RU2829187C1

RU2829187C1 - Lidar systems and methods

Info

Publication number: RU2829187C1
Application number: RU2021139322A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Перьев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория Алисы"
Filing date: 2021-12-28
Publication date: 2024-10-25

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to navigation equipment, in particular to lidar systems and methods for detecting objects in the environment of an autonomous vehicle. Result is achieved by the fact that the disclosed lidar system comprises an emitter configured to emit at least one light beam; detector configured to receive light reflected from surrounding objects; and a rotating scanning element comprising a reflecting prism with at least four faces inclined relative to the axis of rotation, and an annular element with an inner edge surface extending around an axis of rotation substantially in a plane parallel to the axis of rotation, wherein the normal to the inner surface located at a variable angle varies from perpendicular to inclined relative to the axis of rotation, and the emitter, the detector and the rotating scanning element are made so that the beam falls on the inner surface of the annular element, and then on one of the at least four faces of the reflecting prism, wherein the angle of incidence of the beam on the face depends on the variable angle of the annular element.

EFFECT: reduced distortions and non-uniformity of distribution of output beams.

14 cl, 10 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates

[001] Настоящая технология в целом относится к лидарным системам и способам для обнаружения объектов в окружающей среде автономного транспортного средства.[001] The present technology generally relates to lidar systems and methods for detecting objects in the environment of an autonomous vehicle.

Уровень техникиState of the art

[002] В устройствах, использующих лидарные (LIDAR, Light Detection And Ranging) системы, например, в автономных транспортных средствах, реализация такой системы часто зависит от требований к точности и к плотности информации. В общем случае лидарная система выполняет световое сканирование окружающей зоны и собирает лучи света, отраженные от окружающих объектов.[002] In devices using LIDAR (Light Detection And Ranging) systems, such as in autonomous vehicles, the implementation of such a system often depends on the requirements for accuracy and information density. In general, a LIDAR system performs light scanning of the surrounding area and collects light rays reflected from surrounding objects.

[003] В некоторых случаях для излучателя и сканирующей системы в лидарной системе, сканирующей окружение, может быть предусмотрена вращающаяся призма с наклонными гранями, где нормаль к каждой отражающей поверхности призмы не перпендикулярна оси вращения. Наклонные грани призмы отражают падающие на них выходные лучи под различными пространственными углами. Пространственный угол выходного луча зависит от места падения на грани призмы.[003] In some cases, a rotating prism with inclined faces may be provided for the emitter and the scanning system in a lidar system scanning the environment, where the normal to each reflecting surface of the prism is not perpendicular to the axis of rotation. The inclined faces of the prism reflect the output rays incident on them at different spatial angles. The spatial angle of the output beam depends on the location of incidence on the face of the prism.

[004] В некоторых лидарных системах относительный угол между излучателем и отражающей поверхностью может значительно изменяться в пределах поля зрения, поскольку отражающие поверхности наклонены относительно оси вращения. В результате могут возникать искажения или неоднородность распределения выходных лучей, приводя к изменениям плотности выборки. Например, на краях поля зрения соседние выходные лучи могут быть распределены в гораздо большей угловой области, чем вблизи центра.[004] In some lidar systems, the relative angle between the emitter and the reflecting surface may vary significantly within the field of view because the reflecting surfaces are tilted relative to the axis of rotation. This may result in distortions or non-uniformity in the distribution of output rays, leading to variations in the sampling density. For example, at the edges of the field of view, adjacent output rays may be distributed over a much larger angular region than near the center.

[005] Поэтому сохраняется потребность в лидарных системах, направленных на решение по меньшей мере некоторых из этих проблем.[005] There remains a need, therefore, for lidar systems that address at least some of these issues.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

[006] В связи с изложенным требуются системы и способы, позволяющие избегать, уменьшать или преодолевать ограничения известных технологий.[006] In connection with the above, systems and methods are needed that allow one to avoid, reduce or overcome the limitations of known technologies.

[007] Согласно одному аспекту настоящей технологии реализована лидарная система, содержащая излучатель, способный излучать по меньшей мере один луч света, детектор, способный принимать свет, отраженный от окружающих объектов, и вращающийся сканирующий элемент, способный получать по меньшей мере один луч света и сканировать по меньшей мере одним лучом света за пределами системы путем вращения вокруг оси вращения. Вращающийся сканирующий элемент содержит отражающую призму с по меньшей мере четырьмя гранями, наклоненными относительно оси вращения, и жестко соединенный с ней кольцевой элемент с внутренней поверхностью, расположенной вокруг оси вращения по существу в плоскости, параллельной оси вращения, при этом внутренняя поверхность расположена под переменным углом относительно оси вращения, а нормаль к внутренней поверхности изменяется от перпендикулярной относительно оси вращения до наклонной относительно оси вращения.[007] According to one aspect of the present technology, a lidar system is implemented, comprising an emitter capable of emitting at least one beam of light, a detector capable of receiving light reflected from surrounding objects, and a rotating scanning element capable of receiving at least one beam of light and scanning with at least one beam of light outside the system by rotating around an axis of rotation. The rotating scanning element comprises a reflective prism with at least four faces inclined relative to the axis of rotation, and a ring element rigidly connected to it with an inner surface located around the axis of rotation substantially in a plane parallel to the axis of rotation, wherein the inner surface is located at a variable angle relative to the axis of rotation, and the normal to the inner surface changes from perpendicular relative to the axis of rotation to inclined relative to the axis of rotation.

Излучатель, детектор и вращающийся сканирующий элемент выполнены так, что по меньшей мере один луч света падает на внутреннюю поверхность кольцевого элемента, а затем на одну из по меньшей мере четырех граней отражающей призмы, при этом угол падения по меньшей мере одного луча на грань зависит от переменного угла кольцевого элемента, а свет, отраженный от окружающих объектов, отражается одной из по меньшей четырех граней отражающей призмы в детектор.The emitter, detector and rotating scanning element are designed so that at least one beam of light falls on the inner surface of the ring element and then on one of at least four faces of the reflective prism, wherein the angle of incidence of at least one beam on the face depends on the variable angle of the ring element, and the light reflected from surrounding objects is reflected by one of at least four faces of the reflective prism into the detector.

[008] В некоторых вариантах осуществления изобретения кольцевой элемент имеет по меньшей мере две плоскости симметрии, каждая из которых содержит ось вращения отражающей призмы.[008] In some embodiments of the invention, the annular element has at least two planes of symmetry, each of which contains an axis of rotation of the reflective prism.

[009] В некоторых вариантах осуществления изобретения внутренняя поверхность имеет по меньшей мере две зоны параллельной поверхности, где по меньшей мере часть внутренней поверхности, по существу, параллельна оси вращения, и по меньшей мере две зоны наклонной поверхности, где по меньшей мере другая часть внутренней поверхности расположена под углом к оси вращения.[009] In some embodiments of the invention, the inner surface has at least two parallel surface zones, where at least a portion of the inner surface is substantially parallel to the axis of rotation, and at least two inclined surface zones, where at least another portion of the inner surface is located at an angle to the axis of rotation.

[010] В некоторых вариантах осуществления изобретения внутренняя поверхность кольцевого элемента содержит чередующиеся зоны параллельной поверхности и зоны наклонной поверхности вокруг оси вращения, при этом внутренняя поверхность плавно изменяется на переходах между зоной параллельной поверхности и соседней зоной наклонной поверхности.[010] In some embodiments of the invention, the inner surface of the annular element comprises alternating zones of parallel surface and zones of inclined surface about the axis of rotation, wherein the inner surface smoothly changes at the transitions between the zone of parallel surface and the adjacent zone of inclined surface.

[011] В некоторых вариантах осуществления изобретения кольцевой элемент может селективно поворачиваться относительно отражающей призмы так, что угол падения по меньшей мере одного луча на отражающую призму может регулироваться в соответствии с угловым положением кольцевого элемента относительно отражающей призмы.[011] In some embodiments of the invention, the annular element may be selectively rotated relative to the reflective prism such that the angle of incidence of at least one beam on the reflective prism may be adjusted in accordance with the angular position of the annular element relative to the reflective prism.

[012] В некоторых вариантах осуществления изобретения кольцевой элемент расположен, по существу, между излучателем и отражающей призмой вдоль направления, соответствующего оси вращения.[012] In some embodiments of the invention, the annular element is located substantially between the emitter and the reflective prism along a direction corresponding to the axis of rotation.

[013] В некоторых вариантах осуществления изобретения система способна выполнять периферийное сканирование.[013] In some embodiments of the invention, the system is capable of performing boundary scanning.

[014] В некоторых вариантах осуществления изобретения система выполнена с возможностью ее крепления к самоуправляемому транспортному средству на его боковой поверхности.[014] In some embodiments of the invention, the system is configured to be attached to the self-driving vehicle on its side surface.

[015] В некоторых вариантах осуществления изобретения отражающая призма имеет, по существу, пирамидальную форму.[015] In some embodiments of the invention, the reflective prism has a substantially pyramidal shape.

[016] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере четыре грани отражающей призмы скошены относительно оси вращения.[016] In some embodiments of the invention, at least four faces of the reflective prism are chamfered relative to the axis of rotation.

[017] В некоторых вариантах осуществления изобретения излучатель выполнен с возможностью излучения по меньшей мере одного луча света под углом относительно оси вращения сканирующего элемента.[017] In some embodiments of the invention, the emitter is configured to emit at least one beam of light at an angle relative to the axis of rotation of the scanning element.

[018] Согласно другому аспекту настоящей технологии реализован способ коррекции искажений сканирования лидарной системы, содержащей вращающийся сканирующий элемент.Способ включает в себя изменение углового положения кольцевого элемента вращающегося сканирующего элемента относительно отражающей призмы вращающегося сканирующего элемента, при этом положение кольцевого элемента относительно отражающей призмы определяет распределение по меньшей мере одного выходного луча, излучаемого излучателем лидарной системы, а коррекция искажений сканирования связана с регулировкой распределения по меньшей мере одного выходного луча.[018] According to another aspect of the present technology, a method for correcting scanning distortions of a lidar system comprising a rotating scanning element is implemented. The method includes changing the angular position of a ring element of the rotating scanning element relative to a reflective prism of the rotating scanning element, wherein the position of the ring element relative to the reflective prism determines the distribution of at least one output beam emitted by the emitter of the lidar system, and the correction of scanning distortions is associated with adjusting the distribution of at least one output beam.

[019] В некоторых вариантах осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя определение контроллером лидарной системы искажений сканирования для света, полученного во время работы лидарной системы, при этом изменение углового положения кольцевого элемента основано на этих определяемых искажениях сканирования.[019] In some embodiments of the invention, the method further includes determining, by the controller of the lidar system, scanning distortions for light received during operation of the lidar system, wherein the change in the angular position of the ring element is based on these determined scanning distortions.

[020] В некоторых вариантах осуществления изобретения изменение углового положения кольцевого элемента относительно отражающей призмы включает в себя позиционирование кольцевого элемента так, чтобы минимизировать искажения сканирования для по меньшей мере части диапазона угла поворота сканирующего элемента во время работы.[020] In some embodiments of the invention, changing the angular position of the annular element relative to the reflective prism includes positioning the annular element so as to minimize scanning distortion for at least a portion of the rotational angle range of the scanning element during operation.

[021] Согласно еще одному аспекту настоящей технологии реализована лидарная система, содержащая излучатель, способный излучать по меньшей мере один луч света, детектор, способный принимать свет, отраженный от окружающих объектов, и вращающийся сканирующий элемент, способный получать по меньшей мере один луч света и сканировать по меньшей мере одним лучом света за пределами системы путем вращения вокруг оси вращения. Вращающийся сканирующий элемент содержит отражающую призму с по меньшей мере четырьмя гранями, наклоненными относительно оси вращения, и жестко соединенный с ней светопропускающий элемент с внешней краевой частью переменной толщины, расположенной вокруг оси вращения по существу в плоскости, параллельной оси вращения, при этом излучатель, детектор и вращающийся сканирующий элемент выполнены так, что по меньшей мере один луч света падает на светопропускающий элемент и преломляется им, а затем падает на одну из по меньшей мере четырех граней отражающей призмы, при этом угол падения по меньшей мере одного луча на грань зависит от переменной толщины светопропускающего элемента, а свет, отраженный от окружающих объектов, отражается одной из по меньшей четырех граней отражающей призмы в детектор.[021] According to another aspect of the present technology, a lidar system is implemented, comprising an emitter capable of emitting at least one beam of light, a detector capable of receiving light reflected from surrounding objects, and a rotating scanning element capable of receiving at least one beam of light and scanning with at least one beam of light outside the system by rotating about an axis of rotation. The rotating scanning element comprises a reflective prism with at least four faces inclined relative to the rotation axis, and a light-transmitting element rigidly connected to it with an outer edge portion of variable thickness, located around the rotation axis essentially in a plane parallel to the rotation axis, wherein the emitter, detector and rotating scanning element are designed so that at least one beam of light falls on the light-transmitting element and is refracted by it, and then falls on one of at least four faces of the reflective prism, wherein the angle of incidence of at least one beam on the face depends on the variable thickness of the light-transmitting element, and the light reflected from surrounding objects is reflected by one of at least four faces of the reflective prism into the detector.

[022] В некоторых вариантах осуществления изобретения светопропускающий элемент имеет по меньшей мере две плоскости симметрии, каждая из которых содержит ось вращения отражающей призмы.[022] In some embodiments of the invention, the translucent element has at least two planes of symmetry, each of which contains an axis of rotation of the reflective prism.

[023] В некоторых вариантах осуществления изобретения светопропускающий элемент содержит по меньшей мере два параллельных краевых участка, где первая поверхность светопропускающего элемента по существу параллельна второй поверхности светопропускающего элемента, при этом первая и вторая поверхности по существу перпендикулярны оси вращения; и по меньшей мере два клиновидных участка, где по меньшей мере часть первой поверхности не параллельна второй поверхности, при этом по меньшей мере два клиновидных участка толще по меньшей мере двух параллельных участков.[023] In some embodiments of the invention, the light-transmitting element comprises at least two parallel edge portions, where the first surface of the light-transmitting element is substantially parallel to the second surface of the light-transmitting element, wherein the first and second surfaces are substantially perpendicular to the axis of rotation; and at least two wedge-shaped portions, wherein at least a portion of the first surface is not parallel to the second surface, wherein at least two wedge-shaped portions are thicker than the at least two parallel portions.

