KR20220024759A

KR20220024759A - 솔리드 스테이트 스펙트럼 스캐닝을 갖는 lidar 시스템

Info

Publication number: KR20220024759A
Application number: KR1020227001951A
Authority: KR
Inventors: 미나 레즈카; 오메르 피. 코카오글루; 오구잔 아브치; 닐 엔. 오자; 키스 가네; 베산 베자디
Original assignee: 아에바 인코포레이티드
Priority date: 2019-06-21
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2022-03-03
Also published as: EP3987304A1; US11486986B2; JP2022537459A; JP2023160825A; US20200400798A1; CN114730008A; WO2020256942A1; US20230015081A1

Abstract

제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 방출하기 위한 광원 및 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시키기 위한 분산 엘리먼트를 포함하는 LIDAR(light detection and ranging) 장치가 제공된다.

Description

솔리드 스테이트 스펙트럼 스캐닝을 갖는 LIDAR 시스템

[0001] 본 출원은 2019년 6월 21일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/449,189호의 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 효율을 감소시키며, 이는 자체로 더 약한 신호 검출로서 나타난다. 이러한 저하는 섬유 직경이 감소함에 따라 예컨대, 단일 모드 섬유가 ~10 ㎛ 직경을 갖는 경우, 또는 미러들의 각속도가 증가함에 따라 더 심각해진다.

[0005] 본 개시내용은 제한 없이, 다음의 예시적인 구현들을 포함한다.

[0006] 일부 예시적인 구현들은 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 방출하기 위한 광원 및 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시키기 위한 분산 엘리먼트를 포함하는 LIDAR(light detection and ranging) 장치를 제공한다.

[0007] 일부 예시적인 구현들은 LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원에 의해, 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성하는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 방법은 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 분산 엘리먼트에 제공하는 단계를 더 포함할 수 있고, 분산 엘리먼트는 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시킨다.

[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 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0013] 도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따라 상이한 주파수들 주위로 동조되는 LIDAR 시스템에 의해 생성된 다수의 선형 처프들의 예의 예시이다.
[0014] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따라, 광학 빔의 주파수에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔들을 편향시키는 LIDAR 시스템의 분산 엘리먼트의 예의 예시이다.
[0015] 도 5는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0016] 도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0017] 도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0018] 도 8은 본 개시내용의 실시예에 따라 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템의 양상들을 예시한다.
[0019] 도 9는 본 개시내용의 구현들에 따라 LIDAR 시스템으로 솔리드 스테이트 스펙트럼 스캐닝을 위한 방법의 흐름도를 도시한다.

[0020] 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.

[0021] 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, 프레임 레이트(frame rate) 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.

[0022] 종래의 FMCW(frequency-modulated continuous-wave) LIDAR 시스템은 3차원(3D) 및 시간적으로 타겟 공간을 매핑하도록 원하는 FOV(field of view)에 걸쳐 레이저 빔 또는 다수의 레이저 빔들을 스캔하는 것에 의존한다. 레이저 빔(들)의 각도 스캐닝은 검류계-기반 스캐너와 같은 움직이는 기계적 컴포넌트들을 사용한다. 검류계-기반 스캐너들뿐만 아니라 다른 기계적-기반 스캐너들은 통상적으로 고장나기 쉬운 다수의 움직이는 부분들을 포함한다. 또한, 기계적-기반 스캐너들의 복잡성으로 인해, 이러한 스캐너들의 가격이 상대적으로 높아, 종래 FMCW LIDAR 시스템들의 대량 생산에 있어 어려움들을 초래한다.

