KR20210141749A - 다중-모드 도파관 광검출기를 갖는 lidar 시스템 - Google Patents

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Abstract

광학 빔을 방출하도록 구성된 광원을 포함하는 LIDAR(light detection and ranging) 장치가 제공된다. LIDAR 장치는 타겟 신호로서 광학 빔의 제1 부분 및 국부 발진기 신호로서 광학 빔의 제2 부분을 수신하고, 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합도록 구성된 자유 공간 광학기를 더 포함한다. LIDAR 장치는 결합된 신호를 수신하도록 구성된 다중 MM(multi-mode) 도파관을 포함한다.

Description

다중-모드 도파관 광검출기를 갖는 LIDAR 시스템
[0001] 본 출원은 2019년 4월 4일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/375,511호의 35 U.S.C.§119(e)에 따른 이익을 주장하며, 이로써 이 문서의 전체 내용은 본원에 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본 개시내용은 일반적으로 2차원들에 걸쳐 범위 및 속도의 동시성 측정을 제공하는 LIDAR(light detection and rangeing)에 관한 것이다.
[0003] 고속 스캐닝 미러들은 대부분의 기존 LIDAR 시스템들에서 장면을 조명하는 데 사용되는 주요 컴포넌트들이다. 하나의 미러는 통상적으로 X 방향(방위각)을 따라 신속하게 스캔하고 다른 미러는 Y 방향(고도)을 따라 천천히 스캔한다. 타겟 반사들로부터의 광 방출 및 검출은 통상적으로 단일 모드 섬유를 통해 동축으로 행해진다. 수집된 광은 측정된 지연 또는 변경된 주파수 시그니처를 가지며, 이는 범위 및 잠재적으로, 속도 정보를 추출하는 데 사용된다. 포인트별로 검출된 범위 정보가 스캐닝 미러들로부터의 각도 포지션 피드백과 결합될 때 3D 포인트 클라우드가 설정될 수 있다.
[0004] 더 높은 프레임 레이트들을 달성하기 위해, 미러의 각속도, 특히 더 빠른 스캔 방향의 스캐너(우리의 경우에 X 스캐너)의 각속도가 증가된다. 단일 모드 섬유 기반 검출 및 높은 각속도를 갖는 미러들을 사용할 때, 멀리 있는 오브젝트들로부터의 타겟 신호가 심각하게 저하된다. 신호 저하는 주로, 광학 신호(펄스 또는 주파수 스위프)의 런칭 시간으로부터 멀리 있는 스캐터링 타겟으로부터 동일한 신호의 수집까지의 스캐너 미러의 각도 포지션의 차이에 기인한다. 이 약간의 각도 변화는 광섬유 팁에서 타겟 신호의 워크오프(walk-off)를 야기하여 커플링 효율(coupling efficiency)을 감소시키며, 이는 자체로 더 약한 신호 검출로서 나타난다. 이러한 저하는 섬유 직경이 감소함에 따라 예컨대, 단일 모드 섬유가 ~10 ㎛ 직경을 갖는 경우, 또는 미러의 각속도가 증가함에 따라 더 심각해진다.
[0005] 본 개시내용은 제한 없이, 다음의 예시적인 구현들을 포함한다.
[0006] 일부 예시적인 구현은 광학 빔을 방출하도록 구성된 광원을 포함하는 LIDAR(light detection and ranging) 장치를 제공한다. LIDAR 장치는 타겟 신호로서 광학 빔의 제1 부분 및 국부 발진기 신호로서 광학 빔의 제2 부분을 수신하고, 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합도록 구성된 자유 공간 광학기를 포함한다. LIDAR 장치는 결합된 신호를 수신하도록 구성된 다중 MM(multi-mode) 도파관을 더 포함할 수 있다.
[0007] 일부 예시적인 구현은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원에 의해, 타겟을 향해 광학 빔을 생성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 방법은, LIDAR 시스템에 의해, 타겟에 의한 광학 빔의 반사와 연관된 타겟 신호, 및 자유 공간 광학기에 광학 빔의 반사와 연관된 국부 발진기 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 방법은 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 MM(multi-mode) 도파관으로 결합하는 단계를 더 포함한다.
[0008] 본 개시내용의 이들 및 다른 특징들, 양상들, 및 이점들은 아래에 간략하게 설명되는 첨부 도면들과 함께 다음의 상세한 설명을 읽으면 명백해질 것이다. 본 개시내용은 이러한 특징들 또는 엘리먼트들이 본원에서 설명된 특정 예시적인 구현에서 명시적으로 결합되거나 달리 인용되는지 여부에 관계없이 본 개시내용에서 기술된 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 특징들 또는 엘리먼트들의 임의의 결합을 포함한다. 본 개시내용은 전체론적으로 판독되도록 의도되어서, 본 개시내용의 양상들 중 임의의 것에서 그리고 예시적인 구현들에서 본 개시내용의 임의의 분리 가능한 특징들 또는 엘리먼트들은 본 개시내용의 맥락이 달리 명백하게 지시하지 않는 한 결합 가능한 것으로 간주되어야 한다.
[0009] 따라서 이 간략한 요약은 본 개시내용의 일부 양상들의 기본적인 이해를 제공하기 위해 일부 예시적인 구현을 요약하기 위한 목적으로만 제공된다는 것이 인지될 것이다. 따라서, 위에서 설명된 예시적인 구현들은 단지 예들일 뿐이며 어떤 방식으로든 본 개시내용의 범위 또는 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다는 것이 인지될 것이다. 다른 예시적인 구현들, 양상들, 및 이점들은, 예로서 일부 설명된 예시적인 구현들의 원리들을 예시하는 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
[0010] 본 개시내용의 실시예들 및 구현들은 아래에서 주어지는 상세한 설명 및 본 개시내용의 다양한 양상들 및 구현들의 첨부 도면들로부터 보다 완전히 이해될 것이지만, 이 도면들은 특정 실시예들 또는 구현들로 본 개시내용을 제한하기 위한 것으로 이해되어선 안 되고, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
[0011] 도 1은 본 개시내용의 예시적인 구현들에 따른 LIDAR 장치를 예시한다.
[0012] 도 2는 본 개시내용의 실시예들에 따른 스캐닝 시스템의 광학 회로들의 양상들을 예시한다.
[0013] 도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따른 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따라 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0015] 도 5a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 예시적인 디멀티플렉서의 예시이다.
[0016] 도 5b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 디멀티플렉서의 예시이다.
[0017] 도 6은 스캐닝 시스템의 광학 회로들의 양상들을 예시한다.
[0018] 도 7a는 본 개시내용의 실시예들에 따라 다수의 광학 빔들을 생성하는 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0019] 도 7b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따라 다수의 광학 빔들을 생성하는 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0020] 도 8은 본 개시내용의 구현들에 따른 다중 모드 도파관으로 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합하기 위한 방법의 흐름도를 도시한다.
