LIDAR装置和用于操作LIDAR装置的方法制造方法及图纸

本申请涉及光探测和测距(LIDAR)装置和用于操作LIDAR装置的方法。在一个实施方式，光探测和测距(LIDAR)装置包括光源，该光源发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围。LIDAR装置还包括配置为接收光束并且将光束朝向目标扫描区域重新引导的第一微型机电系统(MEMS)镜。第一MEMS镜配置为竖直和水平地倾斜，从而以多个角度重新引导光束。LIDAR装置还包括光探测器，该光探测器用于接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束。第一MEMS镜相对于光源在多个方向上倾斜，以允许光源发射光束并且允许光探测器接收反射光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。

LIDAR device and method for operating LIDAR device

The application relates to a device for optical detection and ranging (LIDAR) and a method for operating a LIDAR device. In one embodiment, the light detection and ranging (LIDAR) device includes a light source that emits a beam to scan a directional range related to the target scanning area. The LIDAR device also includes a first micro electromechanical system (MEMS) mirror configured to receive the beam and redirect the beam toward the target scanning area. The first MEMS mirror is configured to tilt vertically and horizontally, thereby redirecting the beam at various angles. The LIDAR device also includes a photodetector for receiving beams from one or more objects located in the target scanning area. The first MEMS mirror tilts in multiple directions relative to the light source to allow the light source to emit beams and allow the photodetector to receive the reflected beams, thereby obtaining multiple angular resolutions for one or more objects.

【技术实现步骤摘要】
LIDAR装置和用于操作LIDAR装置的方法
本专利技术的实施方式总体涉及操作自动驾驶车辆。更具体地，本专利技术的实施方式涉及用于操作自动驾驶车辆的光探测和测距(LIDAR)装置。
技术介绍
以自动驾驶模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可以将乘员(尤其是驾驶员)从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时，车辆可以使用车载传感器导航到各个位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。LIDAR技术已经广泛用于军事、地理、海洋，并且在最近十年用于自动驾驶车辆。其他方面暂且不说，LIDAR在自动驾驶车辆中的应用已经受到高成本的阻碍。LIDAR装置可在扫描场景的同时估测到对象的距离，从而汇总出表示对象的反射表面的点云。可通过发送激光脉冲并且检测从对象反射的返回脉冲(如果存在返回脉冲)以及根据发送脉冲与接收到反射脉冲之间的时间延迟确定到对象的距离来确定点云中的各个点。一束或者多束激光可快速且重复地扫遍场景，从而提供与到场景中的反射对象的距离相关的连续的实时信息图1示出典型的LIDAR装置。参照图1，LIDAR装置180包括光束转向光学器件184，其中，激光束186被引导至光束转向光学器件184。光束转向光学器件184是指引激光束186(例如，水平地旋转)扫遍扫描区域的转角镜。转角镜184绕着与激光束186的初始下降路径大致平行且大体共线的轴线旋转。转角镜184沿着参考箭头指示的方向188旋转。一般地，镜184以固定角度附接至测距器182的框架。镜184根据旋转方向188与整个LIDAR装置180一起旋转。最普遍的LIDAR设计包括：16至64个907纳米(nm)的半导体激光器；相应的探测器；以及堆叠成单个组件以在堆叠方向提供角分辨率。于是，整个组件绕轴线机械旋转以实现二维(2D)扫描。为了获得多个角分辨率，多个LIDAR装置180可竖直地堆叠在一起，每个LIDAR装置180对应于目标角分辨率中的一个。需求的激光器和探测器的数量极大地限制了用于降低成本的先前努力的实现。
技术实现思路
本申请涉及光探测和测距装置和用于操作光探测和测距装置的方法。在本申请的一方面，公开了一种光探测和测距装置，包括：光源，发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；第一微型机电系统镜，配置为接收光束并将光束朝向目标扫描区域重新引导，其中，第一微型机电系统镜配置为相对于光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导光束；以及光探测器，接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反向的光束，其中，第一微型机电系统镜倾斜以允许从光源发射的光束以多个角度反射并允许光探测器以多个角度接收所反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。在本申请的另一方面，公开了一种用于操作光探测和测距装置的方法，包括：通过光源发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；通过第一微型机电系统镜接收光束并将光束朝向目标扫描区域重新引导，其中，第一微型机电系统镜配置为相对于光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导光束；以及通过光探测器接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反射的光束，其中，第一微型机电系统镜在多个方向上倾斜以允许光源发射光束并允许光探测器接收所反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。附图说明本专利技术的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考数字指示相似元件。图1示出典型的LIDAR装置。图2是示出根据本专利技术的一个实施方式的联网系统的框图。图3是示出根据本专利技术的一个实施方式的自动驾驶车辆的示例的框图。图4是示出根据本专利技术的一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知和规划系统的示例的框图。图5是示出根据本专利技术的一个实施方式的LIDAR装置的示例的图。图6是示出根据本专利技术的一个实施方式的LIDAR装置的配置的示例的框图。图7示出根据本专利技术的另一个实施方式的LIDAR装置的示例的图。图8是示出根据本专利技术的另一个实施方式的LIDAR装置的配置的示例的框图。图9是示出根据本专利技术的另一个实施方式的LIDAR装置的配置的示例的框图。图10是示出根据本专利技术的一个实施方式的操作LIDAR装置的过程的流程图。图11是示出根据一个实施方式的数据处理系统的框图。具体实施方式将参考以下所讨论的细节来描述本专利技术的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是对本专利技术的说明，而不应当解释为限制本专利技术。描述了许多特定细节以提供对本专利技术各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本专利技术的实施方式的简洁讨论。本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本专利技术的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一个实施方式。根据一些实施方式，LIDAR装置包括发射光束(例如，激光束)的光源(例如，激光器)以及将光束朝向目标区域反射的镜。光源和镜水平旋转以扫描目标区域。此外，镜配置为在多个方向上(诸如，向上或向下)倾斜或摆动成特定程度，从而以多个角度发射光束。LIDAR装置能以多个角度接收从目标区域内的对象反射的光束，其可用于推导或得出扫描对象的多个角分辨率。因此，单个LIDAR装置(具有单个光源和单个光探测器)可扫描和获取对象的多个角分辨率。可减少扫描对象所需要的LIDAR装置的数量(或光源和光探测器的数量)以及也可减少用于操作自动驾驶车辆(ADV)的成本。在一个实施方式中，LIDAR装置包括发射光束的光源、第一微型机电系统(MEMS)镜和光探测器。光源发射光束(例如，以光脉冲的形式)以扫描目标扫描区域的定向区域或范围。第一MEMS镜接收光束并朝向目标扫描区域重新引导(或反射)光束。第一MEMS镜配置为在多个方向或角度上倾斜或摆动，以将光束重新引导至多个角度(例如，竖直和/或水平角度)上。光探测器接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束。光源、第一MEMS镜和光探测器配置为水平旋转以扫描视场，同时第一MEMS镜在多个方向或角度上倾斜或摆动以允许从光源发射的光束以多个角度反射并允许光探测器以多个角度接收反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。根据另一个实施方式，LIDAR装置还包括第二MEMS镜，第二MEMS镜定位成接收从一个或多个对象反射的光束并且以多个角度将所接收的光束重新引导至光探测器。第二MEMS镜配置为在多个方向或角度上倾斜或摆动以从多个角度接收反射的光束，其中所述光束表征一个或多个对象的多个角分辨率。在一个实施方式中，第一MEMS镜和第二MEMS镜配置为根据预定同步方案摆动，使得从光源发射的光束分别能以多个角度反射并且光探测器能以多个角度接收反射光束。根据另一个实施方式，第一MEMS镜是具有第一反射表面和第二反射表面的双面镜。第一反射表面将来自光源的光束朝向目标扫描区域重新引导。第二反射表面接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束。在一个实施方式中，静止镜定位成接收从对象反射的光束并且将反射光束重新引导至第一MEMS镜的第二反射表面。因此，第一MEMS镜的第二反射表面之后可将光束反射并重新引导至光探测器。静止镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.光探测和测距装置，包括：光源，发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；第一微型机电系统镜，配置为接收所述光束并将所述光束朝向所述目标扫描区域重新引导，其中，所述第一微型机电系统镜配置为相对于所述光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导所述光束；以及光探测器，接收从位于所述目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反向的光束，其中，所述第一微型机电系统镜倾斜以允许从所述光源发射的所述光束以所述多个角度反射并允许所述光探测器以所述多个角度接收所反射的光束，从而获得所述一个或多个对象的多个角分辨率。

