KR20210120041A - 트랜시버 어레이를 포함하는 라이다 시스템 - Google Patents

트랜시버 어레이를 포함하는 라이다 시스템 Download PDF

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로저 데이비드 컬럼버
준 페이
마크 에이. 맥콜드
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셉톤 테크놀로지스, 인코포레이티드
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Abstract

라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들 및 제1 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제1 세트의 검출기들, 및 제2 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제2 세트의 광원들 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다. 제2 세트의 검출기들의 각각의 검출기는 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 포지션과 광학적으로 결합된 제2 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치된다. 제1 세트의 검출기들의 각각의 검출기는 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 포지션과 광학적으로 결합된 제1 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치된다.

Description

트랜시버 어레이를 포함하는 라이다 시스템
[0001] 본 출원은 2019년 1월 29일에 출원되고 명칭이 "LIDAR SYSTEM INCLUDING A TRANSCEIVER ARRAY"인 미국 가출원 제62/798,407호, 및 2020년 1월 28일에 출원되고 명칭이 "LIDAR SYSTEM INCLUDING A TRANSCEIVER ARRAY"인 미국 정식 출원 제16/775,166호의 PCT 출원이며, 35 U.S.C. 119(e) 하에서 우선권으로 주장하고, 이로써 상기 출원들의 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함된다.
[0002] 3-차원 센서들은 자율 주행 차량들, 드론들, 로봇 공학, 보안 애플리케이션들 등에 적용될 수 있다. 라이다 센서(LiDAR sensor)들은 이러한 애플리케이션들에 대해 적절한 높은 각도 분해능(angular resolution)들을 달성할 수 있다. 라이다 센서들은 레이저 빔들을 방출하기 위한 레이저 소스들, 및 반사된 레이저 빔들을 검출하기 위한 검출기들을 포함할 수 있다. 비교적 높은 레이저 전력들로 동작되고 또한 여전히 눈-안전 요건들을 만족시킬 수 있는 개선된 라이다 센서들에 대한 필요성이 존재한다. 또한 더 용이한 광학 정렬들을 가능하게 하고 다른 장점들을 제공할 수 있는 라이다 컴포넌트들의 개선된 구성들에 대한 필요성이 존재한다.
[0003] 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템은 제1 광축(optical axis)을 갖는 제1 렌즈, 실질적으로 제1 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제1 세트의 광원들 및 제1 세트의 검출기들, 제1 광축과 실질적으로 평행한 제2 광축을 갖는 제2 렌즈, 및 실질적으로 제2 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제2 세트의 광원들 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다. 제2 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 제1 렌즈의 초점 평면 상의 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된(optically conjugate) 제2 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 제2 세트의 검출기들의 개개의 검출기가 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원에 의해 방출되고 제1 렌즈 및 제2 렌즈 앞에 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 광 빔을 검출한다. 제1 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 제2 렌즈의 초점 평면 상의 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된 제1 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 제1 세트의 검출기들의 개개의 검출기가 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원에 의해 방출되고 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 광 빔을 검출한다.
[0004] 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 동작시키는 방법이 제공된다. 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다. 방법은, 제1 인스턴트(instant)에서, 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계, 및 제1 렌즈를 사용하여, 제1 세트의 광 펄스들을 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계를 포함한다. 제1 세트의 광 펄스들은 하나 이상의 객체들에 의해 반사된다. 방법은, 제2 렌즈를 사용하여, 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 제1 세트의 광 펄스들을 제2 세트의 검출기들로 포커싱하는 단계, 및 제2 세트의 검출기들을 사용하여, 제2 렌즈에 의해 포커싱된 제1 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 제1 인스턴트에 후속하는 제2 인스턴트에서, 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계; 및 제2 렌즈를 사용하여, 제2 세트의 광 펄스들을 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계를 더 포함한다. 제2 세트의 광 펄스들은 하나 이상의 객체들에 의해 반사된다. 방법은, 제1 렌즈를 사용하여, 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 제2 세트의 광 펄스들을 제1 세트의 검출기들로 포커싱하는 단계, 및 제1 세트의 검출기들을 사용하여, 제1 렌즈에 의해 포커싱된 제2 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계를 더 포함한다.
[0005] 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 정렬하는 방법이 제공된다. 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다. 방법은 제1 세트의 광원들 및 제1 세트의 검출기들을, 제1 렌즈의 초점 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제1 트랜시버 어레이로서 배열하는 단계; 제2 세트의 광원들 및 제2 세트의 검출기들을, 제2 렌즈의 초점 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제2 트랜시버 어레이로서 배열하는 단계; 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 빔들을 방출하는 단계; 제1 렌즈를 사용하여, 제1 세트의 광 빔들을 스크린을 향해 투사하고, 이로써 스크린 상에 제1 세트의 광 스폿(light spot)들을 형성하는 단계; 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 빔들을 방출하는 단계; 제2 렌즈를 사용하여, 제2 세트의 광 빔들을 스크린을 향해 투사하고, 이로써 스크린 상에 제2 세트의 광 스폿들을 형성하는 단계; 및 제1 세트의 광 스폿들 및 제2 세트의 광 스폿들이 스크린 상에 미리 결정된 패턴을 형성할 때까지, 제1 트랜시버 어레이에 대한 제1 렌즈의 포지션 및 제2 트랜시버 어레이에 대한 제2 렌즈의 포지션을 조정하는 단계를 더 포함하여, 제1 세트의 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합되고, 제2 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합된다.
[0006] 도 1은 일부 실시예들에 따라, 3-차원 이미징을 위한 라이다 센서를 개략적으로 예시한다.
[0007] 도 2는 일부 실시예들에 따른 예시적인 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0008] 도 3은 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0009] 도 4는 도 3에 예시된 라이다 시스템의 광 빔들의 예시적인 광학 경로들을 개략적으로 도시한다.
[0010] 도 5는 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템을 개략적으로 예시한다.
[0011] 도 6은 일부 실시예들에 따른 광원들 및 검출기들의 구성을 개략적으로 도시한다.
[0012] 도 7은 일부 실시예들에 따른 라이다 시스템의 2개의 트랜시버 어레이들의 예시적인 어레인지먼트를 도시한다.
[0013] 도 8은 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템의 개략적인 단면도를 예시한다.
[0014] 도 9는 일부 실시예들에 따른 라이다 시스템을 동작시키는 방법을 예시하는 단순화된 흐름도이다.
[0015] 도 10은 일부 실시예들에 따른 라이다 시스템을 정렬하는 방법을 예시하는 단순화된 흐름도이다.
[0016] 일부 라이다 시스템은, 레이저 소스들에 의해 방출되어 나가는 레이저 빔들을 시준하거나 투사하기 위한 제1 렌즈, 및 리턴 레이저 빔들을 광 검출기들에 포커싱하기 위한 제2 렌즈를 포함한다. 라이다 시스템들은 제1 렌즈 뒤에 포지셔닝된 레이저 소스들의 어레이, 및 제2 렌즈 뒤에 포지셔닝된 대응하는 광 검출기들의 어레이를 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 레이저 소스들이 단일 렌즈 뒤에 집중되기 때문에, 레이저 소스들의 동작 전력들은 눈 안전 요건들에 의해 제한될 수 있다. 또한, 레이저 소스들 및 검출기들의 패킹 밀도(packing density)는 레이저 소스와 검출기 사이의 더 큰 디바이스(연관된 회로를 포함함)의 치수에 의해 제한될 수 있다.
[0017] 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템은 2개의 렌즈들, 및 2개의 트랜시버 어레이들을 포함할 수 있으며, 각각의 트랜시버 어레이는 각각의 개개의 렌즈 뒤에 포지셔닝된다. 각각의 트랜시버 어레이는 하나 이상의 레이저 소스들 및 하나 이상의 광 검출기들을 포함한다. 따라서, 각각의 렌즈는 하나 이상의 레이저 소스들에 의해 방출된 광 빔들을 투사하기 위한 투과 렌즈로서뿐만 아니라 리턴 광 빔들을 하나 이상의 광 검출기들에 포커싱하기 위한 수용 렌즈로서 기능한다.