[024] В некоторых вариантах осуществления изобретения край светопропускающего элемента содержит чередующиеся параллельные краевые участки и клиновидные участки вокруг оси вращения, при этом край плавно изменяется на переходах между параллельным краевым участком и примыкающим клиновидным участком.[024] In some embodiments of the invention, the edge of the translucent element comprises alternating parallel edge portions and wedge-shaped portions about the axis of rotation, wherein the edge smoothly changes at the transitions between the parallel edge portion and the adjacent wedge-shaped portion.

[025] В некоторых вариантах осуществления изобретения светопропускающий элемент может селективно поворачиваться относительно отражающей призмы так, что угол падения по меньшей мере одного луча на отражающую призму может регулироваться в соответствии с угловым положением светопропускающего элемента относительно отражающей призмы.[025] In some embodiments of the invention, the light-transmitting element can be selectively rotated relative to the reflective prism such that the angle of incidence of at least one beam on the reflective prism can be adjusted in accordance with the angular position of the light-transmitting element relative to the reflective prism.

[026] В некоторых вариантах осуществления изобретения светопропускающий элемент расположен, по существу, между излучателем и отражающей призмой вдоль направления, соответствующего оси вращения.[026] In some embodiments of the invention, the light-transmitting element is located substantially between the emitter and the reflective prism along a direction corresponding to the axis of rotation.

[027] В некоторых вариантах осуществления изобретения система способна выполнять периферийное сканирование.[027] In some embodiments of the invention, the system is capable of performing boundary scanning.

[028] В некоторых вариантах осуществления изобретения система выполнена с возможностью ее крепления к самоуправляемому транспортному средству на его боковой поверхности.[028] In some embodiments of the invention, the system is configured to be attached to the self-driving vehicle on its side surface.

[029] В некоторых вариантах осуществления изобретения отражающая призма имеет, по существу, пирамидальную форму.[029] In some embodiments of the invention, the reflective prism has a substantially pyramidal shape.

[030] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере четыре грани отражающей призмы скошены относительно оси вращения.[030] In some embodiments of the invention, at least four faces of the reflective prism are chamfered relative to the axis of rotation.

[031] В некоторых вариантах осуществления изобретения излучатель выполнен с возможностью излучения по меньшей мере одного луча света под углом относительно оси вращения сканирующего элемента.[031] In some embodiments of the invention, the emitter is configured to emit at least one beam of light at an angle relative to the axis of rotation of the scanning element.

[032] Согласно еще одному аспекту настоящей технологии реализован способ коррекции искажений сканирования лидарной системы, содержащей сканирующий элемент.Способ включает в себя изменение углового положения светопропускающего элемента вращающегося сканирующего элемента относительно отражающей призмы вращающегося сканирующего элемента, при этом положение светопропускающего элемента относительно отражающей призмы определяет распределение по меньшей мере одного выходного луча, излучаемого излучателем лидарной системы, а коррекция искажений сканирования связана с регулировкой распределения по меньшей мере одного выходного луча.[032] According to another aspect of the present technology, a method for correcting scanning distortions of a lidar system comprising a scanning element is implemented. The method includes changing the angular position of a light-transmitting element of a rotating scanning element relative to a reflective prism of the rotating scanning element, wherein the position of the light-transmitting element relative to the reflective prism determines the distribution of at least one output beam emitted by an emitter of the lidar system, and the correction of scanning distortions is associated with adjusting the distribution of at least one output beam.

[033] В некоторых вариантах осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя определение контроллером лидарной системы искажений сканирования для света, полученного во время работы лидарной системы, при этом изменение углового положения светопропускающего элемента основано на этих определяемых искажениях сканирования.[033] In some embodiments of the invention, the method further includes determining, by the controller of the lidar system, scanning distortions for light received during operation of the lidar system, wherein changing the angular position of the translucent element is based on these determined scanning distortions.

[034] В некоторых вариантах осуществления изобретения изменение углового положения светопропускающего элемента относительно отражающей призмы включает в себя позиционирование светопропускающего элемента так, чтобы минимизировать искажения сканирования для по меньшей мере части диапазона угла поворота вращающегося сканирующего элемента во время работы.[034] In some embodiments of the invention, changing the angular position of the transmissive element relative to the reflective prism includes positioning the transmissive element so as to minimize scanning distortions for at least a portion of the range of rotation angle of the rotating scanning element during operation.

[035] В контексте настоящего описания термины "источник света" или "излучатель" соответствует любому устройству, способному обеспечивать излучение сигнала, например, в числе прочего, в виде луча света, содержащего излучение на одной или нескольких соответствующих длинах волн электромагнитного спектра. В одном примере источник света может представлять собой лазерный источник. При этом вышеупомянутые источники света могут содержать один или несколько лазеров, таких как твердотельный лазер, лазерный диод, лазер большой мощности, или альтернативный источник света, такой как источник света на основе светодиода. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах лазерный источник содержит лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовой яме, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR, Distributed Bragg Reflector), лазер с распределенной обратной связью (DFB, Distributed FeedBack), волоконный лазер или лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Кроме того, лазерные источники могут излучать световые лучи различных видов, например, световые импульсы, непрерывные колебания (CW, Continuous Wave), квазинепрерывные колебания и т.д. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах лазерные источники могут содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В качестве альтернативы, лазерные источники могут содержать лазерный диод, способный излучать световые лучи с длиной волны в диапазонах приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм, приблизительно 1300-1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Например, в зависимости от конкретных элементов, длина волны источников света может варьироваться от 400 нм до 2000 нм.[035] As used herein, the terms "light source" or "emitter" refer to any device capable of emitting a signal, such as, but not limited to, a beam of light comprising radiation at one or more relevant wavelengths of the electromagnetic spectrum. In one example, the light source may be a laser source. In this case, the aforementioned light sources may comprise one or more lasers, such as a solid-state laser, a laser diode, a high-power laser, or an alternative light source, such as a light-emitting diode (LED) light source. In some non-limiting examples, the laser source comprises a Fabry-Perot laser diode, a quantum well laser, a Distributed Bragg Reflector (DBR) laser, a Distributed FeedBack (DFB) laser, a fiber laser, or a VCSEL Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser. In addition, laser sources can emit light beams of various types, such as light pulses, continuous oscillations (CW, Continuous Wave), quasi-continuous oscillations, etc. In some non-limiting examples, laser sources can comprise a laser diode capable of emitting light with a wavelength in the range of approximately 650-1150 nm. Alternatively, laser sources can comprise a laser diode capable of emitting light beams with a wavelength in the ranges of approximately 800-1000 nm, approximately 850-950 nm, approximately 1300-1600 nm, or any other suitable range. For example, depending on the specific elements, the wavelength of the light sources can vary from 400 nm to 2000 nm.

[036] Если не указано иное, термин "приблизительно" в отношении числового значения означает отклонение до 10% от указанного значения.[036] Unless otherwise stated, the term "approximately" with respect to a numerical value means a deviation of up to 10% from the stated value.

[037] В контексте настоящего описания выражение "выходной луч" также может соответствовать пучку излучения, который сформирован источником излучения и отправлен в сторону интересующей области (ROI, Region Of Interest). Выходной луч может иметь один или несколько параметров, таких как длительность импульса, угловая дисперсия луча, длина волны, мгновенная мощность, плотность фотонов на различных расстояниях от источника света, средняя мощность, интенсивность луча, ширина луча, частота повторения лучей, последовательность лучей, скважность импульсов, фаза и т.д. Выходной луч может быть неполяризованным или поляризованным случайным образом, может не иметь конкретной или фиксированной поляризации (например, поляризация может изменяться с течением времени) или может иметь конкретную поляризацию (например, линейную поляризацию, эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию).[037] In the context of the present description, the expression "output beam" may also correspond to a radiation beam that is generated by a radiation source and sent towards a region of interest (ROI, Region Of Interest). The output beam may have one or more parameters such as pulse duration, beam angular dispersion, wavelength, instantaneous power, photon density at different distances from the light source, average power, beam intensity, beam width, beam repetition rate, beam sequence, pulse duty cycle, phase, etc. The output beam may be unpolarized or randomly polarized, may not have a specific or fixed polarization (e.g., polarization may change over time) or may have a specific polarization (e.g., linear polarization, elliptical polarization, or circular polarization).

[038] В контексте настоящего описания термин "входной луч" означает излучение или свет, попадающий в систему, обычно после отражения или рассеяния на одном или нескольких объектах в области ROI. Входной луч также может называться пучком излучения или лучом света. Под отражением подразумевается, что по меньшей мере часть выходного луча, падающего на один или несколько объектов в области ROI, отражается от одного или нескольких объектов. Входной луч может иметь один или несколько параметров, таких как время пролета (т.е. время от излучения до обнаружения), мгновенная мощность (например, сигнатура мощности), средняя мощность по всему обратному импульсу, распределение фотонов или сигнал в течение периода обратного импульса и т.д. В зависимости от конкретного варианта использования, часть излучения или света, собранного во входном луче, может поступать от источников, отличных от отраженного выходного луча. Например, по меньшей мере часть входного луча может содержать шумовое световое излучение из окружающей среды (включая рассеянный солнечный свет) или из других источников света, внешних по отношению к настоящей системе.[038] As used herein, the term "input beam" refers to radiation or light entering the system, typically after reflection or scattering from one or more objects in the ROI. An input beam may also be referred to as a radiation beam or a light beam. By reflection, it is meant that at least a portion of the output beam incident on one or more objects in the ROI is reflected from one or more objects. An input beam may have one or more parameters such as a time of flight (i.e., the time from emission to detection), an instantaneous power (e.g., a power signature), an average power over the entire return pulse, a distribution of photons or a signal over the period of the return pulse, etc. Depending on the particular use case, a portion of the radiation or light collected in the input beam may come from sources other than the reflected output beam. For example, at least a portion of the input beam may include noise light from the environment (including scattered sunlight) or from other light sources external to the present system.

[039] В контексте настоящего описания термин "окрестность" или "окружающая среда" транспортного средства соответствует области или пространству вокруг транспортного средства, содержащему часть его окружающей среды в данный момент времени, доступную для сканирования с использованием одного или нескольких датчиков, установленных на транспортном средстве, например, с целью формирования 3D-карты такой окрестности или обнаружения объектов. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах обнаруженные объекты могут включать в себя полностью или частично человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовой автомобиль, поезд, велосипед, инвалидную коляску, детскую коляску, пешехода, животное, дорожный знак, светофор, разделительную линию, дорожную разметку, парковочное место, пилон, ограждение, дорожный барьер, выбоину, железнодорожный переезд, препятствие на дороге или рядом с ней, бордюр, остановившееся на дороге или рядом с ней транспортное средство, столб, дом, здание, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, любой другой подходящий объект или любое другое подходящее сочетание целых двух или более объектов либо их частей.[039] As used herein, the term "surroundings" or "environment" of a vehicle refers to an area or space around the vehicle that contains a portion of its surroundings at a given time that is scannable using one or more sensors mounted on the vehicle, such as for the purpose of generating a 3D map of such surroundings or detecting objects. In some non-limiting examples, the detected objects may include all or part of a person, a vehicle, a motorcycle, a truck, a train, a bicycle, a wheelchair, a baby carriage, a pedestrian, an animal, a road sign, a traffic light, a median line, a road marking, a parking space, a pylon, a guardrail, a road barrier, a pothole, a railroad crossing, an obstruction on or near a road, a curb, a vehicle stopped on or near a road, a pole, a house, a building, a trash can, a mailbox, a tree, any other suitable object, or any other suitable combination of two or more objects or parts thereof.

[040] В контексте настоящего описания область ROI может содержать часть доступной для наблюдения окружающей среды лидарной системы, где могут быть обнаружены один или несколько объектов. Следует отметить, что область ROI лидарной системы может зависеть от различных условий, таких как ориентация лидарной системы (например, направление оптической оси лидарной системы), положение лидарной системы относительно окружающей среды (например, высота относительно уровня земли и расстояние до соседних элементов рельефа и препятствий), рабочие параметры лидарной системы (например, мощность излучения, вычислительные настройки, заданные углы работы) и т.д. В частности, область ROI лидарной системы может быть задана в виде плоского угла или телесного угла. В одном примере область ROI также может задаваться конкретным диапазоном расстояний (например, до 200 м и т.п.).[040] In the context of the present description, the ROI region may comprise a portion of the observable environment of the lidar system, where one or more objects can be detected. It should be noted that the ROI region of the lidar system may depend on various conditions, such as the orientation of the lidar system (e.g., the direction of the optical axis of the lidar system), the position of the lidar system relative to the environment (e.g., the height relative to ground level and the distance to adjacent terrain elements and obstacles), the operating parameters of the lidar system (e.g., the radiation power, the computing settings, the specified operating angles), etc. In particular, the ROI region of the lidar system can be defined as a plane angle or a solid angle. In one example, the ROI region can also be defined by a specific range of distances (e.g., up to 200 m, etc.).

[041] В контексте настоящего описания термин "контроллер" означает любое компьютерное аппаратное средство, способное выполнять программы, подходящие для решения поставленной задачи и/или для регулирования или управления функциями подключенных элементов. В контексте настоящего описания термин "электронное устройство" подразумевает, что устройство может функционировать в качестве сервера или контроллера для других электронных устройств, тем не менее, это не обязательно для настоящей технологии. Таким образом, некоторые (не имеющие ограничительного характера) примеры электронных устройств включают в себя блок автономного вождения, персональные компьютеры (настольные, ноутбуки, нетбуки и т.п.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы. Должно быть понятно, что в настоящем контексте тот факт, что устройство функционирует в качестве электронного устройства, не означает, что оно не может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств.[041] In the context of the present description, the term "controller" means any computer hardware capable of executing programs suitable for solving a given task and/or for regulating or controlling the functions of connected elements. In the context of the present description, the term "electronic device" implies that the device can function as a server or controller for other electronic devices, however, this is not necessary for the present technology. Thus, some (non-limiting) examples of electronic devices include an autonomous driving unit, personal computers (desktops, laptops, netbooks, etc.), smartphones and tablets, as well as network equipment such as routers, switches and gateways. It should be understood that in the present context, the fact that a device functions as an electronic device does not mean that it cannot function as a server for other electronic devices.

