用于LIDAR线性传感器的变形接收器光学设计制造技术

提供了用于使用光探测和测距(LIDAR)接收器光学设计的装置、系统和方法。车辆变形LIDAR系统可以包括旋转对称透镜组、第一柱形透镜、以及第二柱形透镜，其中，第一柱形透镜布置在旋转对称透镜组和第二柱形透镜之间，其中，车辆变形LIDAR系统与第一方向上的第一焦距和第二方向上的第二焦距相关联，该第一方向与场景视场相关联，该第二方向垂直于该第一方向并且与瞬时视场相关联，并且其中，该第一焦距不同于该第二焦距。于该第二焦距。于该第二焦距。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LIDAR线性传感器的变形接收器光学设计
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求享有于2020年11月13日提交的编号为17/097，386的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


[0002]本公开总体涉及用于光学设计的系统、方法和装置。

技术介绍

[0003]一些车辆配备有传感器系统以收集与车辆周围环境的当前和发展状态相关的数据。车辆的适当性能取决于传感器系统中传感器收集的准确数据。传感器系统可以包括雷达、视觉光谱相机、激光测距装置(LIDAR)、热传感器、或其它类型的传感器。
[0004]然而，可能很难将LIDAR传感器的一个视场与LIDAR传感器的另一个视场区分开。
附图说明
[0005]图1示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的车辆的示例环境。
[0006]图2A从侧视图描绘了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于光探测和测距(LIDAR)接收器光学设计的说明性示意图。
[0007]图2B从俯视图描绘了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于图2A的LIDAR接收器光学设计的说明性示意图。
[0008]图2C从俯视图描绘了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于图2A的LIDAR接收器光学设计的说明性示意图。
[0009]图2D从俯视图描绘了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于图2A的LIDAR接收器光学设计的说明性示意图。
[0010]图2E从俯视图描绘了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于图2A的LIDAR接收器光学设计的说明性示意图。
[0011]图3示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的用于使用LIDAR接收器光学设计的过程的流程图。
[0012]图4是示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的可以在其上执行一种或多种技术(例如，方法)中任何一种的计算装置或计算机系统的示例的框图。
[0013]下面将参照附图更全面地描述某些实施方案，其中示出了各种实施方案和/或方面。然而，各个方面可以以许多不同的形式实施，不应被解释为仅限于本文所述的实施方案；相反，提供这些实施方案使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域的技术人员充分传达本公开的范围。图中的同类数字指整个同类元件。因此，如果特征在几个图中使用，则在首次出现该特征的图中用于标识该特征的数字将在后续图中使用。
具体实施方式
[0014]传感器可以位于自动驾驶车辆的各个位置。这些传感器可以包括光探测和测距(LIDAR)传感器、立体相机、雷达传感器、热传感器或附接到自动驾驶车辆的其它传感器。这些传感器最初可以用于实验室环境，以便在某些条件下对其性能进行高精度分析。可以在现实世界中驾驶自动驾驶车辆，并依赖于附接的传感器以在环境因素下执行某些性能水平。当在现实世界中驾驶自动驾驶车辆时，传感器(诸如LIDAR等)依赖于对从自动驾驶车辆附近的对象反射的信号的准确检测。
[0015]LIDAR接收器(例如，传感器)可以具有多维探测能力(例如，扫描或非扫描)，导致多个方向(诸如水平和竖直方向)上的视场(FOV)。LIDAR系统可以确定到系统的FOV内的对象的测距(例如，距离)。为了生成多维坐标(例如，X
‑
Y
‑
Z坐标)的数据集，LIDAR系统可以在所需的FOV中在多个方向上发射激光。LIDAR系统可以使用透镜以在多个方向上创建FOV。特别地，透镜焦距限定了透镜的FOV，所以LIDAR系统的FOV可以基于LIDAR系统所使用的任何透镜的焦距。例如，焦距越短，透镜的FOV越宽。
[0016]用于LIDAR接收器的场景FOV可以指LIDAR接收器在一定距离(例如，在一个方向上的FOV)可以探测到的最大区域。瞬时FOV(IFOV)，也指空间分辨率，可以是可以在设定距离(例如，在另一个方向上的FOV)探测到的FOV内的最小细节。例如，车辆LIDAR接收器可以探测到距离车辆一定距离的路边标志，但没有足够强的IFOV，可能无法读取该标志。以这种方式，场景FOV可以指来自传感器/接收器的第一轴向，并且IFOV可以指来自传感器/接收器的第二轴向(例如，垂直于第一轴向)。
