用于光学扫描仪的双轴轴向磁通电机的制作方法

用于光学扫描仪的双轴轴向磁通电机
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年2月18日提交的名称为“dual shaft axial flux galvo motor for optical scanning systems[用于光学扫描系统的双轴轴向磁通检流计电机]”的美国临时专利申请序列号63/151,034和于2021年11月16日提交的名称为“dual shaft axial flux galvo motor for optical scanning systems[用于光学扫描系统的双轴轴向磁通检流计电机]”的美国非临时专利申请序列号17/528,126的优先权。出于所有目的，上述申请的内容通过援引并入本文。
技术领域
[0003]
本公开总体上涉及光学扫描，并且更特别地涉及一种在机动车辆中使用的光探测与测距(lidar)系统的机动光学扫描仪。


背景技术：

[0004]
光探测与测距(lidar)系统使用光脉冲来生成外部环境的图像或点云。一些典型的lidar系统包括光源、光发射器、脉冲转向系统和光探测器。光源生成光脉冲，所述光脉冲当从lidar系统发射时由脉冲转向系统沿特定方向进行引导。当发射的光脉冲被对象散射时，部分散射光作为返回光脉冲返回到lidar系统。光探测器探测返回光脉冲并将其转换为电信号用于进一步处理。使用在光脉冲发射之后探测到返回脉冲所需的时间以及光速，lidar系统可以确定其沿发射的光脉冲的路径到对象的距离。脉冲转向系统可以沿不同的路径引导光脉冲以允许lidar系统扫描周围环境并产生图像或点云。lidar系统还可以使用除了飞行时间和扫描之外的技术来测量周围环境。


技术实现要素：

[0005]
提供了在机动车辆中使用的光探测与测距(lidar)系统的机动光学扫描仪的实施例。所述扫描仪包括反射件，所述反射件包括基板和反射表面。所述扫描仪进一步包括分别附接至所述基板的第一端和第二端的第一轴和第二轴。所述第一端和所述第二端是所述基板的沿所述基板的纵向方向的相反端。所述扫描仪进一步包括分别耦接到所述第一轴和所述第二轴的第一轴承和第二轴承。所述第一轴承和所述第二轴承基本上同心。所述第二轴的移动使得所述反射表面将一个或多个光束光学地发射到视场。
[0006]
提供了在机动车辆中使用的光探测与测距(lidar)系统的实施例。所述系统包括机动光学扫描仪，所述机动光学扫描器包括反射件，所述反射件包括基板和反射表面。所述扫描仪进一步包括分别附接至所述基板的第一端和第二端的第一轴和第二轴。所述第一端和所述第二端是所述基板的沿所述基板的纵向方向的相反端。所述扫描仪进一步包括分别耦接到所述第一轴和所述第二轴的第一轴承和第二轴承。所述第一轴承和所述第二轴承基本上同心。所述第二轴的移动使得所述反射表面将一个或多个光束光学地发射到视场。
[0007]
提供了包括机动光学扫描仪的机动车辆的实施例。所述机动光学扫描仪包括反射
件，所述反射件包括基板和反射表面。所述扫描仪进一步包括分别附接至所述基板的第一端和第二端的第一轴和第二轴。所述第一端和所述第二端是所述基板的沿所述基板的纵向方向的相反端。所述扫描仪进一步包括分别耦接到所述第一轴和所述第二轴的第一轴承和第二轴承。所述第一轴承和所述第二轴承基本上同心。所述第二轴的移动使得所述反射表面将一个或多个光束光学地发射到视场。
附图说明
[0008]
通过参考下文结合附图所描述的图可以最好地理解本技术，在附图中，相似的部分可以由相似的附图标记表示。
[0009]
图1图示了设置在或包括在机动车辆中的一个或多个示例性lidar系统。
[0010]
图2图示了图示lidar系统与包括车辆感知和规划系统在内的多个其他系统之间的交互的框图。
[0011]
图3是图示了示例性lidar系统的框图。
[0012]
图4是图示了示例性基于光纤的激光源的示例性框图。
[0013]
图5a至图5c图示了使用脉冲信号来测量到设置在视场中的对象的距离的示例性lidar系统。
[0014]
图6是图示了用于实施各种实施例中的系统、装置和方法的示例性装置的框图。
[0015]
图7图示了传统的检流计设备。
[0016]
图8a至图8b是根据一些实施例的示例性机动光学扫描仪的透视图。
[0017]
图9a是图8a至图8b中的示例性机动光学扫描仪的截面透视图。
[0018]
图9b是图8a至图8b中的示例性机动光学扫描仪的截面视图。
[0019]
图10a至图10b是图示了图8a至图8b中机动光学扫描仪的示例性转子组件的透视图。
[0020]