[0018] 도 1은 일부 실시예들에 따라, 3-차원 이미징을 위한 라이다 센서(100)를 개략적으로 예시한다. 라이다 센서(100)는 방출 렌즈(130) 및 수용 렌즈(140)를 포함한다. 라이다 센서(100)는 실질적으로 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면에 배치된 레이저 소스(110a)를 포함한다. 레이저 소스(110a)는 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 개개의 방출 위치로부터 레이저 펄스(120)를 방출하도록 동작한다. 방출 렌즈(130)는 라이다 센서(100) 앞에 위치된 객체(150)를 향해 레이저 펄스(120)를 시준 및 지향시키도록 구성된다. 레이저 소스(110a)의 주어진 방출 위치에 대해, 시준된 레이저 펄스(120')는 객체(150)를 향해 대응하는 각도로 지향된다.
[0019] 시준된 레이저 펄스(120') 중 일부(122)는 물체(150)로부터 수용 렌즈(140) 쪽으로 반사된다. 수용 렌즈(140)는 물체(150)로부터 반사된 레이저 펄스 중 일부(122')를 수용 렌즈(140)의 초점 평면의 대응하는 검출 위치에 포커싱하도록 구성된다. 라이다 센서(100)는 실질적으로 수용 렌즈(140)의 초점 평면에 배치된 검출기(160a)를 더 포함한다. 검출기(160a)는 대응하는 검출 위치에서 물체로부터 반사된 레이저 펄스(120) 중 일부(122')를 수용 및 검출하도록 구성된다. 검출기(160a)의 대응하는 검출 위치는 레이저 소스(110a)의 개개의 방출 위치와 광학적으로 결합(conjugate)된다.
[0020] 레이저 펄스(120)는 짧은 지속기간, 예컨대 10 ns 펄스 폭일 수 있다. 라이다 센서(100)는 레이저 소스(110a) 및 검출기(160a)에 커플링된 프로세서(190)를 더 포함한다. 프로세서(190)는 방출로부터 검출까지의 레이저 펄스(120)의 TOF(time of flight)를 결정하도록 구성된다. 레이저 펄스(120)가 광속으로 이동하기 때문에, 라이다 센서(100)와 물체(150) 사이의 거리는 결정된 비행 시간에 기반하여 결정될 수 있다.
[0021] FOV에 걸쳐 레이저 빔(120')을 스캐닝하는 하나의 방법은 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 방출 렌즈(130)에 대해 측방으로 레이저 소스(110a)를 이동시키는 것이다. 예컨대, 레이저 소스(110a)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 복수의 방출 위치들로 래스터 스캐닝될 수 있다. 레이저 소스(110a)는 복수의 방출 위치들에서 복수의 레이저 펄스들을 방출할 수 있다. 개개의 방출 위치에서 방출된 각각의 레이저 펄스는 방출 렌즈(130)에 의해 시준되고 객체(150)를 향하여 개개의 각도로 지향되고, 객체(150)의 표면 상의 대응하는 지점에 충돌한다. 따라서, 레이저 소스(110a)가 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면의 특정 영역 내에서 래스터 스캐닝될 때, 객체(150) 상의 대응하는 객체 영역이 스캐닝된다. 검출기(160a)는, 도 1에 예시된 바와 같이, 수용 렌즈(140)의 초점 평면의 복수의 대응하는 검출 위치들에 포지셔닝되도록 래스터 스캐닝된다. 검출기(160a)의 스캐닝은 전형적으로 레이저 소스(110a)의 스캐닝과 동기식으로 수행되어, 검출기(160a) 및 레이저 소스(110a)가 임의의 주어진 시간에 항상 서로 광학적으로 결합된다.
[0022] 개개의 방출 위치에서 방출된 각각의 레이저 펄스에 대한 비행 시간을 결정함으로써, 라이다 센서(100)로부터 객체(150)의 표면 상의 각각의 대응하는 지점까지의 거리가 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(190)는 각각의 방출 위치에서 레이저 소스(110a)의 위치를 검출하는 포지션 인코더에 커플링된다. 방출 위치에 기반하여, 시준된 레이저 펄스(120')의 각도가 결정될 수 있다. 객체(150)의 표면 상의 대응하는 지점의 X-Y 좌표는 라이다 센서(100)에 대한 각도 및 거리에 기반하여 결정될 수 있다. 따라서, 객체(150)의 3-차원 이미지는 라이다 센서(100)로부터 객체(150)의 표면 상의 다양한 지점들까지의 측정된 거리들에 기반하여 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3-차원 이미지는 지점 클라우드, 즉, 객체(150)의 표면 상의 지점들의 X, Y 및 Z 좌표들의 세트로서 표현될 수 있다.
[0023] 일부 실시예들에서, 검출기의 포화를 방지하거나, 눈-안전성을 개선하거나, 전체 전력 소비를 감소시키기 위해, 리턴 레이저 펄스(122')의 강도가 측정되고 동일한 방출 지점으로부터 후속 레이저 펄스들의 파워를 조정하는 데 사용된다. 레이저 펄스의 파워는 레이저 펄스의 지속기간, 레이저에 인가된 전압 또는 전류, 또는 레이저에 전력을 공급하는 데 사용되는 커패시터에 저장된 전하를 변동시킴으로써 변동될 수 있다. 후자의 경우, 커패시터에 저장된 전하는 커패시터에 대한 충전 시간, 충전 전압 또는 충전 전류를 변동시킴으로써 변동될 수 있다. 일부 실시예들에서, 강도는 또한 이미지에 다른 차원을 추가하기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 이미지는 반사도(또는 밝기)뿐만 아니라 X, Y 및 Z 좌표들을 포함할 수 있다.
[0024] 라이다 센서(100)의 AFOV(angular field of view)는 레이저 소스(110a)의 스캐닝 범위 및 방출 렌즈(130)의 초점 거리에 기반하여 다음과 같이 추정될 수 있고:
Figure pct00001
여기서 h는 특정 방향을 따른 레이저 소스(110a)의 스캔 범위이고, f는 방출 렌즈(130)의 초점 거리이다. 주어진 스캔 범위(h)에 대해, 초점 거리가 더 짧을수록 더 넓은 AFOV들을 생성한다. 주어진 초점 거리(f)에 대해, 스캔 범위들이 더 클수록 더 넓은 AFOV들을 생성한다. 일부 실시예들에서, 라이다 센서(100)는 방출 렌즈(130)의 후방 초점 평면에 어레이로서 배치된 다수의 레이저 소스들을 포함할 수 있어서, 각각의 개별 레이저 소스의 스캔 범위를 비교적 작게 유지하면서 더 큰 총 AFOV가 달성될 수 있다. 따라서, 라이다 센서(100)는 수용 렌즈(140)의 초점 평면에 어레이로서 배치된 다수의 검출기들을 포함할 수 있으며, 각각의 검출기는 개개의 레이저 소스와 결합된다. 예컨대, 라이다 센서(100)는 도 1에 예시된 바와 같이 제2 레이저 소스(110b) 및 제2 검출기(160b)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 라이다 센서(100)는 4개의 레이저 소스들 및 4개의 검출기들, 또는 8개의 레이저 소스들 및 8개의 검출기들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 라이다 센서(100)는 4 × 2 어레이로서 배열된 8개의 레이저 소스들 및 4 × 2 어레이로서 배열된 8개의 검출기들을 포함할 수 있어서, 라이다 센서(100)는 수직 방향에서 그의 AFOV보다 수평 방향에서 더 넓은 AFOV를 가질 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 라이다 센서(100)의 총 AFOV는 방출 렌즈의 초점 거리, 각각의 레이저 소스의 스캔 범위 및 레이저 소스들의 수에 의존하여 약 5도 내지 약 15도, 또는 약 15도 내지 약 45도, 또는 약 45도 내지 약 120 도의 범위에 있을 수 있다.
