[发明专利]用于在光学系统中测量参考及返回光束的系统及方法

说明书

本文中揭示用于使用单一传感器阵列在测量系统中测量参考光束及来自目标的对应返回光束的技术。所述系统经配置使得所述参考光束的位置与所述返回光束在所述传感器阵列上的位置隔开。基于激光光束扫描控制信号来动态地激活对应于所述参考光束的所述传感器阵列上的第一组传感器元件。使用来自所述第一组传感器元件的检测信号来确定所述参考光束的位置及/或图案，接着使用所述位置及/或图案来估计所述对应返回光束在所述同一传感器阵列上的位置及/或图案且基于所述对应返回光束的所述估计位置及/或图案来动态地选择及激活所述传感器阵列上的第二组传感器元件。

背景技术

光检测与测距(LIDAR)系统为可使用光束来获得从源至目标上的一或多个点的范围(即，距离)的主动远程感测系统。LIDAR系统使用光束(通常为激光光束)来照射目标的至少一部分且测量来自源的所射出光束到达目标且接着返回至源附近或在已知位置处的检测器所花费的时间。换句话说，可基于从源至检测器的光束的飞行时间(ToF)来确定从源至目标上的点的范围。为了测量至目标上或在LIDAR系统的视野中的多个点的范围，通常以一维或二维扫描激光光束。在LIDAR系统的各种实施方案中，可能期望确定参考激光光束及对应返回光束的位置、计时及/或强度以便确定从源至目标上的点的范围。

发明内容

本文中所揭示的技术涉及使用单一传感器阵列在LIDAR系统或其它类似系统中测量参考光束及来自目标的对应返回光束。在各种实施例中，可基于激光光束扫描控制信号来动态地选择及激活对应于所述参考光束的所述传感器阵列上的第一组传感器元件。可使用来自所述第一组传感器元件的检测信号来确定所述参考光束的位置及/或图案，可接着使用所述位置及/或图案来估计所述对应返回光束在所述同一传感器阵列上的位置及/或图案。可接着基于所述对应返回光束的所述估计位置及/或图案来动态地选择及激活所述传感器阵列的第二组传感器元件。以此方式，可由单一传感器阵列测量所述参考光束及所述返回光束的计时、位置及/或强度，由此增加所述系统的准确度及可靠性。此外，因为在特计时间仅可激活对应于所述参考光束的一组经动态选择的传感器元件或对应于所述返回光束的一组经动态选择的传感器元件，所以可减少或消除所述参考光束与所述返回光束之间的干扰以及由例如在所述传感器阵列的其它传感器元件上的背景辐射或杂散(散射)光束造成的噪音。

根据实例实施方案，一种系统可包含：光源，其经配置以发射光束；二维(2-D)传感器阵列，其包含多个传感器元件；及光束分裂装置，其经配置以将所述光束的第一部分引导至所述2-D传感器阵列上的第一区域上。所述系统还可包含：发射器光学子系统，其经配置以将所述光束的第二部分引导朝向目标对象；及接收器光学子系统，其经配置以将由所述目标对象反射的所述光束的所述第二部分的返回部分引导至所述2-D传感器阵列上的第二区域上，其中所述第二区域与所述第一区域隔开。所述系统可进一步包含传感器控制器，其以通信方式耦合至所述2-D传感器阵列以用于控制所述2-D传感器阵列。在一些实施例中，所述第一区域及所述第二区域在所述2-D传感器阵列的相对侧上。

在所述系统的一些实施例中，所述传感器控制器可经配置以进行以下操作：基于控制所述所发射光束的扫描方向的激光光束扫描控制信号，在包含所述第一区域的第一估计区域中选择性地激活所述2-D传感器阵列的第一组传感器元件；从所述第一组传感器元件接收检测信号；在接收到所述检测信号之后停用所述第一组传感器元件；及基于所述检测信号来确定所述光束的所述第一部分在所述2-D传感器阵列上的实际位置。在一些实施例中，所述系统可包含用于从所述检测信号提取计时信息的计时测量电路，例如模拟-数字转换器或时间-数字转换器。