[0023] 본 개시내용의 예시적인 구현들은 분산 엘리먼트를 포함하는 FMCW LIDAR 시스템을 사용하여 스펙트럼 스캐닝을 수행함으로써 위의 그리고 다른 결함들을 해결한다. 실시예들에서, 시스템은 또한 회절 격자 또는 일부 다른 굴절-기반 광학기를 사용할 수 있지만, 단순성을 위해 "분산"이라는 용어는 동작 엘리먼트가 소스 파장의 변화로 인해 스캔 각도를 변경한다는 아이디어를 포괄하는 데 사용될 수 있다. 본 개시내용의 실시예들은 FMCW LIDAR 시스템의 하나 이상의 광원들에 의해 생성된 광학 빔의 파장/주파수-기반 스티어링을 활용한다. FMCW LIDAR 시스템의 광원은 FOV에 대응하는 대역폭에 걸쳐 상이한 주파수들을 갖는 광학 빔들을 생성할 수 있다. 예컨대, 광원은 상이한 주파수 주위로 각각 동조되는 다수의 선형 처프들을 생성할 수 있다. 상이한 주파수들을 갖는 광학 빔들이 분산 엘리먼트에 제공된다. 분산 엘리먼트는 광학 빔의 주파수에 기초하여 광학 빔들을 상이한 각도들로 편향시키는 재료로 만들어진, FMCW LIDAR 시스템의 수동 컴포넌트이다. 예컨대, 다수의 선형 처프들은 처프들의 편향된 각도들이 원하는 FOV를 커버하도록 상이한 주파수들에서 분산 엘리먼트에 제공될 수 있다.

[0024] 따라서, 분산 엘리먼트를 포함하는 FMCW LIDAR 시스템을 이용하여 스펙트럼 스캐닝을 수행함으로써, 기계적-기반 스캐너의 사용 없이 원하는 FOV에 걸쳐 광학 빔들이 투과될 수 있다. 분산 엘리먼트가 움직이는 부분들을 포함하지 않는 수동 컴포넌트이기 때문에, 기계적-기반 스캐너에 비해 장애의 가능성(chance)이 현저히 감소되어, FMCW LIDAR 시스템의 성능을 개선한다. 또한, 분산 엘리먼트의 비용이 기계적-기반 스캐너에 비해 상대적으로 낮아, FMCW LIDAR 시스템의 제조 가능성을 개선한다.

[0025] 본 발명의 실시예들이 FMCW LIDAR 시스템을 사용하여 설명되었지만, 본 개시내용의 양상들은 운송, 제조, 계측, 의료 및 보안 시장들을 포함(그러나 이에 제한되지 않음)하는 임의의 감지 시장에 의해 활용될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 양상들은 임의의 유형의 LIDAR 시스템에 적용될 수 있다. 예컨대, 본 개시내용의 양상들은 TOF LIDAR 시스템에 적용될 수 있다.

[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 광학 도파관들 안으로 또는 그로부터의 광을 커플링하기 위한 하나 이상의 렌즈 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학기(115)는 또한 탭들, 파장 분할 멀티플렉서들, 스플리터들/결합기들, 편광 빔 스플리터들, 시준기들, 커플러들 등과 같은 하나 이상의 광학 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 자유 공간 광학기(115)는 PBS(polarization beam splitter)를 사용하여 편광 상태를 변환하고 수신된 편광된 광을 광학 검출기들로 지향시키기 위한 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 자유 공간 광학기(115)는 아래에서 추가로 상세히 설명될 바와 같이 축(예컨대, 고속-축)을 따라 상이한 각도들로 상이한 주파수들을 갖는 광학 빔들을 편향시키기 위한 분산 엘리먼트를 더 포함한다.

