치들을 조절하는 것과 같이 디바이스(200)의 다른 동작 양태들을 제어할 수 있다.
일부 구현들에서, 제어기(238)는 또한 물질(220) 내의 애퍼쳐(도시되지 않음)를 조절할 수 있다. 일부 실시예들에서, 애퍼쳐는 불투명 물질 내에 정의된 다수의 애퍼쳐들로부터 선택가능할 수 있다. 이러한 실시예들에서, MEMS 미러는 렌즈(230)와 불투명 물질(220) 사이에 위치될 수 있고, 렌즈(230)로부터의 포커싱된 광을 복수의 애퍼쳐들 중 하나로 지향시키기 위해 제어기(238)에 의해 조절가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다양한 애퍼쳐들은 상이한 형상들 및 크기들을 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 애퍼쳐는 조리개(또는 다른 유형의 다이어프램)에 의해 정의될 수 있다. 조리개는, 예를 들어, 애퍼쳐의 크기 또는 형상을 제어하기 위해 제어기(238)에 의해 확장되거나 수축될 수 있다.
따라서, 일부 예들에서, LIDAR 디바이스(200)는 물체(298) 및/또는 장면에 관한 추가적인 또는 상이한 정보를 획득하기 위해 시스템(290)의 구성을 수정할 수 있다. 일 예에서, 제어기(238)는 장면으로부터 시스템(290)에 의해 수신된 배경 잡음이 (예를 들어, 밤 동안에) 현재 비교적 낮다는 결정에 응답하여 더 큰 애퍼쳐를 선택할 수 있다. 예를 들어, 더 큰 애퍼쳐는 시스템(290)이 다른 방식으로 애퍼쳐 외부의 렌즈(230)에 의해 포커싱되는 광(202)의 일부를 검출하는 것을 허용할 수 있다. 다른 예에서, 제어기(238)는 광(202)의 일부를 인터셉트하기 위해 상이한 애퍼쳐 위치를 선택할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어기(238)는 애퍼쳐와 광 검출기 어레이(210) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 그렇게 함으로써, 예를 들어, 어레이(210) 내의 검출 영역의 단면적(즉, 어레이(210)에서의 광(202)의 단면적)이 또한 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에서, 어레이(110)의 검출 영역은 어레이(110) 상의 음영에 의해 표시된다.
그러나, 일부 시나리오들에서, 시스템(290)의 구성이 수정될 수 있는 정도는 다른 요인들 중에서도, LIDAR 디바이스(200) 또는 시스템(290)의 크기와 같은 다양한 요인들에 의존할 수 있다. 예를 들어, 도 1a를 다시 참조하면, 어레이(110)의 크기는 애퍼쳐(120a)의 위치로부터 어레이(110)의 위치까지의 광(102)의 발산 정도에 의존할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 어레이(110)의 최대 수직 및 수평 범위들은 LIDAR 디바이스 내에서 시스템(100)을 수용하는데 이용가능한 물리적 공간에 의존할 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 어레이(110)와 애퍼쳐(120a) 사이의 거리에 대한 값들의 이용가능한 범위는 또한 시스템(100)이 이용되는 LIDAR 디바이스의 물리적 제한들에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 광 검출기들이 장면으로부터의 광을 인터셉트하고 배경 잡음을 감소시킬 수 있는 검출 영역을 증가시키는 공간 효율적 잡음 제한 시스템들에 대한 예시적인 구현들이 본 명세서에 설명된다.
방출기(240) 및 렌즈(230)가 상이한 물리적 위치들을 갖는 일부 시나리오들에서, 물체(298)의 스캐닝된 표현은 방출기(240)에 의해 방출된 광(202)의 전송 경로와 렌즈(230) 상에 입사되는 반사된 광(202)의 수신 경로 사이의 공간 오프셋과 연관된 시차에 민감할 수 있다. 따라서, 이러한 시차의 영향들을 감소시키고/시키거나 완화시키기 위한 예시적인 구현들이 본 명세서에 설명된다. 일 예에서, 디바이스(200)는 LIDAR(200)의 LIDAR 전송 및 수신 경로들이 공동 정렬되도록(예를 들어, 양쪽 경로들이 렌즈(230)를 통해 전파되도록) 시스템(290) 내의 방출기(240)를 대안적으로 포함할 수 있다.
디바이스(200)의 구성요소들에 대해 도시된 다양한 기능 블록들은 도시된 배열과는 상이한 다양한 방식들로 재분배, 재배열, 결합 및/또는 분리될 수 있다는 점에 유의한다.
도 3a는 예시적인 실시예들에 따른, 도파관(360)을 포함하는 시스템(300)의 도면이다. 일부 구현들에서, 시스템(300)은 전송기(240) 및 시스템(290) 대신에 또는 그에 부가하여 디바이스(200)와 함께 이용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 시스템(300)은, 각각, 시스템(100), 광(102), 및 물체(198)와 유사하게 장면 내의 물체(398)에 의해 반사된 광(302)을 측정할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 광 검출기 어레이(310), 불투명 물질(320), 애퍼쳐(320a), 렌즈(330), 및 광원(340)을 포함하며, 이들은 각각 어레이(110), 물질(120), 애퍼쳐(120a), 렌즈(130) 및 방출기(140)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 애퍼쳐(320a)는 애퍼쳐(120a)의 형상(직사각형)과는 상이한 형상(타원형)을 갖는 것으로 도시된다. 다른 애퍼쳐 형상들도 가능하다.
도시된 바와 같이, 시스템(300)은 또한 포커싱된 광(302)(애퍼쳐(320a)를 통해 전송됨)의 전파 경로를 따라 배열된 도파관(360)(예를 들어, 광학 도파관 등)을 포함한다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 포커싱된 광(302)의 제1 부분은 도파관(360)(예를 들어, 음영 영역) 상에 투영되고, 포커싱된 광(302)의 제2 부분은 어레이(310) 상에 투영된다.
도 3b는 시스템(300)의 단면도를 도시한다. 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 포커싱된 광(302)의 적어도 일부는 도파관(360)을 통해 전파되지 않고 렌즈(330)로부터 어레이(310)로 전파될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 도파관(360)은 광원(340)에 의해 방출되고 도파관(360)의 측(360a) 상에 투영되는 방출된 광(304)을 수신하도록 배열된다.
이를 위해, 도파관(360)은 유리 기판(예를 들어, 유리판 등), 포토레지스트 물질(예를 들어, SU-8 등), 또는 광(304)의 하나 이상의 파장에 적어도 부분적으로 투명한 임의의 다른 물질로 형성될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 도파관(360)은 도파관(360)을 둘러싸는 물질들과는 상이한 굴절률을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 도파관(360)은 도파관(360)의 하나 이상의 에지, 측, 벽 등에서 내부 반사(예를 들어, 내부 전반사, 프러스트레이티드 내부 전반사 등)를 통해 그 안에 전파되는 광의 적어도 일부를 안내할 수 있다. 예를 들어, 도파관(360)은 측들(360c, 360d) 및/또는 도파관(360)의 길이를 따른 다른 측들에서의 내부 반사를 통해 측(360b)(측(360a)에 대향함)쪽으로 측(360a) 상에 입사되는 방출된 광(304)을 안내할 수 있다.
또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 시스템(300)은 또한 미러(350)를 포함한다. 미러(350)는 (적어도 부분적으로) 광(304)의 파장들을 반사하기에 적합한 반사율 특성들을 갖는 임의의 반사 물질을 포함할 수 있다. 이를 위해, 예시적인 반사 물질들의 비-포괄적인 리스트는, 다른 예들 중에서도, 금, 알루미늄, 다른 금속 또는 금속 산화물, 합성 중합체들, 하이브리드 안료들(예를 들어, 섬유성 점토들 및 염료들 등)을 포함한다.
미러(350)는 도파관(360)의 측(360c)쪽으로 오프셋 각도(390)로 (예를 들어, 측(360a)의 배향과 비교하여) 기울어질 수 있다. 예를 들어, 측(360a)과 측(360c) 사이의 각도(392)는 미러(350)와 측(360c) 사이의 각도(390)보다 더 클 수 있다. 일 실시예에서, 미러(350)의 오프셋 또는 경사각(390)은 45°이고, 측(360a)과 측(360c) 사이의 각도(392)는 90°이다. 그러나, 다른 각도들도 가능하다. 일반적으로, 미러(350)는 (측(360a)에서 수신되고 측(360b)쪽으로 안내되는) 도파관(360) 내로 전파되는 안내된 광(304)의 적어도 일부의 경로를 따라 배치된다. 도시된 실시예에서, 미러(350)는 도파관(360)의 측(360b) 상에 배치된다. 예를 들어, 도파관(360)은, 측(360c)과 측(360b) 사이의 각도(390)가 측(360c)과 측(360a) 사이의 각도(392)와 상이하도록 형성될 수 있다. 그 후, 미러(350)는 (예를 들어, 화학적 기상 증착, 스퍼터링, 기계적 결합, 또는 다른 프로세스를 통해) 측(360b) 상에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 미러(350)는 대안적으로 도파관(360) 내에(예를 들어, 측들(360a 및 360b) 사이에) 배치될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 도파관(360)은, 예를 들어, 도파관(360) 내에서 측(360b)쪽으로 내부 전반사를 통해, 방출된 광(304)의 적어도 일부를 안내할 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도파관(360)은 측들(360a 및 360b) 사이에서 수직으로(예를 들어, 길이방향으로) 연장될 수 있다. 일부 예들에서, 측(360c)은 도파관(360)의 비교적 높은 굴절률 매체(예를 들어, 포토레지스트, 에폭시 등)와 측(360c)에 인접한 비교적 낮은 굴절률 매체(예를 들어, 공기, 진공, 광학 접착제, 유리 등) 사이의 계면에 대응할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 안내된 광(304)이 (예를 들어, 측(360c)에서 인접한 물질들의 굴절률들의 비율에 기반할 수 있는) 임계각 미만에서 측(360c)으로 전파되는 경우, 측(360c)(또는 그 일부)에 입사되는 안내된 광은 도파관(360)으로 다시 반사될 수 있다. 유사하게, 임계각 미만에서 측(360d)에 입사되는 안내된 광은 또한 도파관(360)으로 다시 반사될 수 있다. 따라서, 도파관(360)은, 예를 들어, 측들(360c 및 360d)에서의 내부 반사를 통해 안내된 광의 발산을 제어할 수 있다. 유사하게, 도파관(360)은 도파관(360)의 2개의 대향하는 측들 사이의 도 3b의 예시에서의 페이지를 통해 연장되어 안내된 광(304)의 발산을 제어할 수 있다.