图10c是图示了图8a至图8b中机动光学扫描仪的示例性转子组件的分解视图。
[0021]
图11是图示了双轴机动光学扫描仪的示例性轴安装固定装置的透视图。
[0022]
图12a是图示了根据一些实施例的示例性机动光学扫描仪的透视图。
[0023]
图12b是图示了根据一些实施例的示例性机动光学扫描仪的侧视图。
[0024]
图13图示了与轴向磁通电机相比较的示例性径向磁通电机。
具体实施方式
[0025]
为了提供对本发明的更透彻的理解，以下描述阐述了许多具体细节，如具体配置、参数、示例等。然而，应当认识到，这种描述并不旨在限制本发明的范围，而是旨在提供对示例性实施例的更好描述。
[0026]
在整个说明书和权利要求中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语具有本文明确相关联的含义。
[0027]
如本文所使用的短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，尽管其可以指同一实施例。因此，如下文所描述的，在不脱离本发明的范围或精神的情况下可以容易地组合本发明的各种实施例。
[0028]
如本文所使用的，除非上下文另有明确规定，否则术语“或”是包含性的“或”运算
符并且等同于术语“和/或”。
[0029]
除非上下文另有明确规定，否则术语“基于”不是排他性的并且允许基于未描述的附加因素。
[0030]
如本文所使用的，除非上下文另有规定，否则术语“耦接到”旨在包括直接耦接(其中彼此耦接的两个元件彼此接触)和间接耦接(其中至少一个附加元件位于两个元件之间)。因此，术语“耦接到”和“与
…
耦接”是同义使用的。在两个或更多个部件或设备能够交换数据的联网环境的上下文中，术语“耦接到”和“与
…
耦接”也用于意指可能经由一个或多个中间设备“与
…
通信地耦接”。
[0031]
尽管以下描述使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素，但是这些要素不应受术语的限制。这些术语仅仅是用来将一个要素与另一个要素进行区分。例如，在不脱离所描述的各种示例的范围的情况下，第一轴承可以被称为第二轴承，并且类似地，第二轴承可以被称为第一轴承。第一轴承和第二轴承均可以是轴承，并且在一些情况下，可以是单独且不同的轴承。
[0032]
此外，在整个说明书中，“一种(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”的含义包括复数指代物，并且“在
…
中(in)”的含义包括“在
…
中”和“在
…
上(on)”。
[0033]
尽管本文所呈现的各种实施例中的一些构成了发明要素的单一组合，但是应当理解，本发明主题被认为包括所公开要素的所有可能的组合。这样，如果一个实施例包括要素a、b和c，并且另一个实施例包括要素b和d，则本发明主题也被认为包括a、b、c或d的其他剩余组合，即使本文没有明确讨论。进一步地，过渡术语“包括”意味着具有部分或构件，或者是那些部分或构件。如本文所使用的，过渡术语“包括”是包含性的或开放式的并且不排除附加的、未列举的要素或方法步骤。
[0034]
在整个以下公开中，可以对服务器、服务、接口、引擎、模块、客户端、对等体、门户、平台或由计算设备形成的其他系统进行大量引用。应当理解，这种术语的使用被视为表示具有至少一个处理器(例如，asic、fpga、dsp、x86、arm、gpu、多核处理器等)的一个或多个计算设备，所述至少一个处理器被配置为执行存储在计算机可读有形非暂态介质(例如，硬盘驱动器、固态驱动器、ram、闪速存储器、rom等)上的软件指令。例如，服务器可以包括以实现所描述的角色、职责或功能的方式作为web服务器、数据库服务器或其他类型的计算机服务器而操作的一个或多个计算机。应当进一步理解，所公开的基于计算机的算法、过程、方法或其他类型的指令集可以具体化为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储使处理器执行所公开的步骤的指令的非暂态有形计算机可读介质。各种服务器、系统、数据库或接口可以使用标准化协议或算法来交换数据，所述标准化协议或算法可能基于http、https、aes、公钥-私钥交换、web服务api、已知的金融交易协议或其他电子信息交换方法。数据交换可以通过分组交换网络、电路交换网络、因特网、lan、wan、vpn或其他类型的网络进行。
[0035]
