KR20230042439A - 대략적인 각도 제어가 가능한 라이다 시스템 - Google Patents

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피터 호에만
마틴 슈나렌베르거
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레다테크 인크.
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Abstract

다양한 실시예에 따르면, 라이다 시스템(100)은 제1 방향을 따라 배열된 복수의 검출기 픽셀들(106)을 갖는 검출기(104)-여기서, 복수의 검출기 픽셀들(106)의 각각의 검출기 픽셀(106)은 시야(102)의 개별의 서브 섹션에 할당됨-; 상기 제1 방향과 각도를 이루는 제2 방향을 따라 배열된 복수의 서브 광원들(112)을 갖는 광원(110)-여기서, 복수의 서브 광원들(112)의 각각의 서브 광원(112)은 시야(102)의 개별의 서브 섹션에 할당됨-; 광원(110)으로부터의 광을 시야로 편향시키고 시야(102)로부터의 광을 검출기(104)로 편향시키도록 구성된 대략적인 각도 제어 요소(114); 및
복수의 서브 광원들(112)의 각각의 서브 광원(112)이 개별의 방출 시간 주기에 발광하는 방식으로 상기 복수의 서브 광원들(112)의 서브 광원(112)을 제어하도록 구성된 발광 제어기(118)를 가질 수 있다.

Description

대략적인 각도 제어가 가능한 라이다 시스템
다양한 예시적인 실시예는 라이다(LIDAR) 시스템(즉, 광 검출 및 범위지정 시스템)에 관한 것이다.
라이다 시스템은 장면(scene), 예를 들어 그 안에 있는 오브젝트에 대한 정보(예를 들어, 그의 크기, 속도, 이동 방향 등)를 제공하기 위해 장면을 비추는 스캐닝 시스템(scanning system)이다. 예시적인 라이다 아키텍처는 장면으로 방출되는 광의 방향을 제어하기 위한(즉, 라이다 시스템의 시야로 방출되는 광의 빔을 가이딩하기 위한) 미세 각도 제어 요소(예를 들어, OPA(Optical Phased Array)) 및 (별도의) 대략적인 각도 제어 요소(예를 들어, 액정 편광 격자, LCPG)를 갖는다. 이 예시적인 아키텍처에서, 시야는 광이 향할 수 있는(및 그로부터 광이 수신될 수 있는) 복수의 섹션들(타일들이라고도 함)으로 분할된다.
예를 들어, 라이다 시스템은 +/-10°에서 +/-60°의 시야각을 위해 설계될 수 있고, LCPG는 측정 시스템이 스위칭되는 4개 내지 16개의 수평 타일들을 가질 수 있으며, 즉, 시야의 타일들은 LCPG를 통해 라이다 프레임 내에서 차례로 접근된다. 라이다 시스템은 예를 들어 1개 내지 16개의 레이저 다이오드들을 광원으로 가질 수 있으며, 이는 또한 개별적으로 스위칭 가능하도록 설계될 수 있다. 일반적인 라이다 측정에 필요한 수평 방향 분해능은 약 0.05° 내지 1°이다. 따라서 대부분의 경우, 하나 이상의 레이저들이 컬럼을 조명하여 수평 분해능을 실현하도록 레이저 다이오드들의 채널들로 LCPG 타일 내에서 수평 분해능을 구현하는 것은 충분하지 않다. 따라서 수평 분해능에도 미세 각도 제어 요소가 사용되며, 즉, LCPG의 타일들 중 하나 내의 수평 분해능은 미세 각도 제어 요소(예를 들어, 1차원 MEMS 미러)로 구현된다. 예시적으로, 미세 각도 제어 요소는 수평 방향으로 미세 빔 편향을 구현하기 위해 사용된다. 따라서 라이다 시스템은 미세한 빔 편향을 구현하기 위한 컴포넌트를 가지고 있으며, 이는 예를 들어 필요한 광학장치 및 광원 동작과 컴포넌트 동작의 필요한 동기화와 관련하여 시스템의 복잡성이 증가한다.
다른 예로서, LCPG는 플래시 조명 및 ToF(time-of-flight) 카메라의 2차원 검출기 어레이와 함께 사용될 수 있다. 그러나 이 구성에서는 카메라의 전체 시야(비젼의 필드라고 함)가 한 번에 조명되어, 강도가 감소하고 범위가 줄어든다.
다양한 실시예는 공간 분해능의 일부(예를 들어, 제1 방향의 분해능)가 방출기 측(송신 측이라고도 함)에 의해 제공되고 공간 분해능의 다른 부분(예를 들어, 제2 방향의 분해능)이 수신기 측에 의해 제공되는 라이다 시스템에 관한 것이다. 다양한 실시예에서, 라이다 시스템의 방출기 및 수신기 측들의 스캐닝 방향은 스왑되어 송신기 측은 한 방향(예를 들어, 수직 방향)의 분해능에 사용되고 수신기 측은 다른 방향(예를 들어, 수평 방향)에 사용된다.
라이다 측정의 공간 분해능의 일부(예를 들어, 제1 방향의 공간 분해능)가 라이다 시스템의 복수의 서브 광원들(예를 들어, 개별 레이저 다이오드들)의 공간 배열에 의해 제공되고 라이다 측정의 공간 분해능의 다른 부분(예를 들어, 제2 방향의 공간 분해능)가 라이다 시스템의 검출기의 복수의 검출기 픽셀들의 공간 배열에 의해 제공되는 라이다 시스템이 제공될 수 있다. 다양한 실시예는 라이다 측정의 (2차원) 공간 분해능이 검출기 픽셀들에 대한 복수의 서브 광원들의 배열에 의해 제공되는 라이다 시스템에 관한 것이다.
도면에서 제1 방향 및 제2 방향은 수평 방향 및 수직 방향(또는 그 반대)으로 표현될 수 있다. 다만, 제1 방향과 상기 제2 방향은 서브 광원들이 라이다 시스템의 시야를 향해 광을 방출하고 검출기 픽셀들이 라이다 시스템의 시야에서 광을 수신할 수 있도록 하는 서로 각을 이루는 임의의 두 방향일 수 있음은 물론이다. 예시적으로, 제1 방향 및 제2 방향은 공간 분해능이 달성되는 임의의 두 방향일 수 있다.
라이다 시스템은 방출된 광 및/또는 수신된 광의 빔 방향을 제어하기 위한 대략적인 각도 제어 요소를 가질 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 라이다 시스템에 의해 시야 내로 방출되는 광 및 시야로부터 라이다 시스템에 의해 수신되는 광 모두의 전파 방향을 제어(예를 들어, 변경)하도록 구성될 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 대략적인 각도 제어 요소를 통해 전파되는(즉, 통과하는) 광의 전파 방향을 제어하는 방식으로 구성된(예를 들어, 제어 가능한) 디바이스로 이해될 수 있다. 예시적으로, 대략적인 각도 제어 요소는 대략적인 각도 제어 요소를 통해 전파하는 광을 편향시키기 위해(예를 들어, 제어가능한 출사 각도를 제공하기 위해) 편향 각도(편향 각도라고도 함)을 제공하도록 구성될 수 있다. 편향 각도는 도 2a 내지 2f에 대해 설명된 것과 같은 대략적인 각도 제어 요소의 하나 이상의 속성의 제어에 의해 정의될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 편향 각도가 연속적으로 변경될 수 없지만 복수의 개별 값들 중 하나를 취할 수 있도록 편향 각도의 대략적인 제어를 가능하게 할 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 복수의 가능한 동작 상태들 중 하나를 취하도록 구성(예를 들어, 제어)될 수 있으며, 여기서 동작 상태는 광에 대한 대응하는 편향 각도를 정의한다. 가능한 동작 상태들의 수(다양한 양태에서 가능한 편향 각도들의 수)는 아래에서 자세히 설명되는 바와 같이 대략적인 각도 제어 요소의 속성에 따라(예를 들어, 스위칭 가능한 액정 층들의 수에만) 의존할 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 액정 편광 격자이거나 이를 가질 수 있다. 그러나 액정 편광 격자는 가능한 대략적인 각도 제어 요소의 한 예일 뿐이며 다른 유형의 디바이스(예를 들어, 미러)도 사용될 수 있음을 이해해야 한다.
발광을 위한 편향 각도를 개별적으로 제어한다는 점에서, 시야는 복수의 타일들(예를 들어, 복수의 개별의 섹션들)로 구성되는 것으로 고려될 수 있다. 각각의 타일은 대응하는 편향 각도에 할당될 수 있다. 용어 타일(예를 들어, 시야 타일 또는 LCPG 타일)은 본 명세서에서 방출된 광의 편향 각도에 대한 개별 제어를 통해 광이 편향될 수 있는 시야의 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있다. 타일은 광이 수신(예를 들어, 검출)될 수 있는 시야의 (개별의) 섹션을 추가로 설명할 수 있다.
검출기는 타일 내에서 제1 방향 분해능에 대해 사용될 수 있다. 개별 서브 광원들 또는 서브 광원들의 그룹들(예를 들어, 레이저 다이오드들 또는 레이저 다이오드들의 그룹들)은 타일 내에서 제2 방향의 분해능에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 타일의 시야가 컬럼들보다 적은 로우들을 갖는 경우 수평 방향의 분해능에는 검출기가, 수직 방향의 분해능에는 발광기가 사용될 수 있다. 예를 들어, 수신 다이오드 어레이(예를 들어, 애벌런치 포토다이오드 어레이, APD)는 레이저 다이오드 어레이의 채널들(예를 들어, 최대 8개, 16개 또는 32개, 이는 복잡성과 비용을 크게 증가시킬 수 있음)보다 더 많은 로우들(예를 들어, 최대 64개 또는 128개)에 대해 이용 가능할 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소의 각도 편향 가능성과 함께 검출기 픽셀들 및 서브 광원들의 상대적인 공간 배열은 미세 각도 편향 요소, 예를 들어 OPA 또는 MEMS 미러(단지 예시임)를 생략하는 것을 가능하게 할 수 있다. 타일 내의 공간 분해능은 다양한 실시예에서 광원(예를 들어, 레이저 바) 및 검출기(예를 들어, 1D 검출기 어레이)의 교차 배열에 의해 달성될 수 있다. 서브 광원들(예를 들어, 8-레이저 바 또는 16-레이저 바 등의 레이저 바의 레이저 다이오드들)을 순차적으로 사용함으로써 한 방향의 공간 분해능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 광원의 서브 광원들(예를 들어, 레이저 바의 레이저 다이오드들)은 공간 분해능을 제공하기 위해 차례로 발사(예시적으로 활성화)될 수 있다.
이는 복잡한 컴포넌트(OPA, MEMS 등)를 생략할 수 있는 장점을 갖는다. 또한 이 컴포넌트(일반적으로 FPGA 또는 ASIC로 구현됨)를 제어할 필요가 없으며 광학장치가 더 간단해진다. 또한 서브 광원들(예를 들어, 레이저들)로부터의 광이 미세 각도 편향 요소에 맞아야 하는 문제도 더 이상 없다. 광학장치는 더 적은 수의 렌즈들로 구성되므로 손실이 적고 조립 작업이 줄어든다. 미세 각도 편향 요소를 제거함으로써 라이다 시스템의 비용과 복잡성이 크게 줄어든다. 또한 미세 각도 편향 요소가 없으면 움직이는 부품이 필요하지 않은 실제 솔리드 라이다가 있으므로, 신뢰도를 높일 수 있다.