따라서, 방출된 광(304)의 적어도 일부(측(360a)에서 수신됨)는 경사진 측(360b)에 도달할 수 있다. 그 다음, 미러(350)(예를 들어, 측(360b) 상에 배치됨)는 안내된 광(304)의 적어도 일부를 측(360c)쪽으로 그리고 도파관(360) 밖으로 반사시킬 수 있다. 예를 들어, 오프셋 또는 경사각(390)은 미러(350)로부터의 반사된 광(304)이 임계각 초과에서 측(360c)의 특정 영역쪽으로 전파되도록 선택될 수 있다. 그 결과, 반사된 광(304)은 도파관(360) 내로 (예를 들어, 내부 전반사 등을 통해) 다시 반사되기 보다는 측(360c)을 통해 (적어도 부분적으로) 전송될 수 있다. 또한, 도시된 실시예에서, 애퍼쳐(320a)는 측(360c)의 특정 영역에 인접하여 위치될 수 있고, 따라서 광(304)을 렌즈(330)쪽으로 전송할 수 있다. 렌즈(330)는 이어서 광(304)을 장면쪽으로 지향시킬 수 있다.
방출된 광(304)은 이어서 장면 내의 하나 이상의 물체(예를 들어, 물체(398))로부터 반사되고, (예를 들어, 장면으로부터의 광(302)의 일부로서) 렌즈(330)로 되돌아갈 수 있다. 렌즈(330)는 이어서 애퍼쳐(320a)를 통해 광(302)(방출된 광 빔들의 반사들을 포함함)을 포커싱할 수 있다.
도 3a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 포커싱된 광(302)의 제1 부분은 도파관(360)(예를 들어, 음영 영역) 상에 포커싱될 수 있다. 일부 경우들에서, 포커싱된 광(302)의 제1 부분은 도파관(360)의 투명 영역들을 통해 (예를 들어, 측(360c)으로부터 측(360d)으로) 그리고 이어서 미러(350)에 의해 인터셉트되지 않고 도파관(360)으로부터 어레이(310)쪽으로 전파될 수 있다. 그러나, 일부 예들에서, 포커싱된 광(302)의 제1 부분은 미러(350)에 의해 적어도 부분적으로 인터셉트된 다음, (예를 들어, 도파관(360) 내에서 안내되는 것 등에 의해) 어레이(310)로부터 반사될 수 있다. 이것을 완화하기 위해, 일부 구현들에서, 미러(350)는 미러(350)의 위치에서의 포커싱된 광(302)의 투영 영역 및/또는 애퍼쳐(320a)에 비해 작은 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 예들에서, 포커싱된 광(302)의 더 큰 부분은 미러(350)(및/또는 도파관(360))에 인접하여 전파되어 어레이(310)쪽으로 계속 전파될 수 있다. 대안적으로, 미러(350)는 어레이(310)쪽으로의 전파를 위해 미러(350)를 통해 그 위에 입사되는 포커싱된 광(302)의 적어도 일부를 전송하는 부분적 또는 선택적 반사 물질(예를 들어, 하프 미러, 다이크로익 미러 등)로 형성될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 시스템(300)은 전송기(240) 및 시스템(290)에 부가하여 또는 그 대신에, LIDAR 디바이스(200)와 함께 이용될 수 있다. 이러한 구현들에서, 시스템(300)은 시스템(300)이 포커싱된 광(302)(예를 들어, 애퍼쳐(320a))을 수신하는 위치와 동일한 위치(예를 들어, 애퍼쳐(320a))로부터 광(304)을 방출할 수 있다. 방출된 광(304)의 전송 경로 및 포커싱된 광(302)의 수신 경로가 공동 정렬되기 때문에(예를 들어, 경로들 둘 다가 애퍼쳐(320a)의 시점으로부터 온 것이기 때문에), 시스템(300)은 시차의 영향들에 덜 민감할 수 있다. 차례로, 시스템(300)을 이용하는 LIDAR 디바이스는 시차에 관련된 에러들에 덜 민감한 스캐닝된 장면(예를 들어, 데이터 포인트 클라우드 등)의 표현을 생성할 수 있다.
도시된 시스템(300)의 구성요소들 및 특징들의 크기들, 위치들, 배향들 및 형상들은 반드시 축척에 맞지는 않지만, 설명에서의 단지 편의를 위해 도시된 바와 같이 예시되어 있다는 점에 유의한다. 시스템(300)은 도시된 것들보다 더 적거나 더 많은 구성요소들을 포함할 수 있고, 도시된 구성요소들 중 하나 이상은 별개의 구성요소들로 상이하게 배열되고, 물리적으로 결합되고/되거나 물리적으로 분할될 수 있다는 점에 또한 유의한다.
제1 실시예에서, 어레이(310), 애퍼쳐(320a), 및 도파관(360)의 상대적 배열은 변할 수 있다. 제1 예에서, 불투명 물질(320)(및 이에 따른 애퍼쳐(320a))은 대안적으로 어레이(310)와 도파관(360) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도파관(360)은 불투명 물질(320)의 대향 측에 인접하게 위치될 수 있으면서, 여전히 애퍼쳐(320a)를 통해 전송된 포커싱된 광(302)의 전파 경로와 중첩하는 경로를 따라 방출된 광(304)을 전송할 수 있다. 제2 예에서, 어레이(310)는 도파관(360)과 불투명 물질(320) 사이에 대안적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 어레이(310)는 애퍼쳐(예를 들어, 캐비티 등)를 포함할 수 있으며, 이를 통해 방출된 광(304)은 애퍼쳐(320a)(및 렌즈(330))쪽으로 전파된다.
제2 실시예에서, 어레이(310)는 복수의 광 검출기들보다는 단일 광 검출기로 대체될 수 있다.
제3 실시예에서, 도파관(360)과 애퍼쳐(320a) 사이의 거리가 변할 수 있다. 일 예에서, 도파관(360)은 불투명 물질(320)을 따라(예를 들어, 이와 접촉하는 것 등) 배치될 수 있다. 예를 들어, 측(360c)은 애퍼쳐(320a)와 실질적으로 동일 평면 상에 있거나 또는 그에 근접할 수 있다. 그러나, (도시된 바와 같은) 다른 예들에서, 도파관(360)은 불투명 물질(320)(및 애퍼쳐(320a))로부터의 거리(예를 들어, 갭 등)에 위치될 수 있다.
제4 실시예에서, 시스템(300)은 장면을 스캐닝하면서 특정 광학 구성(예를 들어, 포커스 구성 등)을 달성하기 위해 렌즈(330), 불투명 물질(320), 및/또는 도파관(360)을 이동시키는 액추에이터를 임의적으로 포함할 수 있다. 더 일반적으로, 시스템(300)의 광학 특성들은 시스템(300)의 다양한 애플리케이션들에 따라 조절될 수 있다.
제5 실시예에서, 애퍼쳐(320a)의 위치 및/또는 배향은 변할 수 있다. 일 예에서, 애퍼쳐(320a)는 렌즈(330)의 초점면을 따라 배치될 수 있다. 다른 예에서, 애퍼쳐(320a)는 렌즈(330)의 초점면에 평행하게, 그러나 초점면과 렌즈(330) 사이의 거리보다는 렌즈(330)에 대해 상이한 거리에 배치될 수 있다. 또 다른 예에서, 애퍼쳐(320a)는 렌즈(330)의 초점면에 대해 오프셋 배향으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 시스템(300)은 광(302 및/또는 304)의 진입 각도를 애퍼쳐(320a) 내로 조절하기 위해 (예를 들어, 액추에이터를 통해) 불투명 물질(320)(및/또는 도파관(360))을 회전시킬 수 있다. 그렇게 함으로써, 예를 들어, 제어기(예를 들어, 제어기(238))는 (예를 들어, 스캐닝된 장면의 특정 영역으로부터 도달하는 잡음/간섭을 감소시키는 것 등을 위해) 다른 요인들 중에서도, 렌즈(330)의 렌즈 특성들, 시스템(300)의 환경과 같은 다양한 요인들에 따라 시스템(300)의 광학 특성들을 추가로 제어할 수 있다.
제6 실시예에서, 도파관(360)은 대안적으로 원통형 형상 또는 임의의 다른 형상을 가질 수 있다. 추가로, 일부 예들에서, 도파관(360)은 강성 구조(예를 들어, 판 도파관)로서 또는 가요성 구조(예를 들어, 광섬유)로서 구현될 수 있다.
도 4a는 예시적인 실시예들에 따른, 복수의 도파관들(460, 462, 464, 466)을 포함하는 시스템(400)의 제1 단면도를 도시한다. 예시를 위해, 도 4a는 x-y-z 축을 도시하고, 여기서 z-축은 페이지를 관통하여 연장된다. 시스템(400)은 시스템들(100, 290, 및/또는 300)과 유사할 수 있고, 시스템(290) 및 전송기(240) 대신에 또는 그에 부가하여 디바이스(200)와 함께 이용될 수 있다. 예를 들어, 페이지의 표면을 따른 도파관(460)의 측은 도파관(360)의 측(360c)과 유사할 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(400)은 광학 요소(434), 광원(340)과 유사한 하나 이상의 광원을 포함하는 전송기(440), 각각이 미러(350)와 유사할 수 있는 복수의 미러(450, 452, 454, 456), 및 각각이 도파관(360)과 유사할 수 있는 복수의 도파관(460, 462, 464, 466)을 포함한다.
