KR20220161486A - Lidar 시스템 - Google Patents

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에드워드 조셉 앵거스
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오로라 오퍼레이션스, 인크.
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Abstract

LIDAR 시스템은 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스와 폴리곤 스캐너를 포함한다. 폴리곤 스캐너는 복수의 패싯들을 포함한다. 복수의 패싯들 각각은 제1 빔에 응답하여 제2 빔을 전송하도록 구성된다. 복수의 패싯들은 제1 시야를 가지는 제1 패싯과 제1 시야를 가지는 제2 패싯을 포함한다. 제1 패싯은 제1 시야에서 제1 빔을 전송하고, 제2 패싯은 제2 시야에서 제2 빔을 전송한다. 제1 시야는 제2 시야보다 크다.

Description

LIDAR 시스템
관련 출원들에 대한 상호 참조
출원은 전체 개시 내용이 본 명세서에 참조로서 포함되는 2020년 6월 19일자 출원된 미국 특허 출원 번호 제16/906,378호에 대한 우선권 및 그 이익을 주장한다.
광 검출 및 거리 측정(Light detection and ranging)을 위한, 니모닉(mnemonic)인 LIDAR로 불리고, 때때로 레이저 RADAR라고도 불리는 레이저를 이용한 거리의 광학적 거리 검출은 이미징 및 충돌 회피를 포함하는 다양한 응용 분야에 사용된다. LIDAR는 RADAR(radio-wave detection and ranging)과 같은 종래의 마이크로파 거리 측정 시스템(microwave ranging system)보다 작은 빔 크기로 더 미세한 거리 분해능(range resolution)을 제공한다.
적어도 하나의 양태는 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 시스템에 관한 것이다. LIDAR 시스템은 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스와 폴리곤 스캐너를 포함한다. 상기 폴리곤 스캐너는 복수의 패싯(facet)들을 포함한다. 상기 복수의 패싯들 각각은 상기 제1 빔에 응답하여 제2 빔을 전송하도록 구성된다. 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하며, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송하며, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 제2 빔을 전송한다. 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 크다.
적어도 하나의 양태는 자율 주행 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 자율 주행 차량 제어 시스템은 폴리곤 스캐너와 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 상기 폴리곤 스캐너는 복수의 패싯들을 포함한다. 상기 복수의 패싯들 각각은 입력 빔에 응답하여 전송 빔을 전송하도록 구성된다. 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하며, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송하며, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 제2 빔을 전송한다. 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 크다. 상기 하나 이상의 프로세서들은 상기 전송 빔에 응답하여 수신된 리턴 빔을 사용하여 객체까지의 거리 또는 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고, 해당 거리 또는 속도 중 적어도 하나에 응답하여 자율 주행 차량의 동작을 제어하도록 구성된다.
적어도 하나의 양태는 자율 주행 차량에 관한 것이다. 자율 주행 차량은 LIDAR 시스템, 조향 시스템 또는 제동 시스템 중 적어도 하나, 및 차량 컨트롤러를 포함한다. LIDAR 시스템은 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스와 폴리곤 스캐너를 포함한다. 상기 폴리곤 스캐너는 복수의 패싯들을 포함한다. 상기 복수의 패싯들 각각은 상기 제1 빔에 응답하여 제2 빔을 전송하도록 구성된다. 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하며, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송하며, 상기 제2 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송한다. 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 크다. 상기 차량 컨트롤러는 상기 제2 빔에 응답한 객체로부터의 리턴 빔을 사용하여 객체까지의 거리 또는 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고, 해당 거리 또는 속도 중 적어도 하나에 응답하여 상기 조향 시스템 또는 상기 제동 시스템 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다.
적어도 하나의 양태는 LIDAR 시스템에 관한 것이다. LIDAR 시스템은 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스와 불규칙한 다각형 형상의 스캐너를 포함한다. 상기 스캐너는 제1 빔을 수신하고 해당 제1 빔을 수신하는 것에 응답하여 제2 빔을 전송하도록 구성된다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯 및 해당 제1 패싯에 인접한 제2 패싯을 포함한다. 상기 제1 패싯은 제1 길이를 가지고, 상기 제2 패싯은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가진다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하며, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제1 빔을 전송하며, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 제2 빔을 전송한다. 상기 제2 시야는 상기 제1 시야보다 크다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯 및 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯과 상기 스캐너의 중심에 의해 정의되는 제1 각도는 상기 제2 패싯과 상기 중심에 의해 정의되는 제2 각도보다 크다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 시야를 갖는 제1 패싯 및 상기 제1 패싯에 인접하고 상기 제1 시야와 중첩하는 제2 시야를 갖는 제2 패싯을 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 상기 폴리곤 스캐너가 회전함에 따라 상기 제2 빔과 연관된 샘플링 밀도가 변하도록 상기 제2 빔을 전송하기 위해 회전하도록 구성된다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 복수의 패싯들을 포함하고, 상기 복수의 패싯들의 수는 6 이상 12 이하이다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 복수의 오목부들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 복수의 제1 패싯들 및 해당 복수의 제1 패싯들과 교대하는 순서로 배열된 복수의 제2 패싯들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 LIDAR 시스템은 상기 제1 빔을 제3 빔 및 기준 빔으로 분할하도록 구성된 스플리터, 상기 제1 빔의 하나 이상의 속성을 변조하여 제4 빔을 출력하도록 구성된 변조기, 상기 제4 빔을 콜리메이트(collimate)하여 제5 빔을 출력하도록 구성된 콜레메이터, 상기 스캐너에 입사되는 상기 제5 빔을 출력하고 객체에 의한 상기 제2 빔의 반사 또는 산란 중 적어도 하나로부터 리턴 빔을 수신하도록 구성된 서큘레이터, 상기 기준 빔을 상기 리턴 빔과 믹스하여 제6 빔을 출력하도록 구성된 믹서, 및 상기 제6 빔에 응답하는 상기 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 수신기를 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 알루미늄 또는 중합체 재료(polymeric material) 중 적어도 하나로 제조된다.
일부 구현예들에서, 상기 LIDAR 시스템은 상기 스캐너의 본체에 도포된 코팅을 포함한다.
적어도 하나의 양태는 자율 주행 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 상기 자율 주행 차량 제어 시스템은, 불규칙한 다각형 형상을 가지며 전송 빔을 전송하도록 구성된 스캐너를 포함한다. 상기 자율 주행 차량 제어 시스템은 객체에 의한 상기 전송 빔의 반사 또는 산란 중 적어도 하나로부터 수신된 리턴 빔을 사용하여 상기 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고 상기 거리 또는 속도 중 상기 적어도 하나에 응답하여 자율 주행 차량의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯 및 해당 제1 패싯에 인접한 제2 패싯을 포함한다. 상기 제1 패싯은 제1 길이를 가지고, 상기 제2 패싯은 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 가진다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯과 제2 패싯을 포함하며, 상기 제1 패싯은 해당 제1 패싯이 상기 제1 빔을 전송하는 제1 시야를 가지며, 상기 제2 패싯은 해당 제2 패싯이 상기 제2 빔을 전송하는 제2 시야를 가진다. 상기 제2 시야는 상기 제1 시야보다 크다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯 및 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯과 상기 스캐너의 중심에 의해 정의되는 제1 각도는 상기 제2 패싯과 상기 스캐너의 상기 중심에 의해 정의되는 제2 각도보다 크다.
적어도 하나의 양태는 자율 주행 차량에 관한 것이다. 상기 자율 주행 차량은 LIDAR 시스템, 조향 시스템 또는 제동 시스템 중 적어도 하나, 및 차량 컨트롤러를 포함한다. LIDAR 시스템은 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스와, 불규칙한 형상을 가지며 상기 제1 빔을 수신하는 것에 응답하여 제2 빔을 출력하도록 구성된 스캐너를 포함한다. 상기 차량 컨트롤러는 상기 객체에 의한 상기 제2 빔의 반사 또는 산란 중 적어도 하나로부터의 리턴 빔을 사용하여 상기 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고, 해당 거리 또는 속도 중 적어도 하나에 응답하여 상기 조향 시스템 또는 상기 제동 시스템 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 시야를 갖는 제1 패싯 및 상기 제1 패싯에 인접하고 제2 시야를 갖는 제2 패싯을 포함하고, 상기 스캐너는 상기 제1 시야 및 상기 제2 시야의 중첩이 적어도 부분적으로 자율 주행 차량의 전방에 있도록 상기 자율 주행 차량에 설치된다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 시야를 갖는 제1 패싯 및 상기 제1 패싯에 인접하고 제2 시야를 갖는 제2 패싯을 포함하는 제1 스캐너이고, 상기 자율 주행 차량은 제3 시야를 갖는 제3 패싯 및 제4 시야를 갖는 제4 패싯을 포함하는 제2 스캐너이고, 상기 제4 시야는 상기 제3 시야와 중첩되고 상기 제3 시야보다 작다.
일부 구현예들에서, 상기 스캐너는 제1 패싯 및 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯과 상기 스캐너의 중심에 의해 정의되는 제1 각도는 상기 제2 패싯과 상기 스캐너의 상기 중심에 의해 정의되는 제2 각도보다 크다.
당해 기술분야의 통상의 기술자는 "발명의 내용" 항목이 단지 예시이고, 어떠한 방식으로든 한정하려는 의도가 아니라는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명된 임의의 특징은 임의의 다른 특징과 함께 사용될 수 있고, 이러한 특징들의 임의의 부분 집합은 다양한 실시예에 따라 조합하여 사용될 수 있다. 청구항에 의해서만 정의되는 본 명세서에 설명된 장치 및/또는 방법의 다른 양태, 발명적 특징 및 이점은 본 명세서에 명시되고 첨부된 도면과 함께 취해지는 상세한 설명으로부터 이해할 수 있을 것이다.
첨부 도면에서 구현예들은 제한적인 방식이 아니라 예시적인 방식으로 설명되며, 유사한 참조 번호의 경우 유사한 요소를 지칭한다.
도 1a는 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경의 일례의 블록도이고;
도 1b는 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례의 블록도이고;
도 1c는 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례의 블록도이고;
도 1d는 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례의 블록도이고;
도 2는 LIDAR 시스템의 일례의 블록도이고;
도 3은 볼록형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고;
도 4는 오목형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고;
도 5는 볼록형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고;
도 6은 오목형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고;
도 7은 볼록형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고;
도 8은 오목형 폴리곤 스캐너의 일례의 평면도이고; 그리고
도 9는 폴리곤 스캐너를 사용하는 LIDAR 시스템을 구현하는 차량의 예들의 평면도이다.