다양한 실시예는 미세 각도 제어 요소를 사용하지 않고(예를 들어, MEMS 미러를 사용하지 않고) 2차원 공간 분해능이 가능해질 수 있는 라이다 시스템에 관한 것이다. 라이다 시스템은 다양한 실시예에서 LCPG가 있고 MEMS가 없는 라이다 시스템, 예를 들어 LCPG가 있는 플래시 라이다로 설명될 수 있다.
라이다 시스템은 시야로부터 광을 검출하도록 구성된 검출기-여기서, 검출기는 제1 방향을 따라 배열된 복수의 검출기 픽셀들을 갖고, 복수의 검출기 픽셀들의 각각의 검출기 픽셀은 시야의 개별의 서브 섹션에 할당됨-; 시야에 광을 방출하도록 구성된 복수의 서브 광원들을 갖는 광원-여기서, 복수의 서브 광원들의 서브 광원은 상기 제1 방향과 각도를 이루는 제2 방향을 따라 배열되고, 복수의 서브 광원들의 각각의 서브 광원은 시야의 개별의 서브 섹션에 할당됨-; 광원으로부터의(예를 들어, 서브 광원들로부터의) 광을 시야로 편향시키고 시야로부터의 광을 검출기로 편향시키도록 구성된 대략적인 각도 제어 요소; 및 복수의 서브 광원들의 각각의 서브 광원이 개별의 방출 시간 주기에 발광하도록 상기 복수의 서브 광원들의 서브 광원을 제어하도록 구성된 발광 제어기를 가질 수 있다.
제2 방향은 제1 방향에 수직일 수 있다. 일 예로, 제1 방향은 수평 방향이고, 제2 방향은 수직 방향일 수 있다. 또 다른 예로, 제1 방향은 수직 방향이고 제2 방향은 수평 방향일 수 있다.
예를 들어, 제1 방향 및 제2 방향은 라이다 시스템의 광학 축에 수직할 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 라이다 시스템의 광학 축에 대해 편향 각도로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 편향 각도는 (예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소의 개별의 동작 상태에 할당된) 복수의 개별 편향 각도들 중 하나일 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 시야의 섹션을 조명하기 위해 광원으로부터의 광을 제1 편향 각도로 편향시키도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 대략적인 각도 제어 요소는 광이 시야의 한 섹션으로 조명되도록 시야로 방출된 광의 편향 각도(및 출사 각도)를 제어하도록 구성될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 시야의 상이한 섹션들이 순차적으로 조명되도록 상이한 편향 각도들을 순차적으로 제공하도록 구성(예를 들어, 제어)될 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 시야의 섹션으로부터의 광을 검출기 상으로 편향시키기 위해 제2 편향 각도로 시야로부터의 광을 편향시키도록 구성될 수 있다.
시야의 조명된 섹션은 제1 시야 방향으로 약 2° 내지 약 20°의 제1 각도 확장 및 약 2° 내지 약 20°의 제1 시야 방향에 수직인 제2 시야 방향으로의 제2 각도 확장을 가질 수 있다.
시야의 섹션의 각도 확장은 대략적인 각도 제어 요소의 속성에 따라 달라질 수 있다. 시야가 분할될 수 있는(예를 들어, 수평 방향 또는 수직 방향으로) 분할될 수 있는 섹션의 수는 대략적인 각도 제어 요소의 속성에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 시야 방향 및 제2 시야 방향은 라이다 시스템의 광학 축에 수직할 수 있다. 일 예로, 제1 시야 방향은 수평 방향이고, 제2 시야 방향은 수직 방향일 수 있다.
시야각의 각각의 섹션(예를 들어, 각각의 타일)은 복수의 서브 섹션들, 예를 들어, 제1 방향의 제1 복수의 (제1) 서브 섹션들 및 제2 방향의 제2 복수의 (제2) 서브 섹션들로 구분될 수 있다.
서브 섹션은 개별의 검출기 픽셀에 할당될 수 있다. 예를 들어, 검출기 픽셀들이 배열되는 방향을 따른 각 서브 섹션은 개별의 검출기 픽셀에 할당될 수 있다. 예시적으로, 각각의 검출기 픽셀은 할당된 서브 섹션으로부터 광을 검출할 수 있다. 제1 방향의 분해능은 제1 방향의 서브 섹션들의 수(다양한 양태에서, 검출기 픽셀들의 수)에 의존(예를 들어, 이에 비례)할 수 있다. 서브 섹션은 개별의 서브 광원에 할당될 수 있다. 예를 들어, 서브 광원들이 배열된 방향에 따라 개별의 서브 광원에 각각의 섹션이 할당될 수 있다. 예시적으로, 각각의 서브 광원은 할당된 서브 섹션으로 광을 방출할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 방향의 분해능은 제2 방향의 서브 섹션들의 수(다양한 양태에서, 서브 광원들의 수)에 의존(예를 들어, 이에 비례)할 수 있다.
편향 각도를 구현하기 위해, 제1 시야 방향(예를 들어, 수평 또는 수직 방향)으로 제1 편향 각도 요소(편향 각도 부분 또는 편향 각도 컴포넌트라고도 함)가 제공될 수 있고, 제1 시야 방향에 수직인 제2 시야 방향으로 제2 편향 각도 요소가 제공될 수 있다. 예시적으로, 대략적인 각도 제어 요소는 광을 한 방향 및/또는 두 방향으로 편향시키도록 구성될 수 있다(예를 들어, 라이다 시스템은 1D 스캐닝 시스템 또는 2D 스캐닝 시스템일 수 있다).
수치적인 예로서, 제1 출사 각도 요소는 라이다 시스템의 광학 축에 대해 약 -60° 내지 약 +60° 범위의 값을 가질 수 있다. 수치적인 예로서, 제2 출사 각도 요소는 라이다 시스템의 광학 축에 대해 약 -15° 내지 약 +15° 범위의 값을 가질 수 있다.
복수의 서브 광원들은 제1 서브 광원 및 제2 서브 광원을 가질 수 있다. 상기 발광 제어기는 제1 서브 광원이 제1 방출 시간 주기에 발광하고 제2 서브 광원이 제2 방출 시간 주기에 발광하도록 제1서브 광원 및 제2서브 광원을 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 방출 시간 주기와 제2 방출 시간 주기 사이의 대기 시간은 방출된 광의 최대 통과 시간보다 크거나 실질적으로 동일하다.
예를 들어, 제2 방출 시간 주기는 제1 방출 시간 주기를 따를 수 있다(및 그 다음, 예를 들어 추가 서브 광원으로부터의 추가 방출 시간 주기들).
대기 시간은 제2 서브 광원이 광을 방출하기 전에 제1 서브 광원에서 방출된 광이 라이다 시스템으로 되돌아갈 수 있게 한다(및 검출기에 의해 검출됨). 그 결과, 상이한 서브 광원들로부터의 광 방출들 사이의 겹침이 감소되거나 실질적으로 제거될 수 있고, 따라서 측정의 품질이 개선될 수 있다.
라이다 시스템은 편향된 광의 편향 각도를 정의하기 위해 대략적인 각도 제어 요소의 하나 이상의 광 편향 속성들을 제어하도록 구성된 각도 제어기를 더 가질 수 있다. 각도 제어기는 제1 각도 제어 시간 주기에 편향된 광의 제1 편향 각도를 제공하고 제2 각도 제어 시간 주기에 편향된 광의 제2 편향 각도를 제공하도록 대략적인 각도 제어 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 각도 제어 시간 주기는 제1 각도 제어 시간 주기를 뒤 따를 수 있다. 예를 들어, 각도 제어기는 상이한 편향 각도들이 차례로 제공될 수 있는 방식으로 대략적인 각도 제어 요소의 광 편향 속성을 제어하도록 구성될 수 있다.
발광 제어기는 각각의 서브 광원이 제1 각도 제어 시간 주기 내의 개별의 방출 시간 주기에 발광하고, 각각의 서브 광원이 제2 각도 제어 시간 주기 내의 개별의 방출 시간 주기에 발광하도록 복수의 서브 광원들의 서브 광원들을 제어하도록 구성될 수 있다.
예시적으로, 발광 제어기는 시야의 섹션(예를 들어, 제1 편향 각도에 할당된)이 완전히 조명되도록 복수의 서브 광원들의 서브 광원들을 제어하도록 구성될 수 있다(즉, 각각의 서브 섹션이 할당된 서브 광원에 의해 조명됨).
대략적인 각도 제어 요소는 적어도 하나의 액정 요소를 가질 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소는 예를 들어 액정 편광 격자일 수 있거나 이를 가질 수 있다. 액정 편광 격자의 격자 주기는 편향 각도를 정의할 수 있다.
다른 예로서, 대략적인 각도 제어 요소는 액정 층 및 편광 격자를 가질 수 있다. 액정 층은 액정 층을 통해 전파되는 광의 편광을 정의하는 방식으로 배열될 수 있다. 편광 격자는 편광에 기초하여 광의 편향 각도를 정의하도록 구성될 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 액정 편광 격자이거나 이를 가질 수 있다. 각도 조절기는 액정 분자의 정렬을 제어하기 위해 액정 편광 격자에 제어 신호(예를 들어, 변조된 전압과 같은 전압, 예를 들어 DC 전압, 이는 온 및 오프로 스위칭됨)를 제공하도록 구성될 수 있다. 액정 분자의 정렬은 액정 편광 격자의 격자 주기를 정의한다.
예를 들어, 각도 제어기는 액정 편광 격자의 제1 격자 주기를 정의하기 위해 제1 각도 시간 주기에서 액정 편광 격자에 제1 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기는 액정 편광 격자의 제2 격자 주기를 정의하기 위해 제2 각도 시간 주기에서(예를 들어, 제1 각도 시간 주기 이후) 액정 편광 격자에 제2 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 각도 조절기는 액정 편광 격자의 격자 주기를 제어하여 다양한 편향 각도들을 제공할 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소는 액정 층과 편광 격자를 가질 수 있다. 각도 조절기는 액정 층의 액정 분자의 배열을 제어하기 위해 액정 층에 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 액정 분자의 정렬은 액정 층을 통해 전파되는 광의 편광을 정의(예를 들어, 변경)한다.
예를 들어, 각도 제어기는 액정 층을 통해 전파되는 광의 제1 편광을 정의하기 위해 제1 각도 시간 주기에서 액정 층에 제1 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기는 액정 층을 통해 전파되는 광의 제2 편광을 정의하기 위해 제2 각도 시간 주기에서 액정 층에 제2 제어 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 따라서 편광 격자는 제1 편광에 기초하여 제1 각도 시간 주기의 광에 대한 제1 편향 각도를 제공하고 제2 편광에 기초하여 제2 각도 시간 주기의 광에 대한 제2 편향 각도를 제공할 수 있다.
광원은 적어도 하나의 레이저 광원을 가질 수 있다. 예를 들어, 서브 광원들은 적어도 하나의 레이저 광원을 가질 수 있다(예를 들어, 각각의 서브 광원은 레이저 광원이거나 이를 가질 수 있음). 예를 들어, 적어도 하나의 레이저 광원은 레이저 다이오드를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 레이저 다이오드는 에지 방출 레이저 다이오드 또는 컴포넌트 측 발광 다이오드(수직 공동 표면 발광 레이저, VCSEL)일 수 있다.