광학 요소(434)는 전송기(440)와 도파관들(460, 462, 464, 466) 사이에 개재될 수 있고, 방출된 광(404)의 광학 특성들을 재지향, 포커싱, 시준, 및/또는 다른 방식으로 조절하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 광학 요소(434)는 렌즈들, 미러들, 원통형 렌즈들, 광 필터들 등과 같은 광학 요소들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 예에서, 광학 요소(434)는 도파관들(460, 462, 464, 466)쪽으로 광 부분들(404a, 404b, 404c, 404d)로서 광 빔들(404)(예를 들어, 전송기(440)에 의해 방출됨)을 (적어도 부분적으로) 시준 및/또는 지향시키도록 구성된 원통형 렌즈 및/또는 다른 광학 요소를 포함할 수 있다. 이 예에서, 광학 요소(434)는 광 빔들을 시준함으로써 방출된 광 부분(404a)으로부터 도파관(460)으로 비교적 더 많은 양의 에너지를 전송할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 이 예에서, 광학 요소(434)는 광 빔(들)(404a)이 (예를 들어, 내부 전반사 등을 통해) 도파관(460) 내로 안내되게 하는데 적합한 특정 진입각(예를 들어, 도파관(460)의 임계각 미만 등)에서 방출된 광 부분(404a)을 도파관(460)으로 지향시킬 수 있다.
도시된 실시예에서, 광학 요소(434)는 전송기(440)와 도파관들(460, 462, 464, 466) 사이에 개재된 단일 광학 요소로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소(434)는 광 빔들(404a, 404b, 404c, 404d)을 적어도 부분적으로 시준하기 위해 원통형 렌즈로서 배열되는 광섬유로서 구현될 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 요소(434)는 대안적으로 다른 가능한 것들 중에서도, 복수의 물리적으로 별개의 광학 요소들(예를 들어, 복수의 원통형 렌즈들)로서 구현될 수 있다.
전송기(440)는 광원(340) 및 방출된 광(304)과 각각 유사하게 광(404)을 방출하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 전송기(440)는 하나 이상의 광원(예를 들어, 레이저 바들, LED들, 다이오드 레이저들 등)을 포함할 수 있다.
제1 실시예에서, 전송기(440)는 광(404)을 전송하는 단일 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 광 부분들(404a, 404b, 404c, 404d) 각각은 단일 광원으로부터 비롯될 수 있다. 이러한 배열로, 예를 들어, 단일 광원이 시스템(400)의 4개의 상이한 전송 채널들을 구동하는데 이용될 수 있다.
제2 실시예에서, 전송기(440) 내의 주어진 광원은 4개보다 더 적거나 더 많은 전송 채널을 구동하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 전송기(440)는 광 부분들(404a, 404b)을 제공하는 제1 광원, 및 광 부분들(404c, 404d)을 제공하는 제2 광원을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 8개의 전송 채널을 구동하기 위해 단일 광원이 이용될 수 있다.
제3 실시예에서, 전송기(440)는 각각의 전송 채널을 구동하기 위한 별개의 광원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 광원은 광 부분(404a)을 방출할 수 있고, 제2 광원은 광 부분(404b)을 방출할 수 있고, 제3 광원은 광 부분(404c)을 제공할 수 있고, 제4 광원은 광 부분(404d)을 방출할 수 있다.
전송기(440) 내의 광원들의 수에 관계없이, 방출된 광 빔들(404a, 404b, 404c, 404d)은 그 후 별개의 전송 경로들을 따라 시스템(400)의 환경쪽으로 전파될 수 있다. 예로서, 광 빔(들)(404a)은 도파관(460)의 제1 측(예를 들어, 도파관(360)의 측(360a)과 유사함)을 통해 전송될 수 있다. 이어서, 도파관(460)은 도파관(460)의 길이방향에서의 광(404a)을 미러(450)가 위치되는, 도파관(460)의 제2 대향 측(예를 들어, 측(360b)과 유사함)쪽으로 안내할 수 있다. 미러(450)는 이어서 안내된 광(404a)을 (z-축을 따라) 페이지로부터 장면쪽으로 반사할 수 있다. 따라서, 광 부분(404a)은 전술한 전송 경로와 연관된 제1 전송 채널(예를 들어, LIDAR 전송 채널 등)을 정의할 수 있다.
유사하게, 광 빔(들)(404b)은 도파관(462) 및 미러(452)에 의해 정의된 전송 경로와 연관된 제2 전송 채널을 정의할 수 있고, 광 빔(들)(404c)은 도파관(464) 및 미러(454)에 의해 정의된 전송 경로와 연관된 제3 전송 채널을 정의할 수 있고, 광 빔(들)(404d)은 도파관(466) 및 미러(456)에 의해 정의된 광의 전송 경로와 연관된 제4 전송 채널을 정의할 수 있다. 이러한 배열로, 시스템(400)은 장면쪽으로 광 빔들의 패턴을 방출할 수 있다.
도 4b는 z-축이 또한 페이지 밖으로 가리키고 있는 시스템(400)의 제2 단면도를 도시한다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 또한 시스템(300)의 불투명 물질(320)과 유사할 수 있는 불투명 물질(420)을 포함한다. 불투명 물질(420)은 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 및 420d)에 의해 예시된 복수의 애퍼쳐들을 정의할 수 있고, 이들 각각은 애퍼쳐(320a)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 애퍼쳐(420a)는 도파관(460)의 출력단(예를 들어, 광(404a)이 도파관(460)에서 나오는 곳)과 정렬(예를 들어, 인접, 중첩 등)될 수 있다. 예를 들어, 애퍼쳐(420a)는 z-축의 방향으로 미러(450)를 중첩시킬 수 있다. 유사하게, 애퍼쳐(420b)는 도파관(462)의 출력단과 정렬될 수 있고, 애퍼쳐(420c)는 도파관(464)의 출력단과 정렬될 수 있고, 애퍼쳐(420d)는 도파관(466)의 출력단과 정렬될 수 있다. 따라서, 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d) 각각은 방출된 광 부분들(404a, 404b, 404c, 404d)의 각각의 전송 경로들과 공동 정렬될 수 있고, 따라서 시스템(400)의 4개의 전송 채널의 위치들을 정의할 수 있다.
추가로, 일부 예들에서, 장면으로부터의 포커싱된 광(예를 들어, 도 4b에서 페이지로 전파되는 것)은 불투명 물질(320) 상에 입사되는 포커싱된 광(302)과 유사하게 불투명 물질(420) 상에 투영될 수 있다. 이를 위해, 시스템(400)은 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d)의 각각의 위치들에서 불투명 물질(420) 상에 투영된 포커싱된 광의 각각의 부분들과 연관된 복수의 수신 채널들을 제공할 수 있다.
예를 들어, 애퍼쳐(420a)를 통해 전송된 포커싱된 광의 제1 부분은 제1 수신 채널과 연관된 제1 광 검출기에 의해 인터셉트될 수 있고, 애퍼쳐(420b)를 통해 전송된 포커싱된 광의 제2 부분은 제2 수신 채널과 연관된 제2 광 검출기에 의해 인터셉트될 수 있고, 애퍼쳐(420c)를 통해 전송된 포커싱된 광의 제3 부분은 제3 수신 채널과 연관된 제3 광 검출기에 의해 인터셉트될 수 있고, 애퍼쳐(420d)를 통해 전송된 포커싱된 광의 제4 부분은 제4 수신 채널과 연관된 제4 광 검출기에 의해 인터셉트될 수 있다.
이러한 배열로, 시스템(400)은 장면의 1차원(1D) 이미지(예를 들어, 픽셀들 또는 LIDAR 데이터 포인트들의 수평 배열 등)를 획득할 수 있다. 예를 들어, 1D 이미지 내의 제1 픽셀 또는 데이터 포인트는 애퍼쳐(420a)와 연관된 제1 수신 채널로부터의 데이터에 기반할 수 있고, 1D 이미지 내의 제2 픽셀은 애퍼쳐(420b)와 연관된 제2 수신 채널로부터의 데이터에 기반할 수 있다. 추가로, 이러한 배열로, 각각의 전송 채널은 대응하는 수신 채널과 연관된 수신 경로와 (각각의 애퍼쳐를 통해) 공동 정렬되는 전송 경로와 연관될 수 있다. 따라서, 시스템(400)은 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d)의 위치들에 의해 정의되는 공동 정렬된 전송/수신 채널들의 쌍들을 제공함으로써 시차의 영향들을 완화시킬 수 있다.
비록 도파관들(460, 462, 464, 466)이 도 4a에는 수평(예를 들어, x-y 평면을 따른) 배열인 것으로 도시되어 있지만, 일부 예들에서, 시스템(400)은 상이한 배열의 도파관들을 포함할 수 있다. 제1 예에서, 도파관들은 장면의 수직 1D 이미지(또는 LIDAR 데이터 포인트들의 라인) 표현을 획득하기 위해 대안적으로 또는 추가적으로 수직으로(예를 들어, y-z 평면을 따라) 배열될 수 있다. 제2 예에서, 도파관들은 대안적으로 장면의 2차원(2D) 이미지(또는 LIDAR 데이터 포인트들의 2D 격자)를 획득하기 위해 수평으로 그리고 수직으로(예를 들어, 2차원 격자로서) 배열될 수 있다.
도 4c는 z-축이 또한 페이지 밖으로 가리키고 있는 시스템(400)의 제3 단면도를 도시한다. 예를 들어, 도 4b에 도시된 시스템(400)의 구성요소들 중 하나 이상은 도 4a에 도시된 구성요소들 중 하나 이상 위에 또는 아래에 (예를 들어, z-축을 따라) 위치될 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(400)은 또한 410, 412, 414, 418에 의해 예시된 복수의 수신기를 장착하는 지지 구조(470)를 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 또한 하나 이상의 광 차폐물(472)을 포함한다.
수신기들(410, 412, 414, 및 416) 각각은 어레이들(110, 210, 및/또는 310) 중 임의의 것에서의 광 검출기들과 유사한 하나 이상의 광 검출기를 포함할 수 있다. 수신기들(410, 412, 414, 416)은 (도 4b에 도시된) 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d)을 통해 각각 전송되는 포커싱된 광을 인터셉트하도록 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 수신기들(410, 412, 414, 416)은 각각 미러들(450, 452, 454, 456)(즉, 도파관들(460, 462, 464, 463)의 출력단들)과 중첩하도록(예를 들어, z-축 방향으로) 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 수신기들(410, 412, 414, 416) 각각은 서로 평행하게 연결된 광 검출기들의 각각의 어레이(예를 들어, SiPM, MPCC 등)를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 각각의 수신기는 단일 광 검출기를 포함할 수 있다.
