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CN107843887A - 用于自动化车辆激光雷达的位置反馈感测 - Google Patents

用于自动化车辆激光雷达的位置反馈感测 Download PDF

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CN107843887A
CN107843887A CN201710676310.9A CN201710676310A CN107843887A CN 107843887 A CN107843887 A CN 107843887A CN 201710676310 A CN201710676310 A CN 201710676310A CN 107843887 A CN107843887 A CN 107843887A
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Abstract

本发明涉及用于自动化车辆激光雷达的位置反馈感测。用于控制辐射的方向的说明性示例设备(22)包括辐射的至少一个波束(24)的源(30)。在辐射的至少一个波束(24)的通道中的多个光学组件(32‑36)确定辐射的至少一个波束(24)的第一方向。多个光学组件(32‑36)包括至少一个可调节的光学组件(32)，该可调节的光学组件包括相对于源(30)可移动的至少一个部分。所述光学组件(32‑36))中的至少一个的一部分上的位置反馈特征(40)，向不同于所述第一方向的第二方向偏转所述辐射的至少一个波束(24)中的至少一些。检测器(44)被设置为检测所述偏转辐射(42)中的至少一些，并提供指示所述第一方向的输出。

Description

用于自动化车辆激光雷达的位置反馈感测
背景技术
电子和技术的进步使得将各种高级功能集成在机动车辆上成为可能。开发了用于检测车辆的附近或车道中的各种感测技术。此类系统对于，例如，停车辅助和巡航控制调整特征是有用的。
最近，自动车辆特征已经变得可能允许自动的或半自动性的车辆控制。例如，巡航控制系统可以包括用于检测车辆的车道中的物体或另一车辆的激光雷达LIDAR(光探测及测距)。取决于驶近速度，巡航控制设置可以基于检测到车辆的车道中的另一车辆来自动地调整以降低车辆的速度。
有不同类型的LIDAR系统。快闪(flash)LIDAR依赖单一激光源来照射所感兴趣的区域。由雪崩光电二极管阵列检测来自物体的反射光。尽管此类系统提供有用信息，但是，雪崩光电二极管阵列产生了额外的成本，因为它是相对昂贵的组件。另外，用于此类系统的激光源需要具有相对比较高的功率来实现对感兴趣的领域的充分均匀的照明。扫描LIDAR系统使用不同于快闪LIDAR的组件。与以前提出的扫描LIDAR系统相关联的一个挑战是诸如反射镜阵列之类的扫描组件需要额外的空间，但在车辆上可用的封装空间有限。光学相位阵列LIDAR系统利用倾向于引用相对较大的功率损耗的波束复用。
存在用于改善诸如LIDAR系统的系统组件的需要，该LIDAR系统为较低成本、更加容易容纳在小封装约束内并有效率地利用功率。例如，微电机械(MEM)反射镜阵列通常是没有精确位置反馈信息的开环设备。在没有这样的信息的情况下，对波束方向的准确的控制会是困难的，扫描角的范围是受限的。以前的包括位置反馈能力的尝试引入了复杂性、额外的组件以及成本提高，当考虑紧张的封装约束和成本时，所有的这些都是不希望发生的。
发明内容
用于控制辐射的方向的说明性示例设备包括至少一个辐射波束的源。至少一个辐射波束的通道中的多个光学组件确定至少一个辐射波束的第一方向。多个光学组件包括至少一个可调节的光学组件，该至少一个可调节的光学组件包括至少一个相对于源可移动的部分。光学组件中的至少一个的一部分上的位置反馈特征向不同于第一方向的第二方向偏转至少一个辐射波束中的至少一些。检测器被定位为检测偏转辐射中的至少一些，并提供指示所述第一方向的输出。
具有前一段落的设备的一个或多个特征的示例实施例包括控制器，该控制器被配置成至少部分地基于检测器的输出来控制至少一个可调节的光学组件。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括纳米级反射面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括纳米级折射面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括光学组件中的至少一个的一部分上的纳米级栅栏。