광원은 레이저 바를 가질 수 있다. 예시적으로, 서브 광원은 레이저 바의 레이저 다이오드일 수 있다. 예를 들어, 레이저 바의 고속 축은 서브 광원들이 배열된 방향(예를 들어, 제2 방향)을 따라 정렬될 수 있다.
검출기는 적어도 하나의 포토다이오드를 가질 수 있다. 포토다이오드는 광이 적어도 하나의 포토다이오드에 닿을 때 전기 신호(예를 들어, 전압 또는 전류)를 생성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각각의 검출기 픽셀은 포토다이오드를 가질 수 있거나 개별의 포토다이오드에 할당(예를 들어, 연결)될 수 있다. 각각의 검출기 픽셀은 또한 복수의 포토다이오드들을 가질 수 있거나 복수의 포토다이오드들에 할당될 수 있음(예를 들어, 실리콘 광전자증배관(photomultiplier) 방식으로)이 이해된다. 예를 들어, 적어도 하나의 포토다이오드는 애벌런치 포토다이오드, 예를 들어 단일 광자 애벌런치 포토다이오드일 수 있다. 분명히, 검출기는 다중 픽셀 단일 광자 애벌런치 포토다이오드이거나 이를 가질 수 있다.
라이다 시스템은 광학 어레이 수신기를 더 가질 수 있다. 광학 어레이 수신기는 시야로부터 광을 수신하고 수신된 광을 검출기로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다양한 양태에서, 광학 어레이 수신기는 시야(예를 들어, 시야의 섹션)를 검출기에 매핑하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 수신기는 시야의 개별의 서브 섹션을 할당된 검출기 픽셀에 매핑하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 수신기는 검출기와 대략적인 각도 제어 요소 사이에 배열될 수 있다.
광학 어레이 수신기는 하나 이상의 렌즈들(예를 들어, 하나 이상의 포커싱 렌즈들)을 가질 수 있다. 하나 이상의 렌즈들은 수신된 광을 검출기(예를 들어, 개별의 검출기 픽셀들)에 포커싱하도록 구성될 수 있다.
라이다 시스템은 광학 어레이 송신기를 더 가질 수 있다. 광학 어레이 송신기는 광원으로부터의(예를 들어, 서브 광원으로부터의) 광을 수신하고 수신된 광을 대략적인 각도 제어 요소로 지향시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 송신기는 광원과 대략적인 각도 제어 요소 사이에 배열될 수 있다. 광학 어레이 송신기는 제1 시준기 렌즈를 가질 수 있다. 제1 시준기 렌즈는 광원에 의해 방출된 광을 대략적인 각도 제어 요소 상에 시준하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈는 광을 제1 (광학) 방향으로 시준하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈는 광원의 느린 축 방향, 예를 들어 서브 광원들이 배열된 방향과 수직한 방향으로 광을 시준할 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈는 느린 축 시준기(SAC)일 수 있다.
광학 어레이 송신기는 제2 시준기 렌즈를 가질 수 있다. 제2 시준기 렌즈는 광원과 제1 시준기 렌즈 사이에 배열될 수 있다. 제2 시준기 렌즈는 광원에서 방출된 광을 제1 시준기 렌즈에 시준하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 시준기 렌즈는 광을 제2 (광학) 방향으로 시준하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제2 시준기 렌즈는 광원의 고속 축 방향, 예를 들어 서브 광원이 배열된 방향과 수직한 방향으로 광을 시준할 수 있다. 예를 들어, 제2시준기 렌즈는 고속 축 시준기(FAC) 렌즈일 수 있다.
광학 어레이 송신기는 복수의 서브 광원들 각각에서 방출되는 광을 혼합하기 위한 다중 렌즈 어레이를 더 가질 수 있다. 예를 들어, 다중 렌즈 어레이는 광원과 대략적인 각도 제어 요소 사이(예를 들어, 제1 시준기 렌즈와 대략적인 각도 제어 요소 사이)에 배치될 수 있다. 다중 렌즈 어레이는 제2 방향(명확히, 서브 광원이 배열된 방향)을 따라 구역 구조를 가질 수 있다. 구역 구조는 하나의 서브 광원에서 방출되는 광이 다른 서브 광원에서 방출되는 광과 잘 분리되도록 한다.
라이다 시스템은 플래시 라이다 시스템이거나 또는 이로 구성될 수 있다.
차량은 본 명세서에 기술된 바와 같이 하나 이상의 라이다 시스템을 가질 수 있다.
예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있고 아래에서 더 자세히 설명될 것이다.
도면에서:
도 1a 및 1b는 각각 라이다 시스템의 개략도이다.
도 1c는 라이다 시스템의 시야의 개략도이다.
도 2a 및 2b는 각각 대략적인 각도 제어 요소의 개략도이다.
도 2c는 대략적인 각도 제어 요소의 제1 동작 모드를 도시한다.
도 2d는 대략적인 각도 제어 요소의 제1 동작 모드에서 조명된 시야를 도시한다.
도 2e는 대략적인 각도 제어 요소의 제2 동작 모드를 도시한다.
도 2f는 대략적인 각도 제어 요소의 제2 동작 모드에서 조명된 시야를 도시한다.
도 3a 내지 3c 각각은 광원의 개략도이다.
도 3d는 대략적인 각도 제어 요소의 타일의 개략도이다.
도 3e 내지 3h는 각각 발광 시스템의 개략도이다.
도 4a 내지 4c 각각 검출기의 개략도이다.
도 4d는 대략적인 각도 제어 요소의 타일의 개략도이다.
도 4e는 수신기 어레이의 개략도이다.
도 5a 내지 5c는 각각 라이다 시스템의 개략도이다.
다음의 상세한 설명에서, 본 명세서의 일부를 형성하고 본 발명이 수행될 수 있는 특정 실시예가 예시를 위해 도시된 첨부 도면을 참조한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 다양한 실시예에 따른 라이다 시스템(100)의 평면도의 개략도이다. 예를 들어, 라이다 시스템(100)은 차량(예를 들어, 자동 주행 기능이 장착된 자동차)에 포함(통합)될 수 있다.
라이다 시스템(100)은 시야(102)로 광을 방출하기 위한 방출기 측 및 시야(102)로부터 광을 수신(예를 들어, 검출)하기 위한 수신기 측을 가질 수 있다. 라이다 시스템(100)은 방출기 측에서 시야(102)로 및/또는 시야(102)에서 수신기 측으로의 광의 전파 방향을 제어(예를 들어, 변경)하기 위한 각도 제어 스테이지를 더 가질 수 있다.
시야(102)는 라이다 시스템(100)의 시야일 수 있다. 예시적으로, 시야(102)는 방출기 측의 방출 필드(예를 들어, 광원 또는 복수의 서브 광원들의 방출 필드)에 대응할 수 있고 및/또는 수신기 측의 시야(예를 들어, 검출기의 시야)에 대응할 수 있다. 예시적으로, 라이다 시스템(100)의 검출기의 시야는 라이다 시스템(100)의 광원(예를 들어, 복수의 서브 광원들)의 방출 필드에 본질적으로 대응할 수 있다.
라이다 시스템(100)은 (예를 들어, 광 검출 시스템의 일부로서, 수신기 측에) 검출기(104)를 가질 수 있다. 검출기(104)는 시야(102)로부터 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출기(104)는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이(예를 들어, 도 4a 내지 4e 참조) 광이 검출기(104)(예를 들어, 하나 이상의 검출기 픽셀들)에 충돌할 때 신호(예를 들어, 전압 또는 전류와 같은 전기 신호)를 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 신호는 검출기(104)로부터 라이다 시스템(100)의 하나 이상의 프로세서들로 제공될 수 있다(예를 들어, 검출기(104)로부터의 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 디지털 신호로 변환되어 프로세서에 제공될 수 있음). 예를 들어, 하나 이상의 프로세서들은 시야(102)에서 장면을 재생하기 위해 검출기(104)로부터의 신호(또는 신호들)를 분석하도록 구성될 수 있다.
검출기(104)는 복수의 검출기 픽셀들(106)을 가질 수 있다. 복수의 검출기 픽셀들(106)의 검출기 픽셀들(106)은 제1 방향을 따라(예를 들어, 도 1a에 도시된 바와 같이 수평 방향을 따라 또는 도 1b에 도시된 바와 같이 수직 방향을 따라) 배열될 수 있다. 다양한 실시예에서, 검출기 픽셀들(106)은 제1 방향을 따라 어레이를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 검출기 픽셀(106)(예를 들어, 각각의 검출기 픽셀(106))은 아래에서 자세히 설명되는 바와 같이 광이 검출기 픽셀(106)에 충돌할 때 신호(예를 들어, 광전류와 같은 전류)를 생성하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 신호는 입사광의 양에 비례할 수 있음).
복수의 검출기 픽셀들(106)의 각각의 검출기 픽셀(106)은 시야(102)의 개별의 서브 섹션에 할당될 수 있다. 다양한 양태에서, 각각의 검출기 픽셀(106)은 시야(106)의 대응하는 서브 섹션으로부터 광을 검출하는 데 전용될 수 있다. 예를 들면, 각각의 검출기 픽셀(106)은 시야(102)의 대응하는 서브 섹션으로부터 광을 수신하여 그로부터 광을 검출할 수 있다. 다양한 양태에서, 라이다 시스템(100)의 수신기 측(및/또는 각도 제어 스테이지)은 시야(102)의 각 서브 섹션이 대응하는 검출기 픽셀(106)에 매핑되도록 구성될 수 있다.
라이다 시스템(100)은 (예를 들어, 방출기 측에서, 예를 들어 발광 시스템의 일부로서) 광원(110)을 가질 수 있다. 광원(110)은 복수의 서브 광원들(112)(광 빔들, 광 방출기들 또는 방출기 픽셀들이라고도 함)을 가질 수 있다. 다양한 양태에서, 광원(110)은 예를 들어, 도 3a 내지 3g와 관련하여 아래에서 보다 상세히 논의되는 바와 같이 개별적으로 어드레싱 가능한(예를 들어, 제어 가능한) 복수의 개별 광원들(112)을 가질 수 있다. 서브 광원들(112)(일반적으로 광원(110))은 시야(102)로 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
복수의 서브 광원들(112)의 서브 광원들(112)은 제2 방향을 따라 배열될 수 있다. 다양한 양태에서, 서브 광원들(112)은 제2 방향으로 어레이를 형성할 수 있다.
제2 방향은 제1 방향과 각도를 이룰 수 있다. 제1 방향과 제2 방향 사이의 각도는 0° 또는 180°일 수 없으며; 즉, 제1 방향은 제2 방향과 평행할 수 없다(예시적으로, 제2 방향은 제1 방향과 동일한 방향일 수 없다). 제1 방향과 제2 방향은 서로 각도를 이루며 광이 방출되고 수신될 수 있는 임의의 두 방향들일 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 라이다 시스템(100)의 광학 축(108)과 각도를 형성하고 검출기(104)가 시야(102)로부터 광을 수신할 수 있게 하는 임의의 방향일 수 있다. 제2 방향은 라이다 시스템(100)의 광학 축(108)과 각도를 형성하고 광원(110)(예를 들어, 서브 광원들(112))이 시야(102)를 향해 광을 방출할 수 있게 하는 임의의 방향일 수 있다. 다양한 양태에서, 제1 방향 및 제2 방향은 라이다 시스템(100)의 광학 축(108)에 수직일 수 있다(예를 들어, 광학 축(108)은 도 1a 및 1b에서 방향(152)을 따라 정렬될 수 있다).