[0021] 본 개시내용의 예시적인 구현들은 개선된 스캐닝 LIDAR 시스템에 관한 것이다. 본 개시내용의 예시적인 구현들은 FM(frequency modulation) 및 코히어런트(coherent) 검출을 사용하여 종래의 LIDAR 시스템들의 단점들 및 이전 FM LIDAR 시스템들의 제한들을 극복하는 일 유형의 LIDAR에 기초한다. 역사적으로 FM LIDAR 시스템은 빔의 리턴 경로에서 상당한 손실들을 겪었고; 이에 따라 종종 상당히 다루기 어려운 이러한 시스템들은 TOF(Time-of-Flight) LIDAR 시스템들에 필적하는 거리들을 측정하기 위해 더 높은 평균 빔 출력 전력을 요구한다. 그러나 범위는 눈-안전 출력 전력들을 위한 작동 거리에 의해 제한된다.
[0022] 본 개시내용의 예시적인 구현들은 코히어런트 검출을 사용하고 다른 LIDAR 시스템들로부터의 크로스토크에 대한 면역성의 추가 이점을 갖도록 범위 및 속도를 동시에 측정하게 구성된다. 다른 구현들은 범위, 프레임레이트(framerate) 또는 검출을 개선하기 위해 인코히어런트(incoherent) 시스템과 함께 사용될 수 있다. 예시적인 구현들은 빔의 리턴 경로에서 광학 손실들을 최소화하고, 그리하여 시스템의 측정 범위를 증가시킨다. 또한, 비퇴화(nondegenerate) 광원들을 사용함으로써, 예시적인 구현들은 다양한 환경 조건들에서 그의 콤팩트성 및 상대적인 안정성으로 인해 원하는 플랫폼인 통합 실리콘 포토닉스(integrated silicon photonics)에 종종 사용되는 성숙한 WDM(wavelength division multiplexing) 기술을 활용할 수 있다.
[0023] 위에서 설명된 바와 같이, 타겟 신호의 리턴 시에 섬유 팁에서의 탈중심(decenter)은 커플링 효율의 저하의 주요 원인이다. 섬유 팁에서 탈중심 리턴 광의 방해 효과를 완화하기 위해, 종래의 FM LIDAR 시스템은 SM(single-mode) 도파관 내로 타겟 신호와 LO(local oscillator) 신호를 결합할 수 있다. 결합된 신호는 그 후 광학 광검출기에 제공될 수 있다. 일반적으로 타겟 신호 및 LO 신호를 결합하는 효율은 광검출기 상에서 타겟 신호와 LO 신호 사이의 공간적 오버랩에 기초한다. SM 도파관들의 모드 필드 직경들이 비교적 작기 때문에, 타겟 신호를 SM 도파관과 커플링하는 것은 극히 난제이고 제조하기 어렵다. 게다가, SM 도파관은 불충분한 디-스캔(de-scan) 또는 신호 수차들과 같은 동축 빔 스캐닝의 시간 의존적 유해 효과들을 보상하지 않는다.
[0024] 본 개시내용의 예시적인 구현들은 LO 신호 및 타겟 신호를 결합하고 결합된 신호를 MM(multi-mode) 도파관에 제공하는 FM LIDAR 시스템에 의해 위의 그리고 다른 결함들을 해결한다. 시스템을 떠나는 광의 편광 상태는 자유 공간 광학기의 편광 파장판으로 변환될 수 있다. 편광 파장판 후에, 광의 일부는 LO 신호로서 시스템을 향해 역으로 반사될 수 있는 반면, 나머지 광은 환경으로 이동하고 타겟 신호로서 시스템의 FOV(field-of-view) 내에서 하나 이상의 오브젝트들에 의해 역으로 반사될 수 있다. 자유 공간 광학기는 LO 신호 및 수신된 타겟 신호를 결합하여 결합된 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 자유 공간 광학기에서, 타겟 신호는 LO 신호를 간섭하여 결합된 신호를 형성한다. 결합된 신호의 편광 상태가 변환되기 때문에, 결합된 신호는 SM 도파관에 비해 더 큰 모드 영역을 갖는 하나 이상의 MM 도파관으로 편광 빔 스플리터에 의해 반사될 수 있다. 결합된 신호는 그 후 하나 이상의 WGPD(waveguide photodetector)들에 제공될 수 있다.
[0025] 따라서, 결합된 신호를 MM 도파관에 제공함으로써, FM LIDAR 시스템의 성능이 개선된다. MM 도파관들은 SM 도파관들과 비교하면 더 큰 모드 영역을 갖기 때문에, 결합된 신호를 MM 도파관과 커플링하는 것은 SM 도파관을 활용하는 종래의 FM LIDAR 시스템과 비교하면 보다 효율적이어서, FM LIDAR 시스템의 성능 및 제조 능력들을 개선한다. 또한 결합된 신호를 수신하기 위해 MM 도파관을 사용하는 것은 동축 LIDAR 시스템에 내재할 수 있는 불충분한 디-스캔 효과들 및 수차들을 보상하는데 도움이 될 수 있어, FM LIDAR 시스템의 성능을 추가로 개선한다.
[0026] 도 1은 본 개시내용의 예시적인 구현들에 따른 LIDAR 시스템(100)을 예시한다. LIDAR 시스템(100)은 다수의 컴포넌트들의 각각의 컴포넌트 중 하나 이상을 포함하지만, 도 1에 도시된 것보다 더 적거나 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다. LIDAR 시스템(100)은 운송, 제조, 계측, 의료 및 보안 시스템들과 같은(그러나 이에 제한되지 않음) 임의의 감지 시장에서 구현될 수 있다. 예컨대, 자동차 산업에서, 설명된 빔 전달 시스템은 자동화된 운전자 보조 시스템들 또는 자율-주행 차량들에 대한 공간 인식을 보조할 수 있는 FMCW(frequency modulated continuous-wave) 디바이스들의 프론트 엔드가 된다. 도시된 바와 같이, LIDAR 시스템(100)은 포토닉스 칩 상에 구현된 광학 회로들(101)을 포함한다. 광학 회로들(101)은 능동 광학 컴포넌트들 및 수동 광학 컴포넌트들의 조합을 포함할 수 있다. 능동 광학 컴포넌트들은 광학 신호들 등을 생성, 증폭 또는 검출할 수 있다. 일부 예들에서, 능동 광학 회로는 상이한 파장들의 광학 빔들, 하나 이상의 광학 증폭기들, 하나 이상의 광학 검출기들 등을 포함한다.