[0028] 실시예들에서, LIDAR 시스템(100)은 스캐닝 패턴에 따라 환경을 스캔하기 위해 광학 신호들을 스티어링하도록 분산 엘리먼트의 고속-축에 직교하거나 실질적으로 직교하는 축(예컨대, 느린-축)을 따라 회전 가능한 하나 이상의 스캐닝 미러들을 포함하는 광학 스캐너(102)를 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)를 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. 일부 실시예들에서, 광학 수신기들(104)로부터의 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 의한 수신 이전에 신호 컨디셔닝(107)을 거칠 수 있다. 예컨대, 광학 수신기들(104)로부터의 신호들은 수신된 신호들의 증폭을 위해 연산 증폭기에 제공될 수 있고 증폭된 신호들은 LIDAR 제어 시스템들(110)에 제공될 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 로케이션 또는 이들과 관련된 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 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 결합 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. 결합 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 ADC(analog-to-digital converter)들을 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)으로부터 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 본 개시내용의 실시예들에 따른 LIDAR 시스템(200)의 양상들을 예시한다. 실시예들에서, LIDAR 시스템(200)의 하나 이상의 컴포넌트들은 포노틱 칩(240)에서 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 광원(202)은 광학 빔(218)을 생성한다. 일부 실시예들에서, 다수의 광원들은 다수의 광학 빔들을 생성하는데 사용될 수 있다. 실시예들에서, 다수의 광학 빔들은 서로 상이한 파장들/주파수들을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 광원은 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 생성할 수 있고 제2 광원은 제1 주파수와 상이한 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성할 수 있다. 광학 빔(218)은 광원(202)에 동작 가능하게 커플링된 탭(예컨대, ISOTAP(204))을 포함하는 광학 격리기에 제공된다. ISOTAP(204)는 일 방향으로의 광학 빔(218)의 송신을 허용하여, 광학 피드백을 방지한다. ISOTAP(204)의 탭은 기준 신호(230)로서 광학 빔(218)의 일부를 분할한다. 기준 신호(230)는 기준 암 회로의 커플러(210)에 제공될 수 있다. 커플러(210)는 기준 신호(230)를 수신하고 기준 신호(230)의 일부를 분할하여 LO(local oscillator) 신호(228)를 생성한다. 실시예들에서, 커플러(210)는 균형(50/50) 또는 불균형 커플러일 수 있다. 기준 신호(230)는 커플러(210)에 동작 가능하게 커플링된 기준 암 회로의 간섭계(232)에 제공될 수 있다. 실시예들에서, 간섭계(232)는 기준 신호(230)를 분할하는 것으로부터 유도되는 광학 빔들 사이의 상대적 위상 시프트 변동들을 결정하는 데 사용되는 MZI(Mach-Zehnder Interferometer)일 수 있다. 간섭계(232)는 그 후 후속 분석을 위해 기준 암 회로의 광검출기(234)에 기준 신호(230)를 제공할 수 있다.

[0039] 광학 빔(218)은 ISOTAP(204)에 동작 가능하게 커플링된 광학 증폭기(206)에 제공된다. 광학 증폭기(206)는 광학 빔(218)의 광 신호들을 증폭한다. LIDAR 시스템(200)은 광학 빔(218)을 시준기(212)를 향해 라우팅하고 타겟 신호(222)를 광검출기(226)로 라우팅하기 위한 적어도 하나의 광학 디바이스를 더 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 광학 디바이스(들)는 PBS(polarization beam splitter)(208) 및 PWP(polarization wave plate)(214)를 포함한다. 적합한 광학 디바이스(들)의 다른 예들은 광학 순환기 또는 광학 스플리터/결합기를 포함할 수 있다.

[0040] 광학 빔(218)은 광학 증폭기(206)에 동작 가능하게 커플링된 PBS(polarization beam splitter)(208)를 통과할 수 있다.

[0041] 광학 빔(218)은 광학 빔(218)을 포커싱/시준하기 위해 시준기(212)에 제공될 수 있다. 광학 빔(218)은 광학 빔(218)의 편광을 변환하는 PWP(polarization wave plate)(214)에 제공될 수 있다. 예컨대, 광학 빔(218)의 편광은 원형 편광으로 변환될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 순환기는 PWP 및/또는 PBS보다 광학 빔(218)을 재지향하기 위해 활용될 수 있다.

[0042] 광의 편광을 변환할 때, 광학 빔(218)은 분산 엘리먼트(216)에 제공될 수 있다. 분산 엘리먼트(216)는 광학 빔의 주파수에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔들을 편향시키는 재료로 구성될 수 있다. 예컨대, 분산 엘리먼트(216)는 제1 주파수(예컨대, f1)를 갖는 광학 빔(218)을 제1 각도로 그리고 제2 주파수(예컨대, f2)를 갖는 광학 빔을 제2 각도로 편향시킬 수 있다. 실시예들에서, 분산 엘리먼트(216)는 LIDAR 시스템(200)의 고속-스캔 방향에 대응하는 축을 따라 일정 각도로 광학 빔들을 편향시킬 수 있다. 예컨대, 분산 엘리먼트(216)는 수평 또는 실질적으로 수평 축을 따라 광학 빔을 편향시킬 수 있다.