다양한 실시예에서, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 직교할 수 있다. 예를 들어, 제1 방향은 도 1a 및 1b의 방향(154)과 같은 수평 방향일 수 있고, 제2 방향은 도 1a 및 1b의 방향(156)과 같은 수직 방향일 수 있다. 이 경우, 검출기 픽셀들(106)은 로우로 배열되고 광원들(112)은 컬럼으로 배열될 수 있다(도 1a 참조). 또 다른 예로, 제1 방향은 수직 방향이고 제2 방향은 수평 방향일 수 있다. 이 경우, 검출기 픽셀들(106)은 컬럼으로 배열되고 광원들(112)은 로우로 배열될 수 있다(도 1b 참조).
각각의 서브 광원(112)은 시야(102)의 개별의 서브 섹션(또는 개별의 복수의 서브 섹션들)에 할당될 수 있다. 서브 광원들(112)은 각각의 서브 광원(112)이 시야(102)의 개별의 서브 섹션(예를 들어, 타일의 서브 섹션, 아래에서 자세히 설명됨)을 조명하는 방식으로 구성(예를 들어, 배열)될 수 있다. 다양한 양태에서, 라이다 시스템(100)의 방출기 측(및/또는 각도 제어 스테이지)은 시야(102)의 각각의 서브 섹션이 대응하는 서브 광원(112)에 의해 조명되도록 구성될 수 있다.
검출기 픽셀들(106)과 서브 광원들(112) 사이의 상대적 공간 배열(예를 들어, 교차 배열)(및 시야(102)의 각각의 하위 섹션들에 대한 검출기 픽셀들(106) 및 서브 광원들(112)의 할당)은 검출기 픽셀들(106)이 제1 방향으로 공간 분해능을 제공하는 데 사용될 수 있게 하고 서브 광원들(112)이 제2 방향으로 공간 분해능을 제공하는 데 사용될 수 있게 할 수 있다.
라이다 시스템(100)(예를 들어, 발광 시스템)은 발광 제어기(118)(예를 들어, 하나 이상의 프로세서들)를 가질 수 있다. 발광 제어기(118)는 광원(110)의 발광을 제어하도록 구성될 수 있다. 다양한 양태에서, 발광 제어기(118)는 각각의 서브 광원(112)이 개별의 발광 주기에 발광하도록 복수의 서브 광원들(112)의 서브 광원(112)을 제어할 수 있다.
발광 제어기(118)는 하나의 서브 광원(112)이 각각의 발출 시간에서 발광하도록 각각의 서브 광원(112)에 발출 시간을 할당할 수 있다. 예를 들어, 발광 제어기(118)는 각각의 서브 광원(112)이 다른 서브 광원(112)과 관련된 방출 주기 동안이 아니라 대응하는 방출 주기 동안 광을 방출하도록 서브 광원들(112)을 제어하도록 구성될 수 있다. 이는 본질적으로 서브 광원들(112)의 발광에서 중첩(예를 들어, 시간적 및/또는 공간적)이 없음을 의미할 수 있다. 결과적으로, 서브 광원들(112)이 배열된 방향으로 임의의(예를 들어, 미리 정의된) 공간 분해능이 달성될 수 있다.
발광 제어기(118)는 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 대략적인 각도 제어 요소(114)의 제어와 협력하여(예를 들어, 동기화하여) 광을 방출하는 방식으로 서브 광원들(112)을 제어하도록 구성될 수 있다.
라이다 시스템(100)은 대략적인 각도 제어 요소(114)(예를 들어, 각도 제어 스테이지에서)를 가질 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소(114)는 광, 예를 들어, 광원(110)으로부터 시야(102)로 방출된 광 및 시야(102)로부터 들어오고 검출기(104)를 향하는(예를 들어, 수신기 측을 향하는) 광 모두를 편향시키도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 대략적인 각도 제어 요소(114)는 광원(110)으로부터(예를 들어, 서브 광원들(112)으로부터) 광을 시야(102)로(예를 들어, 제1 편향 각도에서) 편향시키고 시야(102)로부터 검출기(104)로 광을 편향시키도록(예를 들어, 제2 편향 각도에서) 배열될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소(114)는 도 2a 내지 2f와 관련하여 설명된 바와 같이 다중 편향 각도들(예를 들어, 개별 편향 각도들)에서 광을 편향시키도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 대략적인 각도 제어 요소(114)는 시야(102)의 섹션이 조명되도록 (예를 들어, 개별의) 편향 각도에서 서브 광원들(112)로부터의 광을 시야(102)로 편향시키도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 대략적인 각도 제어 요소(114)는 광이 시야(102)의 섹션으로 방출되도록 시야(102)로 방출된 광의 편향 각도(및 출력 각도)를 제어하도록 구성될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소(114)는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 시야(102)의 상이한 섹션들이 순차적으로 조명되도록 상이한 편향 각도들을 순차적으로 제공하도록 구성(예를 들어, 제어)될 수 있다.
시야(102)는 대응하는 편향 각도에 각각 할당되는 복수의 섹션들(타일들)을 갖는 것으로 이해될 수 있다. 시야(102)의 복수의 섹션들(116)로의 예시적인 분할이 다양한 실시예에 따라 도 1c에 도시되어 있다.
시야(102)는 제1 방향을 따른 제1 복수의 섹션들 및 제2 방향을 따른 제2 복수의 섹션들을 가질 수 있다(예를 들어, 제1 복수 및 제2 복수의 섹션들로 분할될 수 있음). 비제한적 예로서, 도 1c에 예시된 바와 같이, 시야(102)는 수평 방향 및 수직 방향을 따라 배열된 타일들(116)의 매트릭스로 기술될 수 있다(예를 들어, 시야(102)는 복수의 로우들과 컬럼들로 분할될 수 있고, 각각에는 복수의 타일들(116)이 할당됨). 시야(102)의 분할(예를 들어, 타일들(116)의 배열)은 예를 들어 제2 방향에 대한 제1 방향의 상대적 배열에 따라 임의의 형상 및 구성을 가질 수 있다는 것이 이해된다.
다양한 실시예에 따르면, 시야(102)가 분할되는 타일들(116)의 수(예를 들어, 제1 방향 및 제2 방향의 타일들(116)의 수)는 라이다 시스템(100)의 구성, 예를 들어 대략적 각도 제어(114)의 구성에 따라 달라질 수 있다. 제1 방향 및 제2 방향으로 시야(102)의 각도 확장은 라이다 시스템(100)의 구성에 의존할 수 있다. 단지 수치적인 예로서, 시야(102)는 수평 방향으로 100° 내지 130° 범위의 값을 갖는 각도 확장을 가질 수 있다(예를 들어, 120°, 즉 광학 축(108)에 대해 +/-60°). 다른 수치 예로서, 시야(102)는 수직 방향으로 10° 내지 60° 범위의 값을 갖는 각도 확장을 가질 수 있다(예를 들어, 20°, 즉 광학 축(108)에 대해 +/-10° 또는 24°).
단지 수치적인 예로서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 시야(102)는 수평 방향으로 배열된 7개의 타일들 및 수직 방향으로 8개의 타일들을 가질 수 있다. 다른 수치적인 예로서, 시야(102)는 수평 방향으로 8개의 타일들 및 수직 방향으로 4개의 타일들을 가질 수 있다. 다른 수치적 예로서, 시야(102)는 수평 방향으로 8개의 타일들 및 수직 방향으로 6개의 타일들을 포함할 수 있다.
타일(116)의 크기, 예를 들어 각도 확장은 대략적인 각도 제어 요소(114)의 속성(예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소(114)로 달성 가능한 각도)에 의존할 수 있다.
타일(116)은 모두 동일한 크기일 수 있다(예를 들어, 제1 방향 및 제2 방향으로 동일한 각도 확장을 가짐). 다양한 양태에서, 적어도 하나의 타일(116)은 다른 타일(116)에 대해 상이한 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 시야(102)의 에지에 있는 타일(116)은 시야(102)의 중심에 있는 타일(116)보다 더 큰 크기를 가질 수 있다(예를 들어, 제2 타일(116-2)보다 더 큰 크기를 갖는 제1 타일(116-1)에 대해 도 1c에 도시된 바와 같이, 예를 들어 수평 방향으로 더 큰 각도 확장).
수치적 예로서, 타일(116)은 약 2° 내지 약 20° 범위의 값을 갖는 제1 시야 방향(예를 들어, 제1 방향)으로의 제1 각도 확장을 가질 수 있다. 예를 들어, 타일(116)은 수평 방향으로 약 4°, 예를 들어 약 7.5°, 예를 들어 약 15°의 각도 확장을 가질 수 있다.
수치적 예로서, 타일(116)은 약 2° 내지 약 20° 범위의 값을 갖는 제2 시야 방향(예를 들어, 제2 방향과 같이 제1 시야 방향에 수직)으로의 제2 각도 확장을 가질 수 있다. 예를 들어, 타일(116)은 수직 방향으로 약 2.5°, 예를 들어 약 4°, 예를 들어 약 6°, 예를 들어 약 15°의 각도 확장을 가질 수 있다.
시야(102)의 각각의 타일(116)은 복수의 서브 섹션들로, 예를 들어 제1 방향에서 제1 복수의 (제1) 서브 섹션들로 그리고 제2 방향에서 제2 복수의 (제2) 서브 섹션들로 분할될 수 있다.
한 방향(예를 들어, 제1 및/또는 제2 방향)에서 라이다 시스템(100)의 공간 분해능은 그 방향을 따라 타일(116)의 각도 확장과 그 방향을 따라 배열된 검출기 픽셀들(112) 또는 서브 광원들(116)의 수에 의존할 수 있다. 라이다 시스템(100)의 분해능은 그 방향을 따라 타일(116)의 각도 확장을 그 방향을 따라 배열된 서브 광원들(112) 또는 검출기 픽셀들(106)의 수로 나눔으로써 방향에서 계산될 수 있다. 예시적으로, 방향을 따라 배열된 서브 광원들(112) 또는 검출기 픽셀들(106)의 수는 타일(116)이 이 방향으로 분할될 수 있는 서브 섹션들의 수에 대응할 수 있다.
수치적 예로서, 타일(116)이 수평 방향으로 15°의 각도 확장을 갖고 이 방향으로 64개의 검출기 픽셀들(106)이 배열된 경우, 이 방향에서 약 0.23°의 분해능이 달성될 수 있다. 또 다른 수치적 예로서, 타일(116)이 수직 방향으로 2.5°의 각도 확장을 갖고 이 방향으로 8개의 서브 광원들(112)이 배열된 경우, 이 방향에서 약 0.31°의 분해능이 달성될 수 있다. 또 다른 수치적 예로서, 타일(116)이 7.5°x4°의 각도 확장을 갖는 경우, 검출기(104)는 수평 방향으로 배열된 64개의 검출기 픽셀들(106)을 갖고 광원(110)은 수직 방향으로 배열된 16개의 서브 광원들(112)을 가지며, 약 0.12°의 수평 분해능 및 약 0.25°의 수직 분해능이 달성될 수 있다. 또 다른 수치적 예로서, 타일(116)이 4°x6°의 각도 확장을 갖는 경우, 검출기(104)는 수직 방향으로 배열된 32개의 검출기 픽셀들(106)을 갖고 광원(110)은 수평 방향으로 배열된 16개의 서브 광원들(112)을 가지며, 약 0.25°의 수평 분해능 및 약 0.19°의 수직 분해능이 달성될 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소(114)는 제2 편향 각도에서 시야(102)로부터 검출기(104)로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소(114)는 시야(102)로부터 광을 수신하고 수신된 광을 라이다 시스템(100)의 수신기 측으로(예를 들어, 도 4e와 관련하여 설명된 바와 같은 광학 어레이 수신기로) 편향시키도록 구성될 수 있다.
