交叉參照相關申請

本申請要求2014年10月20日提交的美國專利申請?zhí)?4/517,948的優(yōu)先權，其內容通過參照并入于此。

本發(fā)明大體上涉及環(huán)境感測領域，更具體地涉及用于三維測繪和對象檢測、跟蹤和/或分類的成本有效的飛行時間(tof)激光雷達傳感器設備。

背景技術：

激光雷達傳感器是光檢測和測距傳感器。它是一個光學遙感模塊，其可以通過使用激光的脈沖用光照射目標或地貌，并測量光子到達目標或地貌并在反射后返回到激光雷達模塊中的接收器的時間，來測量距離目標或地貌中的物體的距離?；跈C械運動的激光雷達傳感器實現(xiàn)了廣泛的視野。包含多個分立的單獨封裝的激光器的機械運動激光雷達傳感器的成本和分辨率不是最佳的，因為具有多個單獨封裝的激光器是昂貴的并且掃描在由單獨的準直激光器限定的平面中的環(huán)境在某些應用中不能實現(xiàn)可接受的分辨率，特別是其中那些激光雷達安裝平臺是靜態(tài)的(例如，在用于道路/交叉路口/交通監(jiān)控的桿上)應用或者當激光雷達安裝平臺通常是移動的但是具有靜態(tài)的情況(例如，車輛停在需要在交叉路口上感測行人的交通信號燈，不能從當車輛運動/擺動/振動時獲得的激光束掃描受益的情況)。

us5,455,669公開了一種包括鏡子的激光測距設備，所述鏡子被安裝成用于沿豎直軸旋轉，該豎直軸平行于來自被發(fā)射用于偏轉(deflection)到測量區(qū)域的脈沖激光的光的豎直軸，并且相對于旋轉平面和所述豎直軸成角度地傾斜，以使來自準直激光器的脈沖光被在平面測量區(qū)域上轉向(divert)以及使來自測量區(qū)域的反射光從所述平面測量區(qū)域被接收并且沿著豎直路徑轉向到光接收器裝置。

us7,746,449公開了一種光檢測和測距系統(tǒng)，包括準直激光束，圍繞掃描軸旋轉的鏡子單元，該鏡子單元包括接收部分和相對于該接收部分的表面平面圍繞掃描軸偏移一角度的透射部分，接收部分和透射部分的相應重心位于掃描軸上的共同點處。

us7,969,558公開了基于激光雷達的3-d點云系統(tǒng)，其包括支撐結構，由支撐結構支撐的多個激光發(fā)射器，由支撐結構支撐的多個雪崩光電二極管檢測器以及構造為使多個激光發(fā)射器和多個雪崩光電二極管檢測器以至少200rpm(每分鐘轉數(shù))的速度旋轉的旋轉部件。

美國申請2011/0216304公開了一種基于lidar的傳感器系統(tǒng)，其包括基座，頭部組件，構造為相對于基座旋轉所述頭部組件的旋轉部件，頭部組件的旋轉限定旋轉軸線；載置在頭部組件中的電母板，母板限定一平面并且定位為基本上平行于旋轉軸線；安裝到多個發(fā)射器電路板的多個光子發(fā)射器，多個發(fā)射器電路板直接安裝到母板，以及安裝到多個檢測器電路板的多個檢測器，多個檢測器電路板直接安裝到母板。

技術實現(xiàn)要素：

一種設備和方法通過具有單個發(fā)射器和至少一個光檢測器的飛行時間激光雷達傳感器被用于三維感測。所述單個發(fā)射器可以包括單個激光器，單個激光條或多個激光器(優(yōu)選地為這樣的形式的：集成的多激光器芯片或共同封裝的激光器芯片，或者單個封裝的多芯片模塊)，以及在所有三種情況下，發(fā)射器輸出被成像以形成其包絡線是長的輻射圖案以提供一維感測。所述單個發(fā)射器還可以包括耦合到光學相控陣列(opa)的單個激光器，其將其包絡線是長的輻射圖案進行成像以提供一維感測，或者在一維上掃描光束以提供一維感測。所述單個發(fā)射器還可以包括耦合到衍射光學元件(doe)或全息光學元件(hoe)的單個激光器，其中光學元件對其包絡線是長的輻射圖案進行成像以提供一維感測。對于所有單個發(fā)射器構造，使用機械運動(例如，自旋或鏡子/棱鏡/透鏡/doe/hoe/光柵掃描)來覆蓋未被發(fā)射器覆蓋的兩個維度，導致三維感測。