LIDAR 시스템은 객체가 반사하거나 산란할 수 있는 광 빔을 생성하고 전송된 빔에 해당하는 리턴 빔으로서 상기 광 빔을 전송할 수 있다. LIDAR 시스템은 리턴 빔을 수신하고 리턴 빔 또는 그 특성을 처리하여 거리 및 속도 등의 객체에 관한 파라미터를 결정할 수 있다. LIDAR 시스템은 전송된 빔에 다양한 주파수 또는 위상 변조를 적용할 수 있으며, 이에 따라 객체에 관한 파라미터를 결정하기 위해 리턴 빔을 전송된 빔과 관련시키는 것이 용이해 질 수 있다.
LIDAR 시스템은 예를 들어, 전송된 빔을 다양한 방위각 및 앙각(Elevation Angle)으로 반사시켜 출력하는 폴리곤 스캐너를 포함할 수 있다. 이로써, LIDAR 시스템은 폴리곤 스캐너를 사용하여 LIDAR 시스템 주변의 환경을 스캔하여 해당 환경 내 객체의 파라미터를 감지하는 센서로 작동할 수 있다. 폴리곤 스캐너는 전송된 빔을 반사하고 출력하는 반사 표면들을 갖는 여러 패싯(facet)들을 포함할 수 있다. 패싯들(및 그에 따른 폴리곤 스캐너)의 시야는 패싯들의 각도 범위에 해당할 수 있다. 예를 들어, 4개의 패싯들을 갖는 정다각형의 폴리곤 스캐너(예를 들어, 인접한 패싯들 사이의 각도가 동일하고 패싯들의 길이가 동일한 폴리곤 스캐너)의 경우, 각각의 패싯은 (패싯의 엣지들로부터 폴리곤 스캐너의 중심까지 측정된 각도를 기준으로) 90도의 각도 범위를 가질 수 있고, 패싯의 시야는 (예를 들어, 반사성 패싯이 입사하는 광 빔을 조향할 수 있는 양을 기준으로 각도 범위의 2배인) 280도 일 수 있다.
본 개시 내용에 따른 시스템 및 방법은 길이들 및 인접한 패싯들에 대한 각도들이 상이하여 패싯들의 시야가 다를 수 있는 적어도 일부의 패싯들을 갖는 폴리곤 스캐너를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리곤 스캐너는 정다각형이 아닌 불규칙한 다각형의 형태일 수 있다. 이러한 폴리곤 스캐너를 사용하는 LIDAR 시스템은 패싯들의 시야가 중첩되는 폴리곤 스캐너의 방위각 시야의 중앙 부분과 같은 특정한 각도 범위에 걸쳐 증가된 샘플링 밀도(예를 들어, 분해능)를 가질 수 있다. 이는 전송 빔 및 LIDAR 시스템 주변 환경 내의 객체에 의해 산란되는 리턴 빔을 사용하여 해당 환경 내 객체의 파라미터를 결정하기 위한 신호 대 잡음비와 같은 LIDAR 시스템의 성능 특성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 향상된 성능 특성은 LIDAR 시스템이 객체에 대한 거리, 속도 및 도플러 시프트 정보를 보다 정확하게 결정하도록 함으로써 LIDAR 시스템의 최대 설계 거리를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템은 자율 주행 트럭 운송과 같은 장거리 응용(예를 들어, 최대 거리가 400미터 이상)에 효과적으로 사용될 수 있다.
1. 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경
도 1a는 일부 구현예들에 따른 자율 주행 차량을 위한 시스템 환경의 일례를 예시하는 블록도이다. 도 1a는 여기에 개시된 다양한 기술들이 구현될 수 있는 예시적인 자율 주행 차량(100)이 도시되어 있다. 예를 들어, 차량(100)은 에너지 공급원(106)으로부터 동력을 공급받고 구동 트레인(108)에 동력을 제공할 수 있는 원동기(104)를 포함하는 파워트레인(102)과 방향 제어 장치(112), 파워트레인 제어 장치(114) 및 브레이크 제어 장치(116)를 포함하는 제어 시스템(110)을 포함할 수 있다. 차량(100)은 사람 및/또는 화물을 수송할 수 있고 다양한 환경에서 이동할 수 있는 차량을 포함하는 임의의 수의 상이한 유형의 차량으로 구현될 수 있다. 전술한 구성요소들(102-116)은 이들 구성요소들이 사용되는 승용차, 밴, 트럭, 또는 버스와 같은 차량 유형에 따라 크게 달라질 수 있다. 원동기(104)는 (무엇보다도) 하나 이상의 전기 모터들 및/또는 내연 기관을 포함할 수 있다. 에너지 공급원은 예를 들어, 연료 시스템(예를 들어, 가솔린, 디젤, 수소 등을 제공함), 배터리 시스템, 태양 전지 패널 또는 다른 재생 가능한 에너지 공급원, 및/또는 연료 전지 시스템을 포함할 수 있다. 구동 트레인(108)은 원동기(104)의 출력을 차량 동작으로 변환하기 위한 변속기 및/또는 임의의 다른 기계적 구동 구성요소들과 함께 휠 및/또는 타이어뿐만 아니라, 차량을 제어 가능하게 정지하거나 감속하도록 구성된 하나 이상의 브레이크들 및 차량(100)의 궤적을 제어하기에 적절한 방향 또는 조향 구성요소(예를 들어, 차량(100)의 하나 이상의 휠들이 대체로 수직인 축을 중심으로 피벗되게 하여 차량의 종축에 대한 휠들의 회전면들의 각도를 변경시키는 랙 및 피니언 조향 연결 장치)를 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, (예를 들어, 전기/가스 하이브리드 차량들의 경우) 파워트레인들과 에너지 공급원들의 조합들이 사용될 수 있으며, 일부 경우에는 (예를 들어, 개별 휠들 또는 차축들에 전용인) 다중 전기 모터들이 원동기로서 사용될 수 있다.
방향 제어 장치(112)는 차량(100)이 원하는 궤적을 따를 수 있도록 방향 또는 조향 구성요소들로부터의 피드백을 제어하고 수신하기 위한 하나 이상의 액추에이터들 및/또는 센서들을 포함할 수 있다. 파워트레인 제어 장치(114)는 파워트레인(102)의 출력을 제어하여, 예를 들어, 원동기(104)의 출력을 제어하여, 구동 트레인(108) 내 변속기의 기어 등을 제어함으로써, 차량(100)의 속도 및/또는 방향을 제어하도록 구성될 수 있다. 브레이크 제어 장치(116)는 차량(100)을 감속시키거나 정지시키는 하나 이상의 브레이크들, 예를 들어, 차량의 휠들에 결합된 디스크 또는 드럼 브레이크들을 제어하도록 구성될 수 있다.
오프로드 차량, 전 지형(all-terrain) 차량 또는 궤도 차량, 건설 장비를 포함하되 이에 국한되지 않는 다른 차량 유형들은 상이한 파워트레인들, 구동 트레인들, 에너지 공급원들, 방향 제어 장치들, 파워트레인 제어 장치들 및 브레이크 제어 장치들을 사용할 수 있다. 더욱이, 일부 구현예들에서, 상기 구성요소들 중 일부는, 예를 들어, 차량의 방향 제어가 하나 이상의 원동기들의 출력을 변경함으로써 주로 처리되는 경우, 결합될 수 있다.
차량(100)에 대한 다양한 레벨의 자율 주행 제어는, 하나 이상의 프로세서들(122) 및 하나 이상의 메모리들(124)를 포함할 수 있으며 각각의 프로세서(122)는 메모리(124)에 저장된 프로그램 코드 명령어들(126)을 실행하도록 구성된 차량 제어 시스템(120)으로 구현될 수 있다. 프로세서(들)는 예를 들어, 그래픽 처리 장치(들)(GPU(s)) 및/또는 중앙 처리 장치(들)(CPU(s))를 포함할 수 있다.
센서들(130)은 차량의 주변 환경으로부터 차량의 작동을 제어하는 데 사용하기 위한 정보를 수집하기에 적절한 다양한 센서들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서들(130)은 레이더 센서(134), LIDAR 센서(136), 3D 포지셔닝 센서(138) - 예를 들어, 가속도계, 자이로스코프, 자력계, 또는 GPS(지구 위치 시스템), GLONASS(Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema, 또는 Global Navigation Satellite System), BeiDou Navigation Satellite System(BDS), Galileo, Compass 등의 임의의 것 - 을 포함할 수 있다. 3D 포지셔닝 센서들(138)은 위성 신호들을 이용하여 지구 상의 차량 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 센서들(130)은 카메라(140) 및/또는 관성 측정 장치(IMU, 142)를 포함할 수 있다. 카메라(140)는 모노그래픽 또는 스테레오그래픽 카메라일 수 있고 정지영상 및/또는 동영상들을 기록할 수 있다. IMU(142)는 3개의 방향들에서 차량의 선형 및 회전 운동을 검출할 수 있는 다중 자이로스코프들 및 가속도계들을 포함할 수 있다. 휠 인코더들과 같은 하나 이상의 인코더들(도시되지 않음)이 차량(100)의 하나 이상의 휠들의 회전을 모니터링하는 데 사용될 수 있다. 각각의 센서(130)는 센서 데이터를 다른 센서들(130)의 데이터 속도들과 상이한 데이터 속도들로 출력할 수 있다.
센서들(130)의 출력들은 위치 파악(localization) 서브시스템(152), 계획 서브시스템(156), 지각(perception) 서브시스템(154) 및 제어 서브시스템(158)을 포함하는 제어 서브시스템들(150)의 세트에 제공될 수 있다. 위치 파악 서브시스템(152)은 차량(100)의 주변 환경 내에서, 그리고 일반적으로 일부 기준 프레임 내에서 차량(100)의 위치 및 지향(때로 "포즈(pose)"라고도 함)을 정밀하게 결정하는 등의 기능들을 수행할 수 있다. 자율 주행 차량의 위치는 레이블이 지정된 자율 주행 차량 데이터를 생성하는 기능의 일부로서 동일한 환경 내의 추가 차량의 위치와 비교될 수 있다. 지각 서브시스템(154)은 차량(100)을 둘러싼 환경 내의 객체들을 검출, 추적, 결정 및/또는 식별하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 일부 구현예들에 따른 기계 학습 모델이 객체들의 추적에 활용될 수 있다. 계획 서브시스템(156)은 환경 내의 정지 및 이동 객체들뿐만 아니라 원하는 목적지가 주어진 상태에서 일부 시간 프레임에 걸쳐 차량(100)에 대한 궤적을 계획하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 일부 구현예들에 따른 기계 학습 모델이 차량 궤적의 계획에 활용될 수 있다. 제어 서브시스템(158)은 차량(100)의 계획된 궤적을 구현하기 위해 차량 제어 시스템(120)의 다양한 제어 장치들을 제어하는 데 적절한 제어 신호들을 생성하는 것과 같은 기능들을 수행할 수 있다. 계획된 궤적을 구현하도록 자율 주행 차량을 제어하는 하나 이상의 신호들을 기계 학습 모델을 활용하여 생성할 수 있다.