제1 편향 각도는 (예를 들어, 광학 축(108)에 대해, 예를 들어, 수평 방향 및/또는 수직 방향으로) 제2 편향 각도와 동일한 값을 가질 수 있다. 다양한 양태에서, 제1 편향 각도는 예를 들어 입사광의 방향 및/또는 대략적인 각도 제어 요소(114)의 상태에 따라 제2 편향 각도와 비교하여 상이한 값을 가질 수 있다.
도 2a 및 2b는 각각 대략적인 각도 제어 요소(200)(예를 들어, 도 1a 및 1b에 도시된 대략적인 각도 제어 요소(114))의 개략도이다.
대략적인 각도 제어 요소(200)는 도 2a 및 2b에서 화살표로 도시된 바와 같이 다중 방향들로 광을 편향시키도록, 예를 들어 다중 편향 각도들로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 편향된 광은 예를 들어 시야(202)의 섹션을 조명하기 위해 시야(202)(예를 들어, 라이다 시스템의 시야, 예를 들어, 라이다 시스템(100)의 시야(102))로 편향될 수 있다(도 2a 참조). 도 2b를 참조하면, 편향된 광은 예를 들어 라이다 시스템의 검출기(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 검출기(104)) 상으로 편향하기 위해 시야(202)로부터 수신된 광일 수 있다. 다양한 양태에서, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 광이 전파되는 방향과 무관한 편향 각도로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 편향 각도는 대략적인 각도 제어 요소(200)의 광학 축에 대한(예를 들어, 라이다 시스템의 광학 축, 예를 들어, 라이다 시스템(100)의 광학 축(108)에 대한) 각도일 수 있다.
편향 각도는 복수의 (불연속) 편향 각도들로부터 선택될 수 있다. 즉, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 가능한 편향 각도들의 세트로부터 편향 각도를 제공하도록 구성(예를 들어, 제어)될 수 있다. 다양한 양태에서, 각각의 편향 각도는 대략적인 각도 제어 요소(200)의 개별의 동작 상태에 할당될 수 있다. 대략적인 각도 제어 요소(200)의 각도 분해능(예를 들어, 가능한 편향 각도들 사이의 최소 차이)은 대략적인 각도 제어 요소(200)의 특성에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 10°, 예를 들어 5°, 예를 들어 1°보다 크거나 3°보다 큰 각도 분해능(예를 들어, 수평 및/또는 수직 방향으로)을 가질 수 있다. 다른 예로서, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 약 1° 내지 약 15° 범위의 각도 분해능을 가질 수 있다. 수치적인 예로서, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 수평 방향으로 7.5°, 수직 방향으로 6°의 각도 분해능을 가질 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소(200)는 광을 한 방향 및/또는 두 방향으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 편향 각도는 제1 시야 방향(예를 들어, 수평 또는 수직 방향)의 제1 편향 각도 요소 및 제1 시야 방향에 대해 각을 이루는(예를 들어, 제1 시야 방향에 수직) 제2 시야 방향의 제2 편향 각도 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 시야 방향 및 제2 시야 방향은 대략적인 각도 제어 요소(200)의 광학 축과 수직일 수 있다.
방향에서 편향 각도 요소의 값의 범위는 그 방향에서 시야(202)의 각도 확장을 정의할 수 있다. 일 예로, 제1 출사 각도 요소는 대략적인 각도 제어 요소(200)의 광학 축을 기준으로 약 -60° 내지 약 +60° 범위의 값을 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 제2 출사 각도 요소는 대략적인 각도 제어 요소(200)의 광학 축을 기준으로 약 -15° 내지 약 +15° 범위의 값을 가질 수 있다.
각도 제어기(204)는 도 2c 및 2e에 도시된 바와 같이 대략적인 각도 제어 요소(200)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각도 제어기(204)는 라이다 시스템(100)과 같은 라이다 시스템의 일부일 수 있다.
각도 제어기(204)는 편향된 광의 편향 각도를 정의하기 위해 대략적인 각도 제어 요소(200)의 하나 이상의 광 편향 속성을 제어하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 할당된 편향 각도를 제공하기 위해 대략적인 각도 제어 요소(200)를 동작 상태에 두도록 구성될 수 있다.
각도 제어기(204)는 대략적인 각도 제어 요소(200)를 동작 상태에 놓기 위해(예를 들어, 제어 신호에 할당됨) 대략적인 각도 제어 요소(200)에 제어 신호(예를 들어, 제어 전압)를 제공(예를 들어, 공급)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각도 제어기(204)는 대략적인 각도 제어 요소(200)를 복수의 동작 상태들 중 하나로 놓기 위해 대략적인 각도 제어 요소(200)에 복수의 제어 신호들 중 하나를 제공하도록 구성될 수 있다.
각도 제어기(204)는 도 2c 및 2d에 도시된 바와 같이 제1 편향 각도를 정의하기 위해(예를 들어, 시야(202)의 제1 타일(202-1)을 조명하기 위해) 대략적인 각도 제어 요소(200)에 제1 제어 신호 S1를 제공하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 도 2e 및 2f에 도시된 바와 같이 제2 편향 각도를 정의하기 위해(예를 들어, 시야(202)의 제2 타일(202-2)을 조명하기 위해) 제2 제어 신호 S2를 대략적인 각도 제어기(200)에 제공하도록 구성될 수 있다.
도 2c 내지 2f에서, 각도 제어기(204)는 시야(202)의 상이한 섹션들을 조명하기 위해 대략적인 각도 제어 요소(200)에 제어 신호를 제공하는 것으로 도시된다. 시야(202)로부터 수신된(및 예를 들어 검출기 상으로 편향된) 광의 경우에 유사한 프로세스가 수행될 수 있다는 것이 이해된다.
다양한 실시예에 따르면, 각도 제어기(204)는 개별의 시간 주기(각도 제어 시간 주기라고도 함)에서 편향 각도를 제공하기 위해 대략적인 각도 제어 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 예를 들어 시야(102)의 서로 다른 타일들을 순차적으로 조명하기 위해 복수의 개별의 각도 제어 시간 주기들에서(예를 들어, 순차적으로) 복수의 편향 각도들을 제공하기 위해 대략적인 각도 제어 요소를 제어하도록 구성될 수 있다.
각도 제어기(204)는 제1 각도 제어 시간 주기에서 편향된 광의 제1 편향 각도를 제공하도록(예를 들어, 시야(202)의 제1 타일(202-1)을 조명하기 위해) 대략적인 각도 제어 요소(200)를 제어하도록 구성될 수 있으며; 예를 들어 도 2d를 참조한다. 각도 제어기(204)는 제2 각도 제어 시간 주기에서 편향된 광의 제2 편향 각도를 제공하도록(예를 들어, 시야(202)의 제2 타일(202-2)을 조명하기 위해) 대략적인 각도 제어 요소(200)를 제어하도록 구성될 수 있으며; 예를 들어 도 2f를 참조한다. 예를 들어, 제2 각도 제어 시간 주기는 제1 각도 제어 시간 주기를 따를 수 있다(그리고 그 후 추가 편향 각도를 갖는 추가 각도 제어 시간 주기가 뒤따를 수 있다). 예시적으로, 각도 제어기(204)는 타일들이 순차적으로 조명되도록 대략적인 각도 제어 요소를 제어할 수 있다. 타일들이 조명되는 순서는 임의의 원하는 조명 패턴에 대응할 수 있다. 예를 들어, 타일들은 동일한 컬럼 또는 동일한 로우를 따라 순차적으로 조명될 수 있다. 요소가 LCPG이거나 이를 갖는 경우, 액정에서 느린 전이(slow transition)들의 수를 감소시키는(예를 들어, 최소화하는) 방식으로 타일들이 조명될 수 있다.
아래에서 자세히 설명되는 바와 같이 각도 제어기(204)의 동작은 발광, 예를 들어 발광 제어기(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 발광 제어기(118))의 동작과 일치할 수 있다. 각도 제어기(204)는 현재 동작 상태에 할당된 시야의 타일이 완전히 조명된 후에(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 각각의 서브 광원(112)에 의해) 대략적인 각도 제어 요소(200)의 동작 상태(및 편향 각도)를 변경하도록 구성될 수 있다. 즉, 대략적인 각도 제어 요소(예를 들어, LCPG)는 모든 서브 광원들(예를 들어, 레이저 다이오드들)이 전체 타일들을 적어도 한 번 연속적으로 조명한 경우에만 다음 타일로 스위칭한다.
대략적인 각도 제어 요소(200)는 적어도 하나의(예를 들어, 스위칭 가능한) 액정 요소를 가질 수 있다. 예를 들어, 액정 요소는 예를 들어 유리 기판 상의 2개의 전극들(예를 들어, 2개의 ITO 전극들) 사이에 배열된 액정 분자를 갖는 층을 가질 수 있다.
다양한 양태에서, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 복수의 액정 요소들을 가질 수 있다. 각각의 액정 요소는 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이 개별의 부분 편향 각도를 정의할 수 있다. 대략적인 각도 제어기(200)의 편향 각도는 복수의 부분 편향 각도들의 조합(합)으로 정의될 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소(200)는 선편광된 광을 원편광된 광으로 변환하기 위해 (제1) 액정 요소의 상류측에 배치된 람다/4-플레이트를 가질 수 있다.
대략적인 각도 제어 요소(200)(예를 들어, 적어도 하나의 액정 요소)는 액정 분극 격자(예를 들어, 스위칭 가능한 네마틱 액정 편광 격자, 예를 들어, 광중합성 중합체를 가짐)일 수 있거나 이를 가질 수 있다. 액정 편광 격자의 격자 주기는 편향 각도를 정의할 수 있다.
액정은 주기적으로 편광될 수 있고 액정 분자의 배향에 의해 정의되는 격자 구조를 가질 수 있다. 액정 분자의 정렬은 액정 편광 격자를 통해 전파되는 광의 편향 각도를 정의(예를 들어, 제어 또는 변경)할 수 있다. 액정 편광 격자는 입사광의 편광 및 격자 주기에 따라 세 가지 가능한 방향들(다른 양태에서, 세 가지 가능한 편향 각도들)로 광을 편향시키거나 투과시키도록 배열될 수 있다.