如在本文的说明书和随后的整个权利要求中所使用的，当系统、引擎、服务器、设备、模块或其他计算元件被描述为被配置为对存储器中的数据执行或运行功能时，“被配置为”或“被编程为”的含义被定义为计算元件的一个或多个处理器或核被存储在计算元件的存储器中的软件指令集编程，以对存储在存储器中的目标数据或数据对象执行一组功能。
[0036]
应当注意，针对计算机的任何语言都应当被解读为包括计算设备或网络平台的任何合适的组合，包括服务器、接口、系统、数据库、代理、对等体、引擎、控制器、模块或单独或
共同操作的其他类型的计算设备。应当理解，计算设备包括处理器，所述处理器被配置为执行存储在有形非暂态计算机可读存储介质(例如，硬盘驱动器、fpga、pla、固态驱动器、ram、闪速存储器、rom等)上的软件指令。软件指令对计算设备进行配置或编程以提供角色、职责或其他功能，如下文关于所公开的装置所讨论的。进一步地，所公开的技术可以具体化为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储软件指令的非暂态计算机可读介质，所述软件指令使处理器执行与基于计算机的算法、进程、方法或其他指令的实施方式相关联的所公开的步骤。在一些实施例中，各种服务器、系统、数据库或接口使用标准化协议或算法来交换数据，所述标准化协议或算法可能基于http、https、aes、公钥-私钥交换、web服务api、已知的金融交易协议或其他电子信息交换方法。设备之间的数据交换可以通过分组交换网络、因特网、lan、wan、vpn或其他类型的分组交换网络；电路交换网络；小区交换网络；或其他类型的网络进行。
[0037]
检流计设备通常用于lidar系统中，用于将激光束扫描到fov。传统的检流计设备包括如反射镜、径向磁通电机、轴承和角度编码器等部件。电机、轴承和角度编码器通常布置在反射镜的同一侧。因此，传统的检流计设备具有大长度。传统的检流计设备也被称为单端检流计设备，因为反射镜安装在一端，并用单个轴固定。如果设备用于高冲击或振动环境(例如，在车辆中)，则传统的检流计设备的这种配置可能无法正常操作。此外，传统的检流计设备的大长度可能难以将设备集成到紧凑型lidar系统中，所述紧凑型lidar系统通常需要装配到车辆的有限空间中(例如，装配到保险杠的拐角、后视镜等中)。进一步地，传统的检流计设备难以大批量制造，因为某些部件(例如，电机的绕组)可能需要手工生产。
[0038]
下文描述了本发明的实施例。在本发明的各种实施例中，提供了一种机动光学扫描仪。扫描仪可以对激光束进行扫描并且可以用于代替传统的检流计设备。机动光学扫描仪的各种实施例采用双轴结构，其中，反射件在反射件的相反端处耦接到两个轴。两个单独的轴承用于两个轴。与单端检流计设备不同，双轴光学扫描仪在反射件的每一侧都附接有一个轴。因为反射件在每一端由轴支撑，所以双轴结构增加了光学扫描仪的机械稳健性和可靠性，减少了反射件的弯曲和变形，并且即使在高冲击和振动环境中操作时也提高了整体扫描性能。双轴结构进一步增加了容纳两个轴的两个轴承的距离，从而减小了与制造光学扫描仪的加工过程相关联的同心度误差。
[0039]
本发明的实施例还提供了具有轴向磁通电机而不是传统的径向磁通电机的光学扫描仪配置。因此，电机的长度可以减少一半以上，从而使整体光学扫描仪更加紧凑，进而使lidar系统更容易装配到车辆的紧凑空间中。本发明的实施例还提供了改进的绕组和附件部件，使得电机可以在大批量生产中制造和组装，有效地提高了制造效率并降低了制造成本。
[0040]
在本发明的各种实施例中，角位置编码器设置在光学扫描仪的与设置轴向磁通电机的端相对的端处。因此，反射件(例如，反射镜)每一侧上的扫描仪部分的长度更加平衡或对称。这种改进使光学扫描仪在长度方向上的几何中心更靠近反射件，这增强了光学系统的可操作性、稳定性和整体性能。进一步地，通过将位置编码器和轴向磁通电机设置在光学扫描仪的相反端，位置编码器对电机生成的噪声具有改进的抗扰度，因为与传统的检流计设备中的配置相比，电机设置得更远。因此，提高了位置编码器的准确度，进而提高了光学扫描仪的整体性能。下文更详细地描述了本发明的各种实施例。
[0041]
图1图示了设置或包括在机动车辆100中的一个或多个示例性lidar系统110。机动车辆100可以是具有任何自动化水平的车辆。例如，机动车辆100可以是部分自动化车辆、高度自动化车辆、全自动化车辆或无人驾驶车辆。部分自动化车辆可以在没有人类驾驶员干预的情况下执行一些驾驶功能。例如，部分自动化车辆可以执行盲点监测、车道保持和/或车道变换操作、自动化紧急制动、智能巡航和/或交通跟踪等。部分自动化车辆的某些操作可能限于特定应用或驾驶场景(例如，仅限于高速公路驾驶)。高度自动化车辆通常可以执行部分自动化车辆的所有操作，但限制较少。高度自动化车辆还可以检测其自身在操作车辆方面的限制并在必要时要求驾驶员接管车辆的控制权。全自动车辆可以在没有驾驶员干预的情况下执行所有车辆操作，但也可以检测其自身的限制并在必要时要求驾驶员接管。无人驾驶汽车可以在没有任何驾驶员干预的情况下自行操作。