도 1a에 예시된 유형의 다중 센서들은 중복성을 위해 그리고/또는 차량 주변의 상이한 영역들을 커버하는 데 사용될 수 있으며, 다른 유형의 센서들이 사용될 수 있다. 다양한 유형들 및/또는 조합들의 제어 서브시스템들이 사용될 수 있다. 서브시스템(152-158)의 기능 중 일부 또는 전부는 하나 이상의 메모리들(124)에 상주하고 하나 이상의 프로세서들(122)에 의해 실행되는 프로그램 코드 명령어들(126)로 구현될 수 있으며, 이들 서브시스템들(152-158)은 일부 경우에 동일한 프로세서(들) 및/또는 메모리를 사용하여 구현될 수 있다. 서브시스템들은 다양한 전용 회로 로직, 다양한 프로세서들, 다양한 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(FPGA), 다양한 주문형 집적 회로들(ASIC), 다양한 실시간 컨트롤러들 등을 사용하여 적어도 부분적으로 구현될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 다중 서브시스템들은 회로, 프로세서들, 센서들 및/또는 다른 구성요소들을 활용할 수 있다. 또한, 차량 제어 시스템(120)의 다양한 구성요소들은 다양한 방식으로 네트워크화될 수 있다.
일부 구현예들에서, 차량(100)은 차량(100)용 중복 또는 백업 제어 시스템으로서 사용될 수 있는 2차 차량 제어 시스템(미도시)을 더 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, 2차 차량 제어 시스템은 차량 제어 시스템(120)에서 불리한 이벤트가 발생하는 경우 자율 주행 차량(100)을 완전히 작동시킬 수 있는 반면, 다른 구현예들에서 2차 차량 제어 시스템은 1차 차량 제어 시스템(120)에서 검출된 불리한 이벤트에 응답하여 차량(100)을 제어 정지시키는 등의 제한된 기능만을 가질 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 2차 차량 제어 시스템은 생략될 수 있다.
소프트웨어, 하드웨어, 회로 로직, 센서들, 및 네트워크들의 다양한 조합을 포함하는 다양한 아키텍처들을 사용하여 도 1a에 예시된 다양한 구성요소들을 구현할 수 있다. 각각의 프로세서는 예를 들어, 마이크로프로세서로 구현될 수 있으며, 각각의 메모리는 주 저장 장치 및 임의의 보조 레벨들의 메모리 - 예를 들어, 캐시 메모리들, 비휘발성 또는 백업 메모리들(예를 들어, 프로그램 가능 또는 플래시 메모리들), 읽기 전용 메모리들 등 - 를 포함하는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 장치들을 나타낼 수 있다. 또한, 각각의 메모리는 차량(100)의 다른 곳에 물리적으로 위치된, 예를 들어, 프로세서 내의 캐시 메모리인 메모리 저장 장치 및 (예를 들어 대용량 저장 장치 또는 다른 컴퓨터 컨트롤러에 격납되어) 가상 메모리로 사용되는 임의의 저장 용량을 포함하는 것으로 간주될 수 있다. 도 1a에 도시된 하나 이상의 프로세서들 또는 완전히 별개인 프로세서들을 사용하여 자율 주행 제어 목적 이외의 차량(100)의 추가 기능, 예를 들어, 엔터테인먼트 시스템들을 제어하고 도어들, 조명들, 편의 기능들(convenience features) 등을 작동시키는 추가 기능을 구현할 수 있다.
또한, 추가적인 저장 장치를 위해, 차량(100)은 하나 이상의 대용량 저장 장치들, 예를 들면, 이동식 디스크 드라이브, 하드 디스크 드라이브, 직접 접근 기억 장치(DASD), 광학 드라이브(예를 들어, CD 드라이브, DVD 드라이브 등), 고체 상태 저장 드라이브(SSD), 네트워크 연결된 저장 장치, 저장 영역 네트워크 및/또는 테이프 드라이브 등을 포함할 수 있다.
또한, 차량(100)은 차량(100)이 사용자 또는 오퍼레이터로부터 다수의 입력들을 수신하고 사용자 또는 오퍼레이터에 대한 출력들을 생성토록 하는, 예를 들어, 하나 이상의 디스플레이들, 터치스크린들, 음성 및/또는 제스처 인터페이스들, 버튼들 및 다른 촉각 제어 장치 등과 같은 사용자 인터페이스(164)를 포함할 수 있다. 그렇지 않으면, 사용자 입력은 다른 컴퓨터 또는 전자 장치, 예를 들어, 모바일 장치의 앱 또는 웹 인터페이스를 통해 수신될 수 있다.
더욱이, 차량(100)은 하나 이상의 네트워크(170)(예를 들면, 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 무선 네트워크 및/또는 인터넷 등)와의 통신에 적절한 네트워크 인터페이스(162)와 같은 하나 이상의 네트워크 인터페이스들을 포함하여 다른 컴퓨터 및 전자 장치와의 정보의 통신을 허용할 수 있다. 상기 정보의 통신은 예를 들어, 클라우드 서비스와 같은 중앙 서비스를 포함하며, 차량(100)은 상기 서비스로부터 차량의 자율 주행 제어에 사용되는 환경 및 다른 데이터를 수신한다. 하나 이상의 센서들(130)에 의해 수집된 데이터는 네트워크(170)를 통해 컴퓨팅 시스템(172)에 업로드되어 추가적으로 처리될 수 있다. 일부 구현예들에서, 타임 스탬프가 업로드 전에 차량 데이터의 각각의 인스턴스(instance)에 추가될 수 있다.
도 1a에 도시된 각각의 프로세서 및 여기에 개시된 다양한 추가적인 컨트롤러들과 서브시스템들은 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 일반적으로 운영 시스템의 제어 하에 작동하고 다양한 컴퓨터 소프트웨어 애플리케이션들, 컴포넌트들, 프로그램들, 객체들, 모듈들, 데이터 구조들 등을 실행하거나 아니면 이들에 의존한다. 더욱이, 또한 다양한 애플리케이션들, 컴포넌트들, 프로그램들, 객체들, 모듈들 등은 네트워크(170)를 통해 차량(100)에 결합된 다른 컴퓨터의 하나 이상의 프로세서들에서, 예를 들어, 분산 컴퓨팅 환경, 클라우드 기반의 컴퓨팅 환경 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 환경에서 실행할 수 있어서, 컴퓨터 프로그램의 기능들을 구현하는 데 필요한 처리가 네트워크를 통해 다수의 컴퓨터들 및/또는 서비스들에 할당될 수 있다.
일반적으로, 운영 시스템의 일부로 구현되거나, 특정한 애플리케이션, 컴포넌트, 프로그램, 객체, 모듈 또는 명령어들의 시퀀스, 또는 이들의 서브세트로서 구현되든지 간에, 여기에 설명된 다양한 구현예들을 구현하기 위해 실행되는 루틴들은 여기에서 "프로그램 코드"로 지칭될 것이다. 프로그램 코드는, 다양한 시간에 다양한 메모리들 및 저장 장치들 내에 상주하고, 하나 이상의 프로세서들에 의해 판독 및 실행될 때, 본 개시 내용의 다양한 양태들을 구현하는 단계들 또는 요소들을 실행하는 데 필요한 단계들을 수행하는 하나 이상의 명령어들을 포함할 수 있다. 더욱이, 구현예들은 완전히 기능하는 컴퓨터 및 시스템을 포함하고 이하 그 맥락에서 설명될 것이지만, 여기에 설명된 다양한 구현예들은 다양한 형태들의 프로그램 제품으로 배포될 수 있으며, 구현예들은 이러한 배포를 실제로 수행하는 데 사용되는 특정 유형의 컴퓨터 판독 가능 매체와 무관하게 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
컴퓨터 판독 가능 매체의 예들로는 특히, 휘발성 및 비휘발성 메모리 장치들, 플로피 및 기타 이동식 디스크들, 고체 상태 드라이브들, 하드 디스크 드라이브들, 자기 테이프 및 광 디스크들(예를 들어, CD-ROM, DVD 등)과 같은 실감형의 비일시적 매체가 포함된다.
또한, 이하에서 설명되는 다양한 프로그램 코드는 이것이 특정한 구현예로 구현되는 애플리케이션을 기초로 식별될 수 있다. 그러나, 이하의 임의의 특정한 프로그램 명명법은 단지 편의를 위해 사용된 것이며, 따라서 본 개시 내용은 그러한 명명법에 의해 식별 및/또는 암시된 임의의 특정한 애플리케이션에서만 사용하도록 제한돼서는 안된다. 더욱이, 컴퓨터 프로그램들이 루틴들, 절차들, 방법들, 모듈들, 객체들 등으로 체계화될 수 있는 전형적으로 무한한 수의 방식과 프로그램 기능이 전형적인 컴퓨터 내에 상주하는 다양한 소프트웨어 계층들(예를 들어, 운영 시스템들, 라이브러리들, API들, 애플리케이션들, 애플릿들 등) 중에 할당될 수 있는 다양한 방식을 고려할 때, 본 개시 내용은 여기에 설명된 프로그램 기능의 특정한 체계화 및 할당으로 한정되지 않는다.
2. 자동차 애플리케이션용 LIDAR
트럭은 LIDAR 시스템(예를 들어, 여기에 설명된 다른 것들 중에서 도 1a의 차량 제어 시스템(120) 또는 도 2a의 LIDAR 시스템(200))을 포함할 수 있다. 일부 구현예들에서, LIDAR 시스템은 광학 신호를 인코딩하기 위해 주파수 변조를 사용하고 인코딩된 광학 신호를 광학 장치를 사용하여 자유 공간으로 산란시킬 수 있다. FM(Frequency Modulated) LIDAR 시스템은 인코딩된 광학 신호와 객체로부터 다시 반사된 리턴 신호 간의 주파수 차이를 감지하는 것에 의해 객체의 위치를 결정하고 그리고/또는 도플러 효과를 이용하여 객체의 속도를 정확하게 측정할 수 있다. 일부 구현예들에서, FM LIDAR 시스템은 연속파(continuous wave)("FMCW LIDAR"로 지칭됨) 또는 준연속파(quasi-continuous wave)("FMQW LIDAR"로 지칭됨)를 사용할 수 있다. 일부 구현예들에서, LIDAR 시스템은 위상 변조(Phase Modulation, PM)를 사용하여 광학 신호를 인코딩하고 인코딩된 광학 신호를 자유 공간으로 산란시킬 수 있다.
일부 경우에, 객체(예를 들어, 어두운 옷을 입은 보행자)는 낮은 반사율을 가지므로 객체에 부딪치는 광 중의 소량(예를 들어, 10% 이하)만을 FM 또는 PM LIDAR 시스템의 센서들(예들 들어, 도 1a의 센서들(130))로 다시 반사할 수 있다. 다른 경우에, 객체(예를 들어, 반짝이는 도로 표지판)는 높은 반사율(예를 들어, 10% 초과)을 가지므로 객체에 부딪치는 광 중의 다량을 FM LIDAR 시스템의 센서들로 다시 반사할 수 있다.