當使用多個光檢測器時，它們優(yōu)選地包括集成的多光檢測器芯片或共封裝的光檢測器芯片或光檢測多芯片模塊。

光檢測器類型包括單光子雪崩二極管(spad)陣列，雪崩光電二極管(apd)和pin二極管(pin二極管是正本征負二極管，因為它們包括在p型或正型半導體區(qū)域和n型或負型半導體區(qū)域之間的輕摻雜的本征半導體區(qū)域)。

與us5,455,669和us7,746,449相反，本發(fā)明不具有尺度對于由機械運動覆蓋的平面為正常的靜態(tài)準直激光器，而是具有一發(fā)射器，該發(fā)射器通過對其包絡線是長的輻射圖案進行成像或通過以正常尺度進行掃掠來覆蓋所述正常尺度。

與us7,969,558和美國申請2011/0216304相反，其中所描述的設備包括多個發(fā)射器，本發(fā)明包括單個發(fā)射器。此外，與apd相反，本發(fā)明可以使用pin二極管或優(yōu)選地spad陣列。此外，頭組件與旋轉相反是靜態(tài)的，并且僅當機械運動由自旋組成時所述內部轉盤才自旋，或者，當機械運動由掃描組成時，光學元件(例如，鏡子，棱鏡，透鏡，doe，hoe，光柵)正在掃描。本發(fā)明的激光雷達的整個外部體是靜態(tài)的。

附圖說明

以下附圖是本發(fā)明的實施例的說明，并不意圖限制本發(fā)明為由形成本申請的一部分的權利要求所包含的。

圖1是示意圖，其提供了本發(fā)明的激光雷達的一個實施例的激光雷達10的外部視圖，描繪了它的靜態(tài)外殼20；

圖2提供了本發(fā)明的激光雷達的一個實施例的內部視圖，其傾斜以示出發(fā)射側，描繪內部基座30，旋轉轉盤40，光學成像組件50，以及單個發(fā)射器60；

圖3提供本發(fā)明的激光雷達的一個實施例的內部視圖，其傾斜以示出接收側，描繪內部基座30，旋轉轉盤40，光學成像組件50以及光檢測器70。

具體實施方式

一種設備和方法通過具有單個發(fā)射器和至少一個光檢測器的飛行時間激光雷達傳感器被用于三維感測。

所述單個發(fā)射器可包括：

(a)單個激光器；

(b)單個激光條；

(c)多個激光器(優(yōu)選為這樣的形式的：集成的多激光芯片或共同封裝的激光芯片，或單個封裝的多芯片模塊)；

其中在(a)，(b)和(c)的情況下，發(fā)射器輸出被成像以形成其包絡線是長的輻射圖案以提供一維感測；

(d)耦合到光學相控陣列(opa)的單個激光器，其對其包絡線是長的輻射圖案進行成像以提供一維感測；

(e)耦合到光學相控陣列(opa)的單個激光器，其在一維上掃描光束以提供一維感測；

(f)耦合到衍射光學元件(doe)的單個激光器；

(g)耦合到全息光學元件(hoe)的單個激光器；

(h)耦合到透鏡的單個激光器；

其中在(f)，(g)和(h)的情況下，光學元件對其包絡線是長的輻射圖案成像以提供一維感測；

對于所有單個發(fā)射器構造，機械運動被用于覆蓋未被發(fā)射器覆蓋的兩個維度，導致三維感測。

機械運動機制選項包括但不限于：

(a)自旋；

(b)鏡掃描；

(c)棱鏡掃描；

(d)透鏡掃描；

(e)doe掃描；

(f)hoe掃描；

(g)光柵掃描；

當使用多個光檢測器時，它們優(yōu)選包括但不限于以下選項：

(a)集成的多光檢測器芯片；

(b)共封裝的光檢測器芯片；

(c)光檢測多芯片模塊。

光檢測器類型包括但不限于：

(a)spad陣列；

(b)apd；

(c)pin二極管；

本發(fā)明中的激光雷達的外殼優(yōu)選是靜態(tài)的，只有內部部件涉及機械運動。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，當在紅外線(ir)中操作時，所述外殼的窗口材料視覺上是不透明的并且是ir透明的。