[042] Функции различных элементов, описанных или показанных на чертежах, включая любой функциональный блок, обозначенный как "процессор", могут быть реализованы с использованием специализированных аппаратных средств, а также с использованием аппаратных средств, способных выполнять соответствующее программное обеспечение. Если используется процессор, эти функции могут выполняться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут использоваться совместно. Кроме того, явное использование термина "процессор" или "контроллер" не должно трактоваться как указание исключительно на аппаратные средства, способные выполнять программное обеспечение, и может подразумевать, помимо прочего, аппаратные средства цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) для хранения программного обеспечения, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и/или энергонезависимое запоминающее устройство. Также могут подразумеваться другие аппаратные средства, общего назначения и/или заказные.[042] The functions of the various elements described or shown in the drawings, including any functional unit designated as a "processor", may be implemented using dedicated hardware as well as using hardware capable of executing associated software. If a processor is used, these functions may be performed by a single dedicated processor, a single shared processor, or a plurality of separate processors, some of which may be shared. Furthermore, explicit use of the term "processor" or "controller" shall not be construed as referring solely to hardware capable of executing software, and may include, but are not limited to, hardware of a digital signal processor (DSP), a network processor, an application-specific integrated circuit (ASIC), a field-programmable gate array (FPGA), a read-only memory (ROM) for storing software, a random access memory (RAM), and/or a non-volatile memory. Other hardware, general purpose and/or custom, may also be included.

[043] Программные модули или просто модули, реализация которых предполагается в виде программных средств, могут быть представлены здесь как любое сочетание элементов блок-схемы или других элементов, указывающих на выполнение шагов процесса и/или содержащих текстовое описание. Такие модули могут выполняться аппаратными средствами, показанными явно или подразумеваемыми.[043] Software modules or simply modules, the implementation of which is intended to be in the form of software, may be represented here as any combination of flow chart elements or other elements indicating the execution of process steps and/or containing a text description. Such modules may be executed by hardware, shown explicitly or implied.

[044] В контексте настоящего описания числительные "первый", "второй", "третий" и т.д. используются лишь для указания на различие между существительными, к которым они относятся, но не для описания каких-либо определенных взаимосвязей между этими существительными. Кроме того, как встречается в настоящем описании в другом контексте, ссылка на "первый" элемент и "второй" элемент не исключает того, что эти два элемента в действительности могут быть одним и тем же элементом.[044] In the context of the present description, the numerals "first," "second," "third," etc. are used merely to indicate a distinction between the nouns to which they refer, but not to describe any specific relationship between those nouns. Furthermore, as occurs in other contexts in the present description, reference to a "first" element and a "second" element does not exclude the possibility that those two elements may in fact be the same element.

[045] Каждый вариант осуществления настоящей технологии относится к по меньшей мере одной из вышеупомянутых целей и/или к одному из вышеупомянутых аспектов, но не обязательно ко всем ним. Должно быть понятно, что некоторые аспекты настоящей технологии, связанные с попыткой достижения вышеупомянутой цели, могут не соответствовать этой цели и/или могут соответствовать другим целям, явным образом здесь не упомянутым.[045] Each embodiment of the present technology relates to at least one of the above-mentioned objectives and/or to one of the above-mentioned aspects, but not necessarily to all of them. It should be understood that some aspects of the present technology associated with an attempt to achieve the above-mentioned objective may not correspond to this objective and/or may correspond to other objectives not explicitly mentioned herein.

[046] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, на приложенных чертежах и в формуле изобретения.[046] Additional and/or alternative features, aspects and advantages of embodiments of the present technology are contained in the following description, in the attached drawings and in the claims.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

[047] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии поясняются в дальнейшем описании, в приложенной формуле изобретения и на следующих чертежах.[047] These and other features, aspects and advantages of the present technology are explained in the following description, in the appended claims and in the following drawings.

[048] На фиг. 1 представлена схема сетевой вычислительной среды, пригодной для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.[048] Fig. 1 is a diagram of a network computing environment suitable for use with certain non-limiting embodiments of the present technology.

[049] На фиг. 2 представлена схема электронного устройства, которое может быть использовано для реализации некоторых не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления настоящей технологии.[049] Fig. 2 shows a diagram of an electronic device that can be used to implement some non-limiting embodiments of the present technology.

[050] На фиг. 3 представлен схематический вид сверху лидарной системы согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии.[050] Fig. 3 is a schematic top view of a lidar system according to non-limiting embodiments of the present technology.

[051] На фиг. 4 представлен разрез 4-4 лидарной системы согласно фиг. 3.[051] Fig. 4 shows a section 4-4 of the lidar system according to Fig. 3.

[052] На фиг. 5 представлен разрез 5-5 лидарной системы согласно фиг. 3.[052] Fig. 5 shows a section 5-5 of the lidar system according to Fig. 3.

[053] На фиг. 6 приведена блок-схема способа регулировки лидарной системы согласно фиг. 3.[053] Fig. 6 shows a block diagram of a method for adjusting the lidar system according to Fig. 3.

[054] На фиг. 7 представлен схематический вид сверху другой лидарной системы согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии.[054] Fig. 7 is a schematic top view of another lidar system according to non-limiting embodiments of the present technology.

[055] На фиг. 8 представлен разрез 8-8 лидарной системы согласно фиг. 7.[055] Fig. 8 shows a section 8-8 of the lidar system according to Fig. 7.

[056] На фиг. 9 представлен разрез 9-9 лидарной системы согласно фиг. 7.[056] Fig. 9 shows a section 9-9 of the lidar system according to Fig. 7.

[057] На фиг. 10 приведена блок-схема способа регулировки лидарной системы согласно фиг. 7.[057] Fig. 10 shows a block diagram of the method for adjusting the lidar system according to Fig. 7.

[058] Если не указано иное, в чертежах могут быть отклонения от масштаба.[058] Unless otherwise stated, drawings may be to scale.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

[059] Представленные здесь примеры и условный язык предназначены для обеспечения лучшего понимания принципов настоящей технологии, а не для ограничения ее объема до таких специально приведенных примеров и условий. Должно быть понятно, что специалисты в данной области техники способны разработать различные способы и устройства, которые явно не описаны и не показаны, но реализуют принципы настоящей технологии в пределах ее существа и объема.[059] The examples and conventional language provided herein are intended to provide a better understanding of the principles of the present technology and are not intended to limit its scope to such specifically provided examples and conditions. It should be understood that those skilled in the art are capable of devising various methods and devices that are not explicitly described or shown but that implement the principles of the present technology within its spirit and scope.

[060] Кроме того, чтобы способствовать лучшему пониманию, последующее описание может содержать упрощенные варианты реализации настоящей технологии. Специалистам в данной области должно быть понятно, что другие варианты осуществления настоящей технологии могут быть значительно сложнее.[060] Furthermore, in order to facilitate better understanding, the following description may contain simplified embodiments of the present technology. Those skilled in the art will understand that other embodiments of the present technology may be significantly more complex.

[061] В некоторых случаях приводятся полезные примеры модификаций настоящей технологии. Они способствуют пониманию, но также не определяют объема или границ настоящей технологии. Представленный перечень модификаций не является исчерпывающим, и специалист в данной области может разработать другие модификации в пределах объема настоящей технологии. Кроме того, если в некоторых случаях модификации не описаны, это не означает, что они невозможны и/или что описание содержит единственно возможный вариант реализации того или иного элемента настоящей технологии.[061] In some cases, useful examples of modifications to the present technology are given. They facilitate understanding, but also do not define the scope or boundaries of the present technology. The list of modifications provided is not exhaustive, and a person skilled in the art can develop other modifications within the scope of the present technology. In addition, if in some cases modifications are not described, this does not mean that they are impossible and/or that the description contains the only possible embodiment of a particular element of the present technology.

[062] Описание принципов, аспектов и вариантов реализации настоящей технологии, а также их конкретные примеры, предназначены для охвата их структурных и функциональных эквивалентов, независимо от того, известны они в настоящее время или будут разработаны в будущем. Например, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые описанные здесь структурные схемы соответствуют концептуальным представлениям иллюстративных принципиальных схем, реализующих основы настоящей технологии. Также должно быть понятно, что любые блок-схемы, схемы процессов, диаграммы изменения состояния, псевдокоды и т.п.соответствуют различным процессам, которые могут быть представлены на машиночитаемом физическом носителе информации и могут выполняться компьютером или процессором, независимо от того, показан такой компьютер или процессор явно или нет.[062] The description of the principles, aspects and embodiments of the present technology, as well as specific examples thereof, are intended to cover their structural and functional equivalents, regardless of whether they are currently known or will be developed in the future. For example, those skilled in the art should understand that any block diagrams described herein correspond to conceptual representations of illustrative circuit diagrams implementing the principles of the present technology. It should also be understood that any block diagrams, process diagrams, state transition diagrams, pseudocodes and the like correspond to various processes that can be represented on a machine-readable physical storage medium and can be executed by a computer or processor, regardless of whether such a computer or processor is explicitly shown or not.

[063] Далее с учетом вышеизложенных принципов рассмотрены некоторые не имеющие ограничительного характера примеры, иллюстрирующие различные варианты реализации аспектов настоящей технологии.[063] Next, taking into account the above principles, some non-limiting examples are considered, illustrating various options for implementing aspects of this technology.

[064] На фиг. 1 представлена схема сетевой вычислительной среды 100, пригодной для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Сетевая вычислительная среда 100 содержит электронное устройство 110, связанное с транспортным средством 120 и/или с пользователем (не показан), связанным с транспортным средством 120 (таким как оператор транспортного средства 120). Сетевая вычислительная среда 100 также содержит сервер 135, соединенный с электронным устройством 110 через сеть 140 связи (такую как сеть Интернет и т.п., как более подробно описано ниже).[064] Fig. 1 is a diagram of a network computing environment 100 suitable for use with certain non-limiting embodiments of the present technology. The network computing environment 100 includes an electronic device 110 associated with a vehicle 120 and/or with a user (not shown) associated with the vehicle 120 (such as an operator of the vehicle 120). The network computing environment 100 also includes a server 135 coupled to the electronic device 110 via a communications network 140 (such as the Internet, etc., as described in more detail below).

[065] На фиг. 2 представлена схема варианта осуществления электронного устройства 110, пригодного для использования с некоторыми вариантами реализации настоящей технологии. Электронное устройство 110 содержит различные элементы аппаратных средств, включая один или несколько одно- или многоядерных процессоров, обобщенно представленных процессором 113, твердотельный накопитель 115 и память 117, которая может представлять собой ОЗУ или память любого другого вида.[065] Fig. 2 is a diagram of an embodiment of an electronic device 110 suitable for use with some embodiments of the present technology. The electronic device 110 includes various hardware elements, including one or more single- or multi-core processors, generally represented by a processor 113, a solid-state drive 115, and a memory 117, which may be RAM or any other type of memory.

[066] Связь между различными элементами устройства 110 может осуществляться через одну или несколько внутренних и/или внешних шин (не показаны) (таких как шина PCI, шина USB, шина FireWire стандарта IEEE 1394, шина SCSI, шина Serial-ATA и т.д.), с которыми различные аппаратные элементы соединены электронными средствами. Согласно вариантам осуществления настоящей технологии, твердотельный накопитель 115 хранит программные команды, пригодные для загрузки в память 117 и исполнения процессором 113 для определения наличия объекта. Например, программные команды могут входить в состав управляющего приложения транспортного средства, выполняемого процессором 113. Следует отметить, что устройство 110 может содержать дополнительные и/или не обязательные элементы (не показаны), такие как модули передачи данных по сети, модули определения местоположения и т.п.[066] Communication between the various elements of the device 110 may be accomplished via one or more internal and/or external buses (not shown) (such as a PCI bus, a USB bus, an IEEE 1394 FireWire bus, a SCSI bus, a Serial-ATA bus, etc.) to which the various hardware elements are electronically connected. According to embodiments of the present technology, the solid-state drive 115 stores software instructions suitable for loading into the memory 117 and executing by the processor 113 to determine the presence of an object. For example, the software instructions may be part of a vehicle control application executed by the processor 113. It should be noted that the device 110 may include additional and/or optional elements (not shown), such as network data communication modules, location determination modules, etc.

[067] Согласно настоящей технологии, на реализацию электронного устройства 110 не накладывается особых ограничений. Например, электронное устройство 110 может быть реализовано в виде блока управления двигателем транспортного средства, центрального процессора транспортного средства, автонавигатора (например, TomTom(tm), Garmin(tm)), планшета, персонального компьютера, встроенного в транспортное средство 120, и т.п. Следует отметить, что электронное устройство 110 может быть связано или не связано с транспортным средством 120 постоянным образом. Дополнительно или в качестве альтернативы, электронное устройство 110 может быть реализовано в устройстве беспроводной связи, таком как мобильный телефон (например, смартфон или радиотелефон). В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 110 содержит дисплей 170.[067] According to the present technology, there are no particular limitations on the implementation of the electronic device 110. For example, the electronic device 110 can be implemented as an engine control unit of a vehicle, a central processor of a vehicle, a car navigator (e.g., TomTom(tm), Garmin(tm)), a tablet, a personal computer built into the vehicle 120, etc. It should be noted that the electronic device 110 may or may not be permanently connected to the vehicle 120. Additionally or alternatively, the electronic device 110 can be implemented in a wireless communication device, such as a mobile phone (e.g., a smartphone or a radiotelephone). In some embodiments of the invention, the electronic device 110 comprises a display 170.

[068] В настоящем варианте осуществления изобретения электронное устройство 110 содержит элементы компьютерной системы, как представлено на фиг. 2. Тем не менее, некоторые элементы могут быть опущены или модифицированы в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 110 представляет собой бортовое компьютерное устройство и содержит процессор 113, твердотельный накопитель 115 и память 117. Иными словами, электронное устройство 110 содержит аппаратные средства и/или прикладное программное обеспечение и/или встроенное программное обеспечение либо их сочетание для обработки данных, как более подробно описано ниже.[068] In the present embodiment of the invention, the electronic device 110 comprises elements of a computer system as shown in Fig. 2. However, some elements may be omitted or modified depending on the particular embodiment of the invention. In some embodiments of the invention, the electronic device 110 is an on-board computer device and comprises a processor 113, a solid-state drive 115, and a memory 117. In other words, the electronic device 110 comprises hardware and/or application software and/or firmware, or a combination thereof, for processing data, as described in more detail below.

[069] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сетевая вычислительная среда 100 (см. фиг. 1) может содержать спутник системы GPS (не показан), передающий сигнал GPS электронному устройству 110 и/или принимающий сигнал GPS от него. Должно быть понятно, что настоящая технология не ограничивается системой GPS и может использовать технологию определения местоположения, отличную от системы GPS. Следует отметить, что спутник GPS может вообще отсутствовать.[069] In some non-limiting embodiments of the present technology, the network computing environment 100 (see Fig. 1) may comprise a GPS satellite (not shown) that transmits a GPS signal to the electronic device 110 and/or receives a GPS signal from it. It should be understood that the present technology is not limited to the GPS system and may use a positioning technology other than the GPS system. It should be noted that a GPS satellite may be completely absent.