[0027] 자유 공간 광학기(115)는 광학 신호들을 전달하고 광학 신호들을 능동 광학 회로의 적절한 입력/출력 포트들로 라우팅 및 조작하기 위한 하나 이상의 광학 도파관들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학기(115)는 또한 탭들, 파장 분할 멀티플렉서들, 스플리터들/결합기들, 편광 빔 스플리터들, 시준기들 등과 같은 하나 이상의 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 자유 공간 광학기(115)는 PBS를 사용하여 편광 상태를 변환하고 수신된 편광된 광을 광학 검출기들로 지향시키기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
[0028] 광학 스캐너(102)는 스캐닝 패턴에 따라 환경을 스캐닝하기 위해 광학 신호들을 조종하도록 개개의 직교 축들을 따라 회전 가능한 하나 이상의 스캐닝 미러들을 포함한다. 예컨대, 스캐닝 미러들은 하나 이상의 검류계들에 의해 회전 가능할 수 있다. 광학 스캐너(102)는 또한 광학 회로들(101)의 수동 광학 회로 컴포넌트로 리턴되는 리턴 광학 빔 내로 환경의 임의의 오브젝트들 상에 입사되는 광을 수집한다. 예컨대, 리턴 광학 빔은 편광 빔 스플리터에 의해 광학 검출기로 지향될 수 있다. 미러들 및 검류계들에 추가로, 광학 스캐닝 시스템은 1/4 파장판, 렌즈, 반사 방지 코팅된 윈도우 등과 같은 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
[0029] 광학 회로들(101) 및 광학 스캐너(102)를 제어 및 지원하기 위해, LIDAR 시스템(100)은 LIDAR 제어 시스템(110)을 포함한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 LIDAR 시스템(100)에 대한 프로세싱 디바이스를 포함할 수 있다. 실시예들에서, 프로세싱 디바이스는 하나 이상의 범용 프로세싱 디바이스들, 예컨대, 마이크로프로세서, 중앙 처리 장치 등일 수 있다. 보다 구체적으로, 프로세싱 디바이스는 CISC(complex instruction set computing) 마이크로프로세서, RISC(reduced instruction set computer) 마이크로프로세서, VLIW(very long instruction word) 마이크로프로세서, 다른 명령 세트들을 구현하는 프로세서, 또는 명령 세트들의 결합을 구현하는 프로세서들일 수 있다. 프로세싱 디바이스는 또한, 하나 이상의 특수-목적 프로세싱 디바이스들, 예컨대, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array), DSP(digital signal processor), 네트워크 프로세서 등일 수있다.
[0030] 일부 실시예들에서, LIDAR 제어 시스템들(110)은 디지털 신호 프로세서와 같은 신호 프로세싱 유닛(112)을 포함할 수 있다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 광학 드라이버들(103)을 제어하기 위해 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 디지털 제어 신호들은 신호 변환 유닛들(106)을 통해 아날로그 신호들로 변환될 수 있다. 예컨대, 신호 변환 유닛(106)은 디지털-아날로그 변환기를 포함할 수 있다. 그 후, 광학 드라이버들(103)은 광원들을 구동하기 위한 광학 회로들(101)의 능동 컴포넌트들 이를테면, 레이저들 및 증폭기들에 구동 신호들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 여러 광학 드라이버들(103) 및 신호 변환 유닛들(106)이 다수의 광원들을 구동하기 위해 제공될 수 있다.
[0031] LIDAR 제어 시스템들(110)은 또한 광학 스캐너(102)에 대한 디지털 제어 신호들을 출력하도록 구성된다. 모션 제어 시스템(105)은 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터 수신된 제어 신호들에 기초하여 광학 스캐너(102)의 검류계들을 제어할 수 있다. 예컨대, 디지털-아날로그 변환기는 LIDAR 제어 시스템들(110)로부터의 좌표 라우팅 정보를 광학 스캐너(102)의 검류계들에 의해 해석 가능한 신호들로 변환할 수 있다. 일부 실시예들에서, 모션 제어 시스템(105)은 또한 광학 스캐너(102)의 컴포넌트들의 동작 또는 포지션에 관한 정보를 LIDAR 제어 시스템(110)에 리턴할 수 있다. 예컨대, 아날로그-디지털 변환기는 차례로, 검류계의 포지션에 관한 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호로 변환할 수 있다.
[0032] LIDAR 제어 시스템(110)은 인입 디지털 신호들을 분석하도록 추가로 구성된다. 이와 관련하여, LIDAR 시스템(100)은 광학 회로들(101)에 의해 수신된 하나 이상의 빔들을 측정하기 위한 광학 수신기들(104)을 포함한다. 예컨대, 기준 빔 수신기는 능동 광학 회로로부터의 기준 빔의 진폭을 측정할 수 있고, 아날로그-디지털 변환기는 기준 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환한다. 타겟 수신기들은 비트 주파수의 형태로 타겟의 범위 및 속도에 관한 정보를 전달하는 광학 신호 즉, 변조된 광학 신호를 측정한다. 반사된 빔은 국부 발진기로부터의 제2 신호와 혼합될 수 있다. 광학 수신기들(104)은 타겟 수신기로부터의 신호들을 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의해 해석 가능한 신호들로 변환하기 위한 고속 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.
[0033] 일부 애플리케이션들에서, LIDAR 시스템(100)은 환경의 이미지들을 캡처하도록 구성된 하나 이상의 이미징 디바이스들(108), 시스템의 지리적 로케이션을 제공하도록 구성된 글로벌 포지셔닝 시스템(109), 또는 다른 센서 입력들을 부가적으로 포함할 수 있다. LIDAR 시스템(100)은 또한 이미지 프로세싱 시스템(114)을 포함할 수 있다. 이미지 프로세싱 시스템(114)은 이미지들 및 지리적 로케이션을 수신하고, 이미지들 및 이와 관련된 로케이션 또는 정보를 LIDAR 제어 시스템들(110) 또는 LIDAR 시스템(100)에 연결된 다른 시스템들에 전송하도록 구성될 수 있다.
[0034] 일부 예들에 따른 동작에서, LIDAR 시스템(100)은 2차원들에 걸쳐 범위 및 속도를 동시에 측정하기 위해 비퇴화 광원들을 사용하도록 구성된다. 이 능력은 주변 환경의 범위, 속도, 방위각 및 고도의 실시간 장거리 측정들을 허용한다. 일부 예시적인 구현들에서, 시스템은 다수의 변조된 광학 빔들을 동일한 타겟으로 포인팅한다.
[0035] 일부 예들에서, 스캐닝 프로세스는 광학 드라이버들(103) 및 LIDAR 제어 시스템들(110)과 함께 시작한다. LIDAR 제어 시스템들(110)은 하나 이상의 광학 빔들을 독립적으로 변조하도록 광학 드라이버들(103)에 지시하고, 이러한 변조된 신호들은 수동 광학 회로를 통해 시준기로 전파된다. 시준기는 모션 제어 서브시스템에 의해 정의된 사전 프로그래밍된 패턴을 통해 환경을 스캔하는 광학 스캐닝 시스템에서 광을 지향시킨다. 광학 회로들은 또한 광이 광학 회로(101)를 떠날 때 광의 편광을 변환하기 위한 편광 파장판을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 편광 파장판은 1/4 파장판 또는 1/2 파장판일 수 있다. 편광된 광의 일부는 또한 광학 회로들(101)로 역으로 반사될 수 있다. 예컨대, 렌징 또는 시준 시스템들은 자연 반사 특성들 또는 광의 일부를 광학 회로들(101)로 역으로 반사하기 위한 반사 코팅을 가질 수 있다.