[0025] 레이저 소스(110a)는 자외선, 가시 또는 근적외선 파장 범위들의 레이저 펄스들을 방출하도록 구성될 수 있다. 각각의 레이저 펄스의 에너지는 대략 마이크로줄(microjoule) 정도일 수 있으며, 이는 일반적으로 KHz 범위의 반복 레이트들에 대해 눈에 안전한 것으로 간주된다. 약 1500nm보다 큰 파장들에서 동작하는 레이저 소스들에 대해, 에너지 레벨들은, 눈이 그러한 파장에 초점을 맞추지 않기 때문에 더 높아질 수 있다. 검출기(160a)는 실리콘 애벌랜치 포토다이오드(silicon avalanche photodiode), 광전자 증배기, PIN 다이오드, 또는 다른 반도체 센서들을 포함할 수 있다.
[0026] 라이다 센서(100)의 각도 분해능은 효과적으로 회절 제한될 수 있고, 회절은 다음과 같이 추정될 수 있고,
Figure pct00002
여기서 λ는 레이저 펄스의 파장이고, D는 렌즈 애퍼처의 직경이다. 각도 해상도는 또한 레이저 소스(110a)의 방출 영역의 크기 및 렌즈들(130, 140)의 수차(aberration)들에 의존할 수 있다. 다양한 실시예들에 따라, 라이다 센서(100)의 각도 분해능은 렌즈들의 타입에 의존하여 약 1mrad 내지 약 20mrad(약 0.05-1.0도)의 범위일 수 있다.
[0027] 도 2는 예시적인 라이다 시스템(200)을 개략적으로 예시한다. 라이다 시스템(200)은 2개의 렌즈들 ― 방출 렌즈(230) 및 수용 렌즈(240)를 포함할 수 있다. 방출 렌즈(230) 및 수용 렌즈(240) 각각은 다수의 렌즈 엘리먼트들을 포함하는 복합 렌즈일 수 있다. 방출 렌즈(230) 및 수용 렌즈(240)는 렌즈 장착부(220)에 장착될 수 있다. 방출 렌즈(230) 및 수용 렌즈(240)가 부착된 렌즈 장착부(220)는 본원에서 렌즈 조립체로 지칭될 수 있다.
[0028] 라이다 시스템(200)은 또한 하나 이상의 광원들(210)(예컨대, 레이저 소스들), 및 하나 이상의 검출기들(260)(예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이 4개의 광원들(210) 및 4개의 검출기들(260))을 포함할 수 있다. 광원들(210)은 광전자 기판(250) 상에 장착될 수 있고, 방출 렌즈(230) 뒤에(예컨대, 방출 렌즈(230)의 초점 평면에) 포지셔닝될 수 있다. 검출기들(260)은 광전자 기판(250) 상에 장착될 수 있고, 수용 렌즈(240) 뒤에(예컨대, 수용 렌즈(240)의 초점 평면에) 포지셔닝될 수 있다. 레이저 소스들(210) 및 검출기들(260)이 장착된 광전자 기판(250)은 본원에서 광전자 조립체로 지칭될 수 있다.
[0029] 도 1을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 각각의 개개의 광원(210a)의 포지션이 대응하는 검출기(260a)의 포지션과 광학적으로 결합되도록, 각각의 개개의 광원(210a) 및 대응하는 검출기(260a)가 광전자 기판(250) 상에 포지셔닝된다. 따라서, 개개의 광원(210a)에 의해 방출된 광 빔은 방출 렌즈(230)에 의해 투사 또는 시준될 수 있고, 라이다 시스템(200) 앞의 객체로부터 반사될 수 있고; 그리고 반사된 광 빔은 수용 렌즈(240)에 의해 대응하는 검출기(260a)에 포커싱될 수 있다.
[0030] 일부 실시예들에서, 렌즈 조립체는, 도 2에 예시된 바와 같이, 한 쌍의 굴곡부들(270a 및 270b)을 통해 기저부(202)에 유연하게 부착될 수 있다. 한 쌍의 굴곡부들(270a 및 270b) 각각의 하나의 단부는 기저부(202)에 부착되는 반면에, 다른 단부는 렌즈 조립체(220)에 부착된다. 한 쌍의 굴곡부들(270a 및 270b)은 보이스 코일 모터와 같은 액추에이터(204)(본원에서 또한 구동 기구로 지칭됨)에 커플링될 수 있다. 액추에이터(204)는, 한 쌍의 굴곡부들(270a, 270b)로 하여금 평행 사변형(parallelogram)에서와 같이 좌측 또는 우측으로 편향되게 하고, 따라서 렌즈 조립체(220)로 하여금 도 2의 양측 화살표에 의해 표시된 바와 같이 좌측 또는 우측으로 움직이게 하도록 제어기(206)에 의해 제어될 수 있다. 방출 렌즈(230)의 측방 이동은 레이저 소스들(210)에 의해 방출된 레이저 빔들로 하여금 라이다 시스템(200) 앞의 FOV를 가로질러 스캐닝되게 할 수 있다. 방출 렌즈(230) 및 수용 렌즈(240)를 포함하는 전체 렌즈 조립체(220)가 단일 유닛으로서 이동됨에 따라, 렌즈 조립체(220)가 스캐닝됨에 따라, 레이저 소스들(210)과 검출기들(260) 사이의 광학적 결합 관계가 유지된다.
[0031] 도 2가 렌즈 조립체(220)를 이동시키기 위한 2개의 로드 형상의 굴곡부(rod-shaped flexure)들(270a 및 270b)을 도시하지만, 다른 굴곡 기구들 또는 스테이지들이 사용될 수 있다. 예컨대, 스프링들, 에어 베어링들 등이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 기구(204)는 VCM(voice coil motor), 압전 액추에이터 등을 포함할 수 있다. 높은 스캔 주파수들에서, 한 쌍의 굴곡부들(270a 및 270b) 및 구동 기구(204)는, 전력 요건들을 최소화하기 위해 자신의 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 동작될 수 있다.
[0032] 다른 실시예들에서, 스캐닝은 다른 방식들에 의해 달성될 수 있다. 예컨대, 방출 렌즈(230), 수용 렌즈(240), 광원들(210) 및 검출기들(260)을 둘러싸는 회전 플랫폼을 사용하여 스캐닝이 구현될 수 있다. 대안적으로, 회전하는 다각형 거울, 또는 하나 이상의 진동 거울들이 사용될 수 있다.
[0033] 라이다 시스템(200)은 복수의 광원들(210) 및 복수의 검출기들(260)을 포함할 수 있다. 복수의 광원들(210)은 1차원 또는 2차원 어레이 중 어느 하나로 배열될 수 있다(예컨대, 2차원 어레이의 경우에, 서면에 수직 방향으로 서로 오프셋된 하나 이상의 행들이 있을 수 있음). 유사하게, 복수의 검출기들(260)은 또한 1차원 또는 2차원 어레이 중 어느 하나로서 배열될 수 있다.
[0034] 도 2에 예시된 바와 같이 광전자 기판(250) 상의 광원들(210) 및 검출기들(260)의 어레인지먼트는 특정 단점들을 가질 수 있다. 예컨대, 모든 광원들(210)에 의해 방출된 광 빔들이 방출 렌즈(230)에 의해 투사된 후 공간적으로 집중될 수 있기 때문에, 각각의 광원(210)의 허용 가능한 전력은 눈의 안전을 보장하기 위해 제한될 수 있다.
[0035] 또한, 광전자 기판(250) 상의 광원들(210) 또는 검출기들(260)의 최대 패킹 밀도는 광원(210)과 검출기(260) 사이의 더 큰 디바이스의 치수에 의해 제한될 수 있다. 예컨대, 각각의 검출기(260)(연관된 회로를 포함함)가 각각의 광원(210)의 치수보다 더 큰 치수를 갖고, 복수의 검출기들(260)이 인접한 검출기들(260) 사이의 최소 공간이 있도록 가능한 한 근접하게 패킹된다고 가정한다. 광원들(210)이 가능한 한 근접하지 않더라도, 대응하는 검출기들(260)과의 결합 관계를 유지하기 위해, 복수의 광원들(210)은 동일한 밀도로 패킹될 필요가 있을 것이다.