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括光学组件中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括在光学组件中的至少一个上的以选定模式排列的多个半球形偏转面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，多个光学组件包括微电机械(MEM)反射镜阵列，检测器的输出指示阵列的反射镜中的至少一个的位置。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，多个光学组件包括相对于源保持固定的至少一个静止光学组件，静止光学组件是反射面、折射面、透镜以及窗口中的至少一个。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，辐射包括光。
一种说明性示例方法促进监视定向辐射的设备。设备包括至少一个辐射波束的源，多个光学组件包括至少一个可调节的光学组件，该至少一个可调节的光学组件包括相对于源可移动的至少一个部分，以及光学组件中的至少一个的一部分上的位置反馈特征。方法包括确定至少一个辐射波束的第一方向，包括有选择地定位至少一个可调节的光学组件的所述部分，向不同于第一方向的第二方向偏转来自位置反馈特征的辐射的至少一个波束中的至少一些，检测偏转的辐射中的至少一些，并基于检测来确定第一方向。
具有前一段落的方法的一个或多个特征的的示例实施例包括向控制器提供关于检测的信息，以及使用控制器来至少部分地基于该信息来控制至少一个可调节的光学组件的的一部分的位置。
在具有前面的段落任何一个段落的方法的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括下列各项中的至少一项：纳米级反射面、纳米级折射面，以及光学组件中的至少一个的一部分上的纳米级栅栏。
在具有前面的段落中的任何一个段落的方法的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括在光学组件中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的方法的一个或多个特征的一示例实施例中，多个光学组件包括微电机械(MEM)反射镜阵列，确定包括确定阵列的反射镜中的至少一个的位置。
在具有前面的段落中的任何一个段落的方法的一个或多个特征的一示例实施例中，辐射包括光。
用于自动化车辆上的说明性示例激光雷达(LIDAR)设备包括至少一个波束的源。至少一个波束的通道中的多个光学组件确定至少一个波束的第一方向。多个光学组件包括至少一个可调节的光学组件，该至少一个可调节的光学组件包括至少一个相对于源可移动的部分。光学组件中的至少一个的一部分上的位置反馈特征向不同于第一方向的第二方向偏转至少一个波束中的至少一些。被定位为检测偏转辐射中的至少一些的检测器提供指示第一方向的输出。
具有前一段落的设备的一个或多个特征的示例实施例包括控制器，该控制器被配置成至少部分地基于检测器的输出来控制至少一个可调节的光学组件的一部分的移动。
在具有前面的段落任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括下列各项中的至少一项：纳米级反射面、纳米级折射面，以及光学组件中的至少一个的一部分上的纳米级栅栏。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，位置反馈特征包括在光学组件中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
在具有前面的段落中的任何一个段落的设备的一个或多个特征的一示例实施例中，多个光学组件包括微电机械(MEM)反射镜阵列，检测器的输出指示阵列的反射镜中的至少一个的位置。
通过阅读下列详细描述，至少一个所公开的示例实施例的各种特征以及优点对所属领域的技术人员将变得显而易见。可以按如下方式简要地描述详细描述附带的图形。
附图说明
图1示意地示出了包括具有根据本发明的一实施例设计的波束控制组件的检测设备的车辆。
图2示意地示出了根据本发明的一实施例设计的用于操纵辐射波束的示例设备。
图3示意地示出了图2的示例设备的选定部分，包括从第一透视角度来看的示例位置反馈特征模式。
图4示意地示出了从第二透视角度来看的如图3所示的部分。
图5示意地示出了根据另一实施例的示例位置反馈特征模式。
图6示意地示出了根据本发明的另一实施例设计的用于操纵辐射的另一示例设备。
图7示出了在第一操作条件下的图6的实施例的选定的部分。
图8示出了另一操作条件下的图6的示例。
图9对应于图7的图示，但是示出了图8的操作条件下的相同部分。
图10示出了示例检测器输出。