제1 동작 상태에서, 액정 편광 격자에 전압(예를 들어, 제어 전압)이 인가되지 않은 경우, 입사광은 그 편광에 따라 제1 방향 또는 제2 방향으로 편향된다(예를 들어, 편광 상태에 따라, 예를 들어 오른쪽 원형 또는 왼쪽 원형). 광은 제1 편향 각도 또는 제2 편향 각도(예를 들어, 격자의 광학 축에 대해 제1 편향 각도와 반대)로 편향된다. 이 경우 출사광의 편광이 또한 반대 직교 편광으로 역전된다(예를 들어, 오른쪽 원형에서 왼쪽 원형으로 또는 그 반대로). 제2 동작 모드에서, 전압 인가 시, 격자 주기(일부 양태에서, 격자 프로파일)가 소멸되고(quenched) 입사광이 실질적으로 변경되지 않고 통과할 수 있다(예를 들어, 본질적으로 0°의 값을 갖는 제3 편향 각도에서).
각도 제어기(204)는 액정 편광 격자를 제어하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 액정 분자의 배향(예를 들어, 액정 편광 격자의 하나 이상의 격자 속성들)을 제어하기 위해 제어 신호(예를 들어, DC 전압 이외의 전압)를 액정 편광 격자에 제공하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 각도 제어기(204)는 액정 편광 격자의 제1 격자 주기를 정의하기 위해(예를 들어, 격자 주기의 존재) 제1 각도 시간 주기에서 액정 편광 격자에 제1 제어 신호(예를 들어, 제1 제어 전압)를 제공하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 액정 편광 격자의 제2 격자 주기를 정의하기 위해(예를 들어, 격자 주기의 부재) 제2 각도 시간 주기에서 액정 편광 격자에 제2 제어 신호(예를 들어, 제2 제어 전압)를 제공하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1 제어 전압은 0 V의 값을 가질 수 있어, 개별의 격자 속성은 빛의 편광에 따라 (제1 또는 제2) 편향 각도를 제공할 수 있다. 다른 예로, 제2 제어 전압은 격자 주기를 소멸시키기 위해 제1 제어 전압의 값보다 큰 값을 가질 수 있고, 광이 변경되지 않고 격자를 통과할 수 있게 한다.
예시적으로, 각도 조절기(204)는 액정 편광 격자의 격자 주기를 제어하여 다양한 편향 각도들을 제공할 수 있다.
일부 양태에서, 액정 편광 격자는 복수의 액정 편광 격자들을 가질 수 있다. 각각의 액정 편광 격자는 각각 세 방향들로 광을 편향시키도록 구성될 수 있다. 각각의 액정 편광 격자는 더 큰 범위의 각도를 제공할 수 있는 편향 각도에서 더하거나 뺄 수 있다. 라서 가능한 편향 각도들의 수는 액정 편광 격자들의 수에 따라 달라질 수 있다. 이때, 제어 전압은 복수의 액정 편광 격자들의 격자 속성을 개별적으로 제어하기 위해 복수의 액정 편광 격자들에 인가되는 복수의 제어 전압들을 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 액정 층 및 편광 격자를 포함할 수 있다. 액정 층은 액정 층을 통해 전파되는 광의 편광을 정의하는 방식으로 배열될 수 있다. 액정 분자의 정렬은 액정 층을 통해 전파되는 광의 편광을 정의(예를 들어, 변경)한다. 분명히, 액정 층은 스위칭 가능한 편광 선택기, 예를 들어 스위칭 가능한 반파장 플레이트로 구성될 수 있다. 액정 층은 광의 편광을 변화시키지 않는 제1 상태와 광의 편광을 역전시키는(예를 들어, 우측 원형에서 좌측 원형으로 또는 그 반대로) 제2 상태를 가질 수 있다. 편광 격자는 편광에 기초하여 광의 편향 각도를 정의하도록 구성될 수 있다.
각도 제어기(204)는 액정 층을 통해 전파되는 광의 제1 편광을 정의하기 위해(즉, 액정 층을 제1 상태로 배치하기 위해) 제1 각도 제어 시간 주기에서 액정 층에 제1 제어 신호(예를 들어, 제1 제어 전압, 예를 들어 0 V)를 제공하도록 구성될 수 있다. 각도 제어기(204)는 액정 층을 통해 전파되는 빛의 제2 편광을 정의하기 위해(즉, 액정층을 제2 상태로 배치하기 위해) 제2 각도 제어 시간 주기에 액정 층에 제2 제어 신호(예를 들어, 제1 제어 전압보다 큰 제2 제어 전압)를 제공하도록 구성될 수 있다.
따라서 편광 격자는 제1 편광에 기초하여 제1 각도 제어 시간 주기의 광에 대한 제1 편향 각도를 제공하고 제2 편광에 기초하여 제2 각도 제어 시간 주기의 광에 대한 제2 편향 각도를 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 대략적인 각도 제어 요소(200)는 가능한 편향 각도들의 범위를 증가시키기 위해(위의 액정 편광 격자에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로) 복수의 액정 층들을 가질 수 있고 및/또는 복수의 편광 격자들을 가질 수 있다(예를 들어, 차례로 스택되거나 적층됨).
타일들의 수와 수평 및 수직 각도 확장(각도 범위라고도 함)은 액정 요소의 설계에 의해 선택될 수 있다. 타일의 수는 액정 층들의 수, 예를 들어 제어 가능한(스위칭 가능한) 층들의 수에 비례할 수 있다. 단지 수치적 예로서, 액정 요소는 20개보다 많은 타일들, 예를 들어 30개보다 많은 타일들, 예를 들어 50개보다 많은 타일들을 제공하도록 배열될 수 있다. 최대 타일들의 수는 액정 요소의 스위칭 시간(예를 들어, 액정 편광 격자 스위칭 시간)에 의해 제한될 수 있다.
도 3a 내지 3c 각각은 다양한 실시예에 따른 광원(300)의 개략도이다. 광원(300)은 라이다 시스템용 광원일 수 있으며, 예를 들어 광원(110)은 라이다 시스템(100)의 것일 수 있다.
광원(300)은 복수의 서브 광원들(302)(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 서브 광원들(112))을 가질 수 있다. 복수의 서브 광원들(302)의 서브 광원(302)은 일 방향(예를 들어, 나란히)으로 배열될 수 있다.
서브 광원들(302)은 수직 방향(도 3a 참조)으로 배열되거나 수평 방향(도 3b 참조)으로 배열될 수 있다. 다양한 양태에서, 서브 광원들(302)은 광원(300)의 광학 축(예를 들어, 라이다 시스템의 광학 축)과 90° 이외의 각도를 형성하는 방향으로 배열될 수 있다. 도 3c에 예로서 도시된 바와 같이, 서브 광원들(302)은 광학 축에 대해 45° 방향으로 배열될 수 있다.
복수의 서브 광원들(302)은 임의의 개수의 서브 광원들(302), 예를 들어 8개의 서브 광원들, 16개의 서브 광원들 또는 32개의 서브 광원들을 가질 수 있다. 서브 광원들(302)의 수는 서브 광원들(302)이 배열된 방향의 분해능을 결정할 수 있다. 일 예로 8개의 서브 광원들(302)이 수직 방향으로 배열된 경우, 서브 광원들(302)이 발광하는 시야의 섹션(304)(도 3d에 도시된 것과 같은)은 8개의 서브 섹션들(306)을 가질 수 있다. 각각의 서브 섹션(306)은 개별의 광원(302)에 의해 조명될 수 있다. 섹션(304)이 수평 방향으로 15°, 수직 방향으로 2.5°의 각도 확장을 갖는다면, 각각의 서브 광원(302)은 수평 방향으로 15° 및 수직 방향으로 0.31°의 각도 확장을 갖는 서브 섹션(306)을 조명할 수 있다. 예시적으로, 각 서브 광원(302)은 서브 광원(302)이 배열된 방향과 수직한 방향으로 섹션(304)을 완전히 조명할 수 있다. 각각의 서브 광원(302)은 서브 광원들(302)이 배열된 방향으로 서브 섹션(306)을 조명할 수 있다.
서브 섹션(306)은 예시적으로 개별의 서브 광원(302)에 의해 조명되는 픽셀로 이해될 수 있다. 시야를 수직 방향으로 8개의 타일들로 나누고 각 타일을 8개의 서브 섹션들(306)으로 나눈다면, 수치적 예로서 64개의 픽셀들이 지정될 수 있다.
광원(300)(예를 들어, 적어도 하나의 서브 광원(302), 예를 들어 각각의 서브 광원(302))은 가시광 및/또는 적외선 파장 범위의 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 광원(300)은 약 700nm 내지 약 2000nm의 파장 범위, 예를 들어 905nm 또는 1550nm에서 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
광원(300)은 적어도 하나의 레이저 광원을 가질 수 있다. 예를 들어, 서브 광원들(302)은 적어도 하나의 레이저 광원을 가질 수 있다(예를 들어, 각 서브 광원은 레이저 광원이거나 이를 가질 수 있음).
적어도 하나의 레이저 광원은 레이저 다이오드를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 레이저 다이오드는 에지 방출 레이저 다이오드 또는 디바이스 측 발광 다이오드일 수 있다.
광원(300)(예를 들어, 적어도 하나의 레이저 광원)은 레이저 바를 가질 수 있다. 예시적으로, 서브 광원들(302)은 레이저 바의 레이저 다이오드들일 수 있다. 예를 들어, 레이저 바의 고속 축은 서브 광원들(302)이 배열된 방향을 따라 정렬될 수 있다. 단지 수치적인 예로서, 레이저 바는 수평 방향으로 크기가 0.1mm이고 수직 방향으로 0.48mm인 활성 영역을 가질 수 있다.
광원(300)은 도 3e, 3f, 3g 및 3h에 도시된 바와 같은 발광 시스템(310)의 일부일 수 있다(예를 들어, 발광 시스템(310)은 라이다 시스템(100)의 발광 시스템일 수 있다).
발광 시스템(310)은 광원(300)(예를 들어, 복수의 서브 광원들(302))을 제어하기 위한 발광 제어기(312)를 가질 수 있다. 발광 제어기(312)는 라이다 시스템(100)의 발광 제어기(118)의 일 예일 수 있다.
발광 제어기(312)는 서브 광원들(302)이 순차적으로(예를 들어, 각각의 방출 시간 주기에서) 광을 방출하도록 복수의 서브 광원들(302)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예시적으로, 동작 모드는 단일 서브 광원(302)(예를 들어, 단일 레이저 다이오드)만이 스트립(예를 들어, 수평 방향으로 서브 섹션)을 펄스화하고 조명하도록 하는 것일 수 있다. 이 스트립 내의 공간 분해능은 검출기(예를 들어, 검출기들의 컬럼)에 의해 획득되며, 이는 도 4a 내지 4e를 참조하여 더 자세히 설명될 것이다.
발광 제어기(312)는 제1 서브 광원이 제1 발광 시간 주기(예를 들어, 제1 서브 광원에 할당됨)에 발광하고, 제2 서브 광원이 제2 발광 시간 주기(예를 들어, 제2 서브 광원에 할당됨)에 발광하는 방식으로 제1 서브 광원 및 제2 서브 광원을 제어하도록 구성될 수 있다. 제2 방출 시간 주기는 제1 방출 시간 주기를 뒤 따를 수 있다(예를 들어, 사이에 추가 방출 시간 주기 없이 제1 방출 시간 주기 직후).