[0042]
在典型的配置中，机动车辆100包括一个或多个lidar系统110和120a-h。lidar系统110和/或120a-h可以是基于扫描的lidar系统和/或非扫描lidar系统(例如，闪光lidar)。基于扫描的lidar系统在一个或多个方向(例如，水平和竖直方向)上扫描一个或多个光束以探测视场(fov)中的对象。基于非扫描的lidar系统在不扫描的情况下发射激光以照射fov。例如，闪光lidar是一种基于非扫描的lidar系统。闪光lidar可以发射激光以使用单个光脉冲同时照射fov。lidar系统通常是至少部分自动化的车辆的基本传感器。在一个实施例中，如图1所示，机动车辆100可以包括设置在车顶(例如，在车辆的最高位置)的单个lidar系统110(例如，没有lidar系统120a-h)。将lidar系统110设置在车顶有助于围绕车辆100进行360度扫描。
[0043]
在一些其他实施例中，机动车辆100可以包括多个lidar系统，包括系统110和/或120a-h中的两个或更多个。如图1所示，在一个实施例中，多个lidar系统110和/或120a-h在车辆100的不同位置处附接至车辆。例如，lidar系统120a附接至车辆100的右前角；lidar系统120b附接至车辆100的前部中心；lidar系统120c附接至车辆100的左前角；lidar系统120d附接至车辆100的右侧后视镜；lidar系统120e附接至车辆100的左侧后视镜；lidar系统120f附接至车辆100的后部中心；lidar系统120g附接至车辆100的右后角；和/或lidar系统120h附接至车辆100的左后角。在一些实施例中，lidar系统110和120a-h是具有其自身相应的激光源、控制电子设备、发射器、接收器和/或转向机构的独立的lidar系统。在其他实施例中，lidar系统110和120a-h中的一些可以共享一个或多个部件，从而形成分布式传感器系统。在一个示例中，光纤用于将激光从集中式激光源传送到所有lidar系统。应当理解，一个或多个lidar系统可以以任何期望的方式分布并附接至车辆并且图1仅图示了一些实施例。作为另一个示例，lidar系统120d和120e可以附接至车辆100的b柱而不是后视镜。作为另一个示例，lidar系统120b可以附接至车辆100的挡风玻璃而不是前保险杠。
[0044]
图2是图示了(多个)lidar系统210与包括车辆感知和规划系统220的多个其他系统之间的交互的框图200。(多个)lidar系统210可以安装在车辆上。(多个)系统210是将激光扫描到周围环境以测量对象的距离、角度和速度的(多个)传感器。基于返回到(多个)lidar系统210的散射光，可以生成表示感知的外部环境的传感器数据(例如，图像数据或3d点云数据)。(多个)lidar系统210可以包括短程lidar传感器、中程lidar传感器和远程lidar传感器中的一个或多个。短程lidar传感器测量距离lidar传感器长达约20米至40米的对象。短程lidar传感器可以用于例如监测附近的移动对象(例如，在学校区域过马路的
行人)、停车辅助应用程序等。中程lidar传感器测量距离lidar传感器长达约100米至150米的对象。中程lidar传感器可以用于例如监测道路交叉路口、辅助并入或离开高速公路等。远程lidar传感器测量距离长达约150米至300米的对象。远程lidar传感器通常在车辆高速行驶(例如，在高速公路上)时使用，使得车辆的控制系统可以有几秒钟(例如，6秒至8秒)来响应lidar传感器探测到的任何情况。如图2所示，在一个实施例中，经由通信路径213向车辆感知和规划系统220提供lidar传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。通信路径213可以是可以传递数据的任何有线或无线通信链路。
[0045]