지지 구조(470)는 수신기들(410, 412, 414, 416)의 광 검출기들이 장착되는 인쇄 회로 보드(PCB)를 포함할 수 있다. 예로서, 광 검출기(들)의 제1 그룹은 수신기(410)와 연관된 제1 수신 채널을 정의할 수 있고, 제2 인접 그룹은 수신기(412)와 연관된 제2 수신 채널을 정의할 수 있고, 제3 인접 그룹은 수신기(414)와 연관된 제3 수신 채널을 정의할 수 있고, 제4 그룹은 수신기(416)와 연관된 제4 수신 채널을 정의할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 구조(470)는 수신기들(410, 412, 414, 416)을 지지하는데 적합한 물질 특성들을 갖는 상이한 유형의 고체 물질을 포함할 수 있다.
광 차폐물(들)(472)은 수신기들(410, 412, 414, 416) 주위에 배열된 하나 이상의 광 흡수 물질(예를 들어, 블랙 카본, 블랙 크롬, 흑색 플라스틱 등)을 포함할 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 광 차폐물(들)(472)은 외부 소스들(예를 들어, 주변 광 등)로부터의 광이 수신기들(410, 412, 414, 416)에 도달하는 것을 방지(또는 감소)시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 예를 들어, 광 차폐물(들)(472)은 수신기들(410, 412, 414, 416)과 연관된 수신 채널들 사이의 혼선을 방지하거나 감소시킬 수 있다. 따라서, 이 예에서, 광 차폐물(들)(472)은 시스템(400)의 수신기들(410, 412, 414, 416)을 서로 광학적으로 분리하도록 구성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 예를 들어, 광 차폐물(들)(472)은 벌집 구조 구성으로 형상화될 수 있으며, 벌집 구조의 각각의 셀은 제2 인접 수신기(예를 들어, 수신기(412)) 내의 광 검출기들쪽으로 전파되는 광으로부터 제1 수신기(예를 들어, 수신기(410))의 광 검출기들을 차폐한다. 이러한 배열로, 시스템(400)은 시스템(400) 내의 각각의 도파관과 각각 정렬되는, (예를 들어, 구조(470)의 표면을 따른) 광 검출기들의 복수의 어레이들의 공간 효율적 배치를 제공할 수 있다. 광 차폐물(들)(472)의 다른 형상들 및/또는 배열들(예를 들어, 직사각형 형상의 셀들, 다른 형상들의 셀들 등)이 가능하다.
도 4d는 y-축이 페이지를 관통하여 가리키고 있는 시스템(400)의 제4 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 도파관(460)은 도파관(360)의 측들(360a 및 360b)과 각각 유사할 수 있는 측들(460a 및 460b)을 포함한다. 또한, 도시된 바와 같이, 시스템(400)은 또한 렌즈(430), 광 필터(432), 복수의 기판들(474, 476), 기판들(474 및 476) 사이에 배치된 물질(478), 지지 구조(480), 및 복수의 접착제들(482, 484)을 포함한다.
렌즈(430)는 렌즈(330)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 렌즈(430)는 장면으로부터의 광을 불투명 물질(420)쪽으로 포커싱할 수 있다. 이어서, 포커싱된 광(402)의 각각의 부분들은, 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d)(도 4b에 도시됨)을 통해, 각각, 전송될 수 있다. 도 4d에서, 예를 들어, 포커싱된 광(402)의 부분(402a)은 애퍼쳐(420a)를 통해 도파관(460) 및 수신기(410) 상으로 전송될 수 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 도파관(460)은 렌즈(430)에 대한 제1 거리에 있을 수 있고, 수신기(410)는 렌즈(430)에 대한 제2(더 큰) 거리에 있을 수 있다. 또한, 도 4d에 도시된 바와 같이, 방출된 광 부분(404a)은 미러(450)에 의해 애퍼쳐(420a)를 통해 렌즈(430)쪽으로 반사될 수 있다.
광 필터(432)는 광 필터(132)와 유사할 수 있다. 예를 들어, 광 필터(432)는 광(402)의 파장들(예를 들어, 방출된 광(404)의 파장들 이외의 것 등)을 감쇠시키도록 구성된 하나 이상의 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 기판(476)(및 필터(434))은 도파관들(462, 464, 및 466)(도 4a에 도시됨)쪽으로 전파되는 광을 유사하게 감쇠시키기 위해 (페이지를 관통하고, y-축을 따라) 수평으로 연장될 수 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 필터(432)는 기판(476)의 주어진 측 상에(예를 들어, 기판(476)과 수신기(410) 사이에) 배치될 수 있다.
다른 실시예에서, 필터(432)는 대안적으로 (기판들(474, 476) 사이에) 기판(476)의 대향 측 상에, 또는 (즉, 수신기(410)에서의 광(402a)의 검출 전에) 광(402)의 전파 경로를 따라 시스템(400) 내의 임의의 다른 위치에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 기판(476)은 필터(432)의 광 필터링 특성을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 필터(432)는 시스템(400)으로부터 생략될 수 있다(즉, 필터(432)의 기능들은 기판(476)에 의해 수행될 수 있다). 또 다른 실시예에서, 필터(432)는 수신기들 각각과 기판(476) 사이에 각각 배치되는 복수의(예를 들어, 더 작은) 필터들로서 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 필터는 수신기(410)쪽으로 전파되는 광을 감쇠시키는데 이용될 수 있고, 제2 별개의 필터는 수신기(412)쪽으로 전파되는 광을 감쇠시키는데 이용될 수 있으며, 다른 것들도 그러하다. 다시 도 4c를 예로서 참조하면, 각각의 필터는 광 차폐물(472)의 벌집 구조의 각각의 셀(410, 412, 414, 416 등)에(또는 그에 인접하여) 배치될 수 있다.
기판들(474 및 476)은 각각의 기판들을 통해 광의 적어도 일부 파장들(예를 들어, 광(404)의 파장들 등)을 전송하도록 구성된 임의의 투명 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 기판들(474 및 476)은 유리 웨이퍼들을 포함할 수 있다.
물질(478)은 도파관(460) 주위에 광학적 매체를 정의하기에 적합한 광학 특성들을 갖는 임의의 광학 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 물질(478)은 도파관(460)(및 도파관들(462, 464, 466))의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는 가스, 액체, 또는 고체 물질을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 물질(478)은 기판들(474 및 476)을 서로 결합하는 광학 접착제를 포함할 수 있다. 이러한 예들에서, 물질(478)은 렌즈(430)(및/또는 애퍼쳐(420a))에 대한 특정 위치에서 도파관(460)을 지지하도록 구성될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 일부 예들에서, 물질(478)은 시스템(400)의 2개 이상의 구성요소들을 서로 기계적으로 부착하는 접착제 물질을 포함할 수 있다. 일 예에서, (광학 접착제로서 구성된) 물질(478)은 액체 형태의 2개의 특정 구성요소 사이에 배치될 수 있고, 그 다음에 2개의 특정 구성요소를 서로 부착하기 위해 고체 형태로 경화될 수 있다. 이를 위해, 예시적인 광학 접착제들은 맑은 무색 액체 형태로부터 (예를 들어, 자외선 광 또는 다른 에너지 소스에의 노출에 응답하여) 고체 형태로 변환할 수 있는 광 중합체들 또는 다른 중합체들을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 물질(478)은 기판들(476 및 478) 사이에 그리고 이들과 접촉하여 배치될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 물질(478)은 도파관(460)의 하나 이상의 측과 접촉한다. 전술한 바와 같이, 물질(478)은 도파관(460)의 물질보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 물질(478)에 인접한 도파관(460)의 벽들, 측들 등에서의 굴절률들 사이의 차이는 도파관(460) 내의 안내된 광이 도파관(460)과 물질(478) 사이의 계면(들)에서 도파관(460)으로 내부적으로 다시 반사되게 할 수 있다. 일 구현에서, 시스템(400)의 도파관들은 기판(474) 상에 배치될 수 있고, 물질(478)은 기판(474) 상에 그리고 도파관들을 특정 상대적 배열로 지지 및/또는 유지하기 위해 도파관들 상에 배치될 수 있고, 다음으로 기판(476)은 기판(474)을 기판(476)과 부착하기 위해 물질(478) 상에 배치될 수 있다.
지지 구조(480)는 구조(470)(예를 들어, PCB, 고체 플랫폼 등)와 유사한 물질들로 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 구조(480)는 전송기(440)를 장착하는 플랫폼으로서 구성될 수 있다. 예를 들어, 구조(480)는 전송기(440)의 하나 이상의 광원(예를 들어, 레이저 바 등)이 장착되는 PCB로서 구현될 수 있다. 이를 위해, 구조(480)는 전력 및 신호들을 전송하여 전송기(440)를 동작시키기 위한 배선 또는 다른 회로를 임의적으로 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 구조(470)는 전력을 전송하고/하거나 수신기(410)와 신호들을 통신하여 수신기(410)를 동작시키기 위한 배선 및/또는 회로를 유사하게 포함할 수 있다.
접착제들(482, 484)은 시스템(400)의 적어도 2개의 구성요소를 서로 부착하거나 또는 다른 방식으로 결합하기에 적합한 임의의 접착제 물질로 형성될 수 있다. 예시적인 접착제 물질들의 비-포괄적인 리스트는 다른 것들 중에서도, 비반응성 접착제들, 반응성 접착제들, 용매 기반 접착제들(예를 들어, 용해 중합체들 등), 중합체 분산 접착제들(예를 들어, 폴리비닐 아세테이트 등), 압력 감지 접착제들, 접촉 접착제들(예를 들어, 고무, 폴리클로로프렌, 탄성 중합체 등), 뜨거운 접착제들(예를 들어, 열가소성 수지, 에틸렌 비닐 아세테이트 등), 다성분 접착제들(예를 들어, 열경화성 중합체들, 폴리에스테르 수지 - 폴리우레탄 수지, 폴리폴스 - 폴리우레탄 수지, 아크릴 중합체들 - 폴리우레탄 수지들 등), 1-파트 접착제들, 자외선(UV) 광 경화 접착제들, 광 경화 물질(LCM)들, 열 경화 접착제들(예를 들어, 열경화성 에폭시들, 우레탄들, 폴리미드들 등), 및 수분 경화 접착제들(예를 들어, 시아노아크릴레이트들, 우레탄들 등)을 포함한다.
일부 예들에서, 접착제들(482, 484)은, 물질(478)과 유사하게, 광학 접착제 물질들(예를 들어, 적어도 일부 파장들의 광(404)에 투명한 물질들)을 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 접착제들(482, 484)은 불투명하고/하거나 다른 방식으로 적어도 일부 파장들의 광을 감쇠 또는 방지하는 접착제 물질들을 포함할 수 있다.