발광 제어기(312)는 다음 서브 광원(302)이 광을 방출하도록 제어하기 전에 서브 광원(302)이 광을 방출한 후 대기 시간을 기다리는 방식으로(예를 들어, 제1 서브 광원이 발광한 후 제2 서브 광원을 제어하여 발광시키기 전) 구성될 수 있다. 연속적인 방출 시간 주기들 사이의 대기 시간(예를 들어, 제1 방출 시간 주기와 제2 방출 시간 주기 사이)은 방출된 광의 최대 통과 시간(transit time)보다(예를 들어, 라이다 시스템(100)과 같이 발광 시스템이 내장된 라이다 시스템의 최대 통과 시간보다) 크거나 같을 수 있다.
최대 통과 시간은 2*d최대/c로 계산될 수 있으며, 여기서 d최대는 라이다 시스템의 최대 범위(다양한 양태에서 오브젝트가 포함되어 있고 여전히 검출될 수 있는 시스템으로부터의 최대 거리)이고, c는 빛의 속도이다. 수치적 예로서, 대기 시간은 100ns 초과, 예를 들어 1μs 초과, 예를 들어 2μs 초과(약 300m의 최대 범위에 대응)일 수 있다. 이는 라이다 시스템의 검출기(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 검출기(104))가 어느 펄스가 수신되고 있는지 구별할 수 있게 할 수 있다.
발광 제어기(312)는 라이다 시스템의 각도 제어기(예를 들어, 각도 제어기(204))에 따라 서브 광원(302)을 제어하도록 구성될 수 있다.
발광 제어기(312)는 각각의 서브 광원(302)이 라이다 시스템의 대략적인 각도 제어 요소(예를 들어 대략적인 각도 제어 요소(118))에 의해 제공되는 각각의 편향 각도에 대해 광을 방출하도록 서브 광원들(302)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 서브 광원(302)은 각도 제어기에 의해 정의된 각도 제어 시간 주기에 발광하도록 제어될 수 있다. 일 예로서, 발광 제어기(312)는 각각의 서브 광원(302)이 제1 각도 제어 시간 주기 내의 개별의 발광 시간 주기에서 발광하고, 각각의 서브 광원(302)이 제2 각도 제어 시간 주기 내의 개별의 발광 시간 주기에서 발광하도록 서브 광원들(302)을 제어하도록 구성될 수 있다.
발광 시스템(310)은 도 3f 내지 3h에 도시된 바와 같이 광학 어레이(예를 들어, 광학 어레이 송신기(314))를 가질 수 있다. 광학 어레이 송신기(314)는 광원(300)의 하류측, 예를 들어 광원(300)과 시야 사이에 배열될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 송신기(314)는 광원(300)으로부터의 광을 대략적인 각도 제어 요소로 지향(예를 들어, 포커싱 또는 시준)시키기 위해 광원(300)과 대략적인 각도 제어 요소 사이(예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소(118))에 배열될 수 있다. 광학 어레이 송신기(314)는 하나 이상의 시준기 렌즈들(시준 렌즈라고도 함)와 같은 하나 이상의 렌즈들을 가질 수 있다.
광학 어레이 송신기(314)는 광원(300)에 의해 방출된 광을 시야 상으로(예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소 상으로) 시준하기 위한 제1 시준기 렌즈(316)(예를 들어, 제1 원통형 렌즈)를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈(316)는 방출된 광을 광원(300)의 느린 축의 방향으로 시준시키기 위해 느린 축 시준기 렌즈일 수 있다. 수치적 예로서, 제1 시준기 렌즈(316)는 약 44mm의 초점 거리를 가질 수 있다.
제1 시준기 렌즈(316)는 시준된 광이 제1 시준기 렌즈(316)에 의해 시준되는 방향으로 시야의 타일의 서브 섹션만을 채우도록 광을 시준할 수 있다. 예를 들어, 제1 시준기 렌즈(316)는 필요한(예를 들어, 수평) 각도(예를 들어, 7.5°)로 빔 확장을 감소시킬 수 있다.
광학 어레이 송신기(314)는 제2 시준기 렌즈(318)(예를 들어, 제2 원통형 렌즈)를 가질 수 있다. 제2 시준기 렌즈(318)는 광원(300)에서 방출된 광을 제1 시준기 렌즈(316)에 시준시키기 위해 광원(300)과 제1 시준기 렌즈(316) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 시준기 렌즈(318)는 광원(300)의 고속 축 방향으로 출사된 광을 시준하는 고속 축 시준기 렌즈일 수 있다. 제2 시준기 렌즈(318)는 빔 형성을 위해 구성될 수 있다. 수치적 예로서, 제2 시준기 렌즈(318)는 약 38μm의 초점 거리를 가질 수 있다.
제1 시준기 렌즈(316) 및 제2 시준기 렌즈(318)의 초점 거리는 광원(300)의 크기, 예를 들어 레이저 바의 활성 영역의 폭에 따라 선택(예를 들어, 조정)될 수 있음이 이해된다.
광학 어레이 송신기(314)는 도 3g(수직 방향으로 배열된 4개의 레이저 다이오드들과 같은 서브 광원들용) 및 도 3h(수평 방향으로 배열된 서브 광원들용)에 도시된 바와 같이 다중 렌즈 어레이(320)를 가질 수 있다. 다중 렌즈 어레이는 복수의 서브 광원들의 각각의 서브 광원에 의해 방출되는 광을 혼합하도록 구성될 수 있다. 다중 렌즈 어레이(320)는 제1 시준기 렌즈(316)의 하류, 예를 들어 제1 시준기 렌즈(316)와 대략적인 각도 제어 요소(예를 들어 대략적인 각도 제어 요소(118)) 사이에 배열될 수 있다.
다중 렌즈 어레이(320)는 예를 들어, 복수의 구역들(예를 들어, 제1 구역(320-1) 및 제2 구역(320-2))과 같은 구역 구조(삽입도(322) 참조)를 가질 수 있다. 다중 렌즈 어레이(320)는 서브 광원들(302)에서 방출되는 광을 강하게(즉, 샤프하게) 분리시킬 수 있다. 구역 구조는 복수의 서브 광원들(302)이 배열된 방향(예를 들어, 도 3g의 수직 방향 또는 도 3h의 수평 방향)으로 배열될 수 있다. 다중 렌즈 어레이(320)는 가상 소스 크기를 증가시켜 예를 들어 적외선 영역에서 광이 방출되는 경우 눈의 안전을 증가시킬 수 있다.
도 4a 내지 4c는 각각 개략도로 검출기(400)를 도시한다. 검출기(400)는 라이다 시스템용 검출기일 수 있으며, 예를 들어 검출기(104)는 라이다 시스템(100)으로부터의 것일 수 있다. 검출기(400)는 시야로부터(예를 들어, 라이다 시스템의 시야로부터) 광을 검출하도록 구성될 수 있다. 검출기(400)는 복수의 검출기 픽셀들(402)(예를 들어, 라이다 시스템(100)의 검출기 픽셀(106))을 가질 수 있다. 복수의 검출기 픽셀들(402)의 검출기 픽셀들(402)은 일 방향(예를 들어, 나란히)으로 배열될 수 있다.
검출기 픽셀들(402)은 수평 방향(도 4a 참조) 또는 수직 방향(도 4b 참조)으로 배열될 수 있다. 검출기 픽셀들(402)은 검출기(400)의 광학 축(예를 들어, 라이다 시스템의 광학 축)과 90° 이외의 각도를 이루는 방향으로 배열될 수 있다. 도 4c에 예로서 도시된 바와 같이, 검출기 픽셀들(402)은 광학 축에 대해 45° 방향으로 배열될 수 있다. 복수의 검출기 픽셀들(402)은 임의의 개수의 검출기 픽셀들(402), 예를 들어 64개의 검출기 픽셀들 또는 128개의 검출기 픽셀들을 가질 수 있다.
검출기(400)의 크기는 검출기(400)가 광을 검출하는 시야(도 4d에 도시된 것과 같은)의 타일(404)의 크기에 대응할 수 있다. 단지 수치적 예로서, 검출기(400)(예를 들어, 1x64 픽셀 APD 어레이)는 2.5mm x 15mm의 치수를 가질 수 있고, 이는 수평으로 15° x 수직으로 2.5°로 측정되는 타일(404)(셀이라고도 함)에 대응한다. 예시적으로, 검출기(400)는 (예를 들어, LCPG 셀과 같은) 타일(404)과 동일한 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다.
검출기 픽셀들(402)의 수는 검출기 픽셀들(402)이 배열된 방향의 분해능을 결정할 수 있다. 수치적 예로서, 64개의 검출기 픽셀들(402)이 수평 방향으로 배열된 경우(예를 들어, 64-픽셀 APD 어레이에서), 각 검출기 픽셀(402)은 15° 폭 타일(404)의 1/64를 수평으로 매핑하고 타일(404)의 전체 2.5°를 수직으로 매핑할 수 있다. 예시적으로, 각각의 검출기 픽셀(402)은 타일(404)의 서브 섹션(406)으로부터 광을 검출할 수 있다. 이 구성에서는 약 0.23°의 수평 분해능이 달성될 수 있다. 분해능은 128개의 검출기 픽셀들(402)이 사용되는 경우(예를 들어, 128 픽셀 APD 어레이에서) 증가될 수 있다.
검출기(400)는 복수의 검출기들(예를 들어, 서브 검출기들)을 가질 수 있다. 예를 들어, 시야에서 광을 검출하기 위해 다중 검출기들이 사용될 수 있다. 검출기들은 나란히 배열될 수 있으며, 예를 들어 각각의 검출기는 (개별의 컬럼 또는 로우로부터 광을 검출하기 위해) 시야의 개별의 컬럼 또는 로우에 할당될 수 있다. 예를 들어, 검출기(400)는 7개의 검출기들을 가질 수 있으며, 각각의 검출기는 64개의 검출기 픽셀들을 갖고, 448개의 픽셀들이 사용되어 광이 검출될 수 있다(수평 또는 수직 방향에서).
검출기(400)(예를 들어, 검출기 픽셀들(402))는 적어도 하나의 포토다이오드를 가질 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의(예를 들어, 각각의) 검출기 픽셀(402)은 포토다이오드를 가질 수 있거나 개별의 포토다이오드에 결합될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 포토다이오드는 애벌런치(avalanche) 포토다이오드, 예를 들어 단일 광자 애벌런치 포토다이오드일 수 있다. 예를 들어, 검출기(400)는 APD 로우 또는 SPAD 로우일 수 있거나 이를 가질 수 있다. 예시적으로, 검출기(400)는 다중 픽셀 단일 광자 애벌런치 포토다이오드이거나 이를 가질 수 있다.
광학 어레이 수신기(408)는 도 4e에 도시된 바와 같이 시야를 검출기(400)에 매핑하는 데 사용될 수 있다. 수신기 광학장치는 전체 시야가 검출기(400) 상에(예를 들어, APD 로우 상에) 매핑되는 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 수신기(408)는 시야의 개별의 서브 섹션을 검출기 픽셀(402)(예를 들어, 서브 섹션에 할당됨)에 매핑하는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 광학 어레이 수신기(408)는 검출기(400)와 라이다 시스템의 대략적인 각도 제어 요소(예를 들어, 대략적인 각도 제어 요소(118)) 사이에 배열될 수 있다. 광학 어레이 수신기(408)는 하나 이상의 렌즈들(예를 들어, 하나 이상의 포커싱 렌즈들)을 가질 수 있다. 도 4e의 예시적인 구성에서, 광학 어레이 수신기(408)는 (예를 들어, 수직 및 수평 방향으로) 검출기(400) 상에 광을 포커싱하는 렌즈(410)를 가질 수 있다. 렌즈(410)는 수평 방향과 수직 방향으로 동일한 초점 거리, 예를 들어 57mm를 가질 수 있다.