객체의 반사율에 관계없이, FM LIDAR 시스템은 기존의 LIDAR 시스템보다 더 먼 거리(예를 들어, 2배)에서 객체를 감지(예를 들어, 분류, 인식, 발견 등)할 수 있다. 예를 들어, FM LIDAR 시스템은 300미터 너머의 저반사 객체와 400미터 너머의 고반사 객체를 감지할 수 있다.
검출 능력의 이러한 개선을 달성하기 위해, FM LIDAR 시스템은 센서들(예를 들어, 도 1a의 센서들(130))를 사용할 수 있다. 일부 구현예들에서, 이들 센서들은 단일 광자 감지성을 가질 수 있다. 즉 가능한 한 최소량의 광을 감지할 수 있다. FM LIDAR 시스템은 일부 응용 예들에서, 적외선 파장(예를 들어, 950nm, 1550nm 등)을 사용할 수 있지만, 적외선 파장 범위(예를 들어, 근적외선: 800nm 내지 1500nm, 중적외선: 1500nm 내지 5600nm, 및 원적외선: 5600nm 내지 1,000,000nm)로 한정되지 않는다. 적외선 파장에서 FM 또는 PM LIDAR 시스템을 작동시키는 것에 의해, FM 또는 PM LIDAR 시스템은 눈 안전 표준을 충족하면서 더 강한 광 펄스 또는 광 빔을 브로드캐스트할 수 있다. 기존의 LIDAR 시스템은 종종 단일 광자 감지성이 없으며 그리고/또는 근적외선 파장에서만 작동하므로 눈 안전을 위해 시스템의 광 출력(및 거리 감지 능력)을 제한할 필요가 있다.
따라서, FM LIDAR 시스템은 더 먼 거리에서 객체를 감지하는 것에 의해 예상치 못한 장애물에 반응할 시간을 더 많이 가질 수 있다. 실제로, 몇 밀리초의 추가 시간만으로도 특히 고속도로 속도로 운전하고 있는 대형 차량(예를 들어, 상업용 트럭 차량)에서 안전과 편안함을 향상될 수 있다.
FM LIDAR 시스템은 각각의 데이터 포인트에 대한 정확한 속도를 즉각적으로 제공할 수 있다. 일부 구현예들에서, 속도 측정은 레이저 신호의 반경 방향의 속도(예를 들어, 감지된 객체와 센서 사이의 방향 벡터) 또는 레이저 신호의 주파수 중 적어도 하나를 기초로 객체로부터 수신된 광의 주파수를 시트프시키는 도플러 효과를 이용하여 달성된다. 예를 들어, 속도가 100m/s 미만인 도로 상황에서 발생하는 속도들의 경우, 1550nm(나노미터)의 파장에서 이러한 시프트는 130MHz 미만인 주파수 시프트에 해당한다. 이 주파수 시프트는 작아서 광학 도메인에서 직접 감지하기 어렵다. 그러나, FMCW, PMCW 또는 FMQW LIDAR 시스템에서의 코히런트 감지를 이용하는 것에 의해, 다양한 신호 처리 기술을 이용하여 주파수 시프트를 계산할 수 있도록 신호를 RF 도메인으로 변환할 수 있다. 이에 따라 자율 주행 차량 제어 시스템은 수신 데이터를 더 빠르게 처리할 수 있다.
순간 속도 계산에 의해, 또한 FM LIDAR 시스템이 떨어져 있거나 드문드문한 데이터 포인트들을 객체들로 결정하고 그리고/또는 이들 객체들이 시간에 따라 어떻게 이동하는 지를 추적하는 것이 더 쉬워 진다. 예를 들어, FM LIDAR 센서(예를 들어, 도 1a의 센서(130))는 300m 떨어져 있는 객체에 대한 소수의 리턴(예를 들어, 충돌)만 수신할 수 있지만, 이러한 리턴이 관심 속도 값을 제공하는 경우(예를 들어, 70mph를 초과하는 속도로 차량을 향하는 경우), FM LIDAR 시스템 및/또는 자율 주행 차량 제어 시스템은 객체들과 관련된 확률들에 대한 개별 가중치들을 결정할 수 있다.
FM LIDAR 시스템의 더 빠른 식별 및/또는 추적은 자율 주행 차량 제어 시스템에게 차량을 조종할 더 많은 시간을 제공한다. 객체가 얼마나 빨리 움직이는지 더 잘 이해하면 자율 주행 차량 제어 시스템은 더 우수한 반응을 계획할 수 있다.
FM LIDAR 시스템은 기존의 LIDAR 시스템과 비교하여 더 적은 잡음(static)을 가질 수 있다. 즉, 더 많은 광 감지성을 갖도록 설계된 기존의 LIDAR 시스템은 일반적으로 밝은 햇빛에서 제대로 작동하지 않는다. 이러한 시스템은 누화(crosstalk)(예를 들어, 센서들이 서로의 광 펄스 또는 광 빔으로 인해 혼선될 때)와 자기 간섭(예를 들어, 센서가 자체의 이전의 광 펄스 또는 광 빔으로 인해 혼선될 때)을 겪는 경향도 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 기존 LIDAR 시스템을 사용하는 차량은 이러한 "잡음(noise)"을 관리하기 위해 종종 추가 하드웨어, 복잡한 소프트웨어 및/또는 더 많은 계산 능력을 필요로 한다.
이에 대해, FM LIDAR 시스템은 각각의 센서가 고유한 광 특성(예를 들어, 광 빔, 광파, 광 펄스)에만 반응하도록 특별히 설계되기 때문에 이러한 유형의 문제를 겪지 않는다. 리턴하는 광이 원래 전송된 타이밍, 주파수 및/또는 파장과 일치하지 않는 경우, FM 센서는 해당 데이터 포인트를 필터링(예를 들어, 제거, 무시 등)할 수 있다. 이로써, FM LIDAR 시스템은 더 적은 하드웨어 또는 소프트웨어 요건으로 더 정확한 데이터를 산출(예를 들어, 생성, 유도 등)하여 보다 안전하고 부드러운 운전을 가능하게 한다.
FM LIDAR 시스템은 기존의 LIDAR 시스템보다 스케일링이 더 쉬울 수 있다. 더 많은 자율 주행 차량(예를 들어, 자동차, 상업용 트럭 등)이 도로에 등장하는데, FM LIDAR 시스템으로 구동되는 차량은 센서 누화로 인한 간섭 문제와 씨름할 필요가 없을 것이다. 또한, FM LIDAR 시스템은 기존 LIDAR 센서들보다 광학 피크 파워를 덜 사용한다. 이로써, FM LIDAR용 광학 구성요소들의 일부 또는 전부는 단일 칩에 대해 생산될 수 있으며, 이는 여기에서 논의된 바와 같이 고유 이점을 제공한다.
2.1 상업용 트럭
도 1b는 일부 구현예들에 따른 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례를 예시하는 블록도이다. 환경(100B)은 화물(106B)을 운반하기 위한 상업용 트럭(102B)을 포함한다. 일부 구현예들에서, 상업용 트럭(102B)은 장거리 화물 운송, 지역 화물 운송, 복합운송 화물 운송(즉, 도로 기반 차량이 화물을 운송하기 위한 여러 운송 모드 중 하나로 사용됨) 및/또는 임의의 다른 도로 기반 화물 운송 응용을 위해 구성된 차량을 포함한다. 일부 구현예들에서, 상업용 트럭(102B)은 평대(flatbed) 트럭, 냉장 트럭(예를 들어, 리퍼(reefer) 트럭), 벤트 밴(vented van)(예를 들어, 드라이 밴), 이동(moving) 트럭 등일 수 있다. 일부 구현예들에서, 화물(106B)은 상품 및/또는 농산물일 수 있다. 일부 구현예들에서, 상업용 트럭(102B)은 평대 트레일러, 로우보이(lowboy) 트레일러, 스텝 데크(step deck) 트레일러, 확장 가능한 평대 트레일러, 사이드킷(sidekit) 트레일러 등과 같은 화물(106B)을 운반하기 위한 트레일러를 포함할 수 있다.
환경(100B)은 트럭으로부터 30미터 이하의 거리 범위 내에 있는 (도 1b에 다른 차량으로 도시된) 객체(110B)를 포함한다.
상업용 트럭(102B)은 객체(110B)까지의 거리를 결정하고 그리고/또는 객체(110B)의 속도를 측정하기 위한 LIDAR 시스템(104B)(예를 들어, FM LIDAR 시스템, 도 1a의 차량 제어 시스템(120) 또는 도 2a의 LIDAR 시스템(200))을 포함할 수 있다. 도 1b는 하나의 LIDAR 시스템(104B)이 상업용 트럭(102B)의 전면에 장착된 것으로 도시되어 있지만, LIDAR 시스템의 수 및 상업용 트럭에 대한 LIAR 시스템의 장착 영역은 특정한 수 및 특정한 영역으로 한정되지 않는다. 상업용 트럭(102B)은 상업용 트럭(102B)에 대한 임의의 자유 공간 내의 객체의 감지를 용이하게 하기 위해 상업용 트럭(102B)의 임의의 영역(예를 들어, 전면, 후면, 측면, 상단, 하단, 하부, 아래 및/또는 바닥)에 장착되는 임의의 수의 LIDAR 시스템(104B)(또는 센서, 변조기, 코히런트(coherent) 신호 발생기 등과 같은 그 구성요소들)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 환경(100B) 내의 LIDAR 시스템(104B)은 상업용 트럭(102B)으로부터 짧은 거리(예를 들어, 30미터 이하)에 있는 객체(예를 들어, 다른 차량, 자전거, 나무, 거리 표지판, 구덩이 등)를 감지하도록 구성될 수 있다.
도 1c는 일부 구현예들에 따른 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례를 예시하는 블록도이다. 환경(100C)은 환경(100B)에 포함된 동일한 구성요소(예를 들어, 상업용 트럭(102B), 화물(106B), LIDAR 시스템(104B) 등)를 포함한다.
환경(100C)은 상업용 트럭(102B)으로부터 (i) 30미터 초과 (ii) 150미터 이하인 거리 범위 내에 있는 (도 1c에 다른 차량으로 도시된) 객체(110C)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 환경(100C) 내의 LIDAR 시스템(104B)은 상업용 트럭(102B)으로부터 소정 거리(예를 들어, 100미터)에 있는 객체(예를 들어, 다른 차량, 자전거, 나무, 거리 표지판, 구덩이 등)를 감지하도록 구성될 수 있다.