기판들(474 및 476) 사이의(그리고 이를 포함하는) 구성요소들의 어셈블리는 함께 도파관들의 "칩" 어셈블리를 제공할 수 있다. 예를 들어, 기판(474)은 시스템(400)의 칩 어셈블리의 상부 측을 정의할 수 있고, 기판(476), 접착제(482), 및 구조(480)는 함께 칩 어셈블리의 하부 측을 정의할 수 있다.
추가로, 도시된 예에서, 광학 요소(434)는 도파관(460)이 장착되는 기판(474)의 동일한 표면 상에 배치될 수 있다. 그러나, 다른 예들에서, 광학 요소(434)는 칩 어셈블리 내부의 상이한 표면 상에 배치될 수 있다. 제1 예에서, 광학 요소(434)는 구조(480) 상에 장착될 수 있다. 제2 예에서, 광학 요소(434)는 도파관(460)의 측(460a) 상에 장착되고/되거나 이에 부착될 수 있다. 제3 예에서, 도시되지 않았지만, 기판(476)은 대안적으로 광학 요소(434)의 위치와 중첩하도록 추가로 수평으로(예를 들어, x-축을 따라) 연장될 수 있다(예를 들어, 구조(480)는 수평으로 더 좁을 수 있고, 다른 것들도 그러하다). 이 예에서, 광학 요소(434)는 기판(476) 상에 배치될 수 있다. 제4 예에서, 광학 요소(434)는 대안적으로 칩 어셈블리 내부의 다른 지지 구조(도시되지 않음) 상에 배치될 수 있다. 다른 예들이 가능하다.
추가로, 전송기(440)가 또한 칩 어셈블리 내에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 접착제(482)는 전송기(440) 및/또는 구조(480)를 기판(476)에 결합(예를 들어, 부착)할 수 있다. 또한, 예를 들어, 접착제(484)는 기판(474)에 구조(480)(및/또는 전송기(440))를 결합 또는 부착할 수 있다.
전송기(440) 및 광학 요소(434)를 칩 어셈블리 내에 배치함으로써, 시스템(400)은 이러한 광학 구성요소들에 대한 손상을 차폐 및/또는 방지할 수 있다. 또한, 예를 들어, 시스템(400)의 칩 어셈블리는 이러한 광학 구성요소들을 서로에 대해 특정한 상대적 배열로 지지 및/또는 유지할 수 있다. 그렇게 함으로써, 예를 들어, 시스템(400)은 이러한 구성요소들의 특정한 상대적 배열이 부주의하게 변경되는 경우(예를 들어, 이들 구성요소들 중 하나가 다른 구성요소들과 다르게 이동되는 경우) 발생할 교정 및/또는 오정렬 에러들에 덜 민감할 수 있다.
도 4a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 일부 예들에서, 도파관들(462, 464, 466)은 도파관(460)(예를 들어, x-y 평면에서 수평으로 배열됨)과 유사하게 기판(474) 상에 배치될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 시스템(400)은 동일한 수평 평면(예를 들어, 기판(474) 상에 배치되는 것 등)에 있는 추가적인(또는 더 적은) 도파관들을 포함할 수 있다. 또한, 다시 도 4c를 참조하면, 이들 추가 도파관들은 벌집 형상의 광 차폐 구조(472)의 각각의 셀들과 유사하게 정렬될 수 있다.
일부 예들에서, 시스템(400)은 도파관들(460, 462, 464, 466)이 위치하는 평면과는 상이한 수평 평면을 따라 장착된 도파관들을 포함할 수 있다. 상이한 수평 평면 내의 도파관들은 시스템(400)의 추가적인 수신기들과 정렬될 수 있다. 추가적인 수신기들은, 예를 들어, 도 4c에 도시된 벌집 형상의 광 차폐물(들)(472)의 각각의 셀들 내에 배치될 수 있다. 또한, 불투명 물질(420)은 이러한 추가적인 도파관들과 정렬된 추가적인 애퍼쳐들을 포함할 수 있다. 이러한 배열로, 시스템(400)은 렌즈(430)의 초점면의 추가 영역들을 이미징하여 2차원(2D) 스캐닝된 이미지(또는 LIDAR 데이터 포인트들의 2D 격자)를 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 시스템(400)의 전체 어셈블리는 회전되거나 이동되어 장면의 2D 스캐닝된 이미지를 생성할 수 있다.
일 예에서, 불투명 물질(420)은 렌즈(430)의 초점면을 따라 애퍼쳐들의 격자를 정의할 수 있고, 격자 내의 각각의 애퍼쳐는 렌즈(430)의 FOV의 각각의 부분과 연관된 수신 채널에 대해 광을 전송할 수 있다. 일 실시예에서, 불투명 물질(420)은 64개의 애퍼쳐의 4개의 행을 포함할 수 있고, 여기서 수평으로(예를 들어, y-축을 따른) 인접한 애퍼쳐들의 각각의 행은 애퍼쳐들의 다른 행으로부터 수직 오프셋만큼(예를 들어, z-축을 따라) 분리된다. 이 실시예에서, 시스템(400)은 따라서 4*64 = 256개의 수신 채널 및 256개의 공동 정렬된 전송 채널을 제공할 수 있다. 다른 실시예들에서, 시스템(400)은 상이한 수의 전송/수신 채널들(및 따라서 상이한 수의 연관된 애퍼쳐들)을 포함할 수 있다.
일부 구현들에서, 시스템(400)은 복수의 전송 및 수신 채널들을 이용하여 주변 환경을 스캐닝하면서 축을 중심으로 회전될 수 있다. 예를 들어 도 2를 다시 참조하면, 시스템(400)은 시스템(400)이 광 펄스들을 전송하고 (애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d 등)을 통해) 그 반사들을 검출하는 동안 (예를 들어, 액추에이터(296)를 이용하는 것 등에 의해) 축을 중심으로 회전하는 플랫폼(294)과 유사한 회전 플랫폼 상에 장착될 수 있다. 이 예에서, 제어기(예를 들어, 제어기(238)) 또는 다른 컴퓨터 시스템은 시스템(400)의 공동 정렬된 전송/수신 채널들을 이용하여 수집된 LIDAR 데이터를 수신할 수 있고, 그 후 시스템(400)의 환경의 3D 표현을 생성하기 위해 LIDAR 데이터를 처리할 수 있다. 일 구현에서, 시스템(400)은 차량에 이용될 수 있고, 3D 표현은 차량의 다양한 동작들(예를 들어, 차량 주변의 물체들을 검출 및/또는 식별하는 것, 환경에서 차량의 자율 내비게이션을 용이하게 하는 것, 디스플레이를 통해 차량의 사용자에게 3D 표현을 표시하는 것 등)을 용이하게 하는데 이용될 수 있다.
시스템(400)의 다양한 구성요소들에 대한 도 4a-4d에 도시된 다양한 크기들, 형상들 및 위치들(예를 들어, 인접한 도파관들 사이의 거리 등)은 반드시 축척에 맞게 되어 있지는 않지만 단지 설명의 편의상 도시된 바와 같이 예시되어 있다는 점에 유의한다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른, 다른 시스템(500)의 단면도를 도시한다. 시스템(500)은 예를 들어 시스템들(100, 290, 300) 및/또는 시스템(400)과 유사할 수 있다. 설명의 편의상, 도 5는 x-y-z 축을 도시하며, 여기서 y-축은 페이지 밖으로 가리키고 있다. 이를 위해, 도 5에 도시된 시스템(500)의 단면도는 도 4c에 도시된 시스템(400)의 단면도와 유사할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 시스템(500)은 수신기(510), 불투명 물질(520), 애퍼쳐(520a), 광 필터(532), 광학 요소(534), 전송기(540), 미러(550), 측들(560a 및 560b)을 갖는 도파관(560), 지지 구조(570), 하나 이상의 광 차폐물(572), 기판들(574, 576), 물질(578), 지지 구조(580), 및 접착제들(582, 584)을 포함하며, 이들은 각각, 시스템(400)의 수신기(410), 불투명 물질(420), 애퍼쳐(420a), 광 필터(432), 광학 요소(434), 전송기(440), 미러(450), 도파관(460), 측들(460a 및 460b), 지지 구조(470), 광 차폐물(들)(472), 기판들(474, 476), 물질(578), 지지 구조(480) 및 접착제들(482, 484)에 유사할 수 있다. 이를 위해, 포커싱된 광(502), 포커싱된 광 부분(502a), 방출된 광(504) 및 방출된 광 부분(504a)은 포커싱된 광(402), 포커싱된 광 부분(402a), 방출된 광(404) 및 방출된 광 부분(404a)과 각각 유사할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 본 명세서의 예시적인 시스템들은 공동 정렬된 전송/수신 경로들을 정의하기 위해 렌즈, 도파관 및 광 검출기(들)의 다양한 배열들을 이용할 수 있다.
제1 예시적인 배열에서, 시스템(400)은 (도 4d에 가장 잘 도시된 바와 같이) 도파관(460)과 렌즈(430) 사이에 개재된 애퍼쳐(420a)를 포함한다. 이 예에서, 방출된 광(404a) 및 포커싱된 광(402a) 둘 다는 동일한 애퍼쳐(420a)를 통해 전송되고, 따라서 공동 정렬된 전송/수신 경로들과 연관될 수 있다.
제2 예시적인 배열에서, 시스템(500)은 (도 5에 도시된 바와 같이) 도파관(560)과 수신기(510) 사이에 개재된 애퍼쳐(520a)를 포함한다. 따라서, 시스템(500)에서, 포커싱된 광(502a)은 애퍼쳐(520a)를 통해 전송되지만, 방출된 광(504a)은 애퍼쳐(520a)를 통해 전송되지 않는다. 그러나, 시스템(500)에서, 도파관(560)의 출력단(예를 들어, 미러(550)가 위치되는 곳)은 애퍼쳐(520a)를 통해 전송되는 포커싱된 광(502a)과 동일하거나 유사한 시점으로부터 방출된 광(504a)을 지향시키기 위해 (예를 들어, 포커싱된 광(502a)의 전파 경로를 따라) 애퍼쳐(520a)와 렌즈(530) 사이에 개재될 수 있다. 따라서, 방출된 광(504a)의 전송 경로 및 포커싱된 광(502a)의 수신 경로는 또한 (방출된 광(504a) 및 포커싱된 광(502a)이 동일한 애퍼쳐를 통해 전송되지 않더라도) 공동 정렬될 수 있다.