[0036] 환경으로부터 역으로 반사된 광학 신호들은 광학 회로들(101)을 통해 수신기들로 전달된다. 광의 편광이 변환되기 때문에, 광은 광학 회로들(101)로 역으로 반사된 편광된 광의 일부와 함께 편광 빔 스플리터에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 광원과 동일한 광 섬유 또는 도파관으로 리턴하기 보다는, 반사된 광은 별개의 광학 수신기들로 반사된다. 이러한 신호들은 서로 간섭하고 결합된 신호를 생성한다. 타겟으로부터 리턴되는 각각의 빔 신호는 시간-시프트된 파형을 생성한다. 2개의 파형들 사이의 시간적 위상 차이는 광학 수신기들(광검출기들) 상에서 측정된 비트 주파수를 생성한다. 결합된 신호는 그 후, 광학 수신기(104)로 반사될 수 있다. 빔들을 편광하고 광학 수신기들(104)로 지향시키기 위한 광학 회로들(101)의 구성은 아래에서 추가로 설명된다.
[0037] 광학 수신기들(104)로부터의 아날로그 신호들은 ADC들을 이용하여 디지털 신호들로 변환된다. 그 후, 디지털 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)로 전송된다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 그 후, 디지털 신호들을 수신하고 이들을 해석할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 모션 제어 시스템(105) 및 검류계(도시되지 않음)로부터 포지션 데이터뿐만 아니라 이미지 프로세싱 시스템(114)으로부터 이미지 데이터를 수신한다. 그 후, 신호 프로세싱 유닛(112)은 광학 스캐너(102)가 부가적인 포인트들을 스캔함에 따라 환경 내의 포인트들의 범위 및 속도에 관한 정보를 갖는 3D 포인트 클라우드를 생성할 수 있다. 신호 프로세싱 유닛(112)은 또한 3D 포인트 클라우드 데이터를 이미지 데이터와 오버레이하여 주변 영역에서 오브젝트들의 속도 및 거리를 결정할 수 있다. 또한 시스템은 위성-기반 내비게이션 로케이션 데이터를 프로세싱하여 정확한 글로벌 로케이션을 제공한다.
[0038] 도 2는 스캐닝 시스템의 광학 회로들(200)의 양상들을 예시한다. 예컨대, 도 2의 광학 회로들(200)은 일부 예시적인 구현들에 따라 도 1과 관련하여 도시된 바와 같은 LIDAR 시스템(100)의 광학 회로들(101)의 부분일 수 있다. 도시된 바와 같이, 광원(202)은 레이저 빔과 같은 광학 빔을 LIDAR 시스템의 수동 광학 컴포넌트들에 제공하도록 구성된다. 예컨대, 광원(202)은 레이저 소스일 수 있다. 광학 빔은 편광되지 않은 광으로서 PBS(polarization beam splitter)(214)를 통과할 수 있다. PBS(214)를 통과한 후, 광학 빔은 자유 공간 광학기(212)에 진입할 수 있다. 실시예들에서, 자유 공간 광학기들(212)은 렌즈(210) 및 편광 파장판(208)을 포함할 수 있다. 렌즈(210)는 광을 포커싱/시준하기 위해 사용될 수 있다. 광학 빔의 편광은 편광 파장판(208)에 의해 변환될 수 있다. 그 후, 광학 빔의 편광은 원형 편광으로 변환될 것이다. 실시예들에서, 편광 파장판(208)은 편광된 광의 일부를 광원(202)을 향해 역으로 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈(210) 또는 편광 파장판(208) 상의 별개의 미러, 마이크로-렌즈 어레이, 필터, 또는 반사 코팅이 사용될 수 있다. 광의 반사된 부분은 타겟으로부터의 리턴된 광과의 간섭을 위한 국부 발진기가 된다.
[0039] 본 예시는 자유 공간 광학기(212)의 렌즈(210) 및 편광 파장판(208)의 특정 어레인지먼트를 보여주지만, 다른 실시예들에서 렌즈(210), 편광 파장판(208) 및 자유 공간 광학기(212)의 임의의 다른 컴포넌트들이 다양한 구성들로 배열될 수 있다. 예컨대, 자유 공간 광학기(212)는 광학 빔이 편광 파장판(208)을 통해 렌즈(210)로 전달되도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈(210)는 또한 편광된 광의 일부를 광원(202)을 향해 역으로 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 편광 파장판(208)은 PBS(214) 이전에 포지셔닝될 수 있다. 그 후, PBS(214)의 경사각은 광학 빔의 일부가 국부 발진기 신호로서 WGPD(204)를 향해 재지향되도록 조정될 수 있다.
[0040] 편광 파장판(208)을 통과한 후, 광학 빔은 환경으로 송신되고 펄스의 일부는 하나 이상의 오브젝트들로부터 역으로 반사될 수 있다. 예컨대, 광은 래스터 패턴으로 도 1과 관련하여 논의된 바와 같이 하나 이상의 고속 스캐닝 미러들에 의해 환경으로 송신될 수 있다. 반사된 광의 일부는 타겟 신호로서 광원(202) 방향으로 리턴될 수 있다. 자유 공간 광학기(212)는 수신된 타겟 신호를 국부 발진기 신호와 결합하여 공간적으로 정렬되고 공동 전파되는 결합된 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 포함하는 결합된 신호가 편광되기 때문에, 결합된 신호가 광원(202)으로 역으로 전달되기 보다는, 편광 빔 스플리터(206)로 리턴할 때, 결합된 신호는 도파관 광검출기(204)로 반사된다. 국부 발진기 신호 및 타겟으로부터의 신호가 간섭하여 결합된 신호를 생성한다. 따라서 2개의 신호들이 서로 간섭할 필요가 없다. 그 후, 거리, 속도 또는 타겟 포인트의 환경에 관한 다른 팩터를 해석하기 위해 결합된 신호가 사용될 수 있다.
[0041] 도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따른 LIDAR 시스템(300)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(300)은 LIDAR 시스템(300)의 하나 이상의 컴포넌트들을 포함하는 포토닉 칩(302)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 도 1에서 이전에 설명된 바와 같이 광학 회로들(101)은 포토닉 칩(302) 상에 구현된다. 광학 회로들(101)은 광학 빔의 단일 모드 전파를 위해 구성된 단일 모드 도파관(306)을 통과하는 광학 빔을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 빔은 SM 도파관(306)으로부터, 광학 빔의 모드 영역을 확대하도록 구성된 선택적 빔 확장기(308a)로 제공될 수 있다.
[0042] 포토닉 칩(302)을 빠져나갈 때, 광학 빔은 이전에 설명된 바와 같이 PBS(polarization beam splitter)(214)를 통과할 수 있다. 실시예들에서, PBS(214)에 진입하기 전에 광학 빔을 시준하기 위해 포토닉 칩(302)과 PBS(214) 사이에 렌즈(도시되지 않음)가 포지셔닝될 수 있다. LIDAR 시스템(300)은 도 2에서 이전에 설명된 바와 같이, 광의 편광을 변환하고, 국부 발진기 신호(314)로서 광의 일부를 반사하고, 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합하는 등을 행하도록 자유 공간 광학기(212)를 더 포함할 수 있다.