도 1d는 일부 구현예들에 따른 자율 주행 상용 트럭을 위한 시스템 환경의 일례를 예시하는 블록도이다. 환경(100D)은 환경(100B)에 포함된 동일한 구성요소들(예를 들어, 상업용 트럭(102B), 화물(106B), LIDAR 시스템(104B) 등)을 포함한다.
환경(100D)은 상업용 트럭(102B)으로부터 150미터를 초과하는 거리 범위 내에 있는 (도 1d에 다른 차량으로 도시된) 객체(110D)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 환경(100D) 내의 LIDAR 시스템(104B)은 상업용 트럭(102B)으로부터 소정 거리(예를 들어, 300미터)에 있는 객체(예를 들어, 다른 차량, 자전거, 나무, 거리 표지판, 구덩이 등)를 감지하도록 구성될 수 있다.
상업용 트럭 운송 응용에서, 증가된 중량 및 그에 따라 이러한 차량에 요구되는 더 긴 정지 거리로 인해 모든 거리에 있는 객체들을 효과적으로 감지하는 것이 중요하다. FM LIDAR 시스템(예를 들어, FMCW 및/또는 FMQW 시스템) 또는 PM LIDAR 시스템은 전술한 장점들로 인해 상업용 트럭 응용에 매우 적합하다. 결국, 이러한 시스템을 갖춘 상업용 트럭은 단거리 또는 장거리에 걸쳐 사람과 물품을 모두 안전하게 이동시킬 수 있는 능력이 향상되어 상업용 트럭뿐만 아니라 주변 차량의 안전성도 향상될 수 있다. 다양한 구현예들에서, 이러한 FM 또는 PM LIDAR 시스템은 상업용 트럭에 운전자가 탑승해 있고 상업용 트럭의 일부 기능들이 FM 또는 PM LIDAR 시스템을 사용하여 자율적으로 작동되는 반자율 응용들 또는 상업용 트럭이 단독으로 또는 다른 차량 시스템과 함께 FM 또는 LIDAR 시스템에 의해 전적으로 작동되는 완전 자율 응용들에 사용될 수 있다.
3. 라이다 시스템
도 2는 LIDAR 시스템(200)의 일례를 도시한다. LIDAR 시스템(200)은 거리 및 속도와 같은 객체에 관한 파라미터들을 결정하고 해당 파라미터들을 원격 시스템에 출력하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, LIDAR 시스템(200)은 수신된 파라미터들에 응답하여 차량의 작동을 제어할 수 있는 차량 컨트롤러(예를 들어, 차량 컨트롤러(298)) 또는 파라미터들의 표현을 보여줄 수 있는 디스플레이가 사용하기 위한 파라미터들을 출력할 수 있다. LIDAR 시스템(200)은 코히런트 감지 시스템일 수 있다. LIDAR 시스템(200)은 도 1a-1d를 참조로 설명된 시스템들의 다양한 특징들 및 구성요소들을 구현하는 데 사용될 수 있다.
LIDAR 시스템(200)은 반송파 광 빔과 같은 빔(206)을 방출하는 레이저 소스(204)를 포함할 수 있다. 스플리터(208)는 빔(206)을 빔(210)과 기준 빔(212)(예를 들어, 기준 신호)으로 분할할 수 있다.
변조기(214)는 입력 빔(210)의 하나 이상의 속성들을 변조하여 빔(216)(예를 들어, 타겟 빔)을 생성할 수 있다. 일부 구현예들에서, 변조기(214)는 입력 빔(210)의 주파수를 변조할 수 있다. 예를 들어, 변조기(214)는 빔(216)의 주파수가 시간에 따라 선형적으로 증가하거나 감소하도록 입력 빔(210)의 주파수를 선형적으로 변조할 수 있다. 다른 예로서, 변조기(214)는 입력 빔(210)의 주파수를 비선형적으로 (예를 들어, 지수적으로) 변조할 수 있다. 일부 구현예들에서, 변조기(214)는 입력 빔(210)의 위상을 변조하여 빔(216)을 생성할 수 있다. 그러나, 변조 기술들은 주파수 변조 및 위상 변조에 한정되지 않는다. 임의의 적절한 변조 기술들은 빔의 하나 이상의 속성들의 변조에 사용될 수 있다. 도 2로 돌아가면, 변조기(214)는 기준 빔(212)이 변조되지 않도록 스플리터(208)에 의한 빔(206)의 분할 이후에 빔(210)을 변조할 수 있거나, 변조기는 빔(206)을 변조하고 스플리터(208)가 타겟 빔과 기준 빔으로 분할하도록 해당 변조된 빔을 스플리터(208)에 제공할 수 있다.
전송된 신호를 출력하는 데 사용되는 빔(216)은 레이저 소스(204)에 의해 출력된 빔(206)의 에너지의 대부분을 가질 수 있는 반면, 기준 빔(212)은 훨씬 적은 에너지이지만, 객체로부터 산란된 리턴 빔(248)(예를 들어, 리턴된 광)과의 믹싱을 가능하게 하는 충분한 에너지를 가질 수 있다. 기준 빔(212)은 국부 발진기(Local Oscillator, LO) 신호로 사용될 수 있다. 기준 빔(212)은 기준 경로를 통과하고 믹서(260)에 제공될 수 있다. 증폭기(220)는 빔(216)을 증폭하여 빔(222)을 출력할 수 있고, 콜리메이터(224)는 빔(222)을 콜리메이트(collimate)하여 빔(226)을 출력할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 서큘레이터(228)는 콜리메이터(224)와 폴리곤 스캐너(232) 사이에서 빔(226)을 수신하고 폴리곤 스캐너(232)로 빔(230)을 출력할 수 있다. 서큘레이터(228)는 레이저 소스(204)와 콜리메이터(224) 사이에 있을 수 있다. 서큘레이터(228)는 폴리곤 스캐너(232)로부터 리턴 빔(248)을 수신하고 리턴 빔(248)을 믹서(260)에 제공할 수 있다.
폴리곤 스캐너(232)는 본체(234) 및 본체(234)의 외부 표면에 정의된 패싯(facet)들(236)을 포함할 수 있다. 폴리곤 스캐너(232)는 자율 주행 차량과 같은 차량의 예상 작동 온도 범위에 걸쳐 높은 구조적 안정성을 가질 수 있는 7000 시리즈 알루미늄 또는 8000 시리즈 알루미늄과 같은 알루미늄으로 제조될 수 있다. 폴리곤 스캐너(232)를 알루미늄으로 제조하면, 페싯들(236)을 매우 평탄하게 기계가공할 수 있다.
폴리곤 스캐너(232)는 폴리스티렌(polystyrene), 폴리카보네이트(polycarbonate), 또는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA) 재료와 같은 중합체 재료(polymeric material)로 제조될 수 있다. 중합체 재료는 폴리곤 스캐너(232)의 형상에 대한 허용오차 및 열팽창 계수와 같은 인자들을 기초로 (예를 들어, 폴리곤 스캐너(232)를 형성하는 데 사용될 수 있는 몰드를 기초로) 선택될 수 있다. 예를 들어, 폴리곤 스캐너(232)는 폴리곤 스캐너(232)가 작동 중에 그 형상을 유지할 수 있도록 차량의 예상 작동 온도 범위에 걸쳐 비교적 낮은 열팽창 계수를 갖는 중합체 재료로 제조될 수 있다. 중합체 재료는 다이아몬드 선삭(diamond turning)을 통해 평탄하게 제조될 수 있다.
패싯들(236)은 반사성일 수 있다. 패싯들(236)은 본체(234)를 연마하거나, 본체(234)에 코팅을 제공하거나, 본체(234)에 제공된 코팅을 연마하는 것에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 패싯들(236)은 보호된 금, 은 또는 알루미늄로부터 (예를 들어, 알루미늄의 기계적 연마에 의해) 형성될 수 있다. 코팅은 기상 성막에 의해 형성될 수 있다. 코팅은 200 나노미터(nm) 이상 400 nm 이하일 수 있다.
패싯들(236)은 서로 연결될 수 있고 폴리곤 스캐너(232)의 회전축(예를 들어, 도 2에 도시된 평면에 수직인 축) 주위로 연장될 수 있다. LIDAR 시스템(200)은 회전축을 중심으로 폴리곤 스캐너(232)를 회전시키기 위해 폴리곤 스캐너(232)와 결합되는 모터(240)를 포함할 수 있다.
폴리곤 스캐너(232)는 폴리곤 스캐너(232)의 반경 방향 크기(φ/2)가 폴리곤 스캐너(232)의 중심(예를 들어, 모터(240)가 어떻게 폴리곤 스캐너(232)와 결합되는 가에 따라 회전축과 일치할 수 있는 질량 중심)으로부터 해당 중심에서 가장 멀리 있는 인접한 패싯들(236) 사이의 코너와 같이 회전축으로부터 최대 거리에 있는 패싯들(236)을 따른 지점까지 연장되는 (예를 들어, 최대 직경인) 직경(φ)을 정의할 수 있다. 직경(φ)은 50밀리미터(mm) 이상 250mm 이하일 수 있다.
LIDAR 시스템(200)의 최대 설계 거리는 직경(φ)(및 본 명세서에 추가로 설명되는 바와 같이 패싯들(236)를 변경함으로써 달성될 수 있는 샘플링 밀도와 같은 폴리곤 스캐너(232)의 다른 특성)에 의존할 수 있다. 직경(φ)을 증가시키는 것은 폴리곤 스캐너(232)의 최대 설계 거리를 증가시키는 동시에 폴리곤 스캐너(232)의 질량(및 부피)을 증가시킬 수 있다. 폴리곤 스캐너(232)의 직경(φ)이 변화함에 따라, 전송된 빔(242)의 크기가 변화할 수 있다. 예를 들면, 전송된 빔(242)이 폴리곤 스캐너(232)로부터 멀어져 크기가 증가하거나 발산한다. 전송된 빔(242)의 크기는 전송된 빔(242)의 방향에 수직인 평면에서의 전송된 빔(242)의 반경 방향 크기일 수 있다. 더 큰 직경(φ)은 더 큰 빔을 유도할 수 있으며, 이는 전송된 빔(242)이 폴리곤 스캐너(232)로부터 멀어질 때 더 작은 빔보다는 상대적으로 크기가 덜 증가할 (예를 들어, 더 조밀하게 유지될) 것이며, 이는 전송된 빔(242)에 응답하여 수신되는 리턴 빔에 대해 강한 신호를 가져올 수 있다. 예를 들어, 직경(φ)이 50mm인 경우, 최대 설계 거리는 약 250m일 수 있고, 직경(φ)이 250mm인 경우, 최대 설계 거리는 약 400미터 이상일 수 있다. 최대 설계 거리는 신호 대 잡음비가 임계 신호 대 잡음비보다 큰 최대 거리에 해당할 수 있다. 임계 신호 대 잡음비는 5 데시벨(dB)일 수 있다. 임계 신호 대 잡음비는 10 dB일 수 있다. 신호 대 잡음비는 리턴 빔(248) 및 기준 빔(212)을 사용하여 객체에 관한 거리, 속도 또는 도플러 시프트 데이터를 결정하는 것에 대응할 수 있다.