【技术特征摘要】
2017.02.14 US 15/432,8041.光探测和测距装置，包括：光源，发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；第一微型机电系统镜，配置为接收所述光束并将所述光束朝向所述目标扫描区域重新引导，其中，所述第一微型机电系统镜配置为相对于所述光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导所述光束；以及光探测器，接收从位于所述目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反向的光束，其中，所述第一微型机电系统镜倾斜以允许从所述光源发射的所述光束以所述多个角度反射并允许所述光探测器以所述多个角度接收所反射的光束，从而获得所述一个或多个对象的多个角分辨率。2.根据权利要求1所述的光探测和测距装置，还包括第二微型机电系统镜，所述第二微型机电系统镜定位成接收从所述一个或多个对象反射的光束并且将所接收的光束重新引导至所述光探测器。3.根据权利要求2所述的光探测和测距装置，其中，所述第二微型机电系统镜配置为在多个方向上倾斜，以从所述多个角度接收表征所述多个角分辨率的所反射的光束。4.根据权利要求3所述的光探测和测距装置，其中，所述第一微型机电系统镜和所述第二微型机电系统镜配置为根据预定同步方案倾斜，分别使得从所述光源发射的所述光束能够以所述多个角度反射以及所述光探测器能够以所述多个角度接收所反射的光束。5.根据权利要求3所述的光探测和测距装置，还包括：第一透镜，接收以第一角度从一个或多个对象反射的光束，并且以第二角度将所反射的光束传输至所述第二微型机电系统镜；以及第二透镜，从所述第二微型机电系统镜接收所反射的光束，并且将所反射的光束以发散的方式传输至所述光探测器。6.根据权利要求1所述的光探测和测距装置，其中，所述第一微型机电系统镜是具有第一反射表面和第二反射表面的双面镜，其中，所述第一反射表面将所述光束朝向所述一个或多个对象重新引导。7.根据权利要求6所述的光探测和测距装置，其中，所述第二反射表面接收从所述一个或多个对象反射的所反射的光束并将所反射的光束重新引导至所述光探测器。8.根据权利要求7所述的光探测和测距装置，还包括静止镜，所述静止镜定位成从所述一个或多个对象接收所反射的光束，并且将所反射的光束重新引导至所述第一微型机电系统镜的所述第二反射表面。9.根据权利要求8所述的光探测和测距装置，其中，所述静止镜定位成具有固定的定向而不倾斜。10.根据权利要求1所述的光探测和测距装置，还包括：第一透镜，具有预定焦点以从所述光源接收所述光束，并且将所述光束转换成引导至所述第一微型机电系统镜的聚焦光束；以及第二透镜，从所述第一微型机电系统镜接收所述聚焦光束...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩阳，申耀明，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US