[0017]LIDAR系统可以对竖直FOV和水平FOV具有要求，以满足对场景视场、角分辨率、以及耦合到LIDAR接收器的传输的激光束轮廓的要求。一些LIDAR接收器透镜设计使用围绕光轴旋转对称的透镜，以允许使用简单的制造工艺。旋转对称透镜(例如，非变形透镜)具有可以在水平和竖直方向上均相同的焦距，所以可以独立选择竖直和水平FOV视场。对于使用线性传感器的LIDAR系统，与长方向相关联的FOV可以对应于场景FOV，而短方向可以对应于IFOV。对于这种类型的LIDAR系统，这可能为了最大化发射器和接收器之间的场耦合以及最小化接收器看到的不是来自传输光束的背景噪声而导致所需的场景FOV与期望的IFOV的冲突。
[0018]因此，增强的变形LIDAR接收器的光学设计可以是有益的。
[0019]本文描述的实施例提供了用于增强的变形LIDAR接收器的光学设计的一些系统、方法以及装置。
[0020]在一个或多个实施例中，增强的变形LIDAR接收器的光学设计可以包括一个或多个非变形透镜(例如，单个透镜或多透镜组)和一个或多个变形透镜，该变形透镜具有可以在竖直和水平方向上不同的焦距，但图像平面在同一位置上。相反，非变形透镜可以具有水平和竖直FOV，两者都通过透镜的焦距(例如，在水平和竖直方向两者上的相同焦距)来确定。变形透镜的设计、测试和制造可能具有挑战性，此外对于大批量制造来说成本很高。对于使用线性传感器的LIDAR系统，除了一个或多个旋转对称透镜外，还可以使用多个柱形透镜来设计变形透镜。柱形透镜可以指仅沿着一个轴具有光学折射功率的特殊的透镜，并且可以比复杂的一般自由光学器件更容易设计、制造和采购。通过使用一对柱形透镜和旋转对称透镜或透镜组，可以在不牺牲图像质量的情况下独立设计传感器的竖直和水平FOV。
[0021]在一个或多个实施例中，对应于传感器长方向的FOV可以通过旋转对称透镜组的焦距来控制，并且对应于传感器短方向的IFOV会通过适当设计一对柱形透镜来控制。可以使用一个柱形透镜具有正光功率(例如，正焦距)，并且另一个柱形透镜具有负光功率(例如，负焦距)的一对柱形透镜。柱形透镜相对于传感器和旋转对称透镜的位置和顺序可以确定在线性传感器短方向上的焦距是长于还是短于在传感器长方向上的焦距，并且各自的焦距被设计为对于长方向和短方向两者，使得焦平面保持在同一位置上。
[0022]提出的设计的优点是线传感器的一个维度的空间范围比另一个维度小得多，所以不需要完全定制的变形透镜设计。使用提出的设计可以允许使用标准的旋转对称透镜来设计长方向上的FOV和优化图像质量，并且独立地设计短方向上的IFOV而无需挑战性的定制变形透镜。提出的设计具有在旋转对称透镜设计完成后，还能够独立地改变IFOV的益处，这会允许在不改变控制F本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种变形光探测和测距(LIDAR)装置，包括：旋转对称透镜组；第一柱形透镜；以及第二柱形透镜；其中，所述第一柱形透镜布置在所述旋转对称透镜组和所述第二柱形透镜之间；其中，所述变形LIDAR装置与第一方向上的第一焦距和第二方向上的第二焦距相关联，所述第一方向与场景视场相关联，所述第二方向垂直于所述第一方向并且与瞬时视场相关联，并且其中，所述第一焦距不同于所述第二焦距。2.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中：所述第一柱形透镜为负透镜；所述第二柱形透镜为正透镜；并且所述第一焦距长于所述第二焦距。3.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中：所述第一柱形透镜为正透镜；所述第二柱形透镜为负透镜；并且所述第一焦距短于所述第二焦距。4.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中，所述旋转对称透镜组包括三个透镜。5.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中，所述旋转对称透镜组包括四个透镜。6.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中，所述旋转对称透镜组包括凸透镜和凹透镜。7.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中，所述第一柱形透镜包括第一长方形光圈，并且所述第二柱形透镜包括第二长方形光圈。8.根据权利要求1所述的变形LIDAR装置，其中，所述变形LIDAR装置是与车辆的操作相关联的LIDAR线性传感器。9.一种车辆变形光探测和测距(LIDAR)系统，包括：旋转对称透镜组；第一柱形透镜；以及第二柱形透镜；其中，所述第一柱形透镜布置在所述旋转对称透镜组和所述第二柱形透镜之间；其中，所述车辆变形LIDAR系统与第一方向上的第一焦距和第二方向上的第二焦距相关联，所述第一方向与场景视场相关联，所述第二方向垂直于所述第一方向并且与瞬时视场相关联，并且其中，所述第一焦距不同于所述第二焦距。10.根据权利要求9所述的车辆变形LIDAR系统，其中：所述第一柱形透镜为负透镜；所述第二柱形透镜为正透镜；并且所述第一焦距长于所述第二焦距。11.根据权利要求9所述的车辆变形LIDAR系统，其中：所述第一柱形透镜为正透镜；所述第二柱形透镜为负透镜；并且
所述第一焦距短于所述第二焦距。12.根据权利要求9所述的车辆变形LIDAR系统，其中，所述旋转对称透镜组包括三个透镜。13.根据权利要求9所...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：LG伊诺特有限公司，
类型：发明
国别省市：