[0043] 광의 편광을 변환할 때, 광학 빔의 일부는 스캐너(312)(예컨대, 도 1의 광학 스캐너(102))를 통해 타겟(316)을 향해 송신될 수 있다. 광학 빔이 타겟(316)에 부딪힐 때, 빔의 일부는 타겟 신호(318)로서 LIDAR 시스템(300)으로 역으로 리턴된다. 타겟 신호(318)는 자유 공간 광학기(212)에 의해 수신되며, 여기서 이전에 설명된 바와 같이 타겟 신호(318)가 국부 발진기 신호(314)와 결합된다. 그 후, 결합된 신호는 PBS(214)에 의해 수신되고 MM(multi-mode) 도파관(326)을 향해 재지향된다. 실시예들에서, 결합된 신호는 하나 이상의 폴드 미러들(316)을 통해 PBS(214)로부터 MM 도파관(326)으로 재지향될 수 있다. 일부 실시예들에서, MM 도파관(326)에 진입하기 전에, 결합된 신호는 결합된 신호의 모드 영역을 확대하기 위해 선택적 빔 확장기(308b)를 통과할 수 있다. 결합된 신호는 그 후 MM 도파관(326)을 통과할 수 있으며, 여기서 결합된 신호는 WGPD(waveguide photodetector)(320)에 의해 수신된다. 그 후, 거리, 속도 또는 타겟 포인트의 환경에 관한 다른 팩터를 해석하기 위해 결합된 신호가 사용될 수 있다.
[0044] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따라 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템(400)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(400)은 LIDAR 시스템(400)의 하나 이상의 컴포넌트들을 포함하는 포토닉 칩(402)을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 포토닉 칩(402)은 도 1에서 이전에 설명된 바와 같은 광학 회로들(101)을 포함할 수 있다. 광학 회로들(101)은 광학 빔들을 생성하는 다수의 광원들을 포함할 수 있다. 실시예들에서, 제1 광학 빔은 제1 파장(예컨대, λ1)을 가질 수 있고 제2 광학 빔은 제2 파장(예컨대, λ2)을 가질 수 있다. 광학 빔들을 생성할 때, 광학 빔들은 멀티플렉서(MUX)(404)에 의해 단일 출력 빔으로 함께 멀티플렉싱될 수 있다. 멀티플렉싱된 광학 빔은 광학 빔의 단일 모드 전파를 위해 구성된 단일 모드 도파관(406)을 통과할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 빔은, 광학 빔의 모드 영역을 확대하도록 구성된 빔 확장기(408a)로 제공될 수 있다.
[0045] 포토닉 칩(402)을 빠져나갈 때, 광학 빔들은 이전에 설명된 바와 같이 PBS(polarization beam splitter)(414)를 통과할 수 있다. 실시예들에서, PBS(414)에 진입하기 전에 광학 빔들을 시준하기 위해 포토닉 칩(402)과 PBS(414) 사이에 렌즈(도시되지 않음)가 포지셔닝될 수 있다. LIDAR 시스템(400)은 도 2에서 이전에 설명된 바와 같이, 광학 빔들의 편광을 변환하고, 국부 발진기 신호(422)로서 광의 일부를 반사하고, 타겟 신호(418) 및 국부 발진기 신호(422)를 결합하는 등을 행하도록 자유 공간 광학기(412)를 더 포함할 수 있다.
[0046] 광의 편광을 변환할 때, 광학 빔의 일부는 스캐너(424)(예컨대, 도 1의 광학 스캐너(102))를 통해 타겟(416)을 향해 송신될 수 있다. 광학 빔이 타겟(416)에 부딪힐 때, 빔의 일부는 타겟 신호(418)로서 LIDAR 시스템(400)으로 역으로 리턴된다. 타겟 신호(418)는 타겟 신호(418)가 국부 발진기 신호(422)와 결합되는 자유 공간 광학기(412)에 의해 수신된다. 그 후, 결합된 신호는 PBS(414)에 의해 수신되고 디멀티플렉서(DEMUX)(430)를 향해 재지향된다. DEMUX(430)는 광학 빔을 수신하고 파장에 기초하여 광학 빔의 제1 부분을 제1 로케이션으로 그리고 광학 빔의 제2 부분을 제2 로케이션으로 재지향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, DEMUX(430)는 파장(λ1)을 갖는 광학 빔의 제1 부분을 제1 로케이션으로 그리고 파장(λ2)을 갖는 광학 빔의 제2 부분을 제2 로케이션으로 재지향시킬 수 있다. DEMUX(430)에 관한 추가 세부사항들은 도 5a 및 도 5b에서 아래에서 설명된다.
[0047] 제1 LO 신호 및 파장(λ1)을 갖는 제1 타겟 신호를 포함하는 제1 결합된 신호는 제1 MM 도파관(426a)을 향해 DEMUX(430)에 의해 재지향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 MM 도파관(426a)에 진입하기 전에, 제1 결합된 신호는 제1 결합된 신호의 모드 영역을 확대하도록 구성된 빔 확장기(408b)를 통과할 수 있다. 제1 결합된 신호는 그 후 제1 MM 도파관(426a)을 통과할 수 있고 여기서 결합된 신호는 제1 도파관 WGPD(waveguide photodetector)(420a)에 의해 수신된다.
[0048] 제2 LO 신호 및 파장(λ2)을 갖는 제2 타겟 신호를 포함하는 제2 결합된 신호는 제2 MM 도파관(426b)을 향해 DEMUX(430)에 의해 재지향될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 MM 도파관(426a)에 진입하기 전에, 제2 결합된 신호는 제2 결합된 신호의 모드 영역을 확대하도록 구성된 빔 확장기(408c)를 통과할 수 있다. 제2 결합된 신호는 그 후 제2 MM 도파관(426b)을 통과할 수 있고 여기서 결합된 신호는 제2 도파관 WGPD(waveguide photodetector)(420b)에 의해 수신된다.
[0049] 도 5a는 본 개시내용의 실시예에 따른 예시적인 디멀티플렉서(500)의 예시이다. 실시예에서, 디멀티플렉서(DEMUX)(500)는 도 4의 DEMUX(430)에 대응할 수 있다. DEMUX(500)는 다이크로익 미러(502) 및 폴드 미러(504)를 포함할 수 있다.
[0050] 다이크로익 미러(502)는 상이한 파장의 광학 빔들이 다이크로익 미러(502)를 통과하도록 허용하면서, 특정 파장의 광학 빔들을 반사/재지향시키도록 구성될 수 있다. 예컨대, 다이크로익 미러(502)는 λ2의 파장을 갖는 광학 빔들이 다이크로익 미러(502)를 통과하도록 허용하면서, λ1의 파장을 갖는 광학 빔들을 재지향시키도록 구성될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 다이크로익 미러(502)는 λ2의 파장을 갖는 광학 빔들이 다이크로익 미러(502)를 통과하도록 허용하면서, λ1의 파장을 갖는 광학 빔들을 재지향시키도록 구성된다. 따라서, λ1의 파장을 갖는, 제1 타겟 신호 및 제1 LO 신호를 포함하는 결합된 신호의 제1 부분은 도 4에서 이전에 설명된 바와 같이 MM 도파관(426a) 내로 재지향된다.