仍然参考图2，在一些实施例中，其他车载传感器230用于单独或与(多个)lidar系统210一起提供附加传感器数据。其他车载传感器230可以包括例如一个或多个相机232、一个或多个雷达234、一个或多个超声波传感器236和(多个)其他传感器238。(多个)相机232可以拍摄车辆外部环境的图像和/或视频。(多个)相机232可以拍摄例如每帧具有数百万像素的高清(hd)视频。相机产生单色或彩色图像和视频。颜色信息在解释一些情况(例如，有交通灯的十字路口)时可能很重要。颜色信息可能无法从其他传感器(如lidar或雷达传感器)获得。(多个)相机232可以包括窄焦距相机、宽焦距相机、侧面相机、红外相机、鱼眼相机等中的一个或多个。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)相机232生成的图像和/或视频数据，用于进一步处理和控制车辆操作。通信路径233可以是可以传递数据的任何有线或无线通信链路。
[0046]
(多个)其他车载传感器230也可以包括(多个)雷达传感器234。(多个)雷达传感器234使用无线电波来确定对象的范围、角度和速度。(多个)雷达传感器234产生无线电或微波频谱中的电磁波。电磁波从对象反射并且一些反射波返回到雷达传感器，从而提供有关对象位置和速度的信息。(多个)雷达传感器234可以包括(多个)短程雷达、(多个)中程雷达和(多个)远程雷达中的一个或多个。短程雷达测量距离雷达约0.1米至30米的对象。短程雷达可用于探测位于车辆附近的对象，如其他车辆、建筑物、墙壁、行人、骑自行车的人等。短程雷达可以用于探测盲点、辅助车道变换、提供追尾警告、辅助停车、提供紧急制动等。中程雷达测量距离雷达约30米至80米的对象并且远程雷达测量距离雷达约80米至200米的对象。中程和/或远程雷达可以用于例如交通跟踪、自适应巡航控制和/或高速公路自动制动。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)雷达传感器234生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。
[0047]
(多个)其他车载传感器230也可以包括(多个)超声波传感器236。(多个)超声波传感器236使用声波或脉冲来测量位于车辆外部的对象。发射由(多个)超声波传感器236生成的声波。至少一些发射波从对象反射并返回到(多个)超声波传感器236。基于返回信号，可以计算对象的距离。(多个)超声波传感器236可以用于例如检查盲点、识别停车点、在交通中提供车道变换辅助等。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)超声波传感器236生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。在一些实施例中，一个或多个其他传感器238可以附接在车辆中并且也可以生成传感器数据。(多个)其他传感器238可以是例如全球定位系统(gps)、惯性测量单元(imu)等。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)其他传感器238生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。应当理解，通信路径233可以包括一个或多个通信链路以在各种(多个)传感器230与车辆感知和规划系统220之间传递数据。
[0048]
在一些实施例中，如图2所示，可以向(多个)车载lidar系统210提供来自(多个)其他车载传感器230的传感器数据。(多个)lidar系统210可以处理来自(多个)其他车载传感器230的传感器数据。例如，来自(多个)相机232、(多个)雷达传感器234、(多个)超声波传感器236和/或(多个)其他传感器238的传感器数据可以与(多个)传感器数据lidar系统210关联或融合，从而至少部分地卸载由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。应当理解，也可以实施其他配置用于传输和处理来自各种传感器的传感器数据(例如，可以将数据传输到云服务用于处理并且然后可以将处理结果传输回车辆感知和规划系统220)。
[0049]
仍然参考图2，在一些实施例中，(多个)其他车辆250的车载传感器用于单独或与(多个)lidar系统210一起提供附加传感器数据。例如，两个或更多个附近的车辆可以具有其自身相应的(多个)lidar传感器、(多个)相机、(多个)雷达传感器、(多个)超声波传感器等并且可以相互通信和共享传感器数据。车辆之间的通信也被称为v2v(车辆到车辆)通信。例如，如图2所示，可以分别经由通信路径253和/或通信路径251向车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载lidar系统210传送由(多个)其他车辆250生成的传感器数据。通信路径253和251可以是可以传递数据的任何有线或无线通信链路。
