光检测和测距系统的基于光纤的发射器通道和接收器通道的制作方法

本公开总体上涉及光学扫描，更特别地，涉及一种具有基于光纤的发射器通道和基于光纤的接收器通道的光检测和测距(lidar)系统。

背景技术：

1、光检测和测距(lidar)系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云。一些典型的lidar系统包括光源、光发射器、光转向系统、以及光接收器和检测器。光源生成光束，该光束在从lidar系统发射时由光转向系统引导到特定方向上。当所发射的光束被物体散射时，散射光的一部分作为返回光脉冲而返回到lidar系统。光接收器接收返回光脉冲，并且检测器检测返回光脉冲。使用检测到返回光脉冲的时间与发射光束中的对应光脉冲之间的差，lidar系统可以使用光速来确定到物体的距离。光转向系统可以沿着不同路径来引导光束，以允许lidar系统扫描周围环境并产生图像或点云。lidar系统还可以使用除飞行时间和扫描以外的技术来测量周围环境。

技术实现思路

1、本公开中提供的实施例使用准直透镜以及具有多个发射器光纤的多个发射器通道。相邻的发射器光纤以预先配置的节距来设置。通过配置阵列中的发射器光纤之间的节距和/或准直透镜的焦距，能够获得发射器通道的所期望的通道角间距。使用具有适当地配置的通道角间距的多个发射器通道，能够改进lidar系统的扫描性能。进一步地，能够减小发射器的尺寸和复杂性，使得lidar系统更加紧凑。

2、在一个实施例中，提供了一种包括多个发射器通道的lidar系统。所述多个发射器通道包括彼此以预定的节距设置在光纤壳体中的发射器光纤。准直透镜被定位成光学联接到所述多个发射器通道，以接收从发射器光纤发射的多个发射光束。准直透镜被配置成对所述多个发射光束进行准直。所述多个发射器通道和准直透镜的组合被配置成将多个准直发射光束彼此以一定的角间隔发射，以提供与预定的节距相关的通道角间距。

3、本公开中提供的实施例还使用具有多个接收器光纤的多个接收器通道。所述多个接收器光纤可以共享收集透镜，由此减小lidar系统的收发器的尺寸。此外，因为光纤在物理上是柔性的，所以用于检测返回光的检测器组件能够灵活地分布，使得检测器组件被定位成彼此充分分开。结果，能够减少或最小化相邻的检测器组件之间的光学串扰和电串扰。这进而改进lidar系统的检测精度和整体性能。

4、在一个实施例中，提供了一种包括多个发射器通道和多个接收器通道的lidar系统。所述多个发射器通道被配置成以多个不同的发射角度将多个发射光束发射到视场。lidar系统进一步包括收集透镜，该收集透镜被设置成接收和重定向基于照射视场内的一个或多个物体的所述多个发射光束而获得的返回光。lidar系统进一步包括多个接收器通道，所述多个接收器通道光学联接到收集透镜。每一个接收器通道基于对应的发射光束的发射角度被光学对准。lidar系统进一步包括多个检测器组件，所述多个检测器组件光学联接到所述多个接收器通道。每一个接收器通道将重定向的返回光引导到所述多个检测器组件中的检测器组件。

技术特征：

1.一种光检测和测距(lidar)扫描系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述多个发射器通道包括多个发射器光纤。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的系统，其中，所述多个接收器通道包括多个接收器光纤。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述接收器光纤中的每一个接收器光纤被至少部分地设置在接收器光纤壳体中的多个凹槽中的凹槽中，并且其中，所述多个凹槽与其相邻的凹槽以预定的节距来设置。