图11示意地示出了光学组件上的位置反馈特征的示例模式。
图12示意地示出了另一示例位置反馈特征模式。
具体实施方式
图1示意地示出了包括检测设备22的车辆20。检测设备22的一个示例用途是为车辆、发动机或制动控制器(诸如自动化车辆控制器)提供感测或引导信息。出于讨论的目的，检测设备22是LIDAR设备，该LIDAR设备发出至少一个辐射波束24用于检测车辆20的附近或车道上的对象。在此示例中，辐射波束24包括以相对于车辆20的选定角度定向的光。
本发明的各实施例包括反馈信息，该反馈信息提供对波束扫描组件的更准确的控制、额外的波束操纵控制以及增强的扫描能力。反馈信息是从光学组件上的至少一个位置反馈特征中获取的，而不会引入复杂性、要求额外的空间或额外的成本。
在图2中示意地示出了设备22的说明性示例实施例的选定部分。在此示例中，设备22包括辐射源30，该辐射源发出辐射的至少一个波束24。在此示例中，源30包括至少一个激光二极管，并且辐射包括光。在一些实施例中可以使用其他源辐射以及其他类型的辐射，阅读了本描述的熟悉本技术的人员将认识到什么类型的源30将最佳地满足他们的特定需要。
设备22包括位于波束24的通道中的多个光学组件32、34以及36。光学组件32-36在第一所希望的方向操纵或定向波束24。
多个光学组件中的至少一个是可调节的光学组件，该可调节的光学组件包括相对于源30可移动的至少一个部分，用于改变波束24的方向。在此示例中，光学组件32是可调节的光学组件，并且光学组件32的整个反射性光学表面是可移动的，如箭头38示意地指示的。在某些示例中，可调节的光学组件是微电机械(MEM)反射镜阵列的一个或多个反射镜。在其他示例中，可调节的光学组件是光学组件上的一个或多个表面，该光学组件是具有可控制的表面元件的相位光学阵列设备的一部分，该可控制的表面元件可以被调整以实现波束操纵。相控阵光学设备允许调整而无需具有活动部件。
出于讨论的目的，在本描述的其余部分，整个可调节的光学组件被描述为可移动的，但是，那些熟悉本技术的人将认识到，用于本发明的一个实施例中的可调节的光学组件可以是以另一种方式可调节的，诸如相控光学阵列设备可调节的方式。换言之，当在本描述中可调节的光学组件被描述为正在被移动或可移动的，应该被理解为包括整个组件可移动或可调节的组件的至少表面或表面的一部分可移动的实施例。类似地，组件的一部分是可调节的或可移动的陈述应该被理解为包括整个组件是可调节的或可移动的实施例。
在所示示例中，光学组件34和36是相对于源30分别保持固定的静止光学组件。在此示例中，静止光学组件34具有诸如反射镜的反射面，而静止光学组件36是透镜或窗口。
光学组件32-36中的至少一个在组件的至少一部分上具有至少一个位置反馈特征40。在此示例中，位置反馈特征40在反射辐射束24的该组件的表面上的光学组件34上。位置反馈特征40在不同于波束24的第一方向的第二方向偏转来自源30的辐射的至少一部分。在图2、3和4中示意地示出了从位置反馈特征40偏转的辐射。入射到光学组件34的没有到达位置反馈特征40的辐射将被定向在波束24的第一方向，入射到位置反馈特征40上的辐射将被偏转在第二不同的方向，如在图3和4中的42处所示意地示出的。
在此示例中，位置反馈特征40在光学组件34的表面上包括纳米级偏斜表面。可以使用已知纳米压印技术来实现位置反馈特征40。在某些示例中，位置反馈特征包括纳米级栅栏。
从图3和4可以理解，在此示例中，位置反馈特征40包括在光学组件34的至少一个表面上的多个半球形表面。位置反馈特征40的表面以选定模式排列，以便当可调节的光学组件32处于对应的位置时来自源30的至少某些辐射(例如，光)被位置反馈特征40偏转。光学组件34包括类似于如图3所示的模式，以一种尺寸提供位置信息。图5示出了光学组件34'上的位置反馈特征40的另一种示例模式，以两种尺寸提供位置反馈信息。
设备22包括相对于光学组件32-26或源30定位的至少一个检测器44，其中检测器44可以检测来自位置反馈特征40的至少一些偏转的辐射42。在一个示例实施例中，检测器44包括光电二极管。
检测器44向控制器50提供指示任何检测到的偏转的辐射42的输出。检测器输出对控制器50确定波束24的第一方向是有用的。检测器44是否检测到偏转的辐射取决于可调节的光学组件32的位置(例如，位置、朝向等等)。在可调节的光学组件32的位置和波束24的第一方向之间存在预定的或选定的关系。在位置反馈特征40的位置和可调节的光学组件32的位置之间也存在预定的或选定的关系。
诸如通过编程或设计，控制器50配置为基于由检测器44所提供的反馈信息来确定波束24的方向。检测器44的输出基于可调节的光学组件32的位置，并且该位置与波束方向具有预定的关系。那些关系和由检测器44所提供的指示或信息可使控制器50确定波束24的方向。
