本发明专利技术的实施例涉及一种激光扫描的装置和方法。一种装置包括：激光光源，被配置为向目标传输光脉冲束，从而在目标上投影至少一个对应的束斑；以及根据网格分布的具有多个传感器的传感器阵列，传感器阵列中的传感器被配置为响应于光脉冲束的至少一个光脉冲从目标中的视场FOV区域的反射而感测入射到传感器上的光脉冲，传感器阵列中的传感器还被配置为提供指示光脉冲入射到传感器上的时间的信号。传感器阵列的FOV区域根据网格而被分割为网格单元。传感器阵列中的每个传感器被配置为感测从FOV区域中的相应网格单元反射的至少一个回波光脉冲。装置还包括光束转向装置，被配置为改变光脉冲束的传输方向，从而在FOV区域中的每个网格单元中投影至少一个束斑。网格单元中投影至少一个束斑。网格单元中投影至少一个束斑。
【技术实现步骤摘要】
激光扫描的装置和方法
[0001]本说明书涉及用于扫描多维(例如，2D或3D)环境的系统，例如，诸如激光扫描仪或LIDAR(激光雷达)。
[0002]例如，一个或多个实施例可以被用于机器人或车辆自主导航系统中。
技术介绍
[0003]被配置为通过测量激光束的飞行时间(TOF)(即，光脉冲从光源传播到目标并返回(回波)所花费的时间)来测量与周围环境的距离的电子系统被称为光检测和测距(简称为LIDAR)或激光扫描仪系统。
[0004]为了获得TOF测量结果，可以采用时间数字(TDC)转换器设备，其是被配置为(例如，用亚纳秒准确度)测量两个数字信号(例如，诸如LIDAR的被传输的光脉冲和光回波信号)之间逝去的时间间隔的设备。
[0005]例如，可以以直接或间接的方式来获得TOF测量结果。
[0006]直接飞行时间(dTOF)的测量使用相位检测器设备，相位检测器设备被配置为检测所传输的激光脉冲和光回波信号之间的相移，其中目标的距离由光速的偏移时间(一半)来确定。
[0007]间接飞行时间(iTOF)的测量不直接测量相移，而是通过在光信号的脉冲/调制周期期间检测光子数(或光强度)来获得相移。
[0008]激光扫描仪系统可以被用来通过扫描2D或3D环境以及获取周围环境的多个TOF测量结果来构建对象和景观地图。
[0009]现有的激光扫描仪使用替代和不同的技术方案来扫描2D或3D目标。
[0010]例如，一些解决方案涉及对目标上的激光束进行受控转向以及在每个转向方向上进行距离测量。
[0011]例如，旋转电连接器(例如，万向节)可以被用来顺序地扫描不同方向，即，这是一种机电设备，其有助于将电力和电信号从静止结构传输到旋转结构。
[0012]例如由于以下原因，这些解决方案可能对许多应用不方便：
[0013]存在笨重的元件，诸如电机、反射镜和/或旋转电连接器，
[0014]这些笨重部件的性能磨损，
[0015]相对较高的功耗和有限的工作频率。
[0016]单激光单传感器(简称SLSS)系统也是已知的。这些系统包括脉冲激光源、光学扫描布置(例如，被配置为分别沿第一和第二轴旋转的第一和第二反射镜，其中第一和第二轴相互正交)和被配置为测量每个光脉冲的TOF的光传感器。
[0017]在SLSS系统中，激光源12以大于可测量的最大距离的脉冲时间间隔(或ToF)进行脉冲化，以便防止TOF测量结果中的任何不明确。这是SLSS的一个缺点，因为它限制了系统10的吞吐量和适用性，特别在用于相对较高的距离的情形。
[0018]替代的解决方案是所谓的“闪光LIDAR”布置。这涉及通过将衍射光学(简称DOE)布
置连接到激光源并使用网格状感测布置来“闪烁”照射整个目标场景，网格布置中的每个传感器专用于计算从被照射的全场景的对应部分回波的光束的ToF。
[0019]例如由于以下原因，这种闪光LIDAR布置可能对许多应用来说不方便：
[0020]映射分辨率取决于传感器阵列中每个传感器的分辨率，
[0021]涉及高功耗和昂贵的传感器以获得足够的环境分辨率，
[0022]用于照射场景的激光功率随距离呈二次方增加，并且随网格点的数目呈线性增加，实际上将最大应用距离限制在短距离内(例如，5米到10米)。
[0023]现有传感器可能涉及额外的复位信号并呈现有限的吞吐量。
技术实现思路
[0024]一个或多个实施例有助于克服上述缺点。
[0025]根据一个或多个实施例，LIDAR装置包括激光源、光束转向装置(例如，MEMS透镜或反射镜或光学相位阵列OPA)、以及传感器阵列，其中阵列的每个传感器聚焦在确定的目标区域或视场可以是这种装置的示例。
[0026]一个或多个实施例可以涉及对应的方法。
[0027]在一个或多个实施例中，传感器并行性地提供改进的灵敏值(例如，分辨率、帧速率、以及最大距离)。
[0028]在一个或多个实施例中，传感器分辨率可以是最终分辨率的一小部分，其有助于降低成本和功耗。
[0029]在一个或多个实施例中，例如由于单个激光源，传输路径可以被简化。
[0030]一个或多个实施例可以具有减小的大小和重量，从而节省成本并降低功耗。
[0031]由于传感器阵列的每个传感器聚焦在视场的特定区域上，一个或多个实施例可以加快激光束脉冲的频率。例如，可以在连续激光脉冲之间连续发射激光脉冲，无需等待传感器接收回波信号。
[0032]由于第二级(示例中的透镜)的减小的开口和速度，一个或多个实施例可以提供创新的双重扫描。
[0033]一个或多个实施例可以促进针对不同应用的不同技术的组合。
[0034]在一个或多个实施例中，利用MEMS技术有助于提供小型、轻量、快速的系统。