[0051] λ2의 파장을 갖는, 제2 타겟 신호 및 제2 LO 신호를 포함하는 결합된 신호의 제2 부분은 다이크로익 미러(502)를 통과하며, 여기서 결합된 신호의 제2 부분은 도 4에서 이전에 설명된 바와 같이 폴드 미러(504)에 의해 MM 도파관(426b) 내로 재지향된다.
[0052] 도 5b는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 예시적인 디멀티플렉서(550)의 예시이다. 실시예에서, 디멀티플렉서(DEMUX)(550)는 도 4의 DEMUX(430)에 대응할 수 있다. DEMUX(550)는 분산 엘리먼트(552) 및 폴드 미러들(554, 556)을 포함할 수 있다.
[0053] 분산 엘리먼트(552)는 광학 빔의 파장에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔의 부분들을 분산시키도록 구성된 하나 이상의 재료들로 형성될 수 있다. 예컨대, 분산 엘리먼트(552)는 λ1의 파장을 갖는 광학 빔의 제1 부분을 제1 각도로 지향시키고 λ2의 파장을 갖는 광학 빔의 제2 부분을 제2 각도로 지향시키도록 구성될 수 있다. 도 5b를 참조하면, 분산 엘리먼트(552)는 λ1의 파장을 갖는 광학 빔의 제1 부분을 제1 각도로 폴드 미러(554)를 향해 지향시키고 λ2의 파장을 갖는 광학 빔의 제2 부분을 제2 각도로 폴드 미러(556)를 향해 지향시키도록 구성될 수 있다. 폴드 미러(554)는 광학 빔의 제1 부분을 제1 MM 도파관(426a)으로 재지향시키도록 구성될 수 있고 폴드 미러(556)는 광학 빔의 제2 부분을 제2 MM 도파관(426b)으로 재지향시키도록 구성될 수 있다.
[0054] 따라서, λ1의 파장을 갖는, 제1 타겟 신호 및 제1 LO 신호를 포함하는 결합된 신호의 제1 부분은 분산 엘리먼트(552)에 의해 폴드 미러(554)로 그리고 MM 도파관(426a) 내로 재지향된다. λ2의 파장을 갖는, 제2 타겟 신호 및 제2 LO 신호를 포함하는 결합된 신호의 제2 부분은 도 4에서 이전에 설명된 바와 같이 분산 엘리먼트(552)에 의해 폴드 미러(556)로 그리고 MM 도파관(426b) 내로 재지향된다.
[0055] 도 6은 스캐닝 시스템의 광학 회로들(600)의 양상들을 예시한다. 예컨대, 도 6의 광학 회로들(600)은 일부 예시적인 구현들에 따라 도 1과 관련하여 도시된 바와 같은 LIDAR 시스템(100)의 광학 회로들(101)의 부분일 수 있다. 도시된 바와 같이, 광학 회로들(600)은 다수의 광원들(602a, 602b) 및 다수의 WGPD들(604a, 604b)을 포함한다. 다수의 광원들(602a, 602b) 및 WGPD들(604a, 604b)은 단일 시간 간격 동안 다수의 데이터 포인트들을 제공할 수 있다. 따라서 고속 스캐닝 미러들의 더 적은 회전들이 부가적인 데이터를 제공할 수 있다. 광학 회로들(600)의 나머지 부분들은 도 2를 참조하여 위에서 설명된 것들과 동일하거나 유사할 수 있다. 예컨대, 광학 회로들(600)은 광의 편광을 변환하기 위한 편광 파장판(608), 광을 시준하기 위한 렌즈(610) 등을 갖는 자유 공간 광학기(412)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, PBS(414)의 정렬은 리턴된 광이 반사될 때 광원들(602a, 602b) 및 WGPD들(604a, 604b)이 정렬되도록 세팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 광원들(602a, 602b), 다수의 WGPD들(604a, 604b), 및 또한 다수의 PBS들(414)이 있을 수 있다. WGPD들(604a, 604b) 각각에서 수신된 신호들은 별개로 분석되어 일 포인트에서 거리 또는 속도 데이터를 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원들(602a, 602b)은 상이한 파장들에서 광학 빔들을 제공할 수 있다.
[0056] 도 7a는 본 개시내용의 실시예들에 따라 다수의 광학 빔들을 생성하는 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템(700)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(700)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(400)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 그러나, 하나의 광학 빔을 각각 생성하는 2개의 광원들을 갖기 보다는, 2개의 광원들이 2개의 광학 빔들을 각각 생성한다. 예컨대, 제1 광원은 제1 파장을 갖는 제1 광학 빔 및 제2 파장을 갖는 제2 광학 빔을 생성할 수 있다. 유사하게, 제2 광원은 제3 파장을 갖는 제3 광학 빔 및 제4 파장을 갖는 제4 광학 빔을 생성할 수 있다.
[0057] 제1 광원에 의해 생성된 광학 빔들은 MUX(404a)에 의해 함께 멀티플렉싱될 수 있고, 제2 광원에 의해 생성된 광학 빔들은 MUX(404b)에 의해 함께 멀티플렉싱될 수 있다. 제1 광원(예컨대, 소스 1)으로부터의 멀티플렉싱된 빔 및 제2 광원(예컨대, 소스 2)으로부터의 멀티플렉싱된 빔은 그 후 이전에 설명된 바와 같이 타겟(416)을 향해 지향된다. 타겟 신호(418)가 수신되고 LO 신호(422)와 결합된다. 결합된 신호는 PBS(414)에 의해 DEMUX(430)를 향해 재지향된다. DEMUX(430)는 파장 및 광원에 기초하여, 결합된 신호를 분리하도록 구성된다. 예컨대, DEMUX(430)는 제1 파장(예컨대, λ1)에 대응하는 결합된 신호의 제1 부분을 제1 광원(예컨대, 소스 1)으로부터 분리하고 결합된 신호의 제1 부분을 MM 도파관(426a)을 향해 지향시킬 수 있다. DEMUX(430)는 제1 파장에 대응하는 결합된 신호의 제2 부분을 제2 광원으로부터 분리하고 결합된 신호의 제2 부분을 MM 도파관(426b)을 향해 지향시킬 수 있다. DEMUX(430)는 추가로, 제2 파장(예컨대, λ2)에 대응하는 결합된 신호의 제3 부분을 제1 광원으로부터 분리하고 결합된 신호의 제3 부분을 MM 도파관(426c)을 향해 지향시킬 수 있다. DEMUX(430)는 또한 제2 파장에 대응하는 결합된 신호의 제4 부분을 제2 광원으로부터 분리하고 결합된 신호의 제4 부분을 MM 도파관(426d)을 향해 지향시킬 수 있다.