[0043] 일부 실시예들에서, 분산 엘리먼트(216)에 의해 편향된 광학 빔(218)은 스캐너(236)(예컨대, 도 1의 광학 스캐너(102))를 통해 타겟(220)을 향해 투과될 수 있다. 다른 실시예들에서, LIDAR 시스템(200)은 스캐너(236)를 포함하지 않을 수 있고 광학 빔들(218)은 분산 엘리먼트(216)를 통해 타겟(220)을 향해 투과될 수 있다. 스캐너(236)는 3D 매핑을 생성하기 위해 LIDAR 시스템(200)의 고속-스캔 방향에 직교하거나 실질적으로 직교하는 저속-스캔 방향에 대응하는 축(238)을 따라 광학 빔(218)을 편향시킬 수 있다. 예컨대, LIDAR 시스템(200)의 고속-스캔 방향이 수평 축을 따르는 경우, 스캐너(236)는 수직 축을 따라 광학 빔(218)을 편향시킬 수 있다. 광학 빔(218)이 타겟(220)에 부딪힐 때, 빔의 일부는 타겟 신호(222)로서 LIDAR 시스템(200)으로 역으로 리턴된다. 타겟 신호(222)는 스캐너(236), 분산 엘리먼트(216), PWP(214) 및 시준기(212)를 통과한다.

[0044] 타겟 신호(222)는 PBS(208)에 의해 수신된다. 타겟 신호(222)의 편광이 PWP(214)에 의해 변환되기 때문에, 타겟 신호(222)는 PBS(208)를 통과하기 보다는, PBS(208)에 의해 반사된다. 타겟 신호(222)는 커플러(224)를 향해 PBS(208)에 의해 반사된다. 커플러(224)는 타겟 신호(222) 및 국부 발진기 신호(228)를 수신하고 타겟 신호(222) 및 국부 발진기 신호(228) 둘 모두를 포함하는 결합 신호를 생성한다. 실시예들에서, 커플러(224)는 균형(50/50) 또는 불균형 커플러일 수 있다. 그 후, 결합 신호는 이전에 설명된 바와 같이 후속 분석을 위해 광검출기(226)에 의해 수신된다.

[0045] 일부 실시예들에서, 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)는 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)가 공간적으로 오버랩되는 경우 커플러(224)를 사용하지 않고 광검출기(226)에 제공될 수 있다. 예컨대, LIDAR 시스템(200)은 커플러(224)를 포함하지 않을 수 있으며, 이 경우 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)는 광검출기(226)에서 광학적으로 혼합될 수 있다.

[0046] 도 3은 본 개시내용의 실시예들에 따라 상이한 주파수들 주위로 동조되는 LIDAR 시스템에 의해 생성된 다수의 선형 처프들의 예의 예시(300)이다. 예시(300)는 시간(X-축)에 대한 광학 빔의 주파수(Y-축)의 그래픽 표현이다. 광원에 의해 생성된 광학 빔 이를테면, 도 2의 광학 빔(218)은 상이한 주파수들 주위로 동조된 선형 처프들일 수 있다. 각각의 선형 처프(예컨대, 선형 처프들(305, 310, 315, 320))는 처프의 주파수가 선형 또는 실질적으로 선형 레이트로 증가되는 시간의 일부 및 처프의 주파수가 선형 또는 실질적으로 선형 레이트로 감소되는 시간의 일부를 포함할 수 있다.

[0047] 선형 처프들(305, 310, 315 및 320)은 각각 주파수들(325, 330, 335 및 340) 주위로 동조될 수 있다. 주파수들(325, 330, 335, 340)은 LIDAR 시스템의 분산 엘리먼트에 의한 상이한 편향 각도에 대응할 수 있다. 예컨대, 주파수들(325, 330, 335, 340)은 LIDAR 시스템의 원하는 FOV를 커버하는 분산 엘리먼트에 의한 편향 각도들에 대응할 수 있다.

[0048] 도 4는 본 개시내용의 실시예들에 따라, 광학 빔의 주파수에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔들을 편향시키는 LIDAR 시스템의 분산 엘리먼트의 예의 예시(400)이다. 예시(400)에서, 광학 빔(218)은 분산 엘리먼트(216)에 제공된다. 분산 엘리먼트(216)는 이전에 설명된 바와 같이, 광학 빔(218)의 주파수에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔(218)을 편향시킨다.

[0049] 도 4는 상이한 주파수들(예컨대, f1, f2, f3 및 f4)을 갖는 광원에 의해 생성된 일련의 4개의 광학 빔들을 예시한다. 분산 엘리먼트(216)는 각도(405)로 주파수(f1)를 갖는 광학 빔(218), 각도(410)로 주파수(f2)를 갖는 광학 빔(218), 각도(415)로 주파수(f3)를 갖는 광학 빔(218) 및 각도(420)로 주파수(f4)를 갖는 광학 빔을 편향시킬 수 있다. 분산 엘리먼트(216)는 이전에 설명된 바와 같이 LIDAR 시스템의 고속-스캔 방향에 대응하는 축(425)을 따라 각도들(405, 410, 415, 420)로 일련의 광학 빔들을 편향시킬 수 있다.