在此示例中，控制器50包括至少一个计算设备或处理器以及与处理器或计算设备相关联的存储器。存储器包括使得控制器50基于检测器44的输出进行波束方向或位置确定的编程。存储器还至少临时存储关于确定的位置信息的信息，用于控制目的，以便控制器50可以对设备22的操作进行调整，以实现所希望的功能或性能。
在所示示例中，控制器50基于预先选定的编程，控制可调节的光学组件32的位置，并基于从位置反馈特征40和检测器44获得的位置反馈信息来有选择地调整这样的控制。例如，在一些实施例中，控制器50基于来自检测器输出的反馈信息，重新校准可调节的光学组件的位置或控制。
图6-9示出了设备22的另一种示例配置。在此示例中，光学组件32和34两者都是可移动的，每一组件都包括诸如透镜的折射组件。在图6中，位置反馈特征40在光学组件32上，并包括多个纳米级半球形偏转面或折射的纳米级栅栏。
在如图6和7所示的第一操作条件下，波束24穿过光学组件32，而没有波束的任何部分到达位置反馈特征40。在此第一操作条件下，检测器44不会检测到任何偏转的辐射。在如图8和9所示的第二操作条件下，光学组件32和34被移动，如箭头60示意地示出。控制器50控制致动器(未示出)来导致光学组件32和34的所希望的移动，以实现，例如，波束24的扫描模式。
在第二操作条件下，波束24入射到位置反馈特征40上，并被位置反馈特征40偏转，以便辐射的某些或全部在42被偏转，并被检测器44检测到。检测器44分别为第一和第二条件提供不同的输出，而控制器50基于检测器输出，确定可调节的光学组件32和34的位置，该位置对应于波束24的位置或方向。如果需要，控制器50可以使用这样的反馈位置信息来调整设备22的操作。
图10示意地示出了来自检测器44的一个实施例的示例输出70。在此示例中，检测器44有效地提供光学编码器输出，以跟踪可调节的光学组件的位置，因此，跟踪波束24的方向。当检测器44检测到偏转的辐射42中的任一项时输出高，当没有辐射入射到检测器44时输出低。
在某些示例中，位置反馈特征40的模式是这样的，某些辐射可以在设备22的大多数操作条件下偏转。在图11中，在诸如透镜、反射镜或窗口之类的光学组件32的表面上示出了一个这样的模式。在图12中示意地示出了另一种模式，包括未被位置反馈特征40中断的光学组件32的一部分，以便当辐射通过光学组件的中心区域80被定向时没有辐射被偏转。图11所示的模式可以比图12所示的模式提供更准确的反馈信息，对于选定区域控制实施例更好或对限定的开关控制有用。
所示出的实施例的一个特征是，它们可以实现用于自动化车辆应用的LIDAR(光探测及测距)设备22。所示出的各实施例中的每一个都具有不一定仅局限于相应的所示出的示例的各种特征，相反，可以与另一种所示出的实施例的一个或多个特征相结合以实现未具体地示出了的其他实施例。
前面的描述本质上只是示例性的，而并非限制性的。不一定偏离本发明的实质的对所公开的示例的变化和修改对所属领域的技术人员会变得显而易见。给予本发明的合法保护的范围只能通过研究下列权利要求来确定。

Claims (21)

1.一种用于控制辐射的方向的设备(22)，所述设备(22)包括：
辐射的至少一个波束(24)的源(30)；
多个光学组件(32-36)，在所述辐射的至少一个波束(24)的通道中，所述多个光学组件(32-36)确定所述辐射的至少一个波束(24)的第一方向，所述多个光学组件(32-36)包括至少一个可调节的光学组件(32)，所述至少一个可调节的光学组件(32)包括相对于所述源(30)可移动的至少一个部分；
位置反馈特征(40)，在所述光学组件(32)中的至少一个的部分上，所述位置反馈特征(40)向不同于所述第一方向的第二方向偏转所述辐射的至少一个波束(24)中的至少一些；以及
检测器(44)，设置为检测所述偏转的辐射(42)中的至少一些，所述检测器(44)提供指示所述第一方向的输出。
2.如权利要求1所述的设备(22)，包括控制器(50)，所述控制器(50)被配置成至少部分地基于所述检测器(44)的所述输出来控制至少一个可调节的光学组件(32)的所述部分的移动。
3.如权利要求1所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括纳米级反射面。
4.如权利要求1所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括纳米级折射面。
5.如权利要求1所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括所述光学组件(32)中的至少一个的所述部分上的纳米级栅栏。