[0058] 다수의 광학 빔들을 생성하는 2개의 광원들을 갖는 것으로 설명되었지만, 본 개시내용의 실시예들은 상이한 파장들의 다수의 광학 빔들을 생성하는 임의의 수의 레이저 소스들을 활용할 수 있다. 예컨대, 본 개시내용의 양상들은 상이한 파장들의 둘 이상의 광학 빔들을 생성하는 단일 광원을 갖는 LIDAR 시스템에 의해 활용될 수 있다.
[0059] 도 7b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따라 다수의 광학 빔들을 생성하는 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템(750)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(750)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(700)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 그러나, 다수의 광원들에 의해 활용되는 한 세트의 수동 광학 회로들을 갖기 보다는, 도 7b에서 광원들 각각은 대응하는 세트의 수동 광학 회로들을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 광원은 대응하는 PBS(414a), 자유 공간 광학기(412a) 및 스캐너(424a)를 가질 수 있고, 제2 광원은 대응하는 PBS(414b), 자유 공간 광학기(412b) 및 스캐너(424b)를 가질 수 있다. 유사하게, 광원들 각각은 도 4 및 도 5에서 이전에 설명된 바와 같이, 파장들에 기초하여 수신된 결합된 신호를 분리하는 대응하는 DEMUX(예컨대, DEMUX(430a 및 430b))를 가질 수 있다. 명확성을 위해, MM 도파관들(426a-d) 이전에 선택적 빔 확장기들이 도시되지 않는다. 그러나, 일부 실시예들에서, 빔 확장기들은 MM 도파관들(426a-d) 이전에 포토닉 칩(402) 상에 포지셔닝될 수 있다.
[0060] 다수의 광학 빔들을 생성하는 2개의 광원들을 갖는 것으로 설명되었지만, 본 개시내용의 실시예들은 상이한 파장들의 다수의 광학 빔들을 생성하는 임의의 수의 레이저 소스들을 활용할 수 있다. 예컨대, 본 개시내용의 양상들은 상이한 파장들의 둘 이상의 광학 빔들을 생성하는 단일 광원을 갖는 LIDAR 시스템에 의해 활용될 수 있다.
[0061] 도 8은 본 개시내용의 구현들에 따라 다중 모드 도파관 내로 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합하기 위한 방법(800)의 흐름도를 도시한다. 실시예들에서, 방법(800)의 다양한 부분들은 각각, 도 1, 도 3 및 도 4의 LIDAR 시스템들(100, 300 및/또는 400)에 의해 수행될 수 있다.
[0062] 도 8을 참조하면, 방법(800)은 다양한 실시예들에 의해 사용되는 예시적인 기능들을 예시한다. 특정 기능 블록들("블록들")이 방법(800)에서 개시되지만, 이러한 블록들은 예들이다. 즉, 실시예들은 방법(800)에서 인용된 블록들의 변동들 또는 다양한 다른 블록들을 수행하는 데 매우 적합하다. 방법(800)의 블록들은 제시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고 방법(800)의 모든 블록들이 수행되진 않을 수 있다는 것이 인지된다.
[0063] 블록(802)에서, LIDAR 시스템의 광원은 타겟을 향해 광학 빔을 생성한다. 실시예들에서, 다수의 광원들은 다수의 광학 빔들을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 광학 빔들은 상이한 파장들을 가질 수 있다. 생성된 광학 빔은 이전에 설명된 바와 같이 PBS 및 자유 공간 광학기를 통해 타겟을 향해 전달될 수 있다. 실시예들에서, 하나 이상의 광학 빔들의 편광은 편광 파장판에 의해 변환될 수 있다.
[0064] 블록(804)에서, LIDAR 시스템은 타겟에 의한 광학 빔의 반사와 연관된 타겟 신호를 수신한다. LIDAR 시스템은 또한 도 2 및 도 6에서 이전에 설명된 바와 같이 자유 공간 광학기에 의한 광학 빔의 반사와 연관된 국부 발진기 신호를 수신할 수 있다. 실시예들에서, 다수의 광원들에 의해 생성된 다수의 타겟 신호들 및 다수의 국부 발진기 신호들이 LIDAR 시스템에 의해 수신될 수 있다.
[0065] 블록(806)에서, LIDAR 시스템은 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 MM(multi-mode) 도파관 내로 결합한다. 실시예들에서, LIDAR 시스템의 자유 공간 광학기는 신호들이 공간적으로 정렬되고 공동 전파되도록 타겟 신호 및 국부 발진기 신호를 결합하게 구성될 수 있다. 결합된 신호는 PBS 및/또는 하나 이상의 폴드 미러들에 의해 MM 도파관을 향해 재지향될 수 있다. 실시예들에서, 결합된 신호는 그 후 MM 도파관을 통해 도파관 광검출기에 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도파관 광검출기 및 MM 도파관은 동일한 포토닉 칩 상에 상주할 수 있다.
[0066] 다수의 광학 빔들을 생성하기 위해 다수의 광원들을 활용하는 실시예들에서, DEMUX는 제1 파장을 갖는 제1 결합된 신호를 제1 MM 도파관을 향해 지향시키고 제2 파장을 갖는 제2 결합된 신호를 제2 MM 도파관을 향해 지향시키도록 활용될 수 있다. 일부 실시예들에서, DEMUX는 도 5a에서 이전에 설명된 바와 같이 다이크로익 미러 및 폴드 미러를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, DEMUX는 도 6b에서 이전에 설명된 바와 같이 분산 엘리먼트 및 하나 이상의 폴드 미러들을 포함할 수 있다.
[0067] 위의 설명은, 본 개시내용의 여러 실시예들의 양호한 이해를 제공하기 위해, 특정한 시스템들, 컴포넌트들, 방법들 등의 예들과 같은 다수의 특정한 세부사항들을 기술한다. 그러나, 본 개시내용의 적어도 일부 실시예들이 그러한 특정한 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용을 불필요하게 모호하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘-알려진 컴포넌트들 또는 방법들은 상세히 설명되지 않거나, 또는 간단한 블록도 포멧으로 제시된다. 따라서, 설명된 특정 세부사항들은 단지 예시적인 것일 뿐이다. 특정한 실시예들은 이들 예시적인 세부사항들에서 변할 수 있고, 여전히 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 고려될 수 있다.
[0068] 본 명세서 전반에 걸친, "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예들과 관련하여 설명된 특정한 피처, 구조, 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"라는 문구의 출현들이 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 용어 "또는"은, 배타적인 "또는"이 아니라 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다.
[0069] 본원에서의 방법들의 동작들이 특정 순서로 도시되고 설명되지만, 각각의 방법의 동작들의 순서는, 특정한 동작들이 역순으로 수행될 수 있도록, 또는 특정한 동작이 적어도 부분적으로 다른 동작들과 동시에 수행될 수 있도록 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 별개의 동작들의 하위-동작들 또는 명령들은 간헐적인 또는 교호적인 방식으로 이루어질 수 있다.