[0050] 도 5는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 LIDAR 시스템(500)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(500)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(200)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 그러나, 국부 발진기 신호(228)를 생성하기 위해 기준 신호(230)의 일부를 분할하기 위해 커플러(예컨대, 커플러(210))를 활용하기보다는, 국부 발진기 신호(228)는 PWP(214) 이후의 반사기(402)에 의해 재생될 수 있다. 예컨대, 반사기(402)는 광원(202)을 향하는 방향으로 광학 빔(218)의 일부를 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, PWP(214) 상의 별개의 미러, 역-반사기, 마이크로-렌즈 어레이, 필터 또는 반사 코팅이 사용될 수 있다. 광학 빔(218)의 반사된 부분은 리턴된 타겟 신호(222)와의 간섭을 위한 국부 발진기 신호(228)가 된다.

[0051] 도 2의 타겟 신호(222)와 유사하게, 국부 발진기 신호(228)의 편광이 변환되었기 때문에, PBS(208)는 국부 발진기 신호(228)가 PBS(208)를 통과하도록 허용하기 보다는, 커플러(224)를 향하는 방향으로 국부 발진기 신호(228)를 반사한다. 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템(500)은 이전에 설명된 바와 같이, 커플러(224)를 포함하지 않을 수 있고, 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)는 광검출기(226)에서 광학적으로 혼합될 수 있다.

[0052] 도 6은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 LIDAR 시스템(600)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(600)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(200)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 그러나, 광학 빔(218) 및 타겟 신호(222)를 지향시키기 위해 PBS(예컨대, PBS(208))를 활용하기 보다는, LIDAR 시스템(600)은 광학 순환기(602)를 활용하여 광학 빔(218)을 시준기(212)로 지향시키고 타겟 신호를 커플러(224)로 지향시킨다. 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템(600)은 이전에 설명된 바와 같이, 커플러(224)를 포함하지 않을 수 있고, 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)는 광검출기(226)에서 광학적으로 혼합될 수 있다. 게다가, LIDAR 시스템(600)은 PBS를 활용하지 않기 때문에, 광학 빔(218)의 편광은 변환될 필요가 없다. 따라서, LIDAR 시스템(600)은 PWP(예컨대, PWP(214))를 포함하지 않을 수 있다.

[0053] 도 7은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 LIDAR 시스템(700)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(700)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(600)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 그러나, 국부 발진기 신호(228)를 생성하기 위해 기준 신호(230)의 일부를 분할하기 위해 커플러(예컨대, 커플러(210))를 활용하기보다는, 국부 발진기 신호(228)는 시준기(212)의 반사기(702)에 의해 생성될 수 있다. 예컨대, 반사기(702)는 광원(202)을 향하는 방향으로 광학 빔(218)의 일부를 반사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 시준기(212) 상의 별개의 미러, 역-반사기, 마이크로-렌즈 어레이, 필터 또는 반사 코팅이 사용될 수 있다. 광학 빔(218)의 반사된 부분은 리턴된 타겟 신호(222)와의 간섭을 위한 국부 발진기 신호(228)가 된다.

[0054] 도 6의 타겟 신호(222)와 유사하게, 광학 순환기(602)는 국부 발진기 신호(228)를 수신하고 국부 발진기 신호(228)를 커플러(224)로 지향시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, LIDAR 시스템(700)은 이전에 설명된 바와 같이, 커플러(224)를 포함하지 않을 수 있고, 국부 발진기 신호(228) 및 타겟 신호(222)는 광검출기(226)에서 광학적으로 혼합될 수 있다.