[0036] 도 3은 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템(300)을 개략적으로 예시한다. 도 2에 예시된 라이다 시스템(200)과 유사하게, 라이다 시스템(300)은 또한 2개의 렌즈들 ― 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340)를 포함한다. 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340)는 렌즈 장착부(320)에 장착될 수 있다. 제1 렌즈(330)는 제1 광축(332)을 갖고, 제2 렌즈(340)는 제1 광축(332)과 실질적으로 평행한 제2 광축(342)을 갖는다. 라이다 시스템(300)은 복수의 광원들(310) 및 복수의 검출기들(360)을 더 포함한다. 광원들(310) 및 검출기들(360)은 광전자 기판(350) 상에 장착될 수 있다.
[0037] 여기서, 도 2에 예시된 라이다 시스템(200)에서와 같이 하나의 렌즈 뒤에 모든 광원들(310)을 갖고 다른 렌즈 뒤에 모든 검출기들(360)을 갖는 대신에, 제1 세트의 광원들(310a) 및 제1 세트의 검출기들(360a)은 제1 렌즈(330)의 초점 평면에 포지셔닝되고, 제2 세트의 광원들(310b) 및 제2 세트의 검출기들(360b)은 제2 렌즈(340)의 초점 평면에 포지셔닝된다. 제1 렌즈(330) 뒤의 제1 세트의 광원들(310a) 및 제1 세트의 검출기들(360a)은 제1 트랜시버 어레이로 지칭될 수 있다. 유사하게, 제2 렌즈(340) 뒤의 제2 세트의 광원들(310b) 및 제2 세트의 검출기들(360b)은 제2 트랜시버 어레이로 지칭될 수 있다. 따라서, 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340) 각각은 방출 렌즈와 수용 렌즈 둘 모두로서 기능한다. 따라서, 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340)는 트랜시버 렌즈들로 지칭될 수 있다.
[0038] 제2 세트의 검출기들(360b)의 각각의 개개의 검출기(360b)는 제1 렌즈(330)의 초점 평면 상의 제1 세트의 광원들(310a) 중 대응하는 광원(310a)의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된 제2 렌즈(340)의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 제2 세트의 검출기들(360b)의 개개의 검출기(360b)가 제1 세트의 광원들(310a) 중 대응하는 광원(310a)에 의해 방출되고 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340) 앞의 하나 이상의 객체들(도 3에 도시되지 않음)로부터 반사되는 광 빔을 검출한다.
[0039] 유사하게, 제1 세트의 검출기들(360a)의 각각의 개개의 검출기(360a)는 제2 렌즈(340)의 초점 평면(310b) 상의 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원(310b)의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된 제1 렌즈(330)의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 제1 세트의 검출기들(360a)의 개개의 검출기(360a)가 제2 세트의 광원들(310b) 중 대응하는 광원(310b)에 의해 방출되고 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 광 빔을 검출한다.
[0040] 광원(310)과 검출기(360)의 각각의 쌍 사이의 결합 관계를 예시하기 위해, 도 4는 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)의 광 빔들의 예시적인 광 경로들을 개략적으로 도시한다. 간단함을 위해, 제1 렌즈(330) 뒤에 포지셔닝된 제1 세트의 검출기들(360a) 중 단지 하나의 검출기(360a) 및 제1 세트의 광원들(310a) 중 단지 하나의 광원(310a)이 도시되고, 유사하게, 제2 렌즈(340) 뒤에 포지셔닝된 제2 세트의 검출기들(360b) 중 단지 하나의 검출기(360b) 및 제2 세트의 광원들(310b) 중 단지 하나의 광원(310b)이 도시된다. 광원(310a)에 의해 방출된 광 빔은 제1 렌즈(330)에 의해 객체(410)(예컨대, 집)를 향해 투사되고, 객체(410)에 의해 반사된다. 반사된 광 빔은 제2 렌즈(340)에 의해 수신되어 검출기(360b)에 포커싱된다. 광원(310b)에 의해 방출된 광 빔은 제2 렌즈(340)에 의해 객체(410)를 향해 투사되고, 객체(410)에 의해 반사된다. 반사된 광 빔은 제1 렌즈(330)에 의해 수신되어 검출기(360a)에 포커싱된다.
[0041] 따라서, 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)에서, 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340) 각각은 방출 렌즈와 수용 렌즈 둘 모두의 역할을 한다. 제1 렌즈(330)는 제1 세트의 광원들(360a)에 대한 방출 렌즈의 역할을 하고, 제1 세트의 검출기들(360a)에 대한 수용 렌즈의 역할을 한다. 제2 렌즈(340)는 제2 세트의 광원들(360b)에 대한 방출 렌즈의 역할을 하고, 제2 세트의 검출기들(360b)에 대한 수용 렌즈의 역할을 한다.
[0042] 라이다 시스템(300)은 몇몇의 이점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 2개의 렌즈들(330 및 340)에 의해 투사된 광 빔들이 사람의 눈의 애퍼처보다 더 멀리 이격되는 경우, 광원들(310)은 더 높은 전력 레벨들에서 동작되며, 여전히 눈의 안전을 보장하기 위한 요건을 충족시키는 데, 왜냐하면 광원들(310)이 (예컨대, 도 2에 예시된 라이다 시스템(200)에서와 같이) 광원들(310) 모두가 하나의 렌즈 뒤에 있는 대신에 2개의 렌즈들(330 및 340) 사이에 분할되기 때문이다.
[0043] 또한, 광원들(310) 및 검출기들(360)은 광전자 기판(350) 상에서 더 조밀하게 패킹될 수 있다. 도 2를 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 라이다 시스템(200)에서 광원들(210) 및 검출기들(260)의 어레인지먼트의 경우, 최대 패킹 밀도는 광원(210)과 검출기(260) 사이의 더 큰 디바이스의 치수에 의해 제한된다. 이와 대조적으로, 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)에서, 광원들(310)과 검출기들(360)을 산재시킴으로써 더 높은 패킹 밀도가 달성될 수 있다. 따라서, 라이다 시스템(300)은 광원들(310) 및 검출기들(360)의 더 높은 패킹 밀도와 함께 더 높은 측방 공간 해상도(lateral spatial resolution)들을 제공할 수 있다. 예로서, 각각의 이미지 평면의 크기가 12mm × 6mm이고, 각각의 광원(310)이 1mm × 1mm의 측방 치수들을 갖는 반면, 각각의 검출기(360)는 2mm × 2mm의 측방 치수들을 갖는다고 가정된다. 도 2에 예시된 라이다 시스템(200)에서, 최대 6 × 3 = 18개의 검출기들(260)이 이미지 평면에서 어레이로서 패킹될 수 있고; 따라서 최대 6 × 3 = 18개의 광원들(210)이 이미지 평면에서 어레이로서 패킹될 수 있다. 이와 대조적으로, 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)에서, 각각의 이미지 평면 상에 8 × 4개의 디바이스들(광원들(310) 및 검출기들(360)을 포함함)을 패킹하는 것이 가능할 수 있다.
[0044] 또한, 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)은 도 2에 예시된 라이다 시스템(200)과 비교하여 광학 시스템의 더 용이한 정렬들을 제공할 수 있다. 라이다 시스템(200)에서, 방출 렌즈(230)는 광원들(210)에 대해 정확하게 정렬될 필요가 있을 수 있고, 수용 렌즈(240)는 검출기(260)에 대해 정확하게 정렬될 필요가 있을 수 있다. 방출 렌즈(230)의 정렬은, 광원들(210)을 턴 온하고 투사된 광 빔들의 포지션을 교정함으로써 용이하게 점검될 수 있다. 반면에, 수용 렌즈(240)의 정렬이 더 문제가 될 수 있다. 예컨대, 검출기들(260)이 필터들 또는 다른 2차 광학기 뒤에 배치되는 경우, 이미징된 스폿들이 쉽게 보이지 않을 수 있다. 대조적으로, 라이다 시스템(300)에서, 둘 모두의 렌즈들(330 및 340) 뒤에 광원들(310)을 배치함으로써, 둘 모두의 렌즈들(330 및 340)은 광원들(310)을 턴 온함으로써 광원들(310) 및 검출기들(360)의 어레이들에 대해 쉽게 정렬될 수 있다.