[070] Транспортное средство 120, с которым связано электронное устройство 110, может представлять собой любое транспортное средство для отдыха или иной деятельности, такое как автомобиль для личного или коммерческого использования, грузовой автомобиль, мотоцикл и т.п.Несмотря на то, что транспортное средство 120 изображено в виде наземного транспортного средства, это не обязательно для всех не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии транспортное средство 120 может представлять собой водное транспортное средство, такое как лодка, или воздушное транспортное средство, такое как беспилотный летательный аппарат.[070] The vehicle 120 to which the electronic device 110 is associated may be any recreational or other activity vehicle, such as a personal or commercial automobile, a truck, a motorcycle, and the like. Although the vehicle 120 is depicted as a land vehicle, this is not necessarily the case for all non-limiting embodiments of the present technology. For example, in some non-limiting embodiments of the present technology, the vehicle 120 may be a watercraft, such as a boat, or an aircraft, such as an unmanned aerial vehicle.

[071] Транспортное средство 120 может управляться пользователем или представлять собой самоуправляемое транспортное средство. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 120 может быть реализовано в виде самоуправляемого автомобиля (SDC, Self-Driving Car). Следует отметить, что не накладывается ограничений на конкретные параметры транспортного средства 120, такие как производитель транспортного средства, модель транспортного средства, год выпуска транспортного средства, масса транспортного средства, размеры транспортного средства, распределение веса транспортного средства, площадь поверхности транспортного средства, высота транспортного средства, вид трансмиссии (например, привод на два или на четыре колеса), вид шин, тормозная система, топливная система, пробег, идентификационный номер транспортного средства, рабочий объем двигателя и т.д.[071] The vehicle 120 may be controlled by a user or may be a self-driving vehicle. In some non-limiting embodiments of the present technology, it is contemplated that the vehicle 120 may be implemented as a self-driving car (SDC). It should be noted that no limitation is imposed on the specific parameters of the vehicle 120, such as the manufacturer of the vehicle, the model of the vehicle, the year of manufacture of the vehicle, the mass of the vehicle, the dimensions of the vehicle, the weight distribution of the vehicle, the surface area of the vehicle, the height of the vehicle, the type of transmission (e.g., two-wheel drive or four-wheel drive), the type of tires, the braking system, the fuel system, the mileage, the identification number of the vehicle, the engine displacement, etc.

[072] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 140 связи представляет собой сеть Интернет. В альтернативных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 140 связи может быть реализована в виде любой подходящей локальной сети (LAN, Local Area Network), глобальной сети (WAN, Wide Area Network), частной сети связи и т.п. Очевидно, что варианты реализации сети 140 связи приведены лишь в иллюстративных целях. Реализация линии связи (отдельно не обозначена) между электронным устройством 110 и сетью 140 связи зависит, среди прочего, от реализации электронного устройства 110. В качестве не имеющего ограничительного характера примера, в тех не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, где электронное устройство 110 реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как смартфон или навигационное устройство, линия связи может быть реализована в виде беспроводной линии связи. Примеры беспроводных линий связи могут включать в себя канал сети связи 3G, канал сети связи 4G и т.п. В сети 140 связи также может использоваться беспроводное соединение с сервером 135.[072] In some non-limiting embodiments of the present technology, the communication network 140 is the Internet. In alternative non-limiting embodiments of the present technology, the communication network 140 may be implemented as any suitable local area network (LAN), wide area network (WAN), private communication network, etc. It will be appreciated that the embodiments of the communication network 140 are provided for illustrative purposes only. The implementation of the communication link (not specifically indicated) between the electronic device 110 and the communication network 140 depends, among other things, on the implementation of the electronic device 110. As a non-limiting example, in those non-limiting embodiments of the present technology where the electronic device 110 is implemented as a wireless communication device, such as a smartphone or a navigation device, the communication link may be implemented as a wireless communication link. Examples of wireless communication links may include a 3G communication network channel, a 4G communication network channel, etc. The communication network 140 may also use a wireless connection to the server 135.

[073] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 135 реализован в виде компьютерного сервера и может содержать некоторые или все элементы устройства 110, представленного на фиг. 2, такие как процессоры, твердотельные накопители и/или запоминающие устройства. В одном не имеющем ограничительного характера примере сервер 135 реализован в виде сервера Dell(tm) PowerEdge(tm), работающего под управлением операционной системы Microsoft(tm) Windows Server(tm), но он также может быть реализован с использованием любых других подходящих аппаратных средств, прикладного программного обеспечения и/или встроенного программного обеспечения либо их сочетания. В представленных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сервер 135 представляет собой один сервер. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии функции сервера 135 могут быть распределены между несколькими серверами (не показаны).[073] In some embodiments of the present technology, server 135 is implemented as a computer server and may include some or all of the elements of device 110 shown in Fig. 2, such as processors, solid-state drives, and/or memory devices. In one non-limiting example, server 135 is implemented as a Dell(tm) PowerEdge(tm) server running a Microsoft(tm) Windows Server(tm) operating system, but it may also be implemented using any other suitable hardware, application software, and/or firmware, or a combination thereof. In the presented non-limiting embodiments of the present technology, server 135 is a single server. In other non-limiting embodiments of the present technology, the functions of server 135 may be distributed among multiple servers (not shown).

[074] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 113 электронного устройства 110 может быть связан с сервером 135 для получения одного или нескольких обновлений. Такие обновления могут содержать обновления программного обеспечения, обновления карт, обновления маршрутов, обновления данных о погоде и т.п. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 113 также может отправлять серверу 135 некоторые рабочие данные, такие как пройденные маршруты, данные о дорожном движении, рабочие характеристики и т.п. Некоторые или все такие данные, передаваемые между транспортным средством 120 и сервером 135, могут быть зашифрованы и/или обезличены.[074] In some non-limiting embodiments of the present technology, the processor 113 of the electronic device 110 may be connected to the server 135 to receive one or more updates. Such updates may include software updates, map updates, route updates, weather data updates, and the like. In some non-limiting embodiments of the present technology, the processor 113 may also send some operational data to the server 135, such as routes traveled, traffic data, performance characteristics, and the like. Some or all of such data transmitted between the vehicle 120 and the server 135 may be encrypted and/or anonymized.

[075] Следует отметить, что электронное устройство 110 может использовать множество датчиков и систем для сбора информации об окрестности 150 транспортного средства 120. Как показано на фиг. 1, транспортное средство 120 может быть оснащено множеством систем 180 датчиков. Следует отметить, что для сбора данных различных видов об окрестности 150 транспортного средства 120 могут использоваться различные системы датчиков из множества систем 180 датчиков.[075] It should be noted that the electronic device 110 may use a plurality of sensors and systems to collect information about the surroundings 150 of the vehicle 120. As shown in Fig. 1, the vehicle 120 may be equipped with a plurality of sensor systems 180. It should be noted that different sensor systems from the plurality of sensor systems 180 may be used to collect different types of data about the surroundings 150 of the vehicle 120.

[076] В одном примере множество систем 180 датчиков может содержать различные оптические системы, включая, среди прочего, одну или несколько систем датчиков вида "камера", установленных на транспортном средстве 120 и связанных с процессором 113 электронного устройства 110. В общем случае одна или несколько систем датчиков вида "камера" могут собирать данные изображения о различных частях окрестности 150 транспортного средства 120. В некоторых случаях данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков вида "камера", могут быть использованы электронным устройством 110 для выполнения процедур обнаружения объекта. Например, электронное устройство 110 может вводить данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков вида "камера", в нейронную сеть обнаружения объектов (ODNN, Object Detection Neural Network), обученную выявлению и классификации потенциальных объектов в окрестности 150 транспортного средства 120.[076] In one example, the plurality of sensor systems 180 may comprise various optical systems, including, but not limited to, one or more camera-type sensor systems mounted on the vehicle 120 and coupled to the processor 113 of the electronic device 110. In general, the one or more camera-type sensor systems may collect image data about various portions of the vicinity 150 of the vehicle 120. In some cases, the image data provided by the one or more camera-type sensor systems may be used by the electronic device 110 to perform object detection procedures. For example, the electronic device 110 may input the image data provided by the one or more camera-type sensor systems into an Object Detection Neural Network (ODNN) trained to detect and classify potential objects in the vicinity 150 of the vehicle 120.

[077] В другом примере множество систем 180 датчиков может содержать одну или несколько радиолокационных систем датчиков, установленных на транспортном средстве 120 и связанных с процессором 113. В общем случае одна или несколько радиолокационных систем датчиков могут использовать радиоволны, чтобы собирать данные о различных частях окрестности 150 транспортного средства 120. Например, одна или несколько радиолокационных систем датчиков могут собирать радиолокационные данные о потенциальных объектах в окрестности 150 транспортного средства 120, при этом такие данные потенциально могут представлять расстояние от радиолокационной системы датчиков до объектов, ориентацию объектов, скорость объектов и т.п.[077] In another example, the plurality of sensor systems 180 may comprise one or more radar sensor systems mounted on the vehicle 120 and coupled to the processor 113. In general, the one or more radar sensor systems may use radio waves to collect data about various portions of the vicinity 150 of the vehicle 120. For example, the one or more radar sensor systems may collect radar data about potential objects in the vicinity 150 of the vehicle 120, wherein such data may potentially represent the distance from the radar sensor system to the objects, the orientation of the objects, the speed of the objects, and the like.

[078] Следует отметить, что множество систем 180 датчиков может содержать системы датчиков других видов в дополнение к частично описанным выше без выхода за границы настоящей технологии.[078] It should be noted that the plurality of sensor systems 180 may include sensor systems of other types in addition to those partially described above without departing from the scope of the present technology.

[079] Согласно настоящей технологии, транспортное средство 120 оснащено по меньшей мере одной лидарной системой, такой как лидарная система 200, для сбора информации об окрестности 150 транспортного средства 120 (см. фиг. 1). Несмотря на то, что здесь описан случай крепления на транспортном средстве 120, также предполагается, что лидарная система 200 может работать автономно или может быть связана с другой системой. Несмотря на то, что такой вариант не показан, также предполагается, что описанная здесь лидарная система 300 может быть связана с транспортным средством 120 вместо лидарной системы 200 или в дополнение к ней.[079] According to the present technology, the vehicle 120 is equipped with at least one lidar system, such as the lidar system 200, for collecting information about the surroundings 150 of the vehicle 120 (see Fig. 1). Although the case of mounting on the vehicle 120 is described here, it is also contemplated that the lidar system 200 can operate autonomously or can be connected to another system. Although such an embodiment is not shown, it is also contemplated that the lidar system 300 described herein can be connected to the vehicle 120 instead of the lidar system 200 or in addition to it.

[080] В зависимости от варианта осуществления изобретения транспортное средство 120 может содержать больше или меньше лидарных систем 200, чем показано. В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения применение конкретных систем из множества систем 180 датчиков может зависеть от конкретного варианта осуществления лидарной системы 200. Лидарная система 200 может быть установлена на транспортном средстве 120 изначально или при его модернизации в различных местах и/или в различных конфигурациях.[080] Depending on the embodiment of the invention, the vehicle 120 may include more or fewer lidar systems 200 than shown. Depending on the particular embodiment of the invention, the use of particular systems of the plurality of sensor systems 180 may depend on the particular embodiment of the lidar system 200. The lidar system 200 may be installed on the vehicle 120 initially or as a retrofit in various locations and/or in various configurations.

[081] Например, в зависимости от варианта реализации транспортного средства 120 и лидарной системы 200, лидарная система 200 может быть установлена с внутренней стороны в верхней части ветрового стекла транспортного средства 120. Тем не менее, как показано на фиг. 1, в пределах объема настоящей технологии возможны и другие места монтажа лидарной системы 200, включая заднее окно, боковые окна, передний капот, крышу, переднюю решетку, передний бампер или боковую поверхность транспортного средства 120. В некоторых случаях лидарная система 200 может размещаться в специальном кожухе, установленном сверху транспортного средства 120.[081] For example, depending on the embodiment of the vehicle 120 and the lidar system 200, the lidar system 200 may be mounted on the inside of the upper portion of the windshield of the vehicle 120. However, as shown in FIG. 1, other mounting locations for the lidar system 200 are possible within the scope of the present technology, including the rear window, side windows, front hood, roof, front grille, front bumper, or side surface of the vehicle 120. In some cases, the lidar system 200 may be housed in a special housing mounted on top of the vehicle 120.

[082] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, также представленных на фиг. 1, описанные здесь лидарные системы 200, 300 обычно устанавливаются на боковых поверхностях транспортного средства 120. Тем не менее, возможны и другие конфигурации. Например, одна или несколько лидарных систем 200, 300 могут быть установлены в передней части, в задней части или по углам транспортного средства 120.[082] In some non-limiting embodiments of the present technology, also shown in Fig. 1, the lidar systems 200, 300 described herein are typically mounted on the side surfaces of the vehicle 120. However, other configurations are also possible. For example, one or more lidar systems 200, 300 can be mounted at the front, rear, or corners of the vehicle 120.

[083] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретной конфигурации, лидарная система 200 способна фиксировать данные об окрестности 150 транспортного средства 120, используемые, например, для построения многомерной карты объектов в окрестности 150 транспортного средства 120. В тех вариантах осуществления изобретения, где лидарная система 200 установлена вне транспортного средства 120, лидарные системы 200 могут фиксировать данные относительно некоторых заранее заданных окрестностей местоположения лидарной системы 200.[083] Regardless of the specific location and/or specific configuration, the lidar system 200 is capable of capturing data about the vicinity 150 of the vehicle 120, used, for example, to construct a multidimensional map of objects in the vicinity 150 of the vehicle 120. In those embodiments of the invention where the lidar system 200 is installed outside the vehicle 120, the lidar systems 200 can capture data relative to some predetermined vicinity of the location of the lidar system 200.

[084] Следует отметить, что несмотря на то, что в представленном здесь описании лидарная система 200 реализована в виде лидарной системы на основе времени пролета (ToF, Time of Flight) сигнала и, следовательно, содержит соответствующие элементы, подходящие для ее реализации, также возможны и другие варианты реализации лидарной системы 200 без выхода за границы настоящей технологии.[084] It should be noted that, although the lidar system 200 described herein is implemented as a Time of Flight (ToF) lidar system and therefore contains appropriate elements suitable for its implementation, other embodiments of the lidar system 200 are also possible without going beyond the boundaries of the present technology.