[0055] 도 8은 본 개시내용의 실시예에 따라 다수의 광원들을 갖는 LIDAR 시스템(800)의 양상들을 예시한다. LIDAR 시스템(800)의 컴포넌트들은 LIDAR 시스템(200)의 컴포넌트들과 유사할 수 있다. 명확성을 위해 LIDAR 시스템(800)의 컴포넌트들 중 일부(예컨대, 자유-공간 광학기, 광학 디바이스들, 기준 암 회로 등)는 도 8에서 생략되었다. 단일 광원을 활용하기 보다는, LIDAR 시스템(800)은 상이한 주파수들을 갖는 광학 빔을 각각 생성하는 다수의 광원들(예컨대, 광원(202a) 및 광원(202b))을 활용한다. 예컨대, 광원(202a)은 제1 주파수(f1)를 갖는 광학 빔(218a)을 생성할 수 있고, 광원(202b)은 제2 주파수(f2)를 갖는 광학 빔(218b)을 생성할 수 있다. 광학 빔(218a) 및 광학 빔(218b)은 분산 엘리먼트(216)에 제공될 수 있다. 분산 엘리먼트(216)는 그들의 주파수들에 기초하여 상이한 각도들로 광학 빔들(218a, 218b)을 편향시킬 수 있다. 2개의 광원들을 갖는 것으로 예시되지만, 실시예들에서, LIDAR 시스템(800)은 상이한 주파수들을 갖는 광학 빔들을 생성하는 임의의 수의 광원들을 포함할 수 있다.

[0056] 도 9는 본 개시내용의 구현들에 따라 LIDAR 시스템으로 솔리드 스테이트 스펙트럼 스캐닝을 위한 방법의 흐름도(900)를 도시한다. 실시예들에서, 방법(900)의 다양한 부분들은 각각, 도 1, 도 2, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8의 LIDAR 시스템들(100, 200, 500, 600, 700 및/또는 800)에 의해 수행될 수 있다.

[0057] 도 9를 참조하면, 방법(900)은 다양한 실시예들에 의해 사용되는 예시적인 기능들을 예시한다. 특정 기능 블록들("블록들")이 방법(900)에서 개시되지만, 이러한 블록들은 예들이다. 즉, 실시예들은 방법(900)에서 인용된 블록들의 변동들 또는 다양한 다른 블록들을 수행하는 데 매우 적합하다. 방법(900)의 블록들은 제시된 것과 상이한 순서로 수행될 수 있고 방법(900)의 모든 블록들이 수행되진 않을 수 있다는 것이 인지된다.

[0058] 블록(902)에서, LIDAR 시스템의 광원은 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 생성한다. LIDAR 시스템의 광원은 처음으로 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 생성할 수 있다.

[0059] 블록(904)에서, 광원은 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성한다. LIDAR 시스템의 광원은 제1 시간보다 늦은 제2 시간에 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다수의 광원들은 광학 빔들을 생성할 수 있다. 예컨대, 제1 광원은 블록(902)에서 제1 광학 빔을 생성할 수 있고 제2 광원는 제2 광학 빔을 생성할 수 있다.

[0060] 상이한 주파수들의 광학 빔들을 생성하기 위해 다수의 광원들을 사용하는 실시예들에서, 광학 빔들은 상이한 시간들에 또는 동시에 또는 실질적으로 유사한 시간에 생성될 수 있다. 동시에 또는 실질적으로 유사한 시간에 광학 빔들을 생성하는 것은 스캔 시간의 상당한 감소를 초래하여, LIDAR 시스템의 성능이 추가로 개선할 수 있다.

[0061] 일부 실시예들에서, 다수의 광원들은 이전에 설명된 바와 같이 다양한 주파수들 주위에 집중되는 광학 빔들을 각각 생성할 수 있는 동조 가능한 광원들일 수 있다. 시야는 다수의 부분들로 분할될 수 있고 동조 가능한 광원들 각각은 스캔 시간의 감소 및 LIDAR 시스템의 성능의 개선을 초래하도록 서로 평행하게 시야의 상이한 부분을 각각 스캔하기 위해 동시에 또는 실질적으로 유사한 시간에 광학 빔들을 생성할 수 있다.

[0062] 블록(906)에서, LIDAR 시스템은 제1 광학 빔을 사용하여 제1 국부 발진기(LO) 신호를 생성하고 제2 광학 빔을 사용하여 제2 국부 발진기 신호를 생성한다. 일부 실시예들에서, 제1 LO 신호 및 제2 LO 신호는 도 2에서 이전에 설명된 바와 같이, 제1 LO 신호 및 제2 LO 신호를 생성하기 위해 제1 광학 빔 및 제2 광학 빔과 연관된 기준 신호들의 일부를 분할하는 LIDAR 시스템의 커플러에 의해 생성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 제1 LO 신호 및 제2 LO 신호는 도 5에서 이전에 설명된 바와 같이 제1 광학 빔 및 제2 광학 빔의 일부를 반사함으로써 생성될 수 있다.