[0035]一个或多个实施例可以相对于现有解决方案扩展测程，例如将其从大约10米增加到大约100米。
附图说明
[0036]现在将参考附图，仅通过非限制性示例的方式来描述一个或多个实施例，其中：
[0037]图1是根据本公开的装置的示例图，
[0038]图2是图1的图示的一部分的示例图，
[0039]图3和图4是适用于一个或多个实施例中的图案的示例图，
[0040]图5是一个或多个实施例的基本原理的示例图，
[0041]图6是根据本公开获得的图像帧的组合方式的示例图，
[0042]图7、图8、图9和图10是根据本公开的装置的替代实施例的示例图，
[0043]图11是根据图10的实施例的束斑的示例图。
具体实施方式
[0044]在随后的描述中，说明了一个或多个具体的细节，旨在提供对本说明书实施例的示例的深入理解。可以在没有一个或多个具体细节的情况下获得实施例，或者通过其他方法、组件、材料等获得实施例。在其他情况下，未详细说明或描述已知的结构、材料或操作，以使得不会模糊实施例的某些方面。
[0045]在本说明书的框架中对“实施例”或“一个实施例”的引用意在指示与该实施例有关的描述的特定配置、结构、或特性被包括在至少一个实施例中。因此，可能出现在本说明书的一个或多个点中的诸如“在实施例中”或“在一个实施例中”之类的短语不一定指一个且相同的实施例。
[0046]此外，特定的构造、结构、或特性可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式进行组合。
[0047]附图为简化形式，并且未按精确比例绘制。
[0048]在本文所附的所有附图中，相同的部件或元件用相同的标记/数字来指示，并且为简洁起见将不重复对应的描述。
[0049]本文中使用的标记仅为了方便而提供，并且因此不限定保护范围或实施例的范畴。
[0050]如图1中的示例所示，激光扫描仪系统或装置10包括：
[0051]光源12(例如，脉冲激光源)，被配置为发射光束L，
[0052本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：激光光源，所述激光光源被配置为朝向目标传输光脉冲束，从而在所述目标上投影至少一个对应的束斑；光束转向装置；以及根据网格而布置的传感器阵列，所述传感器阵列中的传感器被配置为响应于所述光脉冲束的至少一个光脉冲从所述目标中的视场FOV区域的反射而感测入射到所述传感器上的光脉冲，所述传感器阵列中的所述传感器还被配置为提供指示所述光脉冲入射到所述传感器上的时间的信号，其中：所述FOV区域根据所述网格而被分割为网格单元，所述传感器阵列中的每个传感器被配置为感测从所述FOV区域中的相应网格单元反射的至少一个回波光脉冲，所述光束转向装置被配置为改变所述光脉冲束的传输方向，从而在所述FOV区域中的每个网格单元中投影至少一个束斑。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光束转向装置包括：第一微机电MEMS反射镜，所述第一MEMS反射镜被配置为绕第一轴以第一摆动角度摆动；以及第二MEMS反射镜，所述第二MEMS反射镜被配置为绕第二轴以第二摆动角度摆动，其中所述第一MEMS反射镜和所述第二MEMS反射镜中的每一个MEMS反射镜被连接到相应的致动设备，所述致动设备被配置为驱动相应的MEMS反射镜的摆动移动。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一MEMS反射镜的所述第一摆动轴和所述第二MEMS反射镜的所述第二摆动轴彼此横切。4.根据权利要求2所述的装置，其中所述光束转向装置包括被连接到所述第一MEMS反射镜和所述第二MEMS反射镜中的至少一个MEMS反射镜的MEMS透镜，所述MEMS透镜被配置为改变所述光脉冲在所述FOV中的每个网格单元中的所述传输方向。5.根据权利要求1所述的装置，包括被布置在所述激光源和所述光束转向装置之间的衍射光学元件DOE，所述DOE被配置为拆分所述光脉冲束以产生到所述光束转向装置的多个光脉冲束。6.根据权利要求1所述的装置，其中所述光束转向装置包括光学相控阵列。7.根据权利要求1所述的装置，其中所述传感器包括雪崩光电二极管APD或单光子雪崩光电二极管SPAD。8.根据权利要求1所述的装置，包括：被连接到所述传感器阵列的漫射光学元件，所述漫射光学元件被布置在所述目标和所述传感器阵列之间；所述传感器阵列中的SPAD传感器，所述SPAD传感器被配置为提供联合信号，所述联合信号指示至少一个光脉冲入射到相应的网格单元的联合区域中的时间，其中所述漫射光学元件被配置为将入射到所述漫射光学元件上的所述光脉冲拆分成光子，并且将所述光子朝向相应的SPAD传感器引导。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述光束转向装置被配置为根据在光栅扫描图案
或李萨如图案之中选择的图案周期性...
【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：意法半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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