[085] Ниже со ссылкой на фиг. 3-5 более подробно описана лидарная система 200 согласно одному не имеющему ограничительного характера варианту осуществления настоящей технологии. Следует отметить, что лидарная система 200 показана схематически и что специалисту в данной области техники должны быть понятны дополнительные узлы и/или элементы, необходимые для работы лидарной системы 200.[085] A lidar system 200 according to one non-limiting embodiment of the present technology is described in more detail below with reference to Figs. 3-5. It should be noted that the lidar system 200 is shown schematically and that additional components and/or elements necessary for the operation of the lidar system 200 should be understood by one skilled in the art.

[086] В общем случае лидарная система 200 содержит множество внутренних элементов, в числе прочего, таких как (а) излучатель 280, способный излучать по меньшей мере один луч света (также называется лазерным источником или источником света), (б) светоделительный элемент (не показан), (в) вращающийся сканирующий элемент 240 (также называется блоком сканера), (г) детектор 290 (показан на фиг. 4), способный принимать входные лучи (также называется системой обнаружения или блоком приема), и (д) контроллер (в данном случае электронное устройство 110). Предполагается, что в дополнение к представленным выше элементам, не составляющим исчерпывающего перечня, лидарная система 200 может содержать множество элементов (таких как датчики, оптические устройства управления лучом, механические конструкции, корпус и т.д.), которые опущены на чертежах для упрощения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних элементов лидарной системы 200 размещены в общем корпусе (не показан).[086] In general, the lidar system 200 includes a plurality of internal components, including, but not limited to, (a) an emitter 280 capable of emitting at least one beam of light (also referred to as a laser source or light source), (b) a beam splitter (not shown), (c) a rotating scanning element 240 (also referred to as a scanner unit), (d) a detector 290 (shown in FIG. 4) capable of receiving input beams (also referred to as a detection system or a receiving unit), and (e) a controller (in this case, an electronic device 110). It is contemplated that, in addition to the above-described components, which do not constitute an exhaustive list, the lidar system 200 may include a plurality of components (such as sensors, optical beam steering devices, mechanical structures, a housing, etc.) that are omitted from the drawings for the sake of simplicity. In some non-limiting embodiments of the present technology, one or more internal components of the lidar system 200 are housed in a common housing (not shown).

[087] В общем случае лидарная система 200 работает следующим образом. Излучатель 280 лидарной системы 200 излучает световые импульсы, образующие выходной луч (сплошные линии со стрелкой на фиг. 4). Сканирующий элемент 240 сканирует выходным лучом в пределах окрестности 150 транспортного средства 120 с целью определения местоположения или фиксации данных о заранее неизвестных объектах, например, для формирования карты окрестности 150, на которой объекты представлены в виде одной или нескольких точек данных. Ниже сканирующий элемент 240 описан более подробно.[087] In general, the lidar system 200 operates as follows. The emitter 280 of the lidar system 200 emits light pulses that form an output beam (solid lines with an arrow in Fig. 4). The scanning element 240 scans the output beam within the vicinity 150 of the vehicle 120 in order to determine the location or record data about previously unknown objects, for example, to form a map of the vicinity 150, in which the objects are represented as one or more data points. The scanning element 240 is described in more detail below.

[088] Когда выходной луч достигает одного или нескольких объектов в окрестности, объект обычно отражает по меньшей мере часть света из выходного луча и некоторые отраженные лучи света могут возвращаться в лидарную систему 200, где принимаются в виде входного луча (пунктирная линия на фиг. 4). Следует отметить, что часть света из выходного луча может поглощаться или рассеиваться объектами в окрестности.[088] When the output beam reaches one or more objects in the vicinity, the object typically reflects at least a portion of the light from the output beam and some of the reflected light rays may return to the lidar system 200 where they are received as an input beam (dashed line in Fig. 4). It should be noted that some of the light from the output beam may be absorbed or scattered by objects in the vicinity.

[089] Входной луч, достигший лидарной системы 200, принимается сканирующим элементом 240 и направляется им в детектор 290. Затем входной луч захватывается и обнаруживается детектором 290. В ответ детектор 290 способен формировать один или несколько репрезентативных сигналов данных. Например, детектор 290 может формировать выходной электрический сигнал (не показан), представляющий входной луч. Детектор 290 также может выдавать сформированный таким образом электрический сигнал в контроллер 110 для дальнейшей обработки. Наконец, контроллер 110 рассчитывает расстояние (или расстояния) до объектов в окрестности 150 путем измерения времени между излучением выходного луча и приемом входного луча.[089] The input beam reaching the lidar system 200 is received by the scanning element 240 and directed by it to the detector 290. The input beam is then captured and detected by the detector 290. In response, the detector 290 is capable of generating one or more representative data signals. For example, the detector 290 can generate an output electrical signal (not shown) representing the input beam. The detector 290 can also output the electrical signal thus generated to the controller 110 for further processing. Finally, the controller 110 calculates the distance (or distances) to the objects in the vicinity 150 by measuring the time between the emission of the output beam and the reception of the input beam.

[090] Излучатель 280 связан с контроллером 110 и способен излучать свет с рабочей длиной волны. С этой целью в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии излучатель 280 может содержать по меньшей мере один лазер, предназначенный для работы с заданной рабочей длиной волны. Рабочая длина волны излучателя 280 света может соответствовать инфракрасной, видимой и/или ультрафиолетовой частям электромагнитного спектра. В общем случае рабочая длина волны может ограничиваться такими факторами, как технические характеристики полосового фильтра, размещенного в системе, чувствительность детекторов системы и т.д. Например, излучатель 280 может содержать по меньшей мере один лазер с рабочей длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В качестве альтернативы, излучатель 280 может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазонах приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм или приблизительно 1300-1600 нм. В некоторых других вариантах осуществления изобретения излучатель 280 может содержать светодиод.[090] The emitter 280 is connected to the controller 110 and is capable of emitting light with an operating wavelength. For this purpose, in some non-limiting embodiments of the present technology, the emitter 280 may comprise at least one laser designed to operate with a given operating wavelength. The operating wavelength of the light emitter 280 may correspond to the infrared, visible and/or ultraviolet portions of the electromagnetic spectrum. In the general case, the operating wavelength may be limited by factors such as the technical characteristics of the bandpass filter located in the system, the sensitivity of the detectors of the system, etc. For example, the emitter 280 may comprise at least one laser with an operating wavelength in the range of approximately 650-1150 nm. Alternatively, the emitter 280 may comprise a laser diode capable of emitting light with a wavelength in the ranges of approximately 800-1000 nm, approximately 850-950 nm, or approximately 1300-1600 nm. In some other embodiments of the invention, emitter 280 may comprise a light-emitting diode.

[091] Обычно излучатель 280 представляет собой безопасный для зрения лазер, иными словами, лидарная система 200 может быть классифицирована как безопасная для зрения лазерная система или лазерное изделие. В общем случае безопасный для зрения лазер, лазерная система или лазерное изделие может представлять собой систему, в которой некоторые или все параметры из числа длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера луча, расходимости луча, продолжительности воздействия или сканирующего выходного луча таковы, что риск повреждения глаз человека излученным из этой системы светом незначителен или полностью отсутствует.[091] Typically, the emitter 280 is an eye-safe laser, in other words, the lidar system 200 can be classified as an eye-safe laser system or laser product. In general, an eye-safe laser, laser system, or laser product can be a system in which some or all of the parameters of the emission wavelength, average power, peak power, peak intensity, pulse energy, beam size, beam divergence, exposure duration, or scanning output beam are such that the risk of damage to human eyes from light emitted from this system is insignificant or completely absent.

[092] Для выполнения лидарных измерений времени пролета излучатель 280 обычно представляет собой импульсный источник, способный формировать и излучать импульсы света с конкретной длительностью импульса. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии излучатель 280 может излучать импульсы с длительностью импульса (т.е. с шириной импульса) от 10 пс до 100 нс. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии излучатель 280 может излучать импульсы с частотой повторения импульсов приблизительно от 100 кГц до 5 МГц или с периодом импульсов (т.е. со временем между следующими друг за другом импульсами) приблизительно от 200 нс до 10 мкс.Тем не менее, в общем случае излучатель 280 может формировать выходной луч с любой подходящей средней оптической мощностью и выходной луч может содержать оптические импульсы с любой подходящей для данного варианта применения энергией импульса или пиковой оптической мощностью.[092] To perform time-of-flight lidar measurements, emitter 280 is typically a pulsed source capable of generating and emitting pulses of light with a specific pulse duration. For example, in some non-limiting embodiments of the present technology, emitter 280 may emit pulses with a pulse duration (i.e., pulse width) of from 10 ps to 100 ns. In other non-limiting embodiments of the present technology, emitter 280 may emit pulses with a pulse repetition rate of from about 100 kHz to 5 MHz or with a pulse period (i.e., time between successive pulses) of from about 200 ns to 10 μs. However, in general, emitter 280 may generate an output beam with any suitable average optical power, and the output beam may comprise optical pulses with any pulse energy or peak optical power suitable for a given application.

[093] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии излучатель 280 может содержать один или несколько лазерных диодов, включая, в числе прочего, лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовой яме, лазер DBR, лазер DFB или лазер VCSEL. Например, лазерный диод, работающий в излучателе 280, может представлять собой лазерный диод на арсениде алюминия-галлия (AlGaAs), лазерный диод на арсениде галлия-индия (InGaAs), лазерный диод на арсениде- фосфиде галлия-индия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что излучатель 280 может содержать один или несколько лазерных диодов с модуляцией током для формирования оптических импульсов.[093] In some non-limiting embodiments of the present technology, emitter 280 may comprise one or more laser diodes, including, but not limited to, a Fabry-Perot laser diode, a quantum well laser, a DBR laser, a DFB laser, or a VCSEL laser. For example, the laser diode operating in emitter 280 may be an aluminum gallium arsenide (AlGaAs) laser diode, an indium gallium arsenide (InGaAs) laser diode, an indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) laser diode, or any other suitable laser diode. It is also contemplated that emitter 280 may comprise one or more current-modulated laser diodes for generating optical pulses.

[094] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии излучатель 280 способен излучать, по существу, коллимированный выходной луч. Тем не менее, предполагается, что формируемый луч может иметь любую подходящую для данного варианта применения расходимость луча. В общем случае расходимость выходного луча представляет собой угловую меру увеличения размера поперечного сечения луча (например, радиуса луча или диаметра луча) по мере удаления выходного луча от излучателя 280 или от лидарной системы 200. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч может иметь практически круглое поперечное сечение. Также предполагается, что выходной луч, излученный излучателем 280, может быть неполяризованным или поляризованным случайным образом, может не иметь конкретной или фиксированной поляризации (например, поляризация может изменяться с течением времени) или может иметь конкретную поляризацию (например, выходной луч может иметь линейную поляризацию, эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию).[094] In some non-limiting embodiments of the present technology, the emitter 280 is capable of emitting a substantially collimated output beam. However, it is contemplated that the generated beam may have any beam divergence suitable for a given application. In general, the output beam divergence is an angular measure of the increase in the cross-sectional size of the beam (e.g., the beam radius or the beam diameter) as the output beam moves away from the emitter 280 or from the lidar system 200. In some non-limiting embodiments of the present technology, the output beam may have a substantially circular cross-section. It is also contemplated that the output beam emitted by the emitter 280 may be unpolarized or randomly polarized, may not have a specific or fixed polarization (e.g., the polarization may change over time), or may have a specific polarization (e.g., the output beam may have a linear polarization, an elliptical polarization, or a circular polarization).

[095] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч и входной луч могут быть, по существу, соосными. Иными словами, выходной луч и входной луч могут по меньшей мере частично перекрываться или иметь общую ось распространения так, чтобы входной луч и выходной луч распространялись вдоль, по существу, одного и того же оптического пути (но в противоположных направлениях). Тем не менее, в других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч и входной луч могут быть несоосными или, иными словами, могут не перекрываться или не иметь общей оси распространения внутри лидарной системы 200 без выхода за границы настоящей технологии. На схемах, представленных на чертежах, выходной и входной лучи показаны на некотором расстоянии друг от друга лишь для удобства обозначения.[095] In at least some non-limiting embodiments of the present technology, the output beam and the input beam may be substantially coaxial. That is, the output beam and the input beam may at least partially overlap or have a common propagation axis such that the input beam and the output beam propagate along substantially the same optical path (but in opposite directions). However, in other non-limiting embodiments of the present technology, the output beam and the input beam may be non-coaxial or, in other words, may not overlap or have a common propagation axis within the lidar system 200 without departing from the present technology. In the diagrams shown in the drawings, the output and input beams are shown at a certain distance from each other only for convenience of reference.

[096] В зависимости от варианта осуществления изобретения, контроллер, связанный с излучателем 280 и с детектором 290, может содержать один или несколько процессоров, схему ASIC, матрицу FPGA и/или другую подходящую схему. Реализованный в настоящих вариантах осуществления изобретения в виде электронного устройства 110, контроллер 110 также может содержать машиночитаемую физическую память для хранения команд, исполняемых контроллером 110, и данных, которые контроллер 110 может формировать на основе сигналов, полученных от других внутренних элементов лидарной системы 200 и/или выдаваемых другим внутренним элементам лидарной системы 200. Память может содержать энергозависимые (например, ОЗУ) и/или энергонезависимые (например, флэш-память, жесткий диск) элементы. Контроллер 110 может формировать данные во время работы и сохранять их в памяти. Например, данные, сформированные контроллером 110, могут указывать на точки данных в облаке точек данных о расстоянии от лидарной системы 200. Помимо сбора данных от детектора 290, контроллер 110 также может выдавать управляющие сигналы излучателю 280 и детектору 290 и потенциально принимать от них диагностические данные.[096] Depending on the embodiment of the invention, the controller associated with the emitter 280 and the detector 290 may comprise one or more processors, an ASIC circuit, an FPGA array, and/or other suitable circuit. Implemented in the present embodiments of the invention as an electronic device 110, the controller 110 may also comprise a machine-readable physical memory for storing instructions executed by the controller 110 and data that the controller 110 can generate based on signals received from other internal elements of the lidar system 200 and/or output to other internal elements of the lidar system 200. The memory may comprise volatile (e.g., RAM) and/or non-volatile (e.g., flash memory, hard disk) elements. The controller 110 can generate data during operation and store it in the memory. For example, data generated by controller 110 may indicate data points in a point cloud of data about the distance from lidar system 200. In addition to collecting data from detector 290, controller 110 may also provide control signals to emitter 280 and detector 290 and potentially receive diagnostic data from them.