[0063] 블록(908)에서, 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔이 분산 엘리먼트에 제공된다. 분산 엘리먼트는 이전에 설명된 바와 같이, 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시킨다. 제2 광학 빔은 제1 광학 빔보다 늦은 시간에 분산 엘리먼트에 제공될 수 있다.

[0064] 블록(910)에서, LIDAR 시스템은 제1 광학 빔과 연관된 제1 타겟 신호 및 제2 광학 빔과 연관된 제2 타겟 신호를 수신한다. 제1 타겟 신호 및 제2 타겟 신호는 각각 오브젝트에 의한 제1 광학 빔 및 제2 광학 빔의 반사에 대응할 수 있다.

[0065] 블록(912)에서, 제1 타겟 신호는 제1 결합 신호를 생성하도록 제1 LO 신호와 결합되고, 제2 타겟 신호는 제2 결합 신호를 생성하도록 제2 LO 신호와 결합된다.

[0066] 블록(914)에서, 제1 결합 신호 및 제2 결합 신호는 후속 분석을 위해 광검출기에 제공된다.

[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 포맷으로 제시된다. 따라서, 설명된 특정 세부사항들은 단지 예시적인 것일 뿐이다. 본 명세서가 많은 특정한 구현 세부사항들을 포함하지만, 이들은 임의의 발명들 또는 청구될 수도 있는 것의 범위에 대한 제한들로서 해석되는 것이 아니라 오히려, 특정한 발명들의 특정한 실시예들 특유의 특성들의 설명들로서 해석되어야 한다. 별개의 실시예들의 맥락에서 본 출원에서 설명된 소정의 특징들은 또한, 단일 실시예에서 조합하여 구현될 수 있다. 대조적으로, 단일 실시예의 맥락에서 설명된 다양한 특징들은 또한, 다수의 실시예들에서 개별적으로 또는 임의의 적절한 서브-조합으로 구현될 수 있다. 또한, 특징들이 소정의 조합들에서 동작하는 것으로 위에서 설명되고 심지어 초기에는 그와 같이 청구될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우들에서, 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합은 서브-조합 또는 서브-조합의 변동으로 안내될 수 있다. 또한, 위에서 설명된 실시예들에서의 다양한 시스템 컴포넌트들의 분리는 모든 실시예들에서 그러한 분리를 요구하는 것으로서 이해되지는 않아야 하고, 그리고 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들이 일반적으로, 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품들로 패키징될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 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, 총망라하거나 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