패싯들(236)은 빔(230)을 수신하고 해당 빔(230)을 전송된 빔(242)으로서 반사할 수 있다. 폴리곤 스캐너(232)는 폴리곤 스캐너(232)가 회전하고 폴리곤 스캐너(232)의 패싯들(236)이 빔(230)을 반사하여 전송된 빔(242)을 전송함에 따라 전송된 빔(242)에 의해 스윕된(swept) 각도에 대응하는 시야(244)를 정의할 수 있다. 예를 들어, 특정한 패싯들(236)의 지향이 특정한 패싯(236)에 입사하는 빔(230)의 방향에 대해 변화함에 따라, 전송된 빔(242)의 각도(예를 들어, 방위각)가 변경되어 폴리곤 스캐너(232)가 시야(244)에 걸쳐 스캔을 행하도록 할 수 있다. 폴리곤 스캐너(232)는 시야(244)가 폴리곤 스캐너(232)에 대해 방위각 평면을 스윕하도록 지향될 수 있다. 패싯들(236)은 빔(230)을 다양한 앙각(elevation angle)으로 출력하기 위해 회전축에 대해 다른 각도들(예를 들어, 앙각들)로 지향될 수 있다. (또는 폴리곤 스캐너(232)는 앙각들이 빔(230)의 방향에 대한 특정한 패싯(236)의 지향을 기초로 달성되고 방위각들이 회전축에 대한 특정한 패싯의 지향을 기초로 달성되도록 지향될 수 있다.)
시야(244)는 폴리곤 스캐너(232)의 다수의 패싯들(236)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 시야(244)는 빔(230)이 패싯(236)에 입사하는 각도의 2배만큼 빔(230)을 조향하게 하는 패싯(236)에 의해 수행된 반사에 대응할 수 있다. 패싯들(236)을 포함하는 폴리곤 스캐너들의 패싯들은 패싯(236)의 각도의 2배인 시야(정다각형 스캐너의 경우 820도/N이며, 여기서 N은 변의 수)를 정의할 수 있다. 등변(및 등각) 패싯들을 포함하는 폴리곤 스캐너는 모든 패싯들에 걸쳐 동일한 시야를 가질 수 있다. 예를 들어, 3변(예, 삼각형) 폴리곤 스캐너는 240도의 시야를 가질 수 있고, 4변(예, 정사각형) 폴리곤 스캐너는 180도의 시야를 가질 수 있으며, 5변(예, 오각형) 폴리곤 스캐너는 144도의 시야를 가질 수 있고, 6변(예, 육각형) 폴리곤 스캐너는 120도의 시야를 가질 수 있다.
폴리곤 스캐너(232)는 시야(244)에 걸쳐 변하는 샘플링 밀도(예를 들어, 분해능)를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 밀도는 패싯들(236) 사이의 상대 길이들 및 각도들을 기초로 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴리곤 스캐너들(300, 400, 500, 600, 700, 800)과 같은 다양한 폴리곤 스캐너들과 관련하여 본 명세서에 설명된 바와 같이, 패싯들(236) 중의 적어도 2개의 제1 패싯들(236)은 패싯들(236) 중의 적어도 2개의 제2 패싯들(236)보다 작은 길이들을 가질 수 있다. 제1 패싯들(236)은 제2 패싯들(236)의 제2 시야들보다 작은 제1 시야들을 가질 수 있어, 전송된 빔(242)이 제2 시야보다 제1 시야에 걸쳐 더 조밀하게 스윕되게 한다. 폴리곤 스캐너(232)의 패싯들(236)의 수는 6 이상 12 이하일 수 있고, 패싯들(236)의 수를 증가시키면, 더 큰 스캔 라인들이 허용되는 동시에 폴리곤 스캐너(232)의 부피 및 질량이 증가될 수 있다.
전송된 빔(242)은 폴리곤 스캐너(232)로부터 출력될 수 있고 객체(미도시)에 의해 리턴 빔(248)(예를 들어, 리턴 신호)으로서 반사되거나 아니면 산란될 수 있다. 리턴 빔(248)은 서큘레이터(228)를 포함할 수 있는 수신 경로 상에서 수신될 수 있고, 믹서(260)에 제공될 수 있다.
믹서(260)는 90도 광 하이브리드(optical hybrid)와 같은 광 하이브리드일 수 있다. 믹서(260)는 기준 빔(212) 및 리턴 빔(248)을 수신하고, 기준 빔(212) 및 리턴 빔(248)을 믹스하여 기준 빔(212) 및 리턴 빔(248)에 응답하여 신호(264)를 출력할 수 있다. 신호(264)는 동위상(in-phase, I) 성분(268) 및 직교(quadrature, Q) 성분(272)을 포함할 수 있다.
LIDAR 시스템(200)은 믹서(260)로부터 신호(264)를 수신하는 수신기(276)를 포함할 수 있다. 수신기(276)는 전자 신호(예를 들어, 무선 주파수 신호)일 수 있는 신호(264)에 응답하여 신호(280)를 생성할 수 있다. 수신기(276)는 신호(264)에 응답하여 신호(280)를 출력하는 하나 이상의 광 검출기들을 포함할 수 있다.
LIDAR 시스템(200)은 도 1a를 참조로 설명된 차량 제어 시스템(120)의 특징들을 이용하여 구현될 수 있는 처리 시스템(290)을 포함할 수 있다. 처리 시스템(290)은 신호(280)와 같은 리턴 빔(248)에 관해 수신된 데이터를 처리하여 거리 및 속도와 같은 객체에 관한 파라미터를 결정할 수 있다. 처리 시스템(290)은 모터(240)를 제어하여 폴리곤 스캐너(232)의 회전 속도를 제어하는 것과 같이, 스캐닝 신호를 제공하여 폴리곤 스캐너(232)의 동작을 제어할 수 있는 스캐너 컨트롤러(292)를 포함할 수 있다. 처리 시스템(290)은 리턴 빔(248)을 처리하는 것과 연관된 도플러 시프트의 부호 및 크기와 임의의 다른 보정과 함께 이에 기초한 보정된 거리를 결정할 수 있는 도플러 보상기(294)를 포함할 수 있다. 처리 시스템(290)은 변조기(214)를 구동하기 위해 하나 이상의 전기 신호들을 전송할 수 있는 변조기 컨트롤러(296)를 포함할 수 있다.
처리 시스템(290)은 LIDAR 시스템(200)이 설치된 차량의 작동을 제어하기 위해 (예를 들어, 차량의 완전하거나 반자율적인 제어를 제공하기 위해) 차량 컨트롤러(298)를 포함하거나 이와 통신 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 차량 컨트롤러(298)는 LIDAR 시스템(200) 또는 차량의 제어 회로 중 적어도 하나에 의해 구현될 수 있다. 차량 컨트롤러(298)는 처리 시스템(298)에 의해 결정된 객체까지의 거리 또는 객체의 속도 중 적어도 하나에 응답하여 차량의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 차량 컨트롤러(298)는 차량의 속도 또는 방향 중 적어도 하나를 제어하기 위해 차량의 조향 시스템 또는 제동 시스템 중 적어도 하나에 제어 신호를 전송할 수 있다.
도 3은 폴리곤 스캐너(300)와 이 폴리곤 스캐너(300)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(350)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(300)는 도 2를 참조로 설명된 폴리곤 스캐너(232)의 특징들을 통합하고 이를 구현하는 데 사용될 수 있다. 폴리곤 스캐너(300)는 볼록형일 수 있다. 폴리곤 스캐너(300)는 제1 패싯들(304a) 및 제2 패싯들(304b)을 포함하는 패싯들(304)을 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 패싯들(304a) 및 제2 패싯들(304b)은 폴리곤 스캐너(300) 주위에 3개의 제1 패싯들(304a) 및 3개의 제2 패싯들(304b)이 차례로 교번하도록 배열된다. 폴리곤 스캐너(304)는 삼각형 폴리곤 스캐너(점선 윤곽 참조)와 유사할 수 있으며, 이 삼각형 폴리곤 스캐너의 코너들이 없어져 제2 패싯들(304b)이 된다. 폴리곤 스캐너(300)는 주조, 밀링 또는 몰딩과 같은 중실형 바디(solid body)로 형성되거나, 함께 적층되고 접합되는 (개별적으로 주조, 밀링 또는 몰딩될 수 있는) 하위 구성요소들의 어셈블리로 형성될 수 있다.
제1 패싯(304a)은 제1 각도(308a) 및 제1 길이(312a)를 정의하고, 제2 패싯(304b)은 제2 각도(308b) 및 제2 길이(312b)를 정의한다. 각도들(308a, 308b)은 폴리곤 스캐너(300)의 중심(302)으로부터 각각의 패싯들(304)의 엣지(예를 들어, 인접 패싯들(304)과의 교차점)로 정의될 수 있다. 길이들(312a, 312b)은 엣지들 사이의 패싯들(304)의 표면들을 따라 정의될 수 있다. 제1 각도(308a)는 제2 각도(308b)보다 크고, 제1 길이(312a)는 제2 길이(312b)보다 크다. 예를 들어, 제1 각도(308a)는 90도일 수 있고, 제2 각도(308b)는 30도일 수 있다. 이로써, 제1 패싯(304a)은 제2 패싯(304b)에 의해 정의된 제2 시야(316b)(예를 들어, 60도)보다 큰 제1 시야(316a)(예를 들어, 180도)를 정의할 수 있다.
차트(350)에 도시된 바와 같이, 제1 패싯들(304a)은 제2 패싯들(304b)에 의해 정의된 제2 시야들(316b)에 대해 더 큰 방위각들 범위를 따라 상대적으로 더 큰 제1 시야들(316a)을 정의한다. 시야들은 (점선으로 구분되는) 중첩 부분(354)을 가질 수 있으며, 이는 제2 패싯들(304b)이 아니라 제1 패싯들(304a)에 의해 샘플링된 외측 부분에 대해 제1 및 제2 패싯들(304)을 모두 사용하여 샘플링된 방위각 시야들의 중심 부분일 수 있다. 방위각의 함수로서 더 큰 샘플링 밀도는 상대적으로 더 긴 제1 패싯들(304a) 및 상대적으로 더 짧은 제2 패싯들(304b)로부터의 스캔 라인들의 중첩에 의해 달성될 수 있다. 이와 같이, 폴리곤 스캐너(300)는 폴리곤 스캐너(300)의 전체 시야의 특정한 부분들, 예를 들어, 자율 주행 차량의 작동을 개선하는 데 사용될 수 있는 부분들에 대해 더 큰 신호 대 잡음비를 갖는 데이터를 선택적으로 캡처하는 데 사용될 수 있다.