제3 예시적인 배열에서, 수신기(510)는 대안적으로 도파관(560)과 불투명 물질(520) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 수신기(510)는 방출된 광(504a)이 애퍼쳐(520a)쪽으로 전파될 수 있는 캐비티를 포함할 수 있다.
제4 예시적인 배열에서, 수신기(510) 및 도파관(560)은 대안적으로 렌즈(530)에 대해 동일한 거리에 위치될 수 있다. 도 3a를 다시 참조하면, 예를 들어, 어레이(310)의 하나 이상의 광 검출기(예를 들어, 광 검출기들의 하나 이상의 열, 행, 또는 다른 그룹)는 미러(350)가 포커싱된 광(302)을 어레이(310)쪽으로 전송하는데 이용되는 동일한 애퍼쳐(320a)쪽으로 방출된 광(304)을 지향시키도록 도파관(360)으로 대체될 수 있다.
제5 예시적인 배열에서, 기판(576)은 대안적으로 시스템(500)으로부터 생략될 수 있고, 불투명 물질(520)(예를 들어, 핀홀 어레이)은 필터(532) 상에 또는 광 차폐물(들)(572) 상에 대신 배치될 수 있다. 도 4b를 다시 참조하면, 예를 들어, 불투명 물질(420)에 의해 정의된 애퍼쳐 어레이는 대안적으로 도 4c에 도시된 광 차폐물(들)(472)의 벌집 배플 구조 상에 배치될 수 있다.
다른 예시적인 배열들이 가능하다. 따라서, 다양한 예들에서, 시스템(500)은 도시된 것들보다 더 많거나, 더 적거나, 상이한 구성요소들을 포함할 수 있다. 또한, 다양한 구성요소들의 배열은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고서 변할 수 있다.
시스템(500)의 구성요소들 중 일부는 설명의 편의를 위해 도 5의 예시로부터 생략된다는 점에 유의한다. 예를 들어, 도시되지는 않았지만, 시스템(500)은 또한 복수의 도파관들, 및/또는 시스템들(100, 290, 300, 400) 및/또는 디바이스(200)의 구성요소들 중 임의의 것과 같은 하나 이상의 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시스템(500)은 시스템(400)의 도파관들(460, 462, 464, 466)과 유사하게 (x-y 평면을 따라) 수평 배열로 기판(574) 상에 배치된 복수의 도파관을 포함할 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 다른 시스템(600)을 도시한다. 시스템(600)은 시스템들(100, 290, 300, 400, 및/또는 500)과 유사할 수 있고, 전송기(240) 및 시스템(290) 대신에 또는 그에 부가하여 LIDAR 디바이스(200)와 함께 이용될 수 있다. 설명의 편의상, 도 6은 x-y-z 축을 나타내며, 여기서 z-축은 페이지를 관통하여 가리키고 있다. 이를 위해, 도 6에 도시된 시스템(600)의 단면도는 도 4a에 도시된 시스템(400)의 단면도와 유사할 수 있다.
도시된 바와 같이, 시스템(600)은 전송기(640), 광학 요소(634), 복수의 미러들(650, 652, 654, 656), 및 도파관(660)을 포함하며, 이들은 시스템(400)의 전송기(440), 광학 요소(434), 미러들(450, 452, 454, 456) 및 도파관(460)과 각각 유사할 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 시스템(600)은 또한 반사기들(690 및 692)을 포함한다.
전송기(640)는 각각 전송기(440), 광(404), 도파관(460), 및 광학 요소(434)와 유사하게, 광학 요소(634)를 통해 광(604)을 도파관(660)으로 방출할 수 있다.
그러나, 도 6에 도시된 바와 같이, 도파관(660)은 복수의 출력단(660b, 660c, 660d, 및 660e)을 포함한다. 따라서, 예를 들어, 시스템(600)은 복수의 도파관(460, 462, 464, 466)을 이용하는 대신에 단일 도파관(660)을 이용하여 복수의 전송/수신 채널을 제공하기 위한 대안의 실시예를 제시할 수 있다.
예를 들어, 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e) 각각은 도파관(460)의 측(460b)과 유사할 수 있다. 출력단(660b)은 (예를 들어, 측(360c)과 유사하게, 도파관(660)의 주어진 측을 통해) 방출된 광(604)의 제1 부분을 페이지 밖으로 반사시키는 경사진 미러(650)(그 위에 배치됨)를 포함할 수 있다. 유사하게, 방출된 광(604)의 제2 부분은 미러(652)에 의해 반사되어 출력단(660c)에서 도파관(660) 밖으로 전송될 수 있고, 방출된 광(604)의 제3 부분은 미러(654)에 의해 반사되어 출력단(660d)에서 도파관(660) 밖으로 전송될 수 있고, 방출된 광(604)의 제4 부분은 미러(656)에 의해 반사되어 출력단(660e)에서 도파관(660) 밖으로 전송될 수 있다.
또한, 도시되지는 않았지만, 시스템(600)은 또한, 도파관들(460, 462, 464, 466)의 출력단들에 대해 도 4b에 도시된 애퍼쳐들(420a, 420b, 420c, 420d)의 배열과 유사하게, 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)의 위치들과 (z-축을 따라) 적어도 부분적으로 중첩하는 복수의 애퍼쳐들을 포함할 수 있다. 더욱이, 시스템(600)은 또한 도 4c의 수신기들(410, 412, 414, 416)과 유사하게 애퍼쳐들(및 따라서 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e))과 공동 정렬되는 복수의 수신기들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
따라서, 도파관(660)은 방출된 광(604)으로부터의 에너지를, (예를 들어, z-축의 방향으로) 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)과 중첩하는 수신 경로들과 공동 정렬되는 4개의 상이한 전송 경로로 분배하는데 이용될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어, 광원(640)은 4개의 별개의 도파관을 이용하는 대신에 단일 도파관(660)을 이용하여 시스템(600)의 4개의 별개의 전송 채널을 구동하는데 이용될 수 있다.
예를 들어, 도파관(660)은 입력단(660a)으로부터 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)까지 길이방향으로 연장될 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 도파관(660)은 입력단(660a)으로부터 도파관(660)의 제2 길이방향 부분 'b'까지 연장되는 제1 길이방향 부분 'a'를 포함할 수 있고, 제2 길이방향 부분 'b'는 제1 길이방향 부분 'a'로부터 도파관(660)의 제3 길이방향 부분 'c'까지 연장될 수 있고, 제3 길이방향 부분 'c'는 제2 길이방향 부분 'b'로부터 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)까지 연장될 수 있다.
또한, 시스템(600)은 제1 길이방향 부분 'a'의 대향 측들을 따라 배열되는 반사기들(690, 692)을 포함할 수 있다. 반사기들(690, 692)은 그 위에 입사되는 방출된 광(604)의 파장들을 반사하도록 구성되는 미러들 또는 다른 반사 물질들로서 구현될 수 있다. 이를 위해, 반사기들(690, 692)의 예시적인 반사 물질들의 비-포괄적인 리스트는 다른 예들 중에서도, 금, 알루미늄, 다른 금속 또는 금속 산화물, 합성 중합체들, 하이브리드 안료들(예를 들어, 섬유성 점토들 및 염료들 등)을 포함한다.
일 실시예에서, 반사기들(690, 692)은 제1 도파관 부분 'a'의 (예를 들어, 2개의 평행한 x-z 평면들을 따라) 수평 측들 상에 또는 그에 인접하여 배치되는 2개의 평행한 미러를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 반사기들(690 및 692)은 도파관(660)에 진입하는 방출된 광(604)을 위한 균질화기를 함께 제공할 수 있다. 예를 들어, 반사기들(690, 692)은 (수평으로) 그 위에 입사되는 방출된 광(604)을 반사할 수 있다. 그 결과, 도파관(660)의 제2 부분 'b'에 진입하는 방출된 광(604)의 에너지는 입력단(660)에서의 방출된 광(604)의 에너지 분포에 비해 더 균일하게(즉, 균질하게) 분포될 수 있다. 그렇게 함으로써, 예를 들어, 방출된 광(604)의 에너지는 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)과 연관된 전송 채널들 사이에 더 균일하게 분포될 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(600)은 추가적으로 또는 대안적으로 도파관(660)의 다른 측들을 따라 배치되어 수평으로(예를 들어, y-축을 따라) 뿐만 아니라 수직으로(예를 들어, z-축을 따라) 방출된 광(604)을 균질화하는 반사기들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방출된 광(604)을 수직으로 균질화하기 위해 도파관(660)의 2개의 다른 측(예를 들어, 페이지의 표면에 평행한 측들)을 따라 2개의 평행한 반사기가 유사하게 배열될 수 있다.
일부 구현들에서, 방출된 광(604)은 반사기들(690 및 692)을 이용하는 것에 부가하여 또는 그 대신에 다양한 방식들로 균질화될 수 있다.
제1 구현에서, 시스템(600)은 대안적으로 반사기들(690 및 692) 없이 구성될 수 있다. 예를 들어, 도파관 부분 'a'는 반사기들(690 및 692) 없이도 내부 전반사를 통해 방출된 광(604)의 균질화를 허용하기에 충분히 큰 길이를 갖도록 구성될 수 있다.
제2 구현에서, 도파관(660)의 하나 이상의 측(예를 들어, 반사기들(690 및 692)이 배치되도록 도시된 측들 및/또는 도파관 부분 'a'의 하나 이상의 다른 측)은 측(660a)으로부터 제2 도파관 부분 'b'까지의 더 짧은 거리(예를 들어, 측들이 테이퍼링되지 않는 구현에서 보다도 도파관 부분 'a'의 더 짧은 길이)에서 방출된 광(608)의 더 나은 균질성을 달성하기 위해 대안적으로 또는 추가적으로 테이퍼링(예를 들어, 테이퍼링 인 또는 테이퍼링 아웃)될 수 있다.