LIDAR(light detection and ranging) 장치로서,
제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 방출하기 위한 광원; 및
상기 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 상기 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시키기 위한 분산 엘리먼트를 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
상기 분산 엘리먼트는 제1 축을 따라 상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔을 편향시키고, 상기 LIDAR 장치는,
상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔을 편향시키기 위한 스캐너를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
제1 방향으로 PBS(polarization beam splitter)를 통해 제1 편광 상태의 광을 통과시키고 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 제2 편광 상태의 광을 반사시키기 위한 상기 PBS를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
상기 광원으로부터의 제1 광학 빔 및 제2 광학 빔을 제1 방향으로 지향시키고 상기 제1 광학 빔과 연관된 제1 타겟 신호 및 상기 제2 광학 빔과 연관된 제2 타겟 신호를 제2 방향으로 지향시키기 위한 광 순환기를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광학 빔과 연관되는 제1 타겟 신호 및 제1 국부 발진기 신호를 포함하는 제1 결합 신호 및 상기 제2 광학 빔과 연관되는 제2 타겟 신호 및 제2 국부 발진기 신호를 포함하는 제2 결합 신호를 수신하기 위한 광검출기를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제5 항에 있어서,
상기 광원 및 상기 광검출기는 포토닉 칩(photonic chip) 상에 포지셔닝되는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔의 편광 상태를 변환시키기 위한 편광 파장판을 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제7 항에 있어서,
상기 편광 파장판은 1/4 파장판 또는 1/2 파장판 중 하나를 포함하는,
LIDAR 장치.
제7 항에 있어서,
상기 편광 파장판은 제1 국부 발진기 신호로서 상기 제1 광학 빔의 일부를 그리고 제2 국부 발진기 신호로서 상기 제2 광학 빔의 일부를 리턴하기 위한 반사기 또는 코팅을 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔은 상기 제1 주파수 주위로 동조된 제1 선형 처프(linear chirp)를 포함하고, 상기 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔은 상기 제2 주파수 주위로 동조된 제2 선형 처프를 포함하는,
LIDAR 장치.
제1 항에 있어서,
제1 기준 신호로서 상기 제1 광학 빔의 일부를 그리고 제2 기준 신호로서 상기 제2 광학 빔의 일부를 기준 암 회로에 제공하기 위한 탭(tap)을 포함하는 광학 격리기를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제11 항에 있어서,
상기 기준 암 회로는,
상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 수신하기 위한 간섭계; 및
상기 간섭계로부터 상기 제1 기준 신호 및 상기 제2 기준 신호를 수신하기 위한 광검출기를 포함하는,
LIDAR 장치.
제12 항에 있어서,
상기 기준 암 회로는,
제1 국부 발진기 신호를 생성하도록 상기 제1 기준 신호의 일부를 그리고 제2 국부 발진기 신호를 생성하도록 상기 제2 기준 신호의 일부를 분할하기 위한 커플러를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
방법으로서,
LIDAR(light detection and ranging) 시스템의 광원에 의해, 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성하는 단계; 및
상기 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 상기 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 분산 엘리먼트에 제공하는 단계를 포함하고,
상기 분산 엘리먼트는 상기 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔을 제1 각도로 그리고 상기 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 제2 각도로 편향시키는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
상기 분산 엘리먼트는 제1 축을 따라 상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔을 편향시키고, 상기 방법은,
상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔을 스캐너에 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 스캐너는 상기 제1 축에 직교하는 제2 축을 따라 상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔을 편향시키는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
제1 커플러에 의해, 제1 국부 발진기 신호를 생성하도록 상기 제1 광학 빔의 일부를 그리고 제2 국부 발진기 신호를 생성하기 위해 상기 제2 광학 빔의 일부를 분할하는 단계;
상기 제1 광학 빔과 연관된 제1 타겟 신호 및 상기 제2 광학 빔과 연관된 제2 타겟 신호를 수신하는 단계;
제2 커플러에 의해, 제1 결합 신호를 생성하도록 상기 제1 타겟 신호를 상기 제1 국부 발진기 신호와 결합하고 제2 결합 신호를 생성하도록 상기 제2 타겟 신호를 상기 제2 국부 발진기 신호와 결합하는 단계; 및
상기 제1 결합 신호 및 상기 제2 결합 신호를 광검출기에 제공하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
편광 파장판의 코팅 또는 반사기에 의해, 제1 국부 발진기 신호를 생성하도록 상기 제1 광학 빔의 일부를 그리고 제2 국부 발진기 신호를 생성하기 위해 상기 제2 광학 빔을 반사시키는 단계;
상기 제1 광학 빔과 연관된 제1 타겟 신호 및 상기 제2 광학 빔과 연관된 제2 타겟 신호를 수신하는 단계;
커플러에 의해, 제1 결합 신호를 생성하도록 상기 제1 타겟 신호를 상기 제1 국부 발진기 신호와 결합하고 제2 결합 신호를 생성하도록 상기 제2 타겟 신호를 상기 제2 국부 발진기 신호와 결합하는 단계; 및
상기 제1 결합 신호 및 상기 제2 결합 신호를 광검출기에 제공하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
상기 제1 주파수를 갖는 제1 광학 빔 및 상기 제2 주파수를 갖는 제2 광학 빔을 생성하는 단계는, 상기 제1 주파수 주위로 동조된 제1 선형 처프 및 상기 제2 주파수 주위로 동조된 제2 선형 처프를 생성하는 단계를 포함하는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
기준 신호로서 상기 제1 광학 빔 및 상기 제2 광학 빔의 일부를 기준 암 회로에 제공하는 단계를 더 포함하는,
LIDAR 장치.
제14 항에 있어서,
상기 LIDAR 시스템의 복수의 광원들에 의해, 복수의 광학 빔들을 생성하는 단계를 더 포함하고,
상기 복수의 광학 빔들 각각은 상이한 대응 주파수를 갖는,
LIDAR 장치.