[0050]
共享传感器数据有助于更好地感知车辆外部的环境。例如，车辆a可能感觉不到在车辆b后面但正在接近车辆a的行人。车辆b可以与车辆a共享与该行人相关的传感器数据，使得车辆a可以有附加反应时间以避免与行人发生碰撞。在一些实施例中，类似于由(多个)传感器230生成的数据，由(多个)其他车辆250生成的传感器数据可以与由(多个)lidar系统210生成的传感器数据关联或融合，从而至少部分地卸载由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。
[0051]
在一些实施例中，(多个)智能基础设施系统240用于单独或与(多个)lidar系统210一起提供传感器数据。某些基础设施可以被配置为与车辆通信以传达信息，反之亦然。车辆与基础设施之间的通信通常被称为v2i(车辆到基础设施)通信。例如，(多个)智能基础设施系统240可以包括智能交通灯，所述智能交通灯可以以如“5秒后变为黄色”等消息向接近的车辆传达其状态。(多个)智能基础设施系统240还可以包括安装在十字路口附近的其自身的lidar系统，使得所述lidar系统可以向车辆传达交通监测信息。例如，在十字路口左转的车辆可能没有足够的传感能力，因为其自身的一些传感器可能会被相反方向的交通阻塞。在这种情况下，(多个)智能基础设施系统240的传感器可以向左转车辆提供有用的并且有时是至关重要的数据。这种数据可以包括例如交通状况、车辆转向方向上的对象、交通灯状态和预测等。可以分别经由通信路径243和/或241向车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载lidar系统210提供由(多个)智能基础设施系统240生成的这些传感器数据。通信路径243和/或241可以包括可以传递数据的任何有线或无线通信链路。例如，来自(多个)智能基础设施系统240的传感器数据可以被传输到(多个)lidar系统210并且与由(多个)lidar系统210生成的传感器数据关联或融合，从而至少部分地卸载由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。上文所描述的v2v和v2i通信是车辆到x(v2x)通信的示例，其中，“x”表示可以与车辆共享数据的任何其他设备、系统、传感器、基础设施等。
[0052]
仍然参考图2，经由各种通信路径，车辆感知和规划系统220接收来自(多个)lidar系统210、(多个)其他车载传感器230、(多个)其他车辆250和/或(多个)智能基础设施系统240中的一个或多个的传感器数据。在一些实施例中，不同类型的传感器数据由传感器融合
子系统222关联和/或整合。例如，传感器融合子系统222可以使用由设置在车辆的不同位置的多个相机捕获的多个图像或视频来生成360度模型。传感器融合子系统222从不同类型的传感器获得传感器数据并使用组合数据更准确地感知环境。例如，车载相机232可能无法捕获清晰的图像，因为所述车载相机直接面向太阳或光源(例如，夜间另一个车辆的前灯)。lidar系统210可能不会受到太大影响并且因此传感器融合子系统222可以组合由相机232和lidar系统210提供的传感器数据，并使用由lidar系统210提供的传感器数据来补偿由相机232捕获的不清晰图像。作为另一个示例，在下雨或有雾的天气中，雷达传感器234可能比相机232或lidar系统210工作得更好。因此，传感器融合子系统222可以使用由雷达传感器234提供的传感器数据来补偿由相机232或lidar系统210提供的传感器数据。
[0053]
在其他示例中，由(多个)其他车载传感器230生成的传感器数据可以具有较低分辨率(例如，雷达传感器数据)并且因此可以由通常具有较高分辨率的(多个)lidar系统210进行关联和确认。例如，雷达传感器234可以将污水井盖(也被称为下水井盖)探测为车辆正在接近的对象。由于雷达传感器234的低分辨率性质，车辆感知和规划系统220可能无法确定对象是否会与车辆发生碰撞。因此，由(多个)lidar系统210生成的高分辨率传感器数据可以用于关联并确认对象是污水井盖并且不会对车辆造成损害。
[0054]
车辆感知和规划系统220进一步包括对象分类器223。使用由传感器融合子系统222提供的原始传感器数据和/或关联/融合数据，对象分类器223可以对对象进行探测和分类并估计对象的位置。在一些实施例中，对象分类器233可以使用基于机器学习的技术来对对象进行探测和分类。基于机器学习的技术的示例包括利用如基于区域的卷积神经网络(r-cnn)、fast r-cnn、faster r-cnn、定向梯度直方图(hog)、基于区域的全卷积网络(r-fcn)、单次探测器(ssd)、空间金字塔池化(spp-net)和/或you only look once(yolo)等算法。