제3 구현에서, 시스템(600)은 방출된 광(604)의 경로를 접는 하나 이상의 미러를 포함하여, 측(660a)으로부터 제2 도파관 부분 'b'까지의 더 짧은 거리(예를 들어, 하나 이상의 미러가 존재하지 않는 구현에서 보다도 도파관 부분 'a'의 더 짧은 길이)에서 방출된 광(604)의 개선된 균질성을 달성할 수 있다. 방출된 광(604)을 균질화하기 위한 다른 구현들이 또한 가능하다.
일부 예들에서, 도시된 바와 같이, 제2 길이방향 부분 'b' 내의 도파관(660)의 폭은 제2 부분 'b' 내에서 제3 부분 'c'쪽으로 안내되는 방출된 광(604)의 발산(수평으로)을 제어하기 위해 점차 증가할 수 있다. 이러한 방식으로, 도파관(660)은 안내된 광의 각각의 부분들을 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)쪽으로 안내하기 전에 방출된 광(604)의 발산(수평으로)을 허용할 수 있다. 이를 위해, 제2 부분 'b'의 길이는 도파관 부분 'c' 내의 도파관(660)의 별개의 분기들 사이에서 분할되기 전에 제1 도파관 부분 'a'로부터의 방출된 광(604)이 수평으로(예를 들어, y-축의 방향으로) 발산하는 것을 충분히 허용하도록 선택될 수 있다.
제3 길이방향 부분 'c'에서, 도파관(660)은 출력단들(660b, 660c, 660d, 660e)쪽으로의 방출된 광(604)의 각각의 부분들의 별개의 전송 경로들을 정의하기 위해 서로로부터 멀어지게 연장되는 복수의 세장형 부재들(예를 들어, 분기들 등)을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 도파관(660)은 4개의 세장형 부재(예를 들어, 분기들 등)를 갖는다. 제1 세장형 부재는 도파관 부분 'b'로부터 출력단(660b)으로 연장되는 도파관(660) 부분에 대응할 수 있고, 제2 세장형 부재는 도파관 부분 'b'로부터 출력단(660c)으로 연장되는 도파관(660) 부분에 대응할 수 있고, 제3 세장형 부재는 도파관 부분 'b'로부터 출력단(660d)으로 연장되는 도파관(660) 부분에 대응할 수 있고, 제4 세장형 부재는 도파관 부분 'b'로부터 출력단(660e)으로 연장되는 도파관(660) 부분에 대응할 수 있다.
이러한 배열로, 도파관(660)은 제1 세장형 부재를 통해 방출된 광(604)의 제1 부분을 단부(660b)쪽으로 안내할 수 있고, 제2 세장형 부재를 통해 방출된 광(604)의 제2 부분을 단부(660c)쪽으로 안내할 수 있고, 제3 세장형 부재를 통해 방출된 광(604)의 제3 부분을 단부(660d)쪽으로 안내할 수 있고, 제4 세장형 부재를 통해 방출된 광(604)의 제4 부분을 단부(660e)쪽으로 안내할 수 있다. 또한, 예를 들어, (각각의 세장형 부재들을 통해 안내되는) 방출된 광(604)의 각각의 부분들은 그 후 (예를 들어, z-축의 방향으로) 페이지 밖으로 그리고 장면쪽으로 미러들(650, 652, 654, 656)에 의해 반사될 수 있다.
따라서, 이러한 배열로, 도파관(660)은 방출된 광(604)의 부분들을 도파관(660)의 각각의 세장형 부재(예를 들어, 분기)를 통해 각각의 출력단쪽으로 안내되는 몇몇 부분들로 분할하는 빔 분할기로서 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 일부 구현들에서, 세장형 부재는 출력단에서 종단하는 대신에 하나 이상의 추가적인 세장형 부재(도시되지 않음)쪽으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제1 세장형 부재(출력단(660b)과 연관됨)는 그 안에서 안내된 광을 단일 출력단(660b) 대신에 몇몇 출력단들로 종단되는 복수의 분기들(예를 들어, 세장형 부재들)로 분할할 수 있다. 따라서, 이 예에서, 도파관(660)은 (그 안에서 안내된) 광(604)을 추가적인 출력단들로 분리하여 시스템(600)의 추가적인 전송(및/또는 수신) 채널들을 정의할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1 세장형 부재로부터 연장되는 추가적인 분기들 각각은 유사하게 더 많은 분기들 등으로 분할될 수 있다. 유사하게, 제2, 제3 및/또는 제4 세장형 부재들(출력단들(660c, 660d, 660e)과 각각 연관됨)은 대안적으로 또는 추가적으로 출력단들(660c, 660d, 660e)에서 각각 종단하는 대신에 도파관(660)의 복수의 분기들쪽으로 연장될 수 있다.
따라서, 도파관(660)이 단지 예로서 하나의 입력단 및 4개의 출력단을 갖는 것으로 도시되어 있다는 것에 유의한다. 도파관(660)의 다양한 대안적인 구현들이 본 개시내용의 범위로부터 벗어나지 않고서 가능하다. 일 예에서, 더 적거나 더 많은 세장형 부재들이 도파관 부분 'b'로부터 연장될 수 있다. 다른 예에서, 도파관 부분 'c' 내의 세장형 부재들 중 하나 이상은 각각의 출력단에서 종단하는 대신에 복수의 별개의 분기들로 분할될 수 있다. 다른 예들이 가능하다.
이들 배열들 중 임의의 것으로 예를 들어, 도파관(660)은 따라서 동일한 광원(예를 들어, 광원(640))을 이용하여 복수의 전송 채널을 구동하도록 구성될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 도파관(660)에 의해 정의된 전송 채널들 각각은 시스템(600)의 환경쪽으로 실질적으로 유사한 시간에 (예를 들어, 격자 패턴 등으로) 각각의 광 펄스를 전송할 수 있다(예를 들어, 각각의 광 펄스들은 도파관(660)에 의해 분할된 단일 광 펄스로부터 비롯될 수 있다).
일부 구현들에서, 도파관(660)의 세장형 부재의 적어도 일부의 단면적은 그 안에서 안내된 광의 전파 방향에서 점차 감소할 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 세장형 부재는 출력단(660b) 근처에서 점진적으로 감소하는 단면적을 가질 수 있다. 이러한 구성에 의해, 예를 들어, 출력단(660b)에서 도파관(660)을 나오는 방출된 광(604)의 제1 부분에서의 광선들의 각도 확산은 출력단(660b) 근처에서 테이퍼(즉, 점진적으로 감소하는 단면적)가 없는 경우보다 더 클 수 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 출력단(660b) 근처의 테이퍼는 반대 방향일 수 있다(예를 들어, 출력(660b) 근처의 제1 세장형 부재의 단면적이 점진적으로 증가할 수 있다). 이 실시예에서, 출력(660b)에서 도파관(660)을 나오는 방출된 광(604)의 제1 부분에서의 광선들의 각도 확산은 출력단(660b) 근처에서 테이퍼가 없는 경우보다 더 작을 수 있다. 따라서, 일부 구현들에서, 시스템(600)은 도파관(660)의 측벽들을 테이퍼링함으로써 전송된 광 신호들 내의 광선들의 각도 확산을 제어하도록 구성될 수 있다. 이 프로세스를 통해, 예를 들어, 전송된 광선들의 각도 확산은, 예를 들어, 전송된 광선들을 시스템(600)의 환경쪽으로 지향시키는 렌즈들(130, 230, 330, 430, 530, 및/또는 630) 중 임의의 렌즈와 같은 렌즈(도시되지 않음)의 애퍼쳐 수를 일치시키도록 선택될 수 있다.
도시된 바와 같이, 제2, 제3, 및 제4 세장형 부재들은 또한 각각의 출력단들(660c, 660d, 660e) 근처에서 점진적으로 감소하는 폭들(예를 들어, 도파관(660)의 벽들이 테이퍼링 인됨)을 가질 수 있다. 그러나, 위의 논의에 따라, 출력단들(660c, 660d, 660e) 근처의 도파관(660)의 벽들은 대안적으로 시스템(600)의 특정 구성(예를 들어, 렌즈 특성들 등)에 따라 출력 광 빔들의 각도 확산을 다른 방식으로 제어하도록 테이퍼링 아웃(예를 들어, 점진적으로 증가하는 단면적들 등)될 수 있다.
시스템(600)은 도시된 것들보다 더 적은, 더 많은, 및/또는 상이한 구성요소들을 포함할 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 도파관(660)이 4개의 출력단(660b, 660c, 660d, 660e)을 통해 연장되는 4개의 전송 경로를 정의하는 4개의 세장형 부재를 포함하는 것으로 도시되지만, 도파관(660)은 대안적으로 더 적거나 더 많은 출력단들(및 연관된 세장형 부재들)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 도파관(660)은 방출된 광(604)을 8개의 출력단쪽으로 지향시킬 수 있다. 이 실시예에서, 단일 광원(640)은 시스템(600)의 8개의 별개의 전송 채널(8개의 대응하는 수신 채널과 공동 정렬됨)을 구동할 수 있다. 또한, 이 실시예에서, 시스템(600)은 32개의 광원에 결합된 32개의 도파관을 포함할 수 있다. 따라서, 이 실시예에서, 시스템(600)은 32개의 광원(예를 들어, 레이저들 등)을 이용하여 구동되는 32*8 = 256개의 공동 정렬된 전송/수신 채널을 정의할 수 있다. 다른 구성들이 가능하다.
III. 예시적인 방법들 및 컴퓨터 판독가능한 매체
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 방법(700)의 흐름도이다. 방법(700)은 예를 들어 시스템들(100, 290, 300, 400, 500, 600) 및/또는 디바이스(200)와 함께 이용될 수 있는 방법의 실시예를 제시한다. 방법(700)은 블록들(702-708) 중 하나 이상에 의해 예시된 바와 같은 하나 이상의 동작, 기능, 또는 행동을 포함할 수 있다. 블록들이 순차적 순서로 예시되지만, 이러한 블록들은 일부 경우들에서 병렬로 그리고/또는 본 명세서에서 설명된 것들과 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 다양한 블록들은 원하는 구현에 기반하여 더 적은 블록들로 결합될 수 있고, 추가적인 블록들로 분할될 수 있고/있거나 제거될 수 있다.