[097] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 110 может получать от излучателя 280 электрические запускающие импульсы, каждый из которых соответствует излучению оптического импульса излучателем 280. Контроллер 110 также может выдавать в излучатель 280 команды, управляющий сигнал и/или запускающий сигнал, указывающие на то, когда излучатель 280 должен формировать оптические импульсы, например, образующие выходной луч. Также предполагается, что контроллер 110 может инициировать корректировку излучателем 280 одной или нескольких характеристик выходного луча, формируемого излучателем 280, таких как частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность, длина волны оптических импульсов и т.д.[097] In some non-limiting embodiments of the present technology, the controller 110 may receive electrical trigger pulses from the emitter 280, each of which corresponds to the emission of an optical pulse by the emitter 280. The controller 110 may also provide commands, a control signal, and/or a trigger signal to the emitter 280 indicating when the emitter 280 should generate optical pulses, such as those that generate an output beam. It is also contemplated that the controller 110 may cause the emitter 280 to adjust one or more characteristics of the output beam generated by the emitter 280, such as the frequency, period, duration, pulse energy, peak power, average power, wavelength of the optical pulses, etc.

[098] Согласно настоящей технологии, контроллер 110 способен определять значение времени пролета для оптического импульса с целью определения расстояния между лидарной системой 200 и одним или несколькими объектами в поле зрения, как описано ниже. Время пролета основано на информации о времени, связанной (а) с первым моментом времени излучения оптического импульса (например, выходного луча) излучателем 280 и (б) со вторым моментом времени обнаружения или приема части оптического импульса (например, из входного луча) детектором 290, в частности, с моментом времени обнаружения входного луча детектором 290. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии первый момент может указывать на момент времени выдачи контроллером 110 соответствующего электрического импульса, связанного с оптическим импульсом, а второй момент времени может указывать на момент времени получения контроллером 110 от детектора 290 электрического сигнала, сформированного в ответ на получение части оптического импульса из входного луча.[098] According to the present technology, the controller 110 is configured to determine a time-of-flight value for an optical pulse to determine a distance between the lidar system 200 and one or more objects in the field of view, as described below. The time-of-flight is based on time information associated with (a) a first time of emission of the optical pulse (e.g., the output beam) by the emitter 280 and (b) a second time of detection or reception of a portion of the optical pulse (e.g., from the input beam) by the detector 290, in particular, the time of detection of the input beam by the detector 290. In some non-limiting embodiments of the present technology, the first time may indicate the time of output by the controller 110 of a corresponding electrical pulse associated with the optical pulse, and the second time may indicate the time of receipt by the controller 110 from the detector 290 of an electrical signal generated in response to receiving the portion of the optical pulse from the input beam.

[099] Согласно настоящей технологии контроллер 110 способен на основе первого момента времени и второго момента времени определять значение времени пролета и/или значение фазовой модуляции для излученного импульса из выходного луча. Значение времени T пролета, в известном смысле, соответствует времени пролета излученного импульса в обоих направлениях: от лидарной системы 200 до объекта и обратно до лидарной системы 200. Таким образом, контроллер 110 может определять расстояние до объекта согласно следующему уравнению:[099] According to the present technology, the controller 110 is capable of determining, based on the first time instant and the second time instant, the time-of-flight value and/or the phase modulation value for the emitted pulse from the output beam. The time-of-flight value T, in a sense, corresponds to the time-of-flight of the emitted pulse in both directions: from the lidar system 200 to the object and back to the lidar system 200. Thus, the controller 110 can determine the distance to the object according to the following equation:

где D - расстояние, которое требуется определить, T - значение времени пролета, c - скорость света (приблизительно 3,0×108 м/с).where D is the distance to be determined, T is the time of flight value, c is the speed of light (approximately 3.0×108 m/s).

[0100] Следует отметить, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система 200 может содержать дополнительные оптические элементы. Например, лидарная система 200 может содержать один или несколько оптических элементов, способных обрабатывать, изменять форму, фильтровать, модифицировать или направлять выходной луч и/или входной луч. Например, лидарная система 200 может содержать одну или несколько линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, светоделителей, поляризаторов, поляризационных светоделителей, волновых пластин (например, полуволновых или четвертьволновых пластин), дифракционных элементов, микроэлектромеханических элементов, коллимационных элементов или голографических элементов.[0100] It should be noted that in various non-limiting embodiments of the present technology, the lidar system 200 may comprise additional optical elements. For example, the lidar system 200 may comprise one or more optical elements capable of processing, changing the shape, filtering, modifying, or directing the output beam and/or the input beam. For example, the lidar system 200 may comprise one or more lenses, mirrors, filters (e.g., bandpass or interference filters), optical fibers, circulators, beam splitters, polarizers, polarizing beam splitters, wave plates (e.g., half-wave or quarter-wave plates), diffractive elements, microelectromechanical elements, collimating elements, or holographic elements.

[0101] В общем случае вращающийся сканирующий элемент 240 направляет выходной луч в одном или в нескольких направлениях в сторону окрестности 150, а также направляет входной луч, прибывший в лидарную систему 300 в обратном направлении, в детектор 290. Вращающийся сканирующий элемент 240 связан с контроллером 110. Контроллер 110 способен управлять вращающимся сканирующим элементом 240 так, чтобы направлять выходной луч в требуемом направлении и/или согласно заранее заданной схеме сканирования. В общем случае в контексте настоящего описания схема сканирования может соответствовать схеме или траектории, согласно которой выходной луч направляется вращающимся сканирующим элементом 240 во время работы.[0101] In general, the rotating scanning element 240 directs the output beam in one or more directions toward the vicinity 150, and also directs the input beam that arrived at the lidar system 300 in the opposite direction to the detector 290. The rotating scanning element 240 is connected to the controller 110. The controller 110 is capable of controlling the rotating scanning element 240 so as to direct the output beam in a desired direction and/or according to a predetermined scanning pattern. In general, in the context of the present description, the scanning pattern may correspond to a pattern or trajectory according to which the output beam is directed by the rotating scanning element 240 during operation.

[0102] Ниже со ссылкой на фиг. 3-5 вращающийся сканирующий элемент 240 описан более подробно. Вращающийся сканирующий элемент 240 способен получать выходной луч света и сканировать выходными лучами за пределами системы 200 путем вращения вокруг оси 255 вращения. Предполагается, что в некоторых случаях сканирующий элемент 240 может управляться так, чтобы он колебался в двух направлениях, а не вращался в одном направлении. В настоящем варианте осуществления изобретения вращающийся сканирующий элемент 240 содержит отражающую призму 250 и кольцевой элемент 220, жестко соединенный с отражающей призмой 250. Лидарная система 200 способна выполнять периферийное сканирование с использованием сканирующего элемента 240. Как показано в настоящем, не имеющем ограничительного характер примере, лидарная система 200 выполнена с возможностью ее крепления к самоуправляемому транспортному средству 120 на его боковой поверхности. Тем не менее, предполагается, что конкретное размещение лидарной системы 200 на транспортном средстве 120 может варьироваться.[0102] The rotating scanning element 240 is described in more detail below with reference to Figs. 3-5. The rotating scanning element 240 is capable of receiving an output beam of light and scanning the output beams outside the system 200 by rotating about the rotation axis 255. It is contemplated that in some cases the scanning element 240 may be controlled so that it oscillates in two directions rather than rotating in one direction. In the present embodiment of the invention, the rotating scanning element 240 comprises a reflective prism 250 and an annular element 220 rigidly connected to the reflective prism 250. The lidar system 200 is capable of performing boundary scanning using the scanning element 240. As shown in the present non-limiting example, the lidar system 200 is configured to be attached to the self-driving vehicle 120 on its side surface. However, it is contemplated that the specific placement of the lidar system 200 on the vehicle 120 may vary.

[0103] На отражающей призме 250 предусмотрены четыре грани, наклоненные относительно оси 255 вращения. В частности, четыре отражающие грани отражающей призмы 250 скошены относительно оси 255 вращения. В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения предполагается, что отражающая призма 250 может быть выполнена с более чем с четырьмя гранями. В настоящем варианте осуществления изобретения отражающая призма 250 имеет, по существу, пирамидальную форму и, в частности, форму усеченной четырехгранной пирамиды. Отражающая призма 250 установлена так, что сторона усеченной пирамиды большего размера расположена выше стороны меньшего размера, при этом выходной луч из излучателя 280, расположенного по существу под отражающей призмой 250, принимается, как правило, из-под отражающей призмы 250, а затем в основном направляется наружу. Как показано на фиг. 4, излучатель 280 также выполнен с возможностью излучения выходного луча под углом относительно оси 255 вращения сканирующего элемента 240.[0103] The reflective prism 250 is provided with four faces inclined relative to the rotation axis 255. In particular, the four reflective faces of the reflective prism 250 are beveled relative to the rotation axis 255. In at least some embodiments of the invention, it is contemplated that the reflective prism 250 can be made with more than four faces. In the present embodiment of the invention, the reflective prism 250 has a substantially pyramidal shape and, in particular, a shape of a truncated tetrahedral pyramid. The reflective prism 250 is installed so that the side of the truncated pyramid of a larger size is located above the side of a smaller size, and the output beam from the emitter 280, located substantially under the reflective prism 250, is received, as a rule, from under the reflective prism 250, and then is mainly directed outward. As shown in FIG. 4, the emitter 280 is also configured to emit an output beam at an angle relative to the axis 255 of rotation of the scanning element 240.

[0104] Вращающийся сканирующий элемент 240 дополнительно содержит кольцевой элемент 220, соединенный с отражающей призмой 250. Кольцевой элемент 220 жестко соединен с отражающей призмой 250 так, что во время работы лидарной системы 200 кольцевой элемент 220 и отражающая призма 250 вращаются вместе в фиксированном относительном угловом положении. Несмотря на то, что это не показано здесь, система крепления, обеспечивающая угловое смещение кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250, дополнительно имеет возможность регулировки пользователем относительного углового положения для калибровки вращающегося сканирующего элемента 240.[0104] The rotating scanning element 240 further comprises a ring element 220 connected to the reflective prism 250. The ring element 220 is rigidly connected to the reflective prism 250 so that during operation of the lidar system 200, the ring element 220 and the reflective prism 250 rotate together in a fixed relative angular position. Although not shown here, the mounting system that provides angular displacement of the ring element 220 relative to the reflective prism 250 further has the ability to be adjusted by the user of the relative angular position for calibrating the rotating scanning element 240.

[0105] Внутренняя поверхность 222 кольцевого элемента 220 расположена вокруг оси 255, по существу, в плоскости, параллельной оси 255 вращения. Внутренняя поверхность 222 расположена под переменным углом относительно оси 255. В частности, нормаль к внутренней поверхности 222 изменяется от перпендикулярной относительно оси вращения 255 (см. фиг. 4) до наклонной относительно оси вращения 255 (см. фиг. 5). В представленном варианте осуществления изобретения форма наружной поверхности кольцевого элемента 220 по существу соответствует форме внутренней поверхности 222 так, что толщина кольцевого элемента 220 по существу постоянная. Также предполагается, что наружная поверхность кольцевого элемента 220 может быть кругообразно симметричной и, по существу, параллельной оси 255 (при изменяющейся толщине кольцевого элемента 220).[0105] The inner surface 222 of the annular element 220 is located around the axis 255, substantially in a plane parallel to the axis 255 of rotation. The inner surface 222 is located at a variable angle relative to the axis 255. In particular, the normal to the inner surface 222 changes from perpendicular relative to the axis of rotation 255 (see Fig. 4) to inclined relative to the axis of rotation 255 (see Fig. 5). In the illustrated embodiment of the invention, the shape of the outer surface of the annular element 220 substantially corresponds to the shape of the inner surface 222 so that the thickness of the annular element 220 is substantially constant. It is also contemplated that the outer surface of the annular element 220 can be circularly symmetrical and substantially parallel to the axis 255 (with a varying thickness of the annular element 220).

[0106] Как показано на фиг. 3, кольцевой элемент 220 имеет по меньшей мере две плоскости симметрии, каждая из которых содержит ось 255 вращения отражающей призмы 250. Две из этих плоскостей симметрии показаны линиями 4-4 и 5-5. Предполагается, что в различных вариантах осуществления кольцевого элемента 220 может быть больше или меньше плоскостей симметрии. Например, кольцевые элементы, выполненные с возможностью работы с призмами с количеством граней больше или меньше четырех, могут иметь другую угловую форму.[0106] As shown in Fig. 3, the ring element 220 has at least two planes of symmetry, each of which contains an axis 255 of rotation of the reflective prism 250. Two of these planes of symmetry are shown by lines 4-4 and 5-5. It is contemplated that in various embodiments of the ring element 220 there may be more or fewer planes of symmetry. For example, ring elements configured to work with prisms with a number of faces greater than or less than four may have a different angular shape.

[0107] Внутренняя поверхность 222 кольцевого элемента 220 имеет четыре зоны 224 параллельной поверхности, где по меньшей мере часть внутренней поверхности 222 по существу параллельна оси 255 вращения (см. фиг. 4). Зоны 224 параллельной поверхности расположены друг напротив друга относительно оси 255 вращения. Внутренняя поверхность 222 имеет четыре зоны 226 наклонной поверхности, где по меньшей мере часть внутренней поверхности 222 расположена под углом к оси 255 вращения. Внутренняя поверхность 222 кольцевого элемента 220, расположенного вокруг оси 255 вращения, содержит чередующиеся зоны 224 параллельной поверхности и зоны 226 наклонной поверхности. Следует отметить, что внутренняя поверхность 222 плавно изменяется на переходах между зоной 224 параллельной поверхности и соседней зоной 246 наклонной поверхности таким образом, что отсутствуют резкие переходы или границы на отражающей поверхности, которую образует внутренняя поверхность 222.[0107] The inner surface 222 of the annular element 220 has four parallel surface zones 224, where at least a portion of the inner surface 222 is substantially parallel to the rotation axis 255 (see Fig. 4). The parallel surface zones 224 are located opposite each other relative to the rotation axis 255. The inner surface 222 has four inclined surface zones 226, where at least a portion of the inner surface 222 is located at an angle to the rotation axis 255. The inner surface 222 of the annular element 220, located around the rotation axis 255, contains alternating parallel surface zones 224 and inclined surface zones 226. It should be noted that the inner surface 222 smoothly changes at the transitions between the parallel surface zone 224 and the adjacent inclined surface zone 246 such that there are no sharp transitions or boundaries on the reflective surface that the inner surface 222 forms.