5.根据权利要求3至4中任一项所述的系统，其中，所述多个接收器光纤中的至少一个接收器光纤的一端联接到可移除套圈。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统，其中，所述接收器光纤中的至少两个接收器光纤具有不同的长度。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的系统，其中，所述接收器光纤包括多模光纤。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的系统，其中，所述多个接收器通道进一步包括一个或多个对准光纤，其中，所述一个或多个对准光纤中的每一个对准光纤被至少部分地设置在接收器光纤壳体中的多个凹槽中的凹槽中，其中，所述一个或多个对准光纤有助于所述多个接收器光纤的对准。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述一个或多个对准光纤中的至少一个对准光纤的一端联接到可移除套圈。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述接收器通道进一步包括一个或多个对准光纤，其中，所述对准光纤中的至少一个对准光纤有助于提供用于测量所述视场内的所述一个或多个物体的距离的参考信号。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述接收器通道包括接收器光纤，其中，所述检测器组件使用所述接收器光纤灵活地分布，并且其中，所述检测器组件的检测器光学联接到相应的接收器光纤以接收所述重定向的返回光。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述检测器组件中的至少一个检测器组件包括一个或多个透镜、带通滤波器和检测器。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述一个或多个透镜包括：

14.根据权利要求1至13中任一项所述的系统，其中，所述检测器组件中的至少一个检测器组件包括安装在所述检测器组件的一端处的对准套圈。

15.一种光检测和测距(lidar)系统，包括：

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述多个发射器通道包括四个或更多个发射器光纤。

17.根据权利要求15和16中任一项所述的系统，其中，所述多个发射器光纤中的每一个发射器光纤被至少部分地设置在所述光纤壳体中的多个凹槽中的凹槽中，所述多个凹槽中的每一个凹槽与相邻的凹槽以所述预定的节距来设置。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述多个凹槽中的至少一个凹槽是v形凹槽。

19.根据权利要求15至18中任一项所述的系统，其中，所述预定的节距在约100μm至约400μm之间。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的系统，其中，所述通道角间距在约0.5度至2.5度之间。

21.根据权利要求15至20中任一项所述的系统，其中，所述通道角间距进一步与所述准直透镜的焦距相关。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的系统，其中，所述发射器通道被配置成提供基于以下中的至少一者选择的通道角间距：所需的lidar扫描分辨率、感兴趣区域要求、或所述视场的扫描范围。

23.根据权利要求15至22中任一项所述的系统，其中，所述发射器光纤包括单模光纤。

24.根据权利要求15至23中任一项所述的系统，进一步包括接收器通道组件，所述接收器通道组件包括：

25.根据权利要求15至23中任一项所述的系统，进一步包括收集透镜，所述收集透镜被设置成接收和重定向基于所述多个发射光束生成的返回光。

26.根据权利要求25所述的系统，进一步包括光束移位系统，所述光束移位系统光学联接到所述准直透镜，其中，所述光束移位系统被配置成重定向所述多个准直发射光束，使得重定向的准直发射光束中的至少一个位于所述收集透镜的光学接收孔径内。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述光束移位系统包括棱镜、透镜和镜子中的一个或多个，所述棱镜、透镜和镜子被配置成重定向所述准直发射光束，使得所述重定向的准直发射光束大致平行于所述准直发射光束。

28.根据权利要求26和27中任一项所述的系统，其中，所述光束移位系统包括潜望镜棱镜，所述潜望镜棱镜包括两个平行设置的反射表面。

29.根据权利要求25所述的系统，其中，所述收集透镜包括开口，并且其中，所述准直透镜被至少部分地设置在所述收集透镜的所述开口中。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述开口围绕所述收集透镜的光学接收孔径的中心来定位。

31.一种车辆，包括根据权利要求1至30中任一项所述的lidar扫描系统。

技术总结
提供了一种LiDAR系统。该LiDAR系统包括多个发射器通道和多个接收器通道。所述多个发射器通道被配置成以多个不同的发射角度将多个发射光束发射到视场，所述多个发射光束然后被扫描以覆盖整个视场。LiDAR系统进一步包括收集透镜，该收集透镜设置成接收和重定向基于照射视场内的一个或多个物体的所述多个发射光束而获得的返回光。LiDAR系统进一步包括多个接收器通道，所述多个接收器通道光学联接到收集透镜。每一个接收器通道基于对应的发射光束的发射角度被光学对准。LiDAR系统进一步包括多个检测器组件，所述多个检测器组件光学联接到所述多个接收器通道。

技术研发人员：李宇锋,万鹏,R·熙·李,李义民,鲍君威,张锐
受保护的技术使用者：图达通智能美国有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16