[0045] 일부 실시예들에 따라, 동작 시, 제1 렌즈(330) 뒤의 하나 이상의 광원들(310a)이 점화(fire)될 수 있다. 방출된 광 빔들은 반사되어 제2 렌즈(340) 뒤의 대응하는 검출기들(360b)에 의해 수신될 수 있다. 그러면 제2 렌즈(340) 뒤의 하나 이상의 레이저들(310b)이 점화될 수 있다. 방출된 광 빔들은 반사되어, 제1 렌즈(330) 뒤의 대응하는 검출기들(360a)에 의해 수신될 수 있다. 광원들(310)은 순차적으로 점화될 수도 있고, 2개 이상의 광원들(310)이 일치하여(예컨대, 동시에) 점화될 수 있다. 광원(310)(예컨대, 레이저 소스)의 점화는 큰 EMI(Electromagnetic Interference) 펄스 및 일부 미광(stray light)을 동반할 수 있으며, 이는 동일한 렌즈 뒤의 근처의 검출기의 동작을 일시적으로 간섭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 그러한 간섭을 최소화하기 위해, EMI 차폐물(shield)들 및 광 차폐물들이 제1 렌즈(330) 뒤의 제1 트랜시버 어레이와 제2 렌즈(340) 뒤의 제2 트랜시버 어레이 사이에 배치될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340) 둘 모두 뒤의 광원들(310)이 동시에 점화될 수 있다. 간섭을 최소화하기 위해, EMI 차폐물들 및 광 차폐물들은 전자기 및 광학적 격리를 제공하기 위해 트랜시버 어레이 내의 인접한 광원들(310)과 검출기들(360) 사이에 배치될 수 있다.
[0046] 도 5는 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템(500)을 개략적으로 예시한다. 라이다 시스템(500)은, 제1 세트의 광원들(310a)이 제1 렌즈(330)의 초점 평면의 일측 상에 함께 포지셔닝되고 제1 세트의 검출기들(360a)이 제1 렌즈(330)의 초점 평면의 다른 측 상에 함께 포지셔닝된다는 점을 제외하고, 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)과 유사하고; 유사하게, 제2 세트의 광원들(310b)은 제2 렌즈(340)의 초점 평면의 일측 상에 함께 포지셔닝되고, 제2 세트의 검출기들(360b)은 제2 렌즈(340)의 초점 평면의 다른 측 상에 함께 포지셔닝된다.
[0047] 광원들(310) 및 검출기들(360)을 장착하기 위해 다양한 장착 기법들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원들(310) 및 검출기들(360)은, 본원에서 광전자 기판(350)으로 지칭될 수 있는 평면형 PCB(printed circuit board) 상에 장착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2개의 별개의 PCB 기판들이 사용될 수 있고, 하나는 제1 렌즈(330) 뒤에 포지셔닝된 광원들(310a) 및 검출기들(360a)을 위한 것이고, 다른 하나는 제2 렌즈(340) 뒤에 포지셔닝된 광원들(310b) 및 검출기들(360b)을 위한 것이다.
[0048] 도 6은 일부 실시예들에 따른 광원들(610) 및 검출기들(660)의 구성을 개략적으로 도시한다. 여기서, 하나 이상의 광원들(610)은 트랜시버 블레이드(602)의 일측 상에 장착되고; 하나 이상의 검출기들(660)은 트랜시버 블레이드(602)의 다른 측 상에 장착된다. 하나 이상의 트랜시버 블레이드들(602)은 트랜시버 모듈(600)을 형성하기 위해 PCB(650) 상에 장착될 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 일부 트랜시버 블레이드들(602)은 광원들(610)만을 가질 수 있고, 일부 다른 트랜시버 블레이드들(602)은 검출기들(660)만을 가질 수 있다. 일부 추가의 실시예들에서, 광원들(610)은 표면 장착 패키지에 배치될 수 있으며, 이는 차례로 광전자 기판(650) 상에 장착된다. 검출기(660)는 동일한 표면 장착 패키지에 배치되거나, 별개의 표면 장착 패키지에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에 따라, 어레이의 광원들(610)은 임의의 렌즈 필드 곡률(lens field curvature)을 고려하기 위해 상이한 높이들로 장착될 수 있다. 또한, 어레이의 광원들(610)은, 광원들이 실질적으로 렌즈의 중심을 향하도록 상이한 각도들로 장착될 수 있다. 유사하게, 어레이의 검출기들(660)은 또한 상이한 높이들로 및/또는 상이한 각도들로 장착될 수 있다.
[0049] 어레이의 광원들 및 검출기들의 어레인지먼트는 또한 상이한 구성들을 가질 수 있다. 예컨대, 도 3에 예시된 바와 같이, 광원들(310)은 검출기들(360)의 교번하는 행들에 의해 분리된 교번하는 행들에 배열될 수 있다. 대안적으로, 광원들(310) 및 검출기들(360)은 체커보드 방식으로 배열될 수 있다. 다른 예로서, 도 5에 예시된 바와 같이, 광원들(310)은 일측 상에서 그룹화되고, 검출기들(360)은 다른 측 상에서 그룹화될 수 있다. 육각형 패턴이 또한 사용될 수 있다.
[0050] 각각의 검출기(360)가 대응하는 광원(310)과 매칭되기 위해, 제1 렌즈(330)에 대한 광원 및 검출기 어레인지먼트는 제2 렌즈(340)에 대한 어레인지먼트의 플립(flip) 또는 회전된 버전일 수 있다. 도 7은 일부 실시예들에 따른 예시적인 어레인지먼트를 도시한다. 라이다 시스템(700)은, 제1 렌즈(330) 및 제2 렌즈(340) 뒤에 각각 포지셔닝된 제1 트랜시버 모듈(600a) 및 제2 트랜시버 모듈(600b)을 포함한다. 제2 트랜시버 모듈(600b)은 제1 트랜시버 모듈(600a)에 대해 180도만큼 회전된다.
[0051] 일부 실시예들에 따라, 스캐닝 라이다 시스템은 트랜시버 어레이에 대해 렌즈 조립체를 스캐닝하거나, 렌즈 조립체 및 트랜시버 어레이 둘 모두를 스캐닝할 수 있다. 도 8은 일부 실시예들에 따른 스캐닝 라이다 시스템(800)의 개략적인 단면도를 예시한다. 라이다 시스템(800)은 고정 기저부(810), 고정 기저부(810)에 유연하게 부착되는 제1 플랫폼(820), 및 고정 기저부(810)에 유연하게 부착되는 제2 플랫폼(850)을 포함할 수 있다. 라이다 시스템(800)은 제1 플랫폼(820)에 부착된 렌즈 조립체를 더 포함할 수 있다. 렌즈 조립체는 렌즈 장착부(830)에 장착된 제1 렌즈(844) 및 제2 렌즈(842)를 포함할 수 있다. 제1 렌즈(844) 및 제2 렌즈(842) 각각은, 도 8에 예시된 바와 같이, 단일 렌즈 엘리먼트 또는 다수의 렌즈 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 제1 렌즈(844)는 제1 방향(예컨대, Z축 방향)의 제1 광축 및 (예컨대, X-Y 평면에서) 제1 초점 평면을 규정할 수 있다. 제2 렌즈(842)는 제1 광축과 실질적으로 평행한 제2 광축 및 (예컨대, X-Y 평면에서) 제2 초점 평면을 규정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 렌즈(844) 및 제2 렌즈(842)는 실질적으로 동일한 초점 길이를 가질 수 있어서, 제1 초점 평면 및 제2 초점 평면이 실질적으로 동일 평면에 있을 수 있다.