[0070] 요약서에서 설명된 것을 포함하는 본 발명의 예시된 구현들의 위의 설명은, 포괄적이거나 또는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 구현들 및 본 발명에 대한 예들이 예시의 목적들을 위해 본 명세서에서 설명되지만, 당업자들이 인식할 바와 같이, 다양한 등가의 수정들이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. "예" 또는 "예시적인"이란 단어는 예, 경우, 또는 예시로서 역할을 하는 것을 의미하도록 본원에서 사용된다. "예" 또는 "예시적인" 것으로서 본원에서 설명된 임의의 양상 또는 설계는 다른 양상들 또는 설계들에 비해 반드시 바람직하거나 유리한 것으로서 해석될 필요는 없다. 오히려, "예" 또는 "예시적인"이란 단어들의 사용은 견고한 방식으로 개념들을 제시하도록 의도된다. 본 출원에서 사용되는 바와 같은 "또는"이란 용어는 배타적인 "또는" 보다는 포괄적인 "또는"을 의미하도록 의도된다. 즉, 달리 명시되거나 문맥상 명확하지 않으면, "X는 A 또는 B를 포함한다"는 본래의 포괄적인 치환들 중 임의의 치환을 의미하도록 의도된다. 즉, X는 A를 포함하고; X는 B를 포함하고; 또는 X가 A 및 B 둘 모두 포함하는 경우, 위의 경우들 중 임의의 것 하에서 "X는 A 또는 B를 포함한다"가 만족된다. 부가적으로, 본 출원 및 첨부된 청구항들에서 사용된 바와 같은 단수 표현들은 달리 명시되지 않거나 단수 형태로 지시되는 것으로 문맥상 명확하지 않으면, "하나 이상"을 의미하도록 일반적으로 해석되어야 한다. 또한, 전체에 걸쳐 "실시예" 또는 "일 실시예" 또는 "구현" 또는 "일 구현"이라는 용어의 사용은, 그러한 것으로 설명되지 않는 한 동일한 실시예 또는 구현을 의미하는 것으로 의도되지 않는다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같은 "제1", "제2", "제3", "제4"등의 용어들은 상이한 엘리먼트들 간을 구별하기 위한 라벨들로서 의도되고, 반드시 그의 수치 지정에 따라 서수 의미를 가질 필요는 없다.

Claims (20)

  1. LIDAR(light detection and ranging) 장치로서,
    광학 빔을 방출하도록 구성된 광원;
    자유 공간 광학기 ― 상기 자유 공간 광학기는,
    타겟 신호로서 상기 광학 빔의 제1 부분 및 국부 발진기 신호로서 상기 광학 빔의 제2 부분을 수신하고,
    상기 타겟 신호 및 상기 국부 발진기 신호를 결합하도록 구성됨 ― ; 및
    상기 결합된 신호를 수신하도록 구성된 다중 MM(multi-mode) 도파관을 포함하는,
    LIDAR 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    편광 빔 스플리터를 더 포함하고,
    상기 편광 빔 스플리터는 제1 방향으로 상기 빔 스플리터를 통해 제1 편광 상태의 광을 전달하고 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 제2 편광 상태의 광을 반사하도록 구성되는,
    LIDAR 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 편광 빔 스플리터를 통해 상기 광학 빔을 시준하도록 구성된 제2 렌징 광학기를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 MM 도파관으로부터 상기 결합된 신호를 수신하도록 구성된 도파관 광검출기를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 광원, 도파관 광검출기 및 MM 도파관은 포토닉 칩(photonic chip) 상에 포지셔닝되는,
    LIDAR 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 자유 공간 광학기는 상기 광학 빔의 편광 상태를 변환하도록 구성된 편광 파장판 및 상기 광학 빔을 시준하도록 구성된 렌즈를 포함하는,
    LIDAR 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 편광 파장판은 1/4 파장판 또는 1/2 파장판 중 하나를 포함하는,
    LIDAR 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 편광 파장판은 국부 발진기 신호로서 상기 광학 빔의 제2 부분을 리턴하기 위한 코팅 또는 반사기를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    제2 광학 빔을 방출하기 위한 제2 광원을 더 포함하고,
    상기 제1 파장의 광학 빔은 상기 제2 파장의 제2 광학 빔과 상이한,
    LIDAR 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광학 빔을 반사하고 상기 제2 파장의 제2 광학 빔이 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 통과하게 허용하도록 구성된 상기 다이크로익 미러를 포함하는 디멀티플렉서(demultiplexer)를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광학 빔을 제1 폴드 미러를 향해 그리고 상기 제2 파장의 제2 광학 빔을 제2 폴드 미러를 향해 지향시키도록 구성된 분산 엘리먼트를 포함하는 디멀티플렉서를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 광학 빔과 연관된 제2 결합된 신호를 수신하도록 구성된 제2 도파관 광검출기를 더 포함하는,
    LIDAR 장치.
  13. 방법으로서,
    LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원에 의해, 타겟을 향해 광학 빔을 생성하는 단계;
    상기 LIDAR 시스템에 의해, 상기 타겟에 의한 상기 광학 빔의 반사와 연관된 타겟 신호, 및 자유 공간 광학기에 의한 상기 광학 빔의 반사와 연관된 국부 발진기 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 타겟 신호 및 상기 국부 발진기 신호를 MM(multi-mode) 도파관 내로 결합하는 단계를 포함하는,
    방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    도파관 광검출기에 의해, 상기 MM 도파관으로부터 결합된 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 LIDAR 시스템, 상기 MM 도파관 및 상기 도파관 광검출기는 포토닉 칩 상에 있는,
    방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 광학 빔을 생성하는 단계는,
    상기 자유 공간 광학기에 의해, 상기 광학 빔의 편광 상태를 변환하는 단계를 포함하는,
    방법.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 LIDAR 시스템의 제2 광원에 의해, 상기 타겟을 향해 제2 광학 빔을 생성하는 단계 ― 상기 제2 광학 빔은 상기 광학 빔과 상이한 파장을 가짐 ― ;
    상기 LIDAR 시스템에 의해, 상기 타겟에 의해 반사된 제2 광학 빔과 연관된 제2 타겟 신호 및 상기 자유 공간 광학기에 의해 반사된 광학 빔과 연관된 제2 국부 발진기 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 제2 타겟 신호 및 상기 제2 국부 발진기 신호를 제2 MM 도파관 내로 결합하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 타겟 신호 및 상기 제2 국부 발진기 신호는 상기 제2 파장의 제2 광학 빔을 상기 제2 MM 도파관 내로 반사하는 폴드 미러(fold mirror)로 상기 광학 빔과 연관된 제1 파장의 광을 반사하는 다이크로익 미러를 통과하는,
    방법.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 타겟 신호 및 상기 제2 국부 발진기 신호는, 상기 제2 타겟 신호 및 상기 제2 국부 발진기 신호를 상기 제2 MM 도파관 내로 반사하는 폴드 미러로 상기 제2 타겟 신호 및 상기 제2 국부 발진기 신호를 지향시키도록 구성된 분산 엘리먼트를 통과하는,
    방법.
  20. 제17 항에 있어서,
    제2 도파관 광검출기에 의해, 상기 제2 MM 도파관으로부터 제2 결합된 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
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