[发明专利]具有重新成像器的激光雷达发射器

说明书

本文公开了一种紧凑型光束扫描器组件，其包括椭球重新成像镜。

背景技术

我们相信，在本领域中存在对改进计算机视觉技术的巨大需求，特别是在诸 如汽车计算机视觉的领域中。然而，这些需要并不限于汽车计算机视觉市场，因 为对改进的计算机视觉技术的需求在广泛范围的领域中无所不在，包括但不限 于，自主平台视觉(例如，用于空中、陆地(包括地下)、水域(包括水下)和 太空的自主交通工具，诸如自主陆基交通工具、自主空中交通工具等)、监督(例 如，边境安全、空中无人机监控等)、绘制(例如，地下隧道的绘制、经由空中 无人机的绘制等)、目标识别应用、远程感测、安全警告(例如，针对驾驶员) 等等)。

如本文所使用，术语“激光雷达”是指并且涵盖激光雷达、激光检测和测距 以及光检测和测距(“光雷达”)中的任一种。激光雷达是结合计算机视觉广泛使 用的技术。激光雷达系统与雷达系统的深度信息(测距)共享无源光学传感器的 高分辨率和直观感觉。在示例性激光雷达系统中，包括激光源的发射器向附近环 境中发射诸如激光雷达脉冲的激光输出。然后，激光雷达接收器将从附近环境中 的物体接收这个激光输出的反射，并且激光雷达接收器将处理接收到的发射以 确定到这个物体的距离(测距信息)。基于这个测距信息，可以通过希望计算诸 如障碍物回避情形下的路径规划、路点确定等事物的主处理器来获得对环境的 几何结构的更清楚理解。然而，对于计算机视觉问题的常规激光雷达解决方案经 受高成本、大尺寸、大重量和大功率需要以及大数据带宽使用。这个的最佳实例 就是交通工具自主。这些复杂因素将它们的有效使用主要限于仅需要短视力范 围、窄视场和/或慢再访速率的昂贵应用。

例如，本领域中已知其中激光雷达发射器同时照亮大量测距点(range point) 的激光雷达系统。闪光式激光雷达就是这种系统的实例。然而，人们认为这些常 规系统经受许多缺点。例如，闪光式激光雷达系统需要每脉冲激光极高的能量， 这不仅昂贵而且也可能危害眼睛。此外，用于闪光式激光雷达系统的读出集成电 路通常非常吵。而且，用于闪光式激光雷达系统的宽视场信噪比(SNR)通常非 常低，这导致短范围，从而减少它们的有用性。

为了满足本领域中对改进的基于激光雷达的计算机视觉技术的需要，发明 人已经公开了以新颖和创新的方式应用扫描激光雷达传输概念的方法和系统的 许多实施方案，如在2014年8月15日提交的美国专利申请序列号62/038,065 以及美国专利申请公开号2016/0047895、2016/0047896、2016/0047897、 2016/0047898、2016/0047899、2016/0047903和2016/0047900中所述，其中每一 者的全部公开内容以引用方式并入本文。

发明人相信本领域中需要关于可以如何设计扫描激光雷达发射器以优化它 们对环境中的感兴趣区的注视的进一步改进。尽管已经通过调度方法来高度优 化雷达以在需要注视时停留(注视)在需要注视的地方，但当今的常规激光雷达 系统并不共享这个停留最优性。这是因为激光雷达所经受的正是使它们具有吸 引力的东西：它们的分辨率。

这是因为尽管甚至世界上最大的雷达都具有可以停留的数千个光束选择， 但甚至装配在手掌中的小型汽车激光雷达系统常规地具有100,000+或甚至数百 万个停留选择。这导致激光雷达工程师有两种总体设计选择：(i)机械地从停留 迈向停留，或者(ii)使用迅速地扫描场景的谐振镜。设计方法(i)是精确且适 应性强的，但在存在大量询问单元的环境中极慢。设计方法(ii)历史上一直是 不可适应的。为了改进这些常规设计方法，发明人公开了一些技术，借此可以减 少基于谐振镜的激光雷达的缺点，同时实现历史上只可用于机械步进技术的很 多灵敏度和特殊性并且不损失谐振扫描镜的速度优点。

发明内容