도 5a, 5b 및 5c는 각각 개략적 표현으로 라이다 시스템(500)을 도시한다. 라이다 시스템(500)은 라이다 시스템(100)의 예시적인 구현예일 수 있다. 도 5b 및 5c의 방출기 측에는 하나의 광학 요소(예를 들어, 다중 렌즈 어레이)만 도시되어 있지만 다른 광학 요소도 존재할 수 있음을 이해해야 한다(예를 들어, 느린 축 시준기 렌즈 및/또는 고속 축 시준기 렌즈).
도 5a의 예시적인 구성에서, 라이다 시스템(500)은 수신기 측에 검출기(502)를 가질 수 있다. 검출기는 예를 들어 수평 방향으로 배열된 64개의 검출기 픽셀들(예를 들어, 64개 채널들), 예를 들어 64개의 애벌랜치 포토다이오드들을 갖는 어레이를 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 광을 검출기(502)로 지향시키기 위해(예를 들어, 포커싱하기 위해) 수신기 측에 수신기 광학장치(504), 예를 들어 렌즈(예를 들어, 포커싱 렌즈)를 더 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 방출기 측에 레이저 모듈(506), 예를 들어 수직 방향으로 배열된 8개의 레이저 다이오드들을 갖는 레이저 바를 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 레이저 모듈(506)에 의해 방출된 광을 시준하기 위해 방출 광학장치를 가질 수 있다. 예를 들어, 라이다 시스템(500)은 제1 시준기 렌즈(508)(예를 들어, 고속 축 시준기 렌즈) 및 제2 시준기 렌즈(510)(예를 들어, 느린 축 시준기 렌즈)를 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 각도 제어 스테이지에서 액정 편광 격자와 같은 대략적인 각도 제어 요소(512)를 가질 수 있다. 수치적인 예로서 액정 편광 격자는 수평 방향 크기(예를 들어, 폭)가 약 50mm이고 수직 방향 크기(예를 들어, 높이)가 약 50mm일 수 있다.
도 5b의 예시적인 구성에서, 라이다 시스템(500)은 수신기 측에 검출기(514), 예를 들어 수평 방향으로 배열된 32 또는 64개의 검출기 픽셀들(예를 들어, 32 또는 64개의 애벌런치 포토다이오드들)을 갖는 1D 검출기 로우를 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 광을 검출기(514)로 지향시키기 하기 위해 수신기 측에 수신기 광학장치(516)를 더 가질 수 있다. 수신기 광학장치(516)는 타일(518)(예를 들어, LCPG 타일)로부터의 광이 검출기(514) 상에 매핑되는 방식으로 구성될 수 있다. 타일(518)의 서브 섹션들(이는 수평 방향을 따라 배열됨)은 수신기 광학장치(516)에 의해 개별의 검출기 픽셀들에 매핑된다. 예를 들어, 스트라이프형 서브 섹션(518-1)은 스트라이프형 검출기 픽셀(514-1)(예를 들어, APD 셀)에 매핑될 수 있다. 예를 들어, 타일(518)은 수평 방향으로 7.5°, 수직 방향으로 4°의 각도 확장을 가질 수 있다. 라이다 시스템(500)은 방출기 측에 레이저 모듈(520), 예를 들어, 수직 방향으로 배열된 16개의 레이저 다이오드들을 갖는 레이저 바(예를 들어, 1D 이미터 컬럼)를 가질 수 있다(예를 들어, 16 폴드 레이저 바). 라이다 시스템(500)은 레이저 모듈(520)에 의해 방출된 광을 시야로 지향시키는 다중 렌즈 어레이(522)를 가질 수 있다. 다중 렌즈 어레이(522)는 레이저 모듈(520)의 각 레이저 다이오드로부터의 광이 타일(518)의 개별의 서브 섹션(수직 방향으로 배열된 서브 섹션 중)(예를 들어, 서브 섹션(518-2))을 조명하도록 구성될 수 있다.
도 5c의 라이다 시스템(500)은 역 구성으로 도 5b의 시스템과 동일한 컴포넌트들을 가질 수 있다. 도 5c의 구성에서, 검출기는 수직 방향으로 배열된 514개의 검출기 픽셀들을 가질 수 있다. 레이저 모듈(520)(및 다중 렌즈 어레이(522))은 수평 방향으로 배열될 수 있다. 그에 따라 타일(518)의 서브 섹션들의 배열이 역전될 수 있다. 예를 들어, 타일(518)은 수평 방향으로 4°, 수직 방향으로 6°의 각도 확장을 가질 수 있다.
라이다 시스템(500)은 예를 들어 도 3g, 3h 및 5a에 도시된 바와 같이 배열된 느린 축 시준기 렌즈 및 고속 축 시준기 렌즈를 방출기 측에 더 가질 수 있으며, 이는 명확성을 위해 도 5b 및 5c에는 도시되지 않았다.
라이다 시스템 100
시야 102
검출기 104
검출기 픽셀 106
광학 축 108
광원 110
서브 광원 112
대략적인 각도 제어기 114
타일 116
제1 타일 116-1
제2 타일 116-2
발광 제어기 118
방향 152
방향 154
방향 156
대략적인 각도 제어 요소 200
시야 202
제1 타일 202-1
제2 타일 202-2
각도 제어기 204
광원 300
서브 광원 302
시야 타일 304
서브 섹션 306
발광 시스템 310
발광 제어기 312
광학 어레이 송신기 314
시준기 렌즈 316
시준기 렌즈 318
다중 렌즈 어레이 320
구역 320-1
구역 320-2
삽입도 322
검출기 400
검출기 픽셀 402
시야 타일 404
서브 섹션 406
수신기 광학 어레이 408
렌즈 410
라이다 시스템 500
검출기 502
수신기 광학장치 504
레이저 모듈 506
시준기 렌즈 508
시준기 렌즈 510
대략적인 각도 제어 요소 512
검출기 514
검출기 픽셀 514-1
수신기 광학장치 516
타일 518
서브 섹션 518-1
서브 섹션 518-2
레이저 바 520
다중 렌즈 어레이 522
제어 신호 S1
제어 신호 S2

Claims (10)

  1. 라이다(LIDAR) 시스템(100)에 있어서,
    - 시야(field of view)(102)로부터 광을 검출하는 방식으로 구성된 검출기(detector)(104),
    - 여기서, 상기 검출기(104)는 제1 방향을 따라 배열된 복수의 검출기 픽셀들(106)을 갖고,
    - 여기서, 상기 복수의 검출기 픽셀들(106)의 각각의 검출기 픽셀(106)은 상기 시야(102)의 개별의 서브 섹션(sub-section)에 할당될 수 있고,
    - 상기 시야(102)로 광을 방출하는 방식으로 구성된 복수의 서브 광원들(112)을 갖는 광원(110),
    - 여기서, 상기 복수의 서브 광원들(112)의 상기 서브 광원(112)은 상기 제1 방향에 대해 각을 이루는 제2 방향을 따라 배열되고,
    - 여기서, 상기 복수의 서브 광원들(112)의 각각의 서브 광원(112)은 상기 시야(102)의 개별의 서브 섹션에 할당되고,
    - 상기 광원(110)에서 상기 시야로 광을 편향시키고 상기 시야(102)에서 상기 검출기(104)로 광을 편향시키도록 배열된 대략적인 각도 제어 요소(coarse angle control element)(114), 및
    - 상기 복수의 서브 광원들(112)의 각각의 서브 광원(112)이 개별의 발출 시간 주기에서 발광하는 방식으로 상기 복수의 서브 광원들(112)의 상기 서브 광원(112)을 제어하도록 구성된 발광 제어기(118)를 포함하는, 라이다 시스템(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방향은 상기 제1 방향에 수직인, 라이다 시스템(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 대략적인 각도 제어 요소(114)는 상기 시야(102)의 섹션을 조명하기 위해 상기 광원(110)으로부터의 광을 제1 편향 각도로 편향시키도록 구성되고, 및/또는
    상기 대략적인 각도 제어 요소(114)는 상기 시야(102)의 섹션으로부터 상기 검출기(104) 상으로 광을 편향시키기 위해 상기 시야(102)로부터의 광을 제2 편향 각도로 편향시키도록 구성되는, 라이다 시스템(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 서브 광원들(112)은 제1 서브 광원 및 제2 서브 광원을 갖고,
    상기 발광 제어기(118)는 상기 제1 서브 광원이 제1 방출 시간 주기에 발광하고 상기 제2 서브 광원이 제2 방출 시간 주기에 발광하도록 상기 제1 서브 광원 및 상기 제2 서브 광원을 제어하도록 구성되고,
    상기 제1 방출 시간 주기와 상기 제2 방출 시간 주기 사이의 대기 시간은 상기 방출된 광의 최대 통과 시간(transit time)보다 크거나 실질적으로 동일한, 라이다 시스템(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편향된 광의 편향 각도를 정의하기 위해 상기 대략적인 각도 제어 요소(114)의 하나 이상의 광 편향 속성들을 제어하도록 구성된 각도 제어기(204)를 더 포함하는, 라이다 시스템(100).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 대략적인 각도 제어 요소(114)는 액정 편광 격자(liquid crystal polarization grating)이거나 액정 편광 격자를 갖고,
    상기 각도 제어기(204)는 액정 분자의 정렬을 제어하기 위해 상기 액정 편광 격자에 제어 신호를 제공하도록 배열되고, 상기 액정 분자의 배열은 상기 액정 편광 격자의 격자주기를 정의하는, 라이다 시스템(100).
  7. 제5항에 있어서,
    상기 대략적인 각도 제어 요소(114)는 액정 층 및 편광 격자를 갖고,
    상기 각도 제어기(204)는 상기 액정 층의 액정 분자의 정렬을 제어하기 위해 상기 액정 층에 제어 신호를 제공하도록 구성되고, 상기 액정 분자의 정렬은 상기 액정 층을 통해 전파되는 광의 편광을 정의하는, 라이다 시스템(100)
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원(110)은 적어도 하나의 레이저 광원을 갖는, 라이다 시스템(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(104)는 광이 적어도 하나의 포토다이오드(photodiode)에 충돌할 때 전기 신호를 생성하도록 구성된 상기 적어도 하나의 포토다이오드를 갖는, 라이다 시스템(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시야로부터 광을 수신하고 상기 수신된 광을 상기 검출기(104)로 지향시키도록 구성된 광학 어레이 수신기(optical array receiver)(408), 및/또는
    상기 광원(110)으로부터 광을 수신하고 상기 수신된 광을 상기 대략적인 각도 제어 요소(114)로 지향시키도록 구성된 광학 어레이 송신기(314)를 더 갖고,
    여기서, 선택적으로, 상기 광학 어레이 송신기(314)는 상기 복수의 서브 광원들의 각각의 서브 광원에 의해 방출된 광을 혼합하기 위한 다중 렌즈 어레이를 갖는, 라이다 시스템(100).
KR1020227046154A 2020-06-09 2021-06-01 대략적인 각도 제어가 가능한 라이다 시스템 KR20230042439A (ko)

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