[0055]
车辆感知和规划系统220进一步包括道路探测子系统224。道路探测子系统224定位道路并标识道路上的对象和/或标记。例如，基于由(多个)雷达传感器234、(多个)相机232和/或(多个)lidar系统210提供的原始或融合传感器数据，道路探测子系统224可以基于机器学习技术(例如，用于标识车道的模式识别算法)来构建道路的3d模型。使用道路的3d模型，道路探测子系统224可以标识道路上的对象(例如，道路上的障碍物或碎片)和/或标记(例如，车道线、转弯标记、人行横道标记等)。
[0056]
车辆感知和规划系统220进一步包括定位和车辆姿势子系统225。基于原始或融合传感器数据，定位和车辆姿势子系统225可以确定车辆的位置和车辆的姿势。例如，使用来自(多个)lidar系统210、(多个)相机232和/或gps数据的传感器数据，定位和车辆姿势子系统225可以确定车辆在道路上的准确位置和车辆的六个自由度(例如，车辆是向前还是向后、向上还是向下、向左还是向右移动)。在一些实施例中，高清(hd)地图用于车辆定位。hd地图可以提供准确定位车辆位置的高度详细的三维计算机化地图。例如，使用hd地图，定位和车辆姿势子系统225可以精确地确定车辆的当前位置(例如，车辆当前在道路的哪个车道上、车辆离路边或人行道有多近)并预测车辆的未来位置。
[0057]
车辆感知和规划系统220进一步包括障碍物预测器226。由对象分类器223标识的对象可以是静止的(例如，灯杆、路标)或动态的(例如，移动的行人、自行车、另一辆汽车)。对于移动对象，预测其移动路径或未来位置对于避免碰撞可能是很重要的。障碍物预测器
226可以预测障碍物轨迹和/或警告驾驶员或车辆规划子系统228潜在的碰撞。例如，如果障碍物的轨迹与车辆的当前移动路径相交的可能性很高，则障碍物预测器226可以生成这种警告。障碍物预测器226可以使用各种技术来进行这种预测。这些技术包括例如恒定速度或加速度模型、恒定转弯速率和速度/加速度模型、基于卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器的模型、基于递归神经网络(rnn)的模型、基于长短期记忆(lstm)神经网络的模型、编码器-解码器rnn模型等。
[0058]
仍然参考图2，在一些实施例中，车辆感知和规划系统220进一步包括车辆规划子系统228。车辆规划子系统228可以包括路线规划器、驾驶行为规划器和运动规划器。路线规划器可以基于车辆的当前位置数据、目标位置数据、交通信息等来规划车辆的路线。驾驶行为规划器使用由障碍物预测器226提供的障碍物预测结果，基于其他对象可能如何移动来调整定时和规划的移动。运动规划器确定车辆需要遵循的具体操作。然后经由车辆接口270向车辆控制系统280传送规划结果。可以通过通信路径223和271执行传送，所述通信路径可以包括可以传递数据的任何有线或无线通信链路。
[0059]
车辆控制系统280控制车辆的转向机构、油门、制动器等以根据规划路线和移动来操作车辆。车辆感知和规划系统220可以进一步包括用户接口260，所述用户接口向用户(例如，驾驶员)提供对车辆控制系统280的访问权，以例如在必要时操控或接管对车辆的控制。用户接口260可以与车辆感知和规划系统220进行通信，例如，以获得和显示原始或融合传感器数据、经标识的对象、车辆的位置/姿势等。这些显示的数据可以帮助用户更好地操作车辆。用户接口260可以分别经由通信路径221和261与车辆感知和规划系统220和/或车辆控制系统280进行通信，所述通信路径可以包括可以传递数据的任何有线或无线通信链路。应当理解，图2中的各种系统、传感器和接口可以以任何期望的方式配置并且不限于图2所示的配置。
[0060]
图3是图示了示例性lidar系统300的框图。可以使用lidar系统300来实施图1和图2所示的lidar系统110、120a-h和210。在一个实施例中，lidar系统300包括激光源310、发射器320、光学接收器和光探测器330、转向系统340和控制电路350。这些部件使用通信路径312、314、322、332、343、352和362耦接在一起。这些通信路径包括各种lidar系统部件之间的通信链路(有线或无线、双向或单向)，但不必是物理部件本身。虽然通信路径可以由一根或多根电线、总线或光纤实施，但是通信路径也可以是无线信道或自由空间光学路径，从而不存在物理通信介质。例如，在lidar系统300的一个实施例中，可以使用一根或多根光纤来实施激光源310与发射器320之间的通信路径314。通信路径332和352可以表示由自由空间光学部件和/或光纤实施的光学路径。并且可以使用承载电信号的一根或多根电线来实施通信路径312、322、342和362。通信路径还可以包括上述类型的通信介质中的一种以上(例如，其可以包括光纤和光学路径或一根或多根光纤和一根或多根电线)。