[0052] 라이다 시스템(800)은 제2 플랫폼(850)에 부착된 트랜시버 어레이를 더 포함할 수 있다. 트랜시버 어레이는 제2 플랫폼(850) 상에 장착된 복수의 광원들(860) 및 복수의 검출기들(870)을 포함할 수 있다. 제2 플랫폼(850)은, 예컨대, 하나 이상의 광원들(860) 및 하나 이상의 검출기들(870)을 구동시키기 위한 전기 회로들을 포함하는 PCB(printed circuit board)일 수 있다. 도 3에 예시된 라이다 시스템(300)과 유사하게, 제1 세트의 광원들(860a) 및 제1 세트의 검출기들(870a)이 제1 렌즈(844) 뒤에 포지셔닝될 수 있고; 제2 세트의 광원들(860b) 및 제2 세트의 검출기들(870b)은 제2 렌즈(842) 뒤에 포지셔닝될 수 있다. 제2 플랫폼(850)은 고정 기저부(810)에 유연하게 부착되고, 제1 광축 또는 제2 광축 방향(예컨대, Z 방향)으로 제1 플랫폼(820)으로부터 떨어져 포지셔닝되어, 광원들(860) 및 검출기들(870)은 실질적으로 제1 렌즈(844)의 제1 초점 평면 또는 제2 렌즈(842)의 제2 초점 평면에 놓인다.
[0053] 일부 실시예들에서, 제1 플랫폼(820)이 제1 세트의 굴곡부들(822)을 통해 고정 기저부(810)에 유연하게 부착될 수 있어서, 제1 플랫폼(820)이 제1 액추에이터(882)(본원에서 구동 기구로 또한 지칭됨)를 사용하여 제1 평면(예컨대, X-Y 평면)에서 스캐닝될 수 있다. 제2 플랫폼(850)이 제2 세트의 굴곡부들(852)을 통해 고정 기저부(810)에 유연하게 부착될 수 있어서, 제2 플랫폼(850)이 제2 액추에이터(884)를 사용하여 제2 평면(예컨대, X-Y 평면)에서 스캐닝될 수 있다. 제1 액추에이터(882) 및 제2 액추에이터(884) 각각은 보이스 코일 및 자석, 압전 모터 등을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 세트의 굴곡부들(822) 및 제2 세트의 굴곡부들(852)은 하나의 차원 또는 2개의 차원들에서 가요성인 로드 스프링들을 포함할 수 있다. 로드 스프링들은 2개의 직교하는 차원들에서 약간 상이한 공진 주파수들을 갖도록 제조될 수 있다. 다른 타입의 2차원 굴곡부들이 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 액추에이터(882) 및 제2 액추에이터(884)는 제1 세트의 굴곡부들(822)의 공진 주파수들 및 제2 세트의 굴곡부(852)의 공진 주파수들에서 각각 구동될 수 있다. 대안적으로, 제1 액추에이터(882) 및 제2 액추에이터(884)는 단지 하나의 차원에서만, 제1 세트의 굴곡부들(822)의 공진 주파수 및 제2 세트의 굴곡부들(852)의 공진 주파수에서 각각 구동될 수 있다.
[0054] 라이다 시스템(800)은 제1 액추에이터(882) 및 제2 액추에이터(884)에 커플링된 제어기(890)를 더 포함할 수 있다. 제어기는 제1 플랫폼(820) 및/또는 제2 플랫폼(850)을 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 플랫폼(820)은 X축을 따라 스캐닝될 수 있고, 제2 플랫폼(850)은 Y축을 따라 스캐닝될 수 있고, 또는 그 역도 가능하여, 2차원 스캐닝을 효과적으로 달성할 수 있다. 일부 다른 실시예들에서, 제1 플랫폼(820) 및 제2 플랫폼(850) 둘 모두는 2개의 차원들에서 스캐닝될 수 있다. 스캐닝 패턴은 래스터 스캔 패턴, 리사주 스캔 패턴(Lissajous scan pattern) 등일 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 플랫폼(850)의 모션은, 도 8에서 화살표들로 예시된 바와 같이, 임의의 인스턴트에서 제1 플랫폼(820)의 모션과 실질적으로 반대일 수 있다. 이러한 방식으로, 렌즈 조립체의 모션에 의해 발생되는 임의의 진동은 전기 광학 조립체의 모션에 의해 발생되는 임의의 진동을 어느 정도 실질적으로 상쇄할 수 있다. 따라서, 라이다 시스템(800)은 외부 프레임에 최소의 순 진동(net vibration)을 전달할 수 있다.
[0055] 도 9는 일부 실시예들에 따른 라이다 시스템을 동작시키는 방법(900)을 예시하는 단순화된 흐름도이다. 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다.
[0056] 방법(900)은, 902에서, 제1 인스턴트에서, 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계, 및 904에서, 제1 렌즈를 사용하여, 제1 세트의 광 펄스들을 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계를 포함한다. 제1 세트의 광 펄스들은 하나 이상의 객체들에 의해 반사된다.
[0057] 방법(900)은, 906에서, 제2 렌즈를 사용하여, 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 제1 세트의 광 펄스들을 제2 세트의 검출기들로 포커싱하는 단계, 및 908에서, 제2 세트의 검출기들을 사용하여, 제2 렌즈에 의해 포커싱된 제1 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계를 더 포함한다.
[0058] 방법(900)은, 910에서, 제1 인스턴트에 후속하는 제2 인스턴트에서, 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계, 및 912에서, 제2 렌즈를 사용하여, 제2 세트의 광 펄스들을 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계를 더 포함하고, 제2 세트의 광 펄스들은 하나 이상의 객체들에 의해 반사된다.
[0059] 방법(900)은, 914에서, 제1 렌즈를 사용하여, 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 제2 세트의 광 펄스들을 제1 세트의 검출기들로 포커싱하는 단계, 및 916에서, 제1 세트의 검출기들을 사용하여, 제1 렌즈에 의해 포커싱된 제2 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계를 더 포함한다.
[0060] 도 9에 예시된 특정 단계들이 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 동작시키는 특정한 방법을 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 단계들의 다른 시퀀스들이 대안적인 실시예들에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 대안적인 실시예들은, 위에서 약술된 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다. 더욱이, 도 9에 예시된 개별 단계들은, 개별 단계에 적절한 바와 같은 다양한 시퀀스들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 단계들이 특정한 애플리케이션들에 의존하여 부가되거나 또는 제거될 수 있다. 당업자는, 다수의 변동들, 수정들, 및 대안들을 인식할 것이다.
[0061] 도 10은 일부 실시예들에 따른 라이다 시스템을 정렬하는 방법(1000)을 예시하는 단순화된 흐름도이다. 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함한다.
[0062] 방법(1000)은, 1002에서, 제1 렌즈의 초점 평면 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제1 트랜시버 어레이로서 제1 세트의 광원들 및 제1 세트의 검출기들을 배열하는 단계, 및 1004에서, 제2 렌즈의 초점 평면 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제2 트랜시버 어레이로서 제2 세트의 광원들 및 제2 세트의 검출기들을 배열하는 단계를 포함한다.
[0063] 방법(1000)은, 1006에서, 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 빔들을 방출하는 단계, 1008에서, 제1 렌즈를 사용하여, 제1 세트의 광 빔들을 스크린을 향해 투사하고, 이로써 스크린 상에 제1 세트의 광 스폿들을 형성하는 단계, 1010에서, 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 빔들을 방출하는 단계, 및 1012에서, 제2 렌즈를 사용하여, 제2 세트의 광 빔들을 스크린을 향해 투사하고, 이로써 스크린 상에 제2 세트의 광 스폿들을 형성하는 단계를 더 포함한다.
[0064] 방법(1000)은, 1014에서, 제1 세트의 광 스폿들 및 제2 세트의 광 스폿들이 스크린 상에 미리 결정된 패턴을 형성할 때까지, 제1 트랜시버 어레이에 대해 제1 렌즈의 포지션, 및 제2 트랜시버 어레이에 대해 제2 렌즈의 포지션을 조정하는 단계를 더 포함하여, 제1 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기가 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합되고, 제2 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기가 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합된다.