6.如权利要求1所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括在所述光学组件(32)中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
7.如权利要求6所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括在所述光学组件(32)中的至少一个上的以选择的模式排列的多个半球形偏转面。
8.如权利要求1所述的设备(22)，其中
所述多个光学组件(32-36)包括微电机械(MEM)反射镜阵列；并且
所述检测器(44)的所述输出指示所述阵列的所述反射镜中的至少一个的位置。
9.如权利要求1所述的设备(22)，其中
所述多个光学组件(32-36)包括相对于所述源(30)保持固定的至少一个静止光学组件；以及
所述静止光学组件是反射面、折射面、透镜以及窗口中的至少一个。
10.如权利要求1所述的设备(22)，其中，所述辐射包括光。
11.一种监测定向辐射的设备(22)的方法，所述设备(22)包括辐射的至少一个波束(24)的源(30)，多个光学组件(32-36)，其中包括至少一个可调节的光学组件(32)，所述至少一个可调节的光学组件(32)包括相对于所述源(30)可移动的至少一个部分，以及所述光学组件(32-36)中的至少一个的部分上的位置反馈特征(40)，所述方法包括：
确定所述辐射的至少一个波束(24)的第一方向，包括有选择地定位所述至少一个可调节的光学组件(32)的所述部分；
向不同于所述第一方向的第二方向偏转来自所述位置反馈特征(40)的辐射的至少一个波束(24)中的至少一些；
检测所述偏转的辐射(42)中的至少一些；以及
基于所述检测，确定所述第一方向。
12.如权利要求11所述的方法，包括
向控制器(50)提供关于所述检测的信息；以及
至少部分地基于所述信息，使用所述控制器(50)来控制所述至少一个可调节的光学组件(32)的所述部分的位置。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述位置反馈特征(40)包括下列各项中的至少一项：
纳米级反射面，
纳米级折射面，以及
所述光学组件(32)中的至少一个的所述部分上的纳米级栅栏。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述位置反馈特征(40)包括在所述光学组件(32)中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
15.如权利要求11所述的方法，其中
所述多个光学组件(32-36)包括微电机械(MEM)反射镜阵列；以及
所述确定包括确定所述阵列的反射镜中的至少一个的位置。
16.如权利要求11所述的方法，其中，所述辐射(24)包括光。
17.一种用于自动车辆(20)的激光雷达设备(22)，所述设备(22)包括：
光的至少一个波束(24)的源(30)；
在所述光的至少一个波束(24)的通道中的多个光学组件(32-36)，所述多个光学组件(32-36)确定所述光的至少一个波束(24)的第一方向，所述多个光学组件(32-36)包括至少一个可调节的光学组件(32)，所述至少一个可调节的光学组件(32)包括相对于所述源(30)可移动的至少一个部分；
位置反馈特征(40)，在所述光学组件(32-36)中的至少一个的部分上，所述位置反馈特征(40)向不同于所述第一方向的第二方向偏转光的所述至少一个波束(24)中的至少一些；以及
检测器(44)，设置为检测所述偏转光中的至少一些，所述检测器(44)提供指示所述第一方向的输出。
18.如权利要求17所述的激光雷达设备(22)，包括控制器(50)，所述控制器(50)被配置成至少部分地基于所述检测器(44)的所述输出来控制所述至少一个可调节的光学组件(32)的所述部分的移动。
19.如权利要求17所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括下列各项中的至少一项：
纳米级反射面，
纳米级折射面，以及
所述光学组件(32-36)中的至少一个的所述部分上的纳米级栅栏。
20.如权利要求17所述的设备(22)，其中，所述位置反馈特征(40)包括在所述光学组件(32-36)中的至少一个上的至少一个半球形偏转面。
21.如权利要求17所述的设备(22)，其中
所述多个光学组件(32-36)包括微电机械(MEM)反射镜阵列；并且
所述检测器(44)的所述输出(70)指示所述阵列的所述反射镜中的至少一个的位置。
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