도 4는 폴리곤 스캐너(400) 및 이 폴리곤 스캐너(400)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(450)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(400)는 (예를 들어, 삼각형 폴리곤 스캐너와 유사한) 폴리곤 스캐너(300)와 유사할 수 있으며, 오목형 폼 팩터(form factor)를 가질 (예를 들어, 복수의 오목 부분들을 포함할) 수 있다. 폴리곤 스캐너(400)는 제1 길이(408a), 제1 각도(412a), 및 제1 시야(416a)를 정의하는 제1 패싯들(404a)(예를 들어, 3개의 제1 패싯들(404a)) 및 제1 길이(408a)보다 작은 제2 길이(408b), 제1 각도(412a)보다 작은 제2 각도(412b), 및 제1 시야(416a)보다 작은 제2 시야(416b)를 정의하는 제2 패싯들(404b)(예를 들어, 3개의 제2 패싯들(404b))을 포함하는 패싯들(404)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 각도들(412a)은 90도일 수 있고, 제2 각도들(412a)은 30도일 수 있으며, 제1 시야들(416a)은 180도일 수 있고, 제2 시야들(416b)은 60도일 수 있어서 60도 중첩 부분(454)을 제공할 수 있다.
도 5는 폴리곤 스캐너(500) 및 이 폴리곤 스캐너(500)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(550)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(500)는 폴리곤 스캐너(232, 300, 400)의 특징들을 통합할 수 있고, 폴리곤 스캐너(232)를 구현하는데 사용될 수 있다. 폴리곤 스캐너(500)는 볼록형일 수 있다. 폴리곤 스캐너(500)는 제1 패싯들(504a)(예를 들어, 4개의 제1 패싯들(504a)) 및 제2 패싯들(504b)(예를 들어, 4개의 제2 패싯들(504b))을 포함하는 패싯들(504)을 포함한다. 폴리곤 스캐너(500)는 정사각형 폴리곤 스캐너(점선 윤곽 참조)와 유사할 수 있으며, 이 정사각형 폴리곤 스캐너의 코너들이 없어져 제2 패싯들(504b)이 된다.
제1 패싯(504a)은 제1 각도(508a), 제1 길이(512a), 및 제1 시야(516a)를 정의하고, 제2 패싯(504b)은 제1 각도(508a)보다 작은 제2 각도(508b), 제1 길이(512a)보다 작은 제2 길이(512b), 및 제1 시야(516a)보다 작은 제2 시야(516b)를 정의한다. 예를 들어, 제1 각도(508a)는 60도일 수 있고, 제1 시야(516a)는 120도일 수 있고, 제2 각도(508b)는 30도일 수 있고, 제2 시야(516b)는 60도일 수 있어서 60도 중첩 부분(554)을 제공할 수 있다.
도 6은 폴리곤 스캐너(600) 및 이 폴리곤 스캐너(600)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(650)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(600)는 (예를 들어, 정사각형 폴리곤 스캐너와 유사한) 폴리곤 스캐너(500)와 유사할 수 있고, 오목형 폼 팩터를 가질 수 있다. 폴리곤 스캐너(600)는 제1 길이(608a), 제1 각도(612a), 및 제1 시야(616a)를 정의하는 제1 패싯들(604a)(예를 들어, 4개의 제1 패싯들(604a)) 및 제1 길이(608a)보다 작은 제2 길이(608b), 제1 각도(612a)보다 작은 제2 각도(612b), 및 제1 시야(616a)보다 작은 제2 시야(616b)를 정의하는 제2 패싯들(604b)(예를 들어, 4개의 제2 패싯들(604b))을 포함하는 패싯들(604)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 각도들(612a)은 60도일 수 있고, 제2 각도들(612a)은 30도일 수 있고, 제1 시야들(616a)은 120도일 수 있고, 제2 시야들(616b)은 60도일 수 있어서 60도 중첩 부분(654)을 제공할 수 있다.
도 7은 폴리곤 스캐너(700) 및 이 폴리곤 스캐너(700)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(750)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(700)는 폴리곤 스캐너(232, 300, 400, 500, 600)의 특징들을 통합할 수 있고, 폴리곤 스캐너(232)를 구현하는 데 사용될 수 있다. 폴리곤 스캐너(700)는 볼록형일 수 있다. 폴리곤 스캐너(700)는 제1 패싯들(704a)(예를 들어, 5개의 제1 패싯들(504a)) 및 제2 패싯들(704b)(예를 들어, 5개의 제2 패싯들(704b))을 포함하는 패싯들(704)을 포함한다. 폴리곤 스캐너(700)는 오각형 폴리곤 스캐너(점선 윤곽 참조)와 유사할 수 있으며, 이 오각형 폴리곤 스캐너의 코너들이 없어져 제2 패싯들(704b)이 된다.
제1 패싯(704a)은 제1 각도(708a), 제1 길이(712a), 및 제1 시야(716a)를 정의하고, 제2 패싯(704b)은 제1 각도(708a)보다 작은 제2 각도(708b), 제1 길이(712a)보다 작은 제2 길이(712b), 및 제1 시야(716a)보다 작은 제2 시야(716b)를 정의한다. 예를 들어, 제1 각도(708a)는 48도일 수 있고, 제1 시야(716a)는 96도일 수 있고, 제2 각도(708b)는 24도일 수 있고, 제2 시야(716b)는 48도일 수 있어서 48도 중첩 부분(754)을 제공할 수 있다.
도 8은 폴리곤 스캐너(800) 및 이 폴리곤 스캐너(800)를 사용하여 달성되는 (예를 들어, 전송된 빔(242)의) 스캔 라인들의 차트(850)의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(800)는 (예를 들어, 오각형 폴리곤 스캐너와 유사한) 폴리곤 스캐너(700)와 유사할 수 있으며, 오목한 폼 팩터를 가질 수 있다. 폴리곤 스캐너(800)는 제1 길이(808a), 제1 각도(812a), 및 제1 시야(816a)를 정의하는 제1 패싯들(804a)(예를 들어, 5개의 제1 패싯들(804a)) 및 제1 길이(808a)보다 작은 제2 길이(808b), 제1 각도(812a)보다 작은 제2 각도(812b), 및 제1 시야(816a)보다 작은 제2 시야(816b)를 정의하는 제2 패싯들(804b)(예를 들어, 5개의 제2 패싯들(804b))을 포함하는 패싯들(804)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 각도들(812a)은 48도일 수 있고, 제2 각도들(812a)은 24도일 수 있고, 제1 시야들(816a)은 96도일 수 있고, 제2 시야들(816b)은 48도일 수 있어서 48도 중첩 부분(654)을 제공할 수 있다.
도 9는 순방향(904)으로 이동하고 폴리곤 스캐너(908)를 포함하는 차량(900)(예를 들어, 자율 주행 차량(100)) 및 순방향(954)으로 이동하고 2개의 폴리곤 스캐너들(958a, 958b)(폴리곤 스캐너(958)로 총칭함)을 포함하는 차량(950)(예를 들어, 자율 주행 차량(100))의 일례를 도시한다. 폴리곤 스캐너(908, 958)는 LIDAR 시스템(200)의 일부로 구현될 수 있으며, 폴리곤 스캐너(300, 400, 500, 600, 700, 800)와 같은 여기에 설명된 다양한 폴리곤 스캐너들을 사용하여 구현될 수 있다. 차량(900, 950)은 자율 트럭을 포함하는 자율 주행 차량(예를 들어, 완전한 또는 부분적인 자율 주행 방식으로 (즉, 인간 상호 작용 없이) 작동할 수 있는 자율 주행 차량)일 수 있다.
차량(900)은 중앙 위치에 폴리곤 스캐너(908)를 포함할 수 있어서, 폴리곤 스캐너(908)의 시야(912)가 차량(900)에 대해 방위각을 스윕하도록 전방으로 연장된다. 폴리곤 스캐너(908)는 시야(912)가 적어도 부분적으로 차량(900)의 전방에 있는 상대적으로 고분해능 또는 샘플링 밀도의 중첩 영역(916)을 가질 수 있도록 차량(900)에 장착되고 차량에 대해 지향된다. 폴리곤 스캐너(908)는 차량(900)의 다양한 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 차량(900)에 의해 수행될 더 복잡한 조작에 근접할 수 있는 객체들에 관한 정보를 검출하도록 중첩 영역(916)을 지향한다. 좌회전을 수행하기 위한 정보를 샘플링하기 위해 폴리곤 스캐너(908)는 차량(900)의 좌측에 위치된다.
차량(950)은 차량(950)의 좌측의 제1 폴리곤 스캐너(958a) 및 차량(950)의 우측의 제2 폴리곤 스캐너(958b)를 포함할 수 있다. 제1 폴리곤 스캐너(958a)는 중첩 영역(966a)을 포함하는 제1 시야(962a)를 가질 수 있고, 제2 폴리곤 스캐너(958b)는 중첩 영역(966b)을 포함하는 제2 시야(962b)를 가질 수 있으며, 각각의 중첩 영역은 차량(950)의 전방으로 연장하는 것으로 도시되어 있다. 폴리곤 스캐너들(958)은 차량(950) 바로 앞의 샘플링 밀도를 더욱 용이하게 증가시킬 수 있는 중첩 영역(970)이 시야들(962a, 962b) 사이에 형성되도록 위치될 수 있거나, (예를 들어, 방향(954)에 대해 측방 영역으로부터 샘플링을 증가시키도록) 시야(962a, 962b)가 중첩되지 않도록 더욱 이격 위치될 수 있다.
이제까지 일부 예시적인 구현예들을 설명하였지만, 전술한 구현예들은 예시적일 뿐 한정적인 것이 아니며, 예로서 제시된 것임이 명백하다. 특히, 본 명세서에 제시된 많은 예가 방법 동작들 또는 시스템 요소들의 특정한 조합을 포함하지만, 이러한 동작들과 이러한 요소들은 동일한 목적을 달성하기 위하여 다른 방식으로 조합될 수 있다. 하나의 구현예와 관련하여 논의된 동작들, 요소들 및 특징들은 다른 구현예들의 유사한 기능으로부터 배제되도록 의도된 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 어법 및 용어는 설명을 위한 것이며 한정하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 명세서에서 "포함하는", "구비하는", "함유하는(containing)", "수반하는(involving)", "~을 특징으로 하는(characterized by)", "~ 인 것을 특징으로 하는(characterized in that)" 및 이들의 변형의 사용은 그 후에 열거되는 항목, 이의 균등물 및 추가 항목뿐만 아니라, 그 후에 열거되는 항목으로 이루어지는 대안적인 구현예를 배타적으로 포함하도록 의도된다. 하나의 구현예에서, 본 명세서에 설명된 시스템 및 방법은 설명된 요소들, 동작들 또는 컴포넌트들 중의 하나, 2 이상의 각각의 조합 또는 모두로 이루어진다.