게다가, 방법(700) 및 본 명세서에 개시된 다른 프로세스들과 방법들에 대해, 흐름도는 본 실시예들의 하나의 가능한 구현의 기능 및 동작을 도시한다. 이와 관련하여, 각각의 블록은, 프로세스에서 특정 논리 기능들 또는 단계들을 구현하기 위해 프로세서에 의해 실행가능한 하나 이상의 명령어를 포함하는 모듈, 세그먼트, 제조 또는 동작 프로세스의 부분, 또는 프로그램 코드의 부분을 나타낼 수 있다. 프로그램 코드는, 예컨대, 디스크 또는 하드 드라이브를 포함하는 저장 디바이스와 같은 임의의 유형의 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는, 예컨대, 레지스터 메모리, 프로세서 캐시, 및 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같이 짧은 기간들 동안 데이터를 저장하는 컴퓨터 판독가능한 매체와 같은 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 또한, 예컨대, 판독 전용 메모리(ROM), 광학 또는 자기 디스크들, 콤팩트 디스크 판독 전용 메모리(CD-ROM)와 같이, 보조 또는 영구적 장기 저장소와 같은 비일시적 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 또한 임의의 다른 휘발성 또는 비휘발성 저장 시스템들일 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는, 예컨대, 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 또는 유형의 저장 디바이스로 고려될 수 있다. 게다가, 방법(700) 및 본 명세서에 개시된 다른 프로세스들과 방법들에 대해, 도 7의 각각의 블록은 프로세스에서의 특정 논리 기능들을 수행하도록 배선되는 회로를 나타낼 수 있다.
블록(702)에서, 방법(700)은 도파관(예를 들어, 360)의 제1 측(예를 들어, 360a)쪽으로 광(예를 들어, 304)을 (예를 들어, 광원(340)을 통해) 방출하는 단계를 수반한다. 블록(704)에서, 방법(700)은 도파관 내에서, 방출된 광을 제1 측으로부터 제1 측에 대향하는 도파관의 제2 측(예를 들어, 360b)으로 안내하는 단계를 수반한다. 블록(706)에서, 방법(700)은 안내된 광을 도파관의 제3 측(예를 들어, 360c)쪽으로 (예를 들어, 미러(350)를 통해) 반사시키는 단계를 수반한다. 일부 예들에서, 반사된 광의 적어도 일부는 제3 측으로부터 장면쪽으로 전파될 수 있다. 도 3a 및 도 3b를 다시 참조하면, 예를 들어 반사 광(304)은 애퍼쳐(320a) 및 렌즈(330)를 통해 장면(예를 들어, 물체(398))쪽으로 전파될 수 있다. 블록(708)에서, 방법(700)은 렌즈(예를 들어, 330)를 통해, 장면으로부터 전파되는 광(예를 들어, 302)을 도파관 및 광 검출기(예를 들어, 어레이(310)에 포함된 광 검출기들 중 임의의 것 등) 상에 포커싱하는 단계를 수반한다.
IV. 결론
위의 상세한 설명은 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 다양한 특징들 및 기능들을 첨부된 도면들을 참조하여 설명하였다. 본 명세서에서 다양한 양태들 및 실시예들이 개시되었지만, 다른 양태들 및 실시예들이 명백할 것이다. 본 명세서에 개시된 다양한 양태들 및 실시예들은 단지 예시의 목적들을 위한 것이고, 제한적인 것으로 의도되지 않으며, 실제 범위는 다음의 청구항들에 의해 나타내어진다.

Claims (20)

  1. 시스템으로서,
    광을 방출하는 광원;
    도파관 - 상기 도파관은 방출된 광을 상기 도파관의 제1 측으로부터 상기 제1 측에 대향하는 상기 도파관의 제2 측쪽으로 안내하고, 상기 제1 측과 상기 제2 측 사이에 연장되는 제3 측을 가짐 -;
    안내된 광을 상기 도파관의 상기 제3 측쪽으로 반사시키는 미러 - 반사된 광의 적어도 일부는 상기 도파관으로부터 장면쪽으로 전파됨 -;
    광 검출기; 및
    상기 장면으로부터의 광을 상기 도파관 및 상기 광 검출기쪽으로 포커싱하는 렌즈
    를 포함하는 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 포커싱된 광의 제1 부분을 상기 도파관 상에 포커싱하고 상기 포커싱된 광의 제2 부분을 상기 도파관에 인접하게 포커싱하고, 상기 도파관은 상기 렌즈에 대해 제1 거리에 있고, 상기 광 검출기는 상기 렌즈에 대해 제2 거리에 있는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    포커싱된 광의 적어도 일부는 상기 도파관을 통해 전파되지 않고 상기 렌즈로부터 상기 광 검출기로 전파되는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    애퍼쳐를 정의하는 불투명 물질을 더 포함하고, 포커싱된 광의 적어도 일부는 상기 애퍼쳐를 통해 상기 광 검출기쪽으로 전송되는 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 불투명 물질은 상기 렌즈와 상기 도파관 사이에 개재되고, 반사된 광의 적어도 일부는 상기 애퍼쳐를 통해 상기 장면쪽으로 전파되는 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 불투명 물질은 상기 도파관과 상기 광 검출기 사이에 개재되는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 미러는 상기 도파관의 상기 제3 측에 대해 제1 각도에 있고, 상기 도파관의 상기 제1 측은 상기 도파관의 상기 제3 측에 대해 제2 각도에 있고, 상기 제1 각도는 상기 제2 각도보다 작은 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 도파관의 상기 제2 측은 상기 제3 측쪽으로 기울어지고, 상기 미러는 상기 제2 측 상에 배치되는 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    제1 기판 - 상기 도파관의 상기 제3 측은 상기 제1 기판 상에 배치됨 -;
    제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 주어진 물질 - 상기 주어진 물질은 상기 제1 기판, 상기 제2 기판 및 상기 도파관과 접촉하고 있음 -
    을 더 포함하고,
    상기 도파관은 상기 주어진 물질의 주어진 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도파관은 포토레지스트를 포함하고, 상기 주어진 물질은 상기 제1 기판을 상기 제2 기판에 결합하는 접착제를 포함하는 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 도파관과 상기 광 검출기 사이에 배치된 광 필터를 더 포함하고, 상기 광 필터는 상기 광 검출기쪽으로 전파되는 광을 감쇠시키는 시스템.
  12. 시스템으로서,
    광을 방출하는 광원;
    입력단 및 상기 입력단에 대향하는 하나 이상의 출력단을 갖는 도파관 - 상기 도파관은 방출된 광을 상기 입력단으로부터 상기 하나 이상의 출력단으로 안내하고, 상기 도파관은 상기 입력단으로부터 상기 하나 이상의 출력단까지 연장되는 주어진 측을 가짐 -;
    안내된 광의 적어도 일부를 상기 도파관의 상기 주어진 측쪽으로 반사시키는 하나 이상의 미러 - 반사된 광은 상기 도파관으로부터 전파됨 -;
    상기 도파관으로부터 전파되는 상기 반사된 광을 장면쪽으로 지향시키는 렌즈; 및
    광 검출기들의 하나 이상의 어레이 - 상기 렌즈는 상기 장면으로부터의 광을 상기 도파관 및 상기 광 검출기들의 하나 이상의 어레이쪽으로 포커싱함 -
    를 포함하는 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 하나 이상의 출력단은 적어도 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 도파관은 적어도 제1 세장형 부재 및 제2 세장형 부재를 포함하는 복수의 세장형 부재를 포함하고, 상기 제1 세장형 부재는 상기 방출된 광의 제1 부분을 상기 제1 단부쪽으로 안내하고, 상기 제2 세장형 부재는 상기 방출된 광의 제2 부분을 상기 제2 단부쪽으로 안내하는 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미러는 적어도 제1 미러 및 제2 미러를 포함하고,
    상기 도파관은 상기 방출된 광의 상기 제1 부분을 상기 제1 세장형 부재를 통해 상기 제1 미러쪽으로 안내하고, 상기 방출된 광의 상기 제2 부분을 상기 제2 세장형 부재를 통해 상기 제2 미러쪽으로 안내하는 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 세장형 부재의 적어도 일부의 단면적은 상기 제1 세장형 부재 내에서 안내되는 상기 방출된 광의 상기 제1 부분의 전파 방향으로 점진적으로 감소하는 시스템.
  16. 제12항에 있어서,
    적어도 제1 애퍼쳐 및 제2 애퍼쳐를 포함하는 복수의 애퍼쳐를 정의하는 불투명 물질을 더 포함하고, 상기 렌즈는 포커싱된 광의 제1 부분을 상기 제1 애퍼쳐 내로 포커싱하고 상기 포커싱된 광의 제2 부분을 상기 제2 애퍼쳐 내로 포커싱하고,
    상기 광 검출기들의 하나 이상의 어레이는 적어도 광 검출기들의 제1 어레이 및 광 검출기들의 제2 어레이를 포함하고, 상기 포커싱된 광의 상기 제1 부분은 상기 제1 애퍼쳐를 통해 상기 광 검출기들의 제1 어레이쪽으로 전파되고, 상기 포커싱된 광의 상기 제2 부분은 상기 제2 애퍼쳐를 통해 상기 광 검출기들의 제2 어레이쪽으로 전파되는 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 하나 이상의 미러는 상기 방출된 광의 제1 부분을 상기 제1 애퍼쳐쪽으로 반사시키고 상기 방출된 광의 제2 부분을 상기 제2 애퍼쳐쪽으로 반사시키는 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    하나 이상의 반사기를 더 포함하고, 상기 도파관은 상기 입력단으로부터 상기 하나 이상의 출력단까지 길이방향으로 연장되고, 상기 하나 이상의 반사기는 상기 도파관의 길이방향 부분 상에 배치되는 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도파관의 상기 길이방향 부분은 상기 입력단에 인접하고, 상기 하나 이상의 반사기는 상기 도파관의 상기 길이방향 부분의 적어도 2개의 대향 측을 따라 배치되는 시스템.
  20. 방법으로서,
    도파관의 제1 측쪽으로 광을 방출하는 단계;
    상기 도파관 내에서, 방출된 광을 상기 제1 측으로부터 상기 제1 측에 대향하는 상기 도파관의 제2 측으로 안내하는 단계;
    안내된 광을 상기 도파관의 제3 측쪽으로 반사시키는 단계 - 반사된 광의 적어도 일부는 상기 도파관의 상기 제3 측으로부터 장면쪽으로 전파됨 -; 및
    렌즈를 통해, 상기 장면으로부터의 광을 상기 도파관 및 광 검출기 상에 포커싱하는 단계
    를 포함하는 방법.
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