[0108] Кольцевой элемент 220, по существу, расположен между излучателем 280 и отражающей призмой 250 вдоль направления, соответствующего оси 255 вращения. Согласно представленной ориентации лидарной системы 200, кольцевой элемент 220 расположен вертикально между верхней гранью отражающей призмы 250 и нижней гранью излучателя 280. Следует отметить, что лидарная система 200 может применяться при различных ориентациях, а описанные здесь направления используются лишь для удобства объяснения. Как описано выше, когда лидарная система 200 не используется, кольцевой элемент 220 может селективно поворачиваться относительно отражающей призмы 250 так, что угол падения выходного луча на отражающую призму 250 может регулироваться в соответствии с угловым положением кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250.[0108] The annular element 220 is substantially located between the emitter 280 and the reflective prism 250 along the direction corresponding to the rotation axis 255. According to the illustrated orientation of the lidar system 200, the annular element 220 is located vertically between the upper face of the reflective prism 250 and the lower face of the emitter 280. It should be noted that the lidar system 200 can be used in various orientations, and the directions described here are used only for the convenience of explanation. As described above, when the lidar system 200 is not used, the annular element 220 can be selectively rotated relative to the reflective prism 250 so that the angle of incidence of the output beam on the reflective prism 250 can be adjusted in accordance with the angular position of the annular element 220 relative to the reflective prism 250.

[0109] Согласно настоящей технологии, излучатель 280, детектор 290 и вращающийся сканирующий элемент 240 выполнены так, что выходной луч падает на внутреннюю поверхность 222 кольцевого элемента 220, а затем на одну из четырех граней отражающей призмы 250. Таким образом, угол падения выходного луча на грань отражающей призмы 250 зависит от переменного угла кольцевого элемента 220, в частности, внутренней поверхности 222. Таким образом, положение кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250 определяет распределение выходного луча в различных положениях сканирующего элемента 240, что, в свою очередь, определяет однородность или неоднородность плотности точек данных карты, формируемой лидарной системой 200. Благодаря регулировке углов падения на отражающую призму 250, которую обеспечивает внутренняя поверхность 222 с переменным углом кольцевого элемента 220, искажения облака точек в поле зрения могут быть откалиброваны.[0109] According to the present technology, the emitter 280, the detector 290 and the rotating scanning element 240 are designed so that the output beam falls on the inner surface 222 of the ring element 220, and then on one of the four faces of the reflective prism 250. Thus, the angle of incidence of the output beam on the face of the reflective prism 250 depends on the variable angle of the ring element 220, in particular, the inner surface 222. Thus, the position of the ring element 220 relative to the reflective prism 250 determines the distribution of the output beam in different positions of the scanning element 240, which, in turn, determines the homogeneity or non-uniformity of the density of data points of the map formed by the lidar system 200. By adjusting the angles of incidence on the reflective prism 250, which is provided by the inner surface 222 with a variable angle of the ring element 220, the distortions of the point cloud in the field of view can be calibrated.

[0110] На фиг. 8 представлен не имеющий ограничительного характера вариант осуществления способа 210 коррекции искажений сканирования лидарной системы, в частности, лидарной системы 200, согласно настоящему варианту осуществления изобретения.[0110] Fig. 8 shows a non-limiting embodiment of a method 210 for correcting scanning distortions of a lidar system, in particular a lidar system 200, according to the present embodiment of the invention.

[0111] Способ 210 на шаге 214 включает в себя изменение углового положения кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250. Как описано выше, положение кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250 определяет распределение выходного луча, излучаемого излучателем 280, и, в частности, его равномерность. Таким образом, коррекция искажений сканирования связана с регулировкой распределения выходных лучей, поскольку относительная группировка выходных лучей (распределение лучей) непосредственно связана с углом падения выходного луча на отражающую призму 250, который, в свою очередь, может регулироваться с использованием различных частей внутренней поверхности 222 кольцевого элемента 220.[0111] The method 210 in step 214 includes changing the angular position of the ring element 220 relative to the reflective prism 250. As described above, the position of the ring element 220 relative to the reflective prism 250 determines the distribution of the output beam emitted by the emitter 280, and, in particular, its uniformity. Thus, the correction of scanning distortions is associated with the adjustment of the distribution of the output beams, since the relative grouping of the output beams (the distribution of the beams) is directly related to the angle of incidence of the output beam on the reflective prism 250, which, in turn, can be adjusted using different parts of the inner surface 222 of the ring element 220.

[0112] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения способ 210 начинается с шага 212, на котором контроллер 110 сначала определяет искажения сканирования для света, получаемого во время работы лидарной системы 200. Способ 210 может выполняться в виде калибровки, чтобы наилучшим образом обеспечивать распределение выходного луча в разных частях поля зрения. Изменение углового положения кольцевого элемента 220 на шаге 214 основано на искажениях сканирования, определенных на шаге 212.[0112] In at least some embodiments of the invention, the method 210 begins with step 212, in which the controller 110 first determines the scanning distortions for the light received during operation of the lidar system 200. The method 210 can be performed in the form of a calibration to best ensure the distribution of the output beam in different parts of the field of view. Changing the angular position of the ring element 220 in step 214 is based on the scanning distortions determined in step 212.

[0113] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения изменение углового положения кольцевого элемента 220 относительно отражающей призмы 250 включает в себя позиционирование кольцевого элемента 220 так, чтобы минимизировать искажения сканирования для по меньшей мере части диапазона угла поворота вращающегося сканирующего элемента 240 во время работы.[0113] In at least some embodiments of the invention, changing the angular position of the annular element 220 relative to the reflective prism 250 includes positioning the annular element 220 so as to minimize scanning distortion for at least a portion of the range of the rotational angle of the rotating scanning element 240 during operation.

[0114] На фиг. 7-9 представлен другой не имеющий ограничительного характера вариант осуществления лидарной системы 300. Следует отметить, что лидарная система 300 показана схематически, и специалисту в данной области техники должны быть понятными дополнительные узлы и/или элементы, необходимые для работы лидарной системы 300. Элементы лидарной системы 300, схожие с элементами лидарной системы 200, имеют те же позиционные обозначения и обычно повторно не описываются.[0114] Figs. 7-9 illustrate another non-limiting embodiment of the lidar system 300. It should be noted that the lidar system 300 is shown schematically, and one skilled in the art will understand additional components and/or elements necessary for the operation of the lidar system 300. Elements of the lidar system 300 that are similar to elements of the lidar system 200 have the same reference designations and are generally not described again.

[0115] В общем случае лидарная система 300 содержит множество внутренних элементов, в числе прочего, таких как (а) излучатель 280, (б) светоделительный элемент (не показан), (в) вращающийся сканирующий элемент 340, (г) детектор 290 (показан на фиг. 8) и (д) контроллер (в данном случае электронное устройство 110). Предполагается, что в дополнение к представленным выше элементам, не составляющим исчерпывающего перечня, лидарная система 300 может содержать множество элементов (таких как датчики, оптические устройства управления лучом, механические конструкции, корпус и т.д.), которые опущены на чертежах для упрощения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних элементов лидарной системы 300 размещены в общем корпусе (не показан).[0115] In general, the lidar system 300 includes a plurality of internal components, including, but not limited to, (a) an emitter 280, (b) a beam splitter (not shown), (c) a rotating scanning element 340, (d) a detector 290 (shown in Fig. 8), and (e) a controller (in this case, an electronic device 110). It is contemplated that, in addition to the above-described components, which do not constitute an exhaustive list, the lidar system 300 may include a plurality of components (such as sensors, optical beam steering devices, mechanical structures, a housing, etc.) that are omitted from the drawings for simplicity. In some non-limiting embodiments of the present technology, one or more internal components of the lidar system 300 are housed in a common housing (not shown).

[0116] В общем случае лидарная система 300 работает следующим образом. Излучатель 280 лидарной системы 300 излучает световые импульсы, образующие выходной луч (сплошные линии со стрелкой на фиг. 8), а вращающийся сканирующий элемент 340 сканирует выходным лучом в пределах окрестности 150 транспортного средства 120 с целью определения местоположения или фиксации данных о заранее неизвестных объектах, например, для формирования карты окрестности 150, на которой объекты представлены в виде одной или нескольких точек данных. Ниже более подробно описан вращающийся сканирующий элемент 340.[0116] In general, the lidar system 300 operates as follows. The emitter 280 of the lidar system 300 emits light pulses that form an output beam (solid lines with an arrow in Fig. 8), and the rotating scanning element 340 scans the output beam within the vicinity 150 of the vehicle 120 in order to determine the location or record data on previously unknown objects, for example, to form a map of the vicinity 150, in which the objects are represented as one or more data points. The rotating scanning element 340 is described in more detail below.

[0117] Когда выходной луч достигает одного или нескольких объектов в окрестности, объект обычно отражает по меньшей мере часть света из выходного луча, и некоторые отраженные лучи света могут возвращаться в лидарную систему 300, где принимаются в виде входного луча (штриховая линия на фиг. 8). Следует отметить, что часть света из выходного луча может поглощаться или рассеиваться объектами в окрестности.[0117] When the output beam reaches one or more objects in the vicinity, the object typically reflects at least a portion of the light from the output beam, and some of the reflected light rays may return to the lidar system 300, where they are received as an input beam (dashed line in Fig. 8). It should be noted that some of the light from the output beam may be absorbed or scattered by objects in the vicinity.

[0118] Входной луч, достигший лидарной системы 300, принимается вращающимся сканирующим элементом 340 и направляется им в детектор 290. Затем входной луч захватывается и обнаруживается детектором 290. В ответ детектор 290 способен формировать один или несколько репрезентативных сигналов данных. Например, детектор 290 может формировать выходной электрический сигнал (не показан), представляющий входной луч. Детектор 290 также может выдавать сформированный таким образом электрический сигнал в контроллер 110 для дальнейшей обработки. Наконец, контроллер 110 рассчитывает расстояние (или расстояния) до объектов в окрестности 150 путем измерения времени между излучением выходного луча и приемом входного луча.[0118] The input beam reaching the lidar system 300 is received by the rotating scanning element 340 and directed by it to the detector 290. The input beam is then captured and detected by the detector 290. In response, the detector 290 is capable of generating one or more representative data signals. For example, the detector 290 can generate an output electrical signal (not shown) representing the input beam. The detector 290 can also output the electrical signal thus generated to the controller 110 for further processing. Finally, the controller 110 calculates the distance (or distances) to the objects in the vicinity 150 by measuring the time between the emission of the output beam and the reception of the input beam.

[0119] Следует отметить, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система 300 может содержать дополнительные оптические элементы. Например, лидарная система 300 может содержать один или несколько оптических элементов, способных обрабатывать, изменять форму, фильтровать, модифицировать или направлять выходной луч и/или входной луч. Например, лидарная система 300 может содержать одну или несколько линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, светоделителей, поляризаторов, поляризационных светоделителей, волновых пластин (например, полуволновых или четвертьволновых пластин), дифракционных элементов, микроэлектромеханических элементов, коллимационных элементов или голографических элементов.[0119] It should be noted that in various non-limiting embodiments of the present technology, the lidar system 300 may comprise additional optical elements. For example, the lidar system 300 may comprise one or more optical elements capable of processing, reshaping, filtering, modifying, or directing the output beam and/or the input beam. For example, the lidar system 300 may comprise one or more lenses, mirrors, filters (e.g., bandpass or interference filters), optical fibers, circulators, beam splitters, polarizers, polarizing beam splitters, wave plates (e.g., half-wave or quarter-wave plates), diffractive elements, microelectromechanical elements, collimating elements, or holographic elements.

[0120] В общем случае вращающийся сканирующий элемент 340 направляет выходной луч в одном или в нескольких направлениях в сторону окрестности 150, а также направляет входной луч, прибывший в лидарную систему 300 в обратном направлении, в детектор 290. Вращающийся сканирующий элемент 340 связан с контроллером 110. Контроллер 110 способен управлять вращающимся сканирующим элементом 340 так, чтобы направлять выходной луч в требуемом направлении и/или согласно заранее заданной схеме сканирования. В общем случае в контексте настоящего описания схема сканирования может соответствовать схеме или траектории, согласно которой выходной луч направляется вращающимся сканирующим элементом 340 во время работы.[0120] In general, the rotating scanning element 340 directs the output beam in one or more directions toward the vicinity 150, and also directs the input beam that arrived at the lidar system 300 in the opposite direction to the detector 290. The rotating scanning element 340 is connected to the controller 110. The controller 110 is capable of controlling the rotating scanning element 340 so as to direct the output beam in a desired direction and/or according to a predetermined scanning pattern. In general, in the context of the present description, the scanning pattern may correspond to a pattern or trajectory according to which the output beam is directed by the rotating scanning element 340 during operation.

[0121] Ниже со ссылкой на фиг. 7-9 более подробно описан вращающийся сканирующий элемент 340.[0121] The rotating scanning element 340 is described in more detail below with reference to Figs. 7-9.

[0122] Вращающийся сканирующий элемент 340 способен получать выходной луч света и сканировать выходными лучами за пределами системы 300 путем вращения отражающей призмы 250 вокруг оси 255 вращения. Предполагается, что в некоторых случаях вращающийся сканирующий элемент 340 может управляться так, чтобы он колебался в двух направлениях, а не вращался в одном направлении. В настоящем варианте осуществления изобретения вращающийся сканирующий элемент 340 содержит отражающую призму 250, описанную выше, и светопропускающий элемент 320, жестко соединенный с отражающей призмой 250. Лидарная система 300 способна выполнять периферийное сканирование с использованием вращающегося сканирующего элемента 340. Как показано в настоящем, не имеющем ограничительного характера примере, лидарная система 300 может устанавливаться на боковой поверхности самоуправляемого транспортного средства 120. Тем не менее, предполагается, что конкретное размещение лидарной системы 300 на транспортном средстве 120 может варьироваться.[0122] The rotating scanning element 340 is capable of receiving an output beam of light and scanning the output beams outside the system 300 by rotating the reflective prism 250 about the rotation axis 255. It is contemplated that in some cases the rotating scanning element 340 may be controlled to oscillate in two directions rather than rotating in one direction. In the present embodiment of the invention, the rotating scanning element 340 comprises the reflective prism 250 described above and the light transmitting element 320 rigidly connected to the reflective prism 250. The lidar system 300 is capable of performing peripheral scanning using the rotating scanning element 340. As shown in the present non-limiting example, the lidar system 300 can be mounted on the side surface of the self-driving vehicle 120. However, it is contemplated that the specific placement of the lidar system 300 on the vehicle 120 can vary.