본 명세서에서 단수 형태로 언급된 시스템들 및 방법들의 구현예들 또는 요소들 또는 동작들에 대한 임의의 언급은 복수의 이러한 요소들을 포함하는 구현예들도 포함할 수 있으며, 본 명세서에서 임의의 구현예들 또는 요소들 또는 동작들에 대한 복수 형태의 언급은 단일의 요소만을 포함하는 구현예도 포함할 수 있다. 단수 또는 복수 형태의 언급은 현재 개시된 시스템들 또는 방법들, 이들의 컴포넌트들, 동작들 또는 요소들을 단수 또는 복수 구성으로 한정하려는 의도는 아니다. 임의의 정보, 동작 또는 요소에 기초하는 임의의 동작 또는 요소에 대한 언급은 동작 또는 요소가 임의의 정보, 동작 또는 요소에 적어도 부분적으로 기초하는 구현예를 포함할 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 구현예들은 임의의 다른 구현예 또는 실시예와 결합될 수 있으며, "일 구현예", "일부 구현예", "하나의 구현예" 등은 반드시 상호 배타적인 것이 아니며, 구현예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 구현예 또는 실시예에 포함될 수 있다는 것을 나타내기 위한 것이다. 본 명세서에 사용된 이러한 용어는 반드시 모두 동일한 구현예를 나타내는 것은 아니다. 임의의 구현예는 본 명세서에 개시된 양태 및 구현예에 부합하는 임의의 방식으로 포괄적이거나 배타적으로 임의의 다른 구현예와 결합될 수 있다.
도면, 상세한 설명 또는 임의의 청구항의 기술적 특징들에 참조 기호들이 따라오는 경우, 참조 기호들은 도면, 상세한 설명 및 청구범위의 이해도를 높이기 위하여 포함되었다. 따라서, 참조 기호의 유무는 임의의 청구항 요소의 범위에 어떠한 한정적 효과도 가지지 않는다.
본 명세서에 설명된 시스템들 및 방법들은 그 특성으로부터 벗어나지 않고 다른 구체적인 형태들로 구체화될 수 있다. 추가의 상대적인 평행, 직각, 수직 또는 다른 위치 설정 또는 지향의 설명은 순수한 수직, 평행 또는 직각 위치 설정의 +/- 10% 또는 +/-10도 내의 변동을 포함한다. "대략(approximately)", "약(about)", "실질적으로(substantially)" 또는 정도(degree)에 대한 다른 용어에 대한 언급은 명시적으로 다르게 나타내지 않는 한 주어진 측정값, 단위 또는 범위로부터 +/-10%의 변동을 포함한다. 결합된 요소들은 직접 또는 개재 요소를 이용하여 전기적으로, 기계적으로 또는 물리적으로 서로 결합될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 설명된 시스템들 및 방법들의 범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 청구 범위에 의해 표현되고, 청구 범위의 균등론의 의미 및 범위 내에 있는 변경들이 포함된다.
"결합되는(coupled)"이라는 용어 및 이의 변형은 2개의 부재를 서로 직접적으로 또는 간접적으로 결합하는 것을 포함한다. 이러한 결합은 고정적인 (예를 들어, 영구적인 또는 고정된) 또는 이동 가능한 (예를 들어, 제거 가능한 또는 분리 가능한) 것일 수 있다. 이러한 결합은, 서로 직접 결합된 2개의 부재, 별도의 개재 부재 및 서로 결합된 임의의 추가 중간 부재를 이용하여 서로 결합된 2개의 부재, 또는 2개의 부재 중 하나와 단일의 통합체로서 일체로 형성된 개재 부재를 이용하여 서로 결합된 2개의 부재로 성취될 수 있다. "결합되는" 또는 이의 변형이 추가 용어에 의해 수식되는 경우(예를 들어, "직접 결합되는"의 경우), 위에 제공된 "결합되는"의 일반적 정의는 추가 용어의 평문(plain language) 의미(예를 들어, "직접 결합되는"은 어떠한 별도의 개재 부재 없는 2개의 부재의 결합을 의미함)에 의해 한정되어, 위에서 제공된 "결합되는"의 일반적 정의보다 더 좁은 정의가 된다. 이러한 결합은 기계적, 전기적 또는 유체적일 수 있다.
"또는"에 대한 언급은 "또는"을 이용하여 설명된 임의의 용어들은 설명된 용어들 중 하나, 2 이상 또는 전부를 포괄하는 것으로 해석될 수 있다. "'A' 또는 'B' 중 적어도 하나"에 대한 언급은 'A'만, 'B'만 및 'A'와 'B' 모두를 포함할 수 있다. "포함/구비하는" 또는 다른 개방형 용어와 함께 사용되는 이러한 언급은 추가 항목을 포함할 수 있다.
다양한 요소의 크기, 치수, 구조, 형상 및 비율, 파라미터의 값, 장착 배열, 재료의 사용, 색상, 지향의 변화와 같은 설명된 요소들 및 동작들의 수정은 본 명세서에 개시된 내용의 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 발생할 수 있다. 예를 들어, 일체로 형성된 것으로 나타낸 요소들은 다수의 부분들 또는 요소들로 구성될 수 있고, 요소들의 위치는 반전되거나 아니면 변경될 수 있으며, 개별 요소 또는 위치의 특성 또는 개수는 변동되거나 변경될 수 있다. 본 개시 내용의 범위를 벗어나지 않으면서, 개시된 요소들 및 동작들의 설계, 동작 조건 및 배열에서 다른 대체, 수정, 변경 및 생략이 또한 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 요소들의 위치(예를 들어, "상부", "하부", "위에", "아래에")에 대한 언급은 단지 도면에서 다양한 요소의 지향을 설명하기 위해서 사용된다. 다양한 요소의 지향은 다른 예시적인 실시예에 따라 상이할 수 있고, 이러한 변동은 본 개시 내용에 포함되는 것에 유의해야 한다.

Claims (15)

  1. 제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스; 및
    복수의 패싯들을 포함하는 폴리곤 스캐너 - 상기 복수의 패싯들 각각은 제1 빔에 응답하는 제2 빔을 전송하도록 구성되고, 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송하고, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 제2 빔을 전송하며, 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 더 큼 -
    를 포함하는, 광 검출 및 거리 측정(LIDAR) 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 패싯의 제1 길이는 상기 제2 패싯의 제2 길이보다 크고, 상기 제1 패싯과 상기 폴리곤 스캐너의 중심에 의해 정의되는 제1 각도는 상기 제2 패싯과 상기 폴리곤 스캐너의 상기 중심에 의해 정의되는 제2 각도보다 큰, LIDAR 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패싯들의 수는 6 이상이고 12 이하인, LIDAR 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 복수의 오목부를 포함하는, LIDAR 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 시야와 제2 시야는 중첩되는, LIDAR 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 빔을 제3 빔과 기준 빔으로 분할하는 스플리터;
    상기 제1 빔의 하나 이상의 속성들을 변조하여 제4 빔을 출력하도록 구성된 변조기;
    상기 제4 빔을 콜리메이트(collimate)하여 제5 빔을 출력하도록 구성된 콜리메이터;
    상기 폴리곤 스캐너에 입사되는 상기 제5 빔을 출력하고, 상기 제2 빔에 응답하는 객체로부터 리턴 빔을 수신하도록 구성된 서큘레이터;
    상기 기준 빔을 상기 리턴 빔과 믹스하여 제6 빔을 출력하도록 구성된 믹서; 및
    상기 제6 빔에 응답하는 상기 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 수신기
    를 더 포함하는, LIDAR 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 알루미늄 또는 중합체 재료(polymeric material) 중 적어도 하나로 제조되는, LIDAR 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 패싯들은 상기 폴리곤 스캐너의 본체에 도포된 코팅을 포함하는, LIDAR 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 코팅의 두께는 200 nm 이상 400 nm 이하인, LIDAR 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 직경이 50 mm 이상 250 mm 이하인, LIDAR 시스템.
  11. 복수의 패싯들을 포함하는 폴리곤 스캐너 - 상기 복수의 패싯들 각각은 상기 각각의 패싯에 입사하는 입력 빔에 응답하는 전송 빔을 출력하도록 구성되고, 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 전송 빔을 전송하고, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 전송 빔을 전송하며, 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 더 큼 -; 및
    상기 전송 빔에 응답하여 수신된 리턴 빔을 사용하여 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 거리 또는 속도 중 적어도 하나에 응답하여 자율 주행 차량의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들
    을 포함하는, 자율 주행 차량 제어 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 시야 및 상기 제2 시야는 상기 자율 주행 차량의 전방에서 중첩되는, 자율 주행 차량 제어 시스템.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너의 최대 설계 거리는 250 미터 이상이고, 상기 최대 설계 거리는 상기 거리 또는 속도 중 적어도 하나를 결정하는 것과 관련된 신호 대 잡음비가 10 데시벨(dB) 이상인 경우의 상기 객체로부터 상기 자율 주행 차량까지의 거리에 대응하는, 자율 주행 차량 제어 시스템.
  14. LIDAR 시스템;
    조향 시스템 또는 제동 시스템 중 적어도 하나의 시스템: 및
    차량 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 LIDAR 시스템은
    제1 빔을 출력하도록 구성된 레이저 소스; 및
    복수의 패싯들을 포함하는 폴리곤 스캐너 - 상기 복수의 패싯들 각각은 제1 빔에 응답하는 제2 빔을 전송하도록 구성되고, 상기 복수의 패싯들은 제1 시야를 가진 제1 패싯과 제2 시야를 가진 제2 패싯을 포함하고, 상기 제1 패싯은 상기 제1 시야에서 상기 제2 빔을 전송하고, 상기 제2 패싯은 상기 제2 시야에서 상기 제2 빔을 전송하며, 상기 제1 시야는 상기 제2 시야보다 더 큼 -
    를 포함하고,
    상기 상기 차량 컨트롤러는 상기 제2 빔에 응답하는 객체로부터의 리턴 빔을 사용하여 상기 객체까지의 거리 또는 상기 객체의 속도 중 적어도 하나를 결정하고, 상기 거리 또는 속도 중 적어도 하나에 응답하여 상기 조향 시스템 또는 상기 제동 시스템 중 적어도 하나의 동작을 제어하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함하는, 자율 주행 자량.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 폴리곤 스캐너는 제1 폴리곤 스캐너이고,
    상기 자율 주행 차량은 제3 시야를 갖는 제3 패싯 및 제4 시야를 갖는 제4 패싯을 포함하는 제2 폴리곤 스캐너를 더 포함하고,
    상기 제4 시야는 상기 제3 시야와 중첩되고 상기 제3 시야보다 작은, 자율 주행 차량.
KR1020227040171A 2020-06-19 2021-06-18 Lidar 시스템 KR102493091B1 (ko)

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