[0061]
lidar系统300还可以包括图3未描绘的其他部件，如电源总线、电源、led指示灯、开关等。另外地，可以存在部件之间的其他通信连接，如光源310与光学接收器和光探测器330之间的直接连接以提供参考信号，使得可以准确地测量从发射光脉冲到探测到返回光脉冲的时间。
[0062]
激光源310输出激光，用于照射视场(fov)中的对象。激光源310可以是例如基于半导体的激光器(例如，二极管激光器)和/或基于光纤的激光器。基于半导体的激光器可以是
例如边缘发射激光器(eel)、垂直腔面发射激光器(vcsel)等。基于光纤的激光器是其中有源增益介质是掺有如铒、镱、钕、镝、镨、铥和/或钬等稀土元素的光纤的激光器。在一些实施例中，光纤激光器基于双包层光纤，其中增益介质形成由两层包层包围的光纤芯。双包层光纤允许用高功率光束泵浦纤芯，从而使激光源成为高功率光纤激光源。
[0063]
在一些实施例中，激光源310包括主振荡器(也被称为种子激光器)和功率放大器(mopa)。功率放大器放大种子激光器的输出功率。功率放大器可以是光纤放大器、体放大器或半导体光学放大器。种子激光器可以是固态体激光器或可调谐外腔二极管激光器。在一些实施例中，激光源310可以是光学泵浦微芯片激光器。微芯片激光器是免对准单片固态激光器，其中，激光晶体与激光谐振器的端镜直接接触。微芯片激光器通常用激光二极管(直接或使用光纤)泵浦以获得期望的输出功率。微芯片激光器可以基于掺钕钇铝石榴石(y3al5o
12
)激光晶体(即，nd:yag)或掺钕钒酸盐(即，nd:yvo4)激光晶体。
[0064]
图4是图示了示例性基于光纤的激光源400的框图，所述激光源具有种子激光器和用于泵浦期望的输出功率的一个或多个泵(例如，激光二极管)。基于光纤的激光源400是图3所描绘的激光源310的示例。在一些实施例中，基于光纤的激光源400包括种子激光器402以生成一个或多个波长(例如，1550nm)的初始光脉冲，经由光纤403向波分多路复用器(wdm)404提供所述初始光脉冲。基于光纤的激光源400进一步包括用于经由光纤405向wdm 404提供激光功率(例如，具有不同的波长，如980nm)的泵406。然后，可以经由光纤407向一个或多个前置放大器408提供wdm 404的输出。(多个)前置放大器408经由光纤409输出到组合器410。组合器410经由光纤411从泵412获取激光功率并向升压放大器414提供脉冲，所述升压放大器经由光纤410产生输出光脉冲。然后可以将输出的光脉冲发射到发射器320和/或转向机构340(如图3所示)。应当理解，图4图示了基于光纤的激光源400的一种示例性配置。激光源400可以具有使用图4所示的一个或多个部件和/或图4未示出的其他部件(例如，如电源、透镜、滤波器、分离器、组合器等其他部件)的不同组合的许多其他配置。
[0065]
在一些变型中，可以控制(例如，通过控制电路350)基于光纤的激光源400以基于在基于光纤的激光源400中使用的光纤的光纤增益曲线产生不同振幅的脉冲。通信路径312将基于光纤的激光源400耦接到控制电路350(如图3所示)，使得基于光纤的激光源400的部件可以由控制电路350控制或以其他方式与所述控制电路通信。替代性地，基于光纤的激光源400可以包括其自身的控制器。代替控制电路350直接与基于光纤的激光源400的部件通信，基于光纤的激光源400的专用控制器与控制电路350进行通信并且控制基于光纤的光源400的部件和/或与其通信。基于光纤的光源400还可以包括未示出的其他部件，如一个或多个电源连接器、电源和/或电源线。
[0066]
激光源310的典型工作波长包括例如约850nm、约905nm、约940nm、约1064nm、约1310nm和约1550nm。最大可用激光功率的上限由美国fda(美国食品药品监督管理局)规章设定。1550nm波长的光学功率极限远高于上述其他波长的光学功率极限。进一步地，波长为1550nm时，光纤中的光学功率损耗很低。1550nm波长的这些特性使其更有利于远程lidar应用。从激光源310输出的光学