[0123] Вращающийся сканирующий элемент 340 дополнительно содержит светопропускающий элемент 320, соединенный с отражающей призмой 250. Светопропускающий элемент 320 жестко соединен с отражающей призмой 250 так, что во время работы лидарной системы 300 светопропускающий элемент 320 и отражающая призма 250 вращаются вместе в фиксированном относительном угловом положении. Несмотря на то, что это не показано на иллюстрациях, система крепления, обеспечивающая угловое смещение светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250, дополнительно обеспечивает возможность регулировки пользователем относительного углового положения для калибровки вращающегося сканирующего элемента 340.[0123] The rotating scanning element 340 further comprises a light-transmitting element 320 connected to the reflective prism 250. The light-transmitting element 320 is rigidly connected to the reflective prism 250 so that during operation of the lidar system 300, the light-transmitting element 320 and the reflective prism 250 rotate together in a fixed relative angular position. Although not shown in the illustrations, the mounting system that provides angular displacement of the light-transmitting element 320 relative to the reflective prism 250 further provides the ability for the user to adjust the relative angular position for calibrating the rotating scanning element 340.

[0124] Внешняя краевая часть 322 переменной толщины светопропускающего элемента 320 расположена вокруг оси 255 вращения, по существу, в плоскости, параллельной оси 255. Светопропускающий элемент 320 имеет по меньшей мере две плоскости симметрии, две из которых показаны линиями 8-8 и 9-9, при этом каждая плоскость симметрии содержит ось 255 вращения. Светопропускающий элемент 320 содержит четыре параллельных краевых участка 324, где первая поверхность светопропускающего элемента 320, по существу, параллельна второй поверхности светопропускающего элемента 320 (см. фиг. 8). Параллельные краевые участки 324 вызывают минимальное преломление проходящих через них выходных лучей, при этом первая и вторая поверхности, по существу, перпендикулярны оси 255 вращения. Светопропускающий элемент 320 также содержит четыре клиновидных участка 326, где по меньшей мере часть первой поверхности не параллельна второй поверхности и образуются участки в форме клина или, по существу, в форме треугольной призмы. Таким образом, выходные лучи, преломляющиеся при прохождении через четыре клиновидных участка 326, которые толще параллельных участков 324, отклоняются от траектории выходных лучей, проходящих через один из параллельных участков 324.[0124] The outer edge portion 322 of the variable thickness of the light-transmitting element 320 is located around the axis of rotation 255, substantially in a plane parallel to the axis 255. The light-transmitting element 320 has at least two planes of symmetry, two of which are shown by lines 8-8 and 9-9, wherein each plane of symmetry contains the axis 255 of rotation. The light-transmitting element 320 comprises four parallel edge portions 324, where the first surface of the light-transmitting element 320 is substantially parallel to the second surface of the light-transmitting element 320 (see Fig. 8). The parallel edge portions 324 cause minimal refraction of the output rays passing through them, wherein the first and second surfaces are substantially perpendicular to the axis 255 of rotation. The light-transmitting element 320 also comprises four wedge-shaped sections 326, where at least a part of the first surface is not parallel to the second surface and sections in the form of a wedge or, essentially, in the form of a triangular prism are formed. Thus, the output rays refracted when passing through the four wedge-shaped sections 326, which are thicker than the parallel sections 324, deviate from the trajectory of the output rays passing through one of the parallel sections 324.

[0125] Край 322 светопропускающего элемента 320, расположенного вокруг оси 255 вращения, содержит чередующиеся параллельные краевые участки 324 и клиновидные участки 326. Таким образом, выходные лучи попадают на один из участков 324, 326 в зависимости от положения при вращении во время работы. Край 322 плавно изменяется на переходах между параллельным краевым участком 324 и соседним клиновидным участком 326 таким образом, что отсутствуют резкие переходы или резкие границы.[0125] The edge 322 of the light-transmitting element 320, located around the axis of rotation 255, comprises alternating parallel edge sections 324 and wedge-shaped sections 326. Thus, the output rays fall on one of the sections 324, 326 depending on the position during rotation during operation. The edge 322 smoothly changes at the transitions between the parallel edge section 324 and the adjacent wedge-shaped section 326 in such a way that there are no sharp transitions or sharp boundaries.

[0126] Как описано выше, светопропускающий элемент 320 может селективно поворачиваться относительно отражающей призмы 250 так, что угол падения выходного луча на отражающую призму 250 может регулироваться в соответствии с угловым положением светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250. Светопропускающий элемент 320, по существу, расположен между излучателем 280 и отражающей призмой 250 вдоль направления, соответствующего оси 255 вращения. В частности, излучатель 280 выполнен с возможностью излучения выходного луча света под углом относительно оси 255 вращения вращающегося сканирующего элемента 340.[0126] As described above, the light-transmitting element 320 can be selectively rotated relative to the reflective prism 250 so that the angle of incidence of the output beam on the reflective prism 250 can be adjusted in accordance with the angular position of the light-transmitting element 320 relative to the reflective prism 250. The light-transmitting element 320 is substantially located between the emitter 280 and the reflective prism 250 along a direction corresponding to the rotation axis 255. In particular, the emitter 280 is configured to emit an output beam of light at an angle relative to the rotation axis 255 of the rotating scanning element 340.

[0127] Согласно настоящей технологии, излучатель 280, детектор 290 и поворотный сканирующий элемент 340 выполнены так, что выходной луч света падает на светопропускающий элемент 320 и преломляется им, а затем падает на одну из граней отражающей призмы 250. Угол падения выходного луча на грань зависит от переменной толщины светопропускающего элемента 320. Таким образом, положение светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250 определяет распределение выходного луча в различных положениях вращающегося сканирующего элемента 340, что, в свою очередь, определяет однородность или неоднородность плотности точек данных карты, формируемой лидарной системой 300. Регулировка углов падения на отражающую призму 250, которые обеспечиваются переменной толщиной светопропускающего элемента 320, позволяет откалибровать искажения облака точек в поле зрения.[0127] According to the present technology, the emitter 280, the detector 290 and the rotary scanning element 340 are designed so that the output light beam falls on the light-transmitting element 320 and is refracted by it, and then falls on one of the faces of the reflective prism 250. The angle of incidence of the output beam on the face depends on the variable thickness of the light-transmitting element 320. Thus, the position of the light-transmitting element 320 relative to the reflective prism 250 determines the distribution of the output beam in different positions of the rotating scanning element 340, which, in turn, determines the homogeneity or non-uniformity of the density of data points of the map formed by the lidar system 300. Adjusting the angles of incidence on the reflective prism 250, which are provided by the variable thickness of the light-transmitting element 320, makes it possible to calibrate the distortions of the point cloud in the field of view.

[0128] На фиг. 12 представлен другой не имеющий ограничительного характера вариант осуществления способа 310 коррекции искажений сканирования лидарной системы, в частности, лидарной системы 300, согласно настоящему варианту осуществления изобретения.[0128] Fig. 12 shows another non-limiting embodiment of a method 310 for correcting scanning distortions of a lidar system, in particular a lidar system 300, according to the present embodiment of the invention.

[0129] Способ 310 на шаге 314 включает в себя изменение углового положения светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250. Как описано выше, положение светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250 определяет распределение выходного луча, излучаемого излучателем 280, в частности, его равномерность. Таким образом, коррекция искажений сканирования связана с регулировкой распределения выходных лучей, поскольку относительная группировка выходных лучей (распределение лучей) непосредственно связана с углом падения выходного луча на отражающую призму 250, который, в свою очередь, может регулироваться с использованием различных участков светопропускающего элемента 320.[0129] The method 310 in step 314 includes changing the angular position of the light-transmitting element 320 relative to the reflective prism 250. As described above, the position of the light-transmitting element 320 relative to the reflective prism 250 determines the distribution of the output beam emitted by the emitter 280, in particular, its uniformity. Thus, the correction of scanning distortions is associated with the adjustment of the distribution of the output beams, since the relative grouping of the output beams (the distribution of the beams) is directly related to the angle of incidence of the output beam on the reflective prism 250, which, in turn, can be adjusted using different sections of the light-transmitting element 320.

[0130] В некоторых вариантах осуществления изобретения способ 310 начинается с шага 312, на котором контроллер 110 определяет искажения сканирования для света, получаемого во время работы лидарной системы 300. Например, путем измерения плотности распределения для выходных лучей в разных частях поля зрения, можно выполнять определение или калибровку для регулировки распределения лучей с помощью регулировки угла падения на отражающую призму 250 путем регулировки положения светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250. В таких случаях изменение углового положения светопропускающего элемента 320 на шаге 314 может основываться на определяемых искажениях сканирования.[0130] In some embodiments of the invention, the method 310 begins with step 312, in which the controller 110 determines scanning distortions for light received during operation of the lidar system 300. For example, by measuring the distribution density for the output rays in different parts of the field of view, a determination or calibration can be performed to adjust the distribution of the rays by adjusting the angle of incidence on the reflective prism 250 by adjusting the position of the transmissive element 320 relative to the reflective prism 250. In such cases, changing the angular position of the transmissive element 320 in step 314 can be based on the determined scanning distortions.

[0131] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения изменение углового положения светопропускающего элемента 320 относительно отражающей призмы 250 включает в себя позиционирование светопропускающего элемента 320 так, чтобы минимизировать искажения сканирования для по меньшей мере части диапазона угла поворота вращающегося сканирующего элемента 340 во время работы.[0131] In at least some embodiments of the invention, changing the angular position of the translucent element 320 relative to the reflective prism 250 includes positioning the translucent element 320 so as to minimize scanning distortions for at least a portion of the range of the rotational angle of the rotating scanning element 340 during operation.

[0132] Предполагается, что способы 210, 310 могут включать в себя дополнительные или другие шаги для выполнения дополнительных функций и/или описанных выше шагов. Кроме того, шаги способов 210, 310 могут выполняться в различной последовательности, например, в зависимости от предпочтений пользователя, и не ограничиваются порядком, описанным выше.[0132] It is contemplated that the methods 210, 310 may include additional or other steps to perform additional functions and/or the steps described above. In addition, the steps of the methods 210, 310 may be performed in a different order, such as depending on user preferences, and are not limited to the order described above.

[0133] Несмотря на то, что описанные выше варианты реализации приведены со ссылкой на конкретные шаги, выполняемые в определенном порядке, должно быть понятно, что эти шаги могут быть объединены, разделены или что их порядок может быть изменен без выхода за границы настоящей технологии. Соответственно, порядок и группировка шагов не носят ограничительного характера для настоящей технологии.[0133] Although the embodiments described above are described with reference to specific steps performed in a particular order, it should be understood that these steps may be combined, separated, or that their order may be changed without departing from the scope of the present technology. Accordingly, the order and grouping of the steps are not limiting to the present technology.

[0134] Для специалиста в данной области могут быть очевидными возможные изменения и усовершенствования описанных выше вариантов осуществления настоящей технологии. Предшествующее описание приведено лишь в иллюстративных целях, а не для ограничения объема изобретения. Объем охраны настоящей технологии определяется исключительно объемом приложенной формулы изобретения.[0134] Possible changes and improvements to the above-described embodiments of the present technology may be obvious to a person skilled in the art. The preceding description is provided for illustrative purposes only and is not intended to limit the scope of the invention. The scope of protection of the present technology is determined solely by the scope of the appended claims.

Claims

1. A lidar system comprising:

- an emitter configured to emit at least one beam of light;

- a detector capable of receiving light reflected from surrounding objects; and

- a rotating scanning element configured to receive at least one beam of light and to scan with at least one beam of light outside the system by rotating around an axis of rotation, wherein the rotating scanning element comprises:

a reflecting prism with at least four faces inclined relative to the axis of rotation, and

an annular element rigidly connected to a reflecting prism, wherein the annular element comprises an inner surface extending around the axis of rotation, essentially in a plane parallel to the axis of rotation, wherein the inner surface is located at a variable angle relative to the axis of rotation, and the normal to the inner surface changes from perpendicular relative to the axis of rotation to inclined relative to the axis of rotation,

wherein the emitter, detector and rotating scanning element are designed so that at least one beam of light falls on the inner surface of the ring element and then on one of at least four faces of the reflective prism, and the angle of incidence of at least one beam on the face depends on the variable angle of the ring element,

and the light reflected from surrounding objects is reflected by one of at least four faces of the reflecting prism into the detector.

2. A lidar system according to claim 1, characterized in that the ring element has at least two planes of symmetry, each of which intersects the axis of rotation of the reflective prism.

3. The lidar system according to item 1, characterized in that the inner surface has:

- at least two parallel surface zones, where at least part of the inner surface is substantially parallel to the axis of rotation; and

- at least two zones of an inclined surface, where at least one more part of the inner surface is located at an angle to the axis of rotation.

4. A lidar system according to paragraph 3, characterized in that:

- the inner surface of the annular element contains alternating zones of parallel surface and zones of inclined surface around the axis of rotation; and

- the inner surface changes smoothly at the transitions between the parallel surface zone and the adjacent inclined surface zone.

5. The lidar system according to claim 1, characterized in that the ring element is designed with the possibility of selective rotation relative to the reflective prism so that the angle of incidence of at least one beam on the reflective prism can be adjusted in accordance with the angular position between the ring element and the reflective prism.

6. The lidar system according to claim 1, characterized in that the ring element is essentially located between the emitter and the reflective prism along the direction determined by the axis of rotation.

7. The lidar system according to item 1, characterized in that the system is designed with the possibility of performing peripheral scanning.

8. A lidar system according to item 7, characterized in that the system is designed with the possibility of being attached to a self-driving vehicle on its side surface.

9. The lidar system according to claim 1, characterized in that the reflective prism has, in essence, a pyramidal shape.

10. The lidar system according to claim 1, characterized in that at least four faces of the reflective prism are beveled relative to the axis of rotation.

11. A lidar system according to claim 1, characterized in that the emitter is designed with the possibility of emitting at least one beam of light at an angle relative to the axis of rotation of the scanning element.

12. A method for correcting scanning distortions of a lidar system containing a rotating scanning element, wherein the method includes:

changing the angular position of the annular element of the rotating scanning element relative to the reflective prism of the rotating scanning element, wherein the position of the annular element relative to the reflective prism determines the distribution of at least one output beam emitted by the emitter of the lidar system,

and the correction of scanning distortions is associated with the adjustment of the distribution of at least one output beam.

13. The method according to claim 12, characterized in that it further includes determining by the controller of the lidar system the scanning distortions for light received during operation of the lidar system, wherein the change in the angular position of the ring element is based on the determined scanning distortions.

14. The method according to claim 13, characterized in that changing the angular position of the ring element relative to the reflective prism includes positioning the ring element in such a way as to minimize scanning distortions for at least part of the range of the rotation angle of the scanning element during operation.