[0065] 도 10에 예시된 특정 단계들이 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 라이다 시스템을 정렬하는 특정한 방법을 제공한다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 단계들의 다른 시퀀스들이 대안적인 실시예들에 따라 수행될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 대안적인 실시예들은, 위에서 약술된 단계들을 상이한 순서로 수행할 수 있다. 더욱이, 도 10에 예시된 개별 단계들은, 개별 단계에 적절한 바와 같은 다양한 시퀀스들로 수행될 수 있는 다수의 서브-단계들을 포함할 수 있다. 또한, 부가적인 단계들이 특정한 애플리케이션들에 의존하여 부가되거나 또는 제거될 수 있다. 당업자는, 다수의 변동들, 수정들, 및 대안들을 인식할 것이다.
[0066] 또한, 본원에서 설명된 예들 및 실시예들은 단지 예시 목적들을 위한 것이고, 이에 대한 다양한 수정들 또는 변화들이 당업자에게 연상될 것이며 본 출원의 사상 및 범위 및 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함될 것임이 이해된다.

Claims (20)

  1. 제1 광축(optical axis)을 갖는 제1 렌즈;
    실질적으로 제1 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제1 세트의 광원들 및 제1 세트의 검출기들;
    상기 제1 광축과 실질적으로 평행한 제2 광축을 갖는 제2 렌즈; 및
    실질적으로 상기 제2 렌즈의 초점 평면에 포지셔닝된 제2 세트의 광원들 및 제2 세트의 검출기들을 포함하고,
    상기 제2 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 상기 제1 렌즈의 초점 평면 상의 상기 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된(optically conjugate) 상기 제2 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 상기 제2 세트의 검출기들의 개개의 검출기가 상기 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원에 의해 방출되고 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈 앞에 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 광 빔을 검출하고; 그리고
    상기 제1 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 상기 제2 렌즈의 초점 평면 상의 상기 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원의 개개의 포지션과 광학적으로 결합된 상기 제1 렌즈의 초점 평면 상의 개개의 검출기 포지션에 위치되어, 상기 제1 세트의 검출기들의 개개의 검출기가 상기 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원에 의해 방출되고 상기 하나 이상의 객체들로부터 반사되는 광 빔을 검출하는,
    라이다 시스템(LiDAR system).
  2. 제1 항에 있어서,
    플랫폼을 더 포함하고,
    상기 제1 세트의 광원들, 상기 제1 세트의 검출기들, 상기 제2 세트의 광원들, 및 상기 제2 세트의 검출기들은 상기 플랫폼 상에 장착되는,
    라이다 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    기저부(base);
    상기 플랫폼을 상기 기저부에 유연하게 부착하는 제1 세트의 굴곡부(flexure)들;
    구동 기구(driving mechanism)를 더 포함하고,
    상기 구동 기구는, 상기 제1 렌즈의 상기 제1 광축에 실질적으로 수직인 제1 평면에서 상기 제1 세트의 굴곡부들을 통해 상기 플랫폼을 스캐닝하도록 구성되고, 이로써 상기 제1 렌즈에 대해 상기 제1 세트의 광원들 및 상기 제1 세트의 검출기들을 스캐닝하고, 그리고 상기 제2 렌즈에 대해 상기 제2 세트의 광원들 및 상기 제2 세트의 검출기들을 스캐닝하는,
    라이다 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 굴곡부들은 하나의 차원 또는 2개의 차원들에서 가요성(flexible)인,
    라이다 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    렌즈 장착부(lens mount) ― 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈가 상기 렌즈 장착부 상에 장착됨 ― ; 및
    상기 렌즈 장착부를 상기 기저부에 유연하게 부착하는 제2 세트의 굴곡부들을 더 포함하고,
    상기 구동 기구는 상기 제1 렌즈의 상기 제1 광축에 실질적으로 수직인 제2 평면에서 상기 제2 세트의 굴곡부들을 통해 상기 렌즈 장착부를 스캐닝하고, 이로써 상기 플랫폼에 대해 측방으로(laterally) 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 스캐닝하도록 추가로 구성되는,
    라이다 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 렌즈 장착부는 제1 차원으로 스캐닝되고, 그리고 상기 플랫폼은 상기 제1 차원에 수직인 제2 차원으로 스캐닝되는,
    라이다 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 구동 기구로 하여금 상기 렌즈 장착부 및 상기 플랫폼을 스캐닝하게 하여, 상기 렌즈 장착부 및 상기 플랫폼이 임의의 인스턴트에 서로에 대해 반대 방향들로 이동하도록 구성되는,
    라이다 시스템.
  8. 제2 항에 있어서,
    기저부 ― 상기 플랫폼이 상기 기저부에 부착됨 ― ;
    렌즈 장착부 ― 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈가 상기 렌즈 장착부 상에 장착됨 ― ;
    상기 렌즈 장착부를 상기 기저부에 유연하게 부착하는 한 세트의 굴곡부들;
    구동 기구를 더 포함하고,
    상기 구동 기구는 상기 제1 렌즈의 상기 제1 광축에 실질적으로 수직인 평면에서 상기 한 세트의 굴곡부들을 통해 상기 렌즈 장착부를 스캐닝하고, 이로써 상기 제1 세트의 광원들, 상기 제1 세트의 검출기들, 상기 제2 세트의 광원들, 및 상기 제2 세트의 검출기들에 대해 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 스캐닝하도록 구성되는,
    라이다 시스템.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 광원들은 복수의 광원들을 포함하고;
    상기 제2 세트의 광원들은 복수의 광원들을 포함하고;
    상기 제1 세트의 검출기들은 복수의 검출기들을 포함하고;
    상기 제2 세트의 검출기들은 복수의 검출기들을 포함하고;
    상기 제1 세트의 광원들 및 상기 제1 세트의 검출기들은 1차원 어레이 또는 2차원 어레이로서 상기 제1 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝되고; 그리고
    상기 제2 세트의 광원들 및 상기 제2 세트의 검출기들은 1차원 어레이 또는 2차원 어레이로서 상기 제2 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝되는,
    라이다 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 광원들의 상기 복수의 광원들은 상기 제1 세트의 검출기들의 상기 복수의 검출기들과 산재되고(interspersed); 그리고
    상기 제2 세트의 광원들의 상기 복수의 광원들은 상기 제2 세트의 검출기들의 상기 복수의 검출기들과 산재되는,
    라이다 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 광원들의 상기 복수의 광원들은 상기 플랫폼 상의 제1 영역에서 제1 그룹으로서 포지셔닝되고;
    상기 제1 세트의 검출기들의 상기 복수의 검출기들은 상기 플랫폼 상의 제2 영역에서 제2 그룹으로서 포지셔닝되고;
    상기 제2 세트의 광원들의 상기 복수의 광원들은 상기 플랫폼 상의 제3 영역에서 제3 그룹으로서 포지셔닝되고; 그리고
    상기 제2 세트의 검출기들의 상기 복수의 검출기들은 상기 플랫폼 상의 제4 영역에서 제4 그룹으로서 포지셔닝되는,
    라이다 시스템.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 플랫폼에 부착된 제1 기판 ― 상기 제1 기판은 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖고, 상기 제1 기판의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 제1 렌즈의 상기 제1 광축과 실질적으로 평행하고, 상기 제1 세트의 광원들은 상기 제1 기판의 상기 제1 표면에 부착되고, 그리고 상기 제1 세트의 검출기들은 상기 제1 기판의 상기 제2 표면에 부착됨 ― ; 및
    상기 플랫폼에 부착된 제2 기판 ― 상기 제1 기판은 제1 표면 및 상기 제1 표면에 대향하는 제2 표면을 갖고, 상기 제2 기판의 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면은 상기 제2 렌즈의 상기 제2 광축과 실질적으로 평행하고, 상기 제2 기판의 상기 제1 표면은 상기 제1 기판의 상기 제2 표면을 향하고, 상기 제2 세트의 광원들은 상기 제2 기판의 상기 제2 표면에 부착되고, 그리고 상기 제2 세트의 검출기들은 상기 제2 기판의 상기 제1 표면에 부착됨 ― 을 더 포함하는,
    라이다 시스템.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 세트의 광원들, 상기 제2 세트의 광원들, 상기 제1 세트의 검출기들, 및 상기 제2 세트의 검출기들에 커플링된 제어기를 더 포함하고,
    상기 제어기는:
    제1 인스턴트에서, 상기 제1 세트의 광원들 중 하나 이상의 광원들로 하여금 제1 세트의 광 펄스들을 방출하게 하고 ― 상기 제1 세트의 광 펄스들은 상기 제1 렌즈에 의해 상기 하나 이상의 객체들을 향해 투사되고 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사됨 ― ;
    상기 제2 세트의 검출기들 중 하나 이상의 검출기들로 하여금 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사되고 상기 제2 렌즈에 의해 포커싱된 상기 제1 세트의 광 펄스들을 검출하게 하고;
    상기 제1 인스턴트에 후속하는 제2 인스턴트에서, 상기 제2 세트의 광원들 중 하나 이상의 광원들로 하여금 상기 제2 세트의 광 펄스들을 방출하게 하고 ― 상기 제2 세트의 광 펄스들은 상기 제2 렌즈에 의해 상기 하나 이상의 객체들을 향해 투사되고 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사됨 ― ; 그리고
    상기 제1 세트의 검출기들 중 하나 이상의 검출기들로 하여금 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사되고 상기 제1 렌즈에 의해 포커싱된 상기 제2 세트의 광 펄스들을 검출하게 하도록 구성되는,
    라이다 시스템.
  14. 라이다 시스템을 동작시키는 방법으로서,
    상기 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함하고,
    상기 방법은:
    제1 인스턴트에서, 상기 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계;
    상기 제1 렌즈를 사용하여, 상기 제1 세트의 광 펄스들을 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계 ― 상기 제1 세트의 광 펄스들은 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사됨 ― ;
    상기 제2 렌즈를 사용하여, 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 상기 제1 세트의 광 펄스들을 상기 제2 세트의 검출기들로 포커싱하는 단계;
    상기 제2 세트의 검출기들을 사용하여, 상기 제2 렌즈에 의해 포커싱된 상기 제1 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계;
    상기 제1 인스턴트에 후속하는 제2 인스턴트에서, 상기 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 펄스들을 방출하는 단계;
    상기 제2 렌즈를 사용하여, 상기 제2 세트의 광 펄스들을 상기 하나 이상의 객체들을 향해 투사하는 단계 ― 상기 제2 세트의 광 펄스들은 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사됨 ― ;
    상기 제1 렌즈를 사용하여, 상기 하나 이상의 객체들에 의해 반사된 상기 제2 세트의 광 펄스들을 상기 제1 세트의 검출기들에 포커싱하는 단계; 및
    상기 제1 세트의 검출기들을 사용하여, 상기 제1 렌즈에 의해 포커싱된 상기 제2 세트의 광 펄스들을 검출하는 단계를 포함하는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 렌즈 장착부 상에 장착되고, 상기 제1 세트의 광원들 및 상기 제1 세트의 검출기들은 상기 제1 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝된 제1 트랜시버 어레이로서 배열되고, 상기 제2 세트의 광원들 및 상기 제2 세트의 검출기들은 상기 제2 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝된 제2 트랜시버 어레이로서 배열되고, 그리고 상기 제1 트랜시버 어레이 및 상기 제2 트랜시버 어레이는 플랫폼에 부착되고,
    상기 방법은:
    상기 라이다 시스템의 광축에 실질적으로 수직인 평면에서 상기 렌즈 장착부에 대해 상기 플랫폼을 스캐닝하고, 이로써 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈에 대해 상기 제1 트랜시버 어레이 및 상기 제2 트랜시버 어레이를 스캐닝하는 단계를 더 포함하는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 렌즈 장착부는 기저부에 고정적으로 부착되고, 그리고 상기 플랫폼은 한 세트의 굴곡부들을 통해 상기 기저부에 유연하게 부착되며, 그리고 상기 플랫폼의 스캐닝은 상기 한 세트의 굴곡부들을 통해 수행되는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 플랫폼은 제1 세트의 굴곡부들을 통해 기저부에 유연하게 부착되고, 그리고 상기 렌즈 장착부는 제2 세트의 굴곡부들을 통해 상기 기저부에 유연하게 부착되고, 그리고 상기 플랫폼의 스캐닝은 상기 제1 세트의 굴곡부들을 통해 수행되고,
    상기 방법은:
    상기 제2 세트의 굴곡부들을 통해 상기 플랫폼에 대해 상기 렌즈 장착부를 스캐닝하는 단계를 더 포함하는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 플랫폼을 스캐닝하는 단계는 상기 플랫폼을 2개의 차원들에서 스캐닝하는 단계를 포함하는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  19. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈는 렌즈 장착부 상에 장착되고, 상기 제1 세트의 광원들 및 상기 제1 세트의 검출기들은 상기 제1 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝된 제1 트랜시버 어레이로서 배열되고, 상기 제2 세트의 광원들 및 상기 제2 세트의 검출기들은 상기 제2 렌즈의 초점 평면 상에 포지셔닝된 제2 트랜시버 어레이로서 배열되고, 그리고 상기 제1 트랜시버 어레이 및 상기 제2 트랜시버 어레이는 플랫폼에 부착되고,
    상기 방법은:
    상기 라이다 시스템의 광축에 실질적으로 수직인 평면에서 상기 플랫폼에 대해 상기 렌즈 장착부를 스캐닝하고, 이로써 상기 제1 트랜시버 어레이 및 상기 제2 트랜시버 어레이에 대해 상기 제1 렌즈 및 상기 제2 렌즈를 스캐닝하는 단계를 더 포함하는,
    라이다 시스템을 동작시키는 방법.
  20. 라이다 시스템을 정렬하는 방법으로서,
    상기 라이다 시스템은 제1 렌즈, 제2 렌즈, 제1 세트의 광원들, 제2 세트의 광원들, 제1 세트의 검출기들, 및 제2 세트의 검출기들을 포함하고,
    상기 방법은:
    상기 제1 세트의 광원들 및 상기 제1 세트의 검출기들을, 상기 제1 렌즈의 초점 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제1 트랜시버 어레이로서 배열하는 단계;
    상기 제2 세트의 광원들 및 상기 제2 세트의 검출기들을, 상기 제2 렌즈의 초점 평면에 실질적으로 포지셔닝된 제2 트랜시버 어레이로서 배열하는 단계;
    상기 제1 세트의 광원들을 사용하여 제1 세트의 광 빔들을 방출하는 단계;
    상기 제1 렌즈를 사용하여, 상기 제1 세트의 광 빔들을 스크린을 향해 투사하고, 이로써 상기 스크린 상에 제1 세트의 광 스폿(light spot)들을 형성하는 단계;
    상기 제2 세트의 광원들을 사용하여 제2 세트의 광 빔들을 방출하는 단계;
    상기 제2 렌즈를 사용하여, 상기 제2 세트의 광 빔들을 상기 스크린을 향해 투사하고, 이로써 상기 스크린 상에 제2 세트의 광 스폿들을 형성하는 단계;
    상기 제1 세트의 광 스폿들 및 상기 제2 세트의 광 스폿들이 상기 스크린 상에 미리 결정된 패턴을 형성할 때까지, 상기 제1 트랜시버 어레이에 대한 상기 제1 렌즈의 포지션 및 상기 제2 트랜시버 어레이에 대한 상기 제2 렌즈의 포지션을 조정하는 단계를 더 포함하여, 상기 제1 세트의 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 상기 제2 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합되고, 상기 제2 세트의 검출기들의 각각의 개개의 검출기는 상기 제1 세트의 광원들 중 대응하는 광원과 광학적으로 결합되는,
    라이다 시스템을 정렬하는 방법.
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