[发明专利]具有模场扩展器的LIDAR系统

说明书

提供一种光检测和测距(LIDAR)设备，其利用模场扩展器来转换LIDAR系统的入射光和出射光的模面积。光源生成朝向对象的光束。随着光束朝向对象行进，模场扩展器扩展与光束相关联的模面积。模场扩展器接收与对象对光束的反射相关联的对象信号。可以使用模场扩展器的大模面积部分来捕获反射的对象信号。随着对象信号从对象返回，模场扩展器减小对象信号的模面积。在实施例中，模场扩展器可以减小对象信号的模面积以对应于LIDAR系统的单模光纤/波导组件的模面积。光束组合器生成包括对象信号和本地振荡信号的组合信号。组合信号被提供给光电检测器以供分析。

相关申请

本申请要求于2019年3月20日提交的美国专利申请16/359,217的根据35U.S.C.§119(e)的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及提供跨两个维度的距离(并且对于一些类型，提供速度的同时测量结果)的光检测和测距(LIDAR)。

背景技术

快速扫描镜是在大多数常规LIDAR系统中用于照射场景的主要组件。一个镜通常沿着X方向(方位角)快速扫描，而另一镜沿着Y方向(仰角)缓慢扫描。通常经由单模光纤同轴地完成光发射和来自对象反射的检测。收集的光具有用于提取距离信息和潜在的速度信息的测量延迟或改变的频特征(frequency signature)。当逐点检测到的距离信息与来自扫描镜的角位置反馈组合时，可以建立3D点云。

为了实现更高的帧频，增加镜的角速度，特别是在更快扫描方向上的扫描器(在我们的情况下为X扫描器)的镜的角速度。当使用具有高角速度的镜和基于单模光纤的检测时，来自远处物体的对象信号严重劣化。信号劣化的原因主要是从光学信号(脉冲或频率扫描)的发射时间起、到来自远处散射对象的同一信号的收集时间为止扫描器镜的角位置的差异。这种轻微的角改变导致光纤末端处的对象信号的走离(walk-off)，从而降低耦合效率，这将其自身表现为较弱的信号检测。随着光纤直径减小(例如直径为～10m的单模光纤)，或者随着镜的角速度增加，这种劣化变得更严重。

发明内容

本公开包括但不限于以下示例实现。

一些示例实现提供一种光检测和测距(LIDAR)设备，其包括用于朝向对象发射光束的光源和可操作地耦合到光源以扩展光束的模面积的模场扩展器。

一些示例实现提供一种方法，其包括：由光检测和测距(LIDAR)系统的光源生成朝向对象的光束；以及由可操作地耦合到光源的模场扩展器转换与光束相关联的模面积。

通过阅读以下详细说明以及下面简要描述的附图，本公开的这些和其它特征、方面和优点将变得明显。本公开包括本公开中阐述的两个、三个、四个或更多个特征或要素的任何组合，而不管这些特征或要素是否在本文描述的特定示例实现中明确组合或以其它方式叙述。除非本公开的上下文另有明确规定，否则本公开旨在整体地阅读，使得本公开的任何可分离的特征或要素在其任何方面和示例实现中应被视为可组合的。

因此，应当理解，提供本发明内容仅仅是为了总结一些示例实现，以提供对本公开的一些方面的基本理解。因此，应当理解，上述示例实现仅仅是示例，并且不应被解释为以任何方式缩小本公开的范围或精神。通过以下结合附图进行的详细说明，其它示例实现、方面和优点将变得明显，其中附图通过示例的方式示出一些描述的示例实现的原理。

附图说明

从下面给出的详细说明和本公开的各个方面和实现的附图将更全面地理解本公开的实施例和实现，然而，不应将本公开限制于具体实施例或实现，而是仅用于解释和理解。

图1示出根据本公开的示例实现的LIDAR系统。

图2示出根据本公开的实施例的LIDAR系统的方面。

图3示出根据本公开的其它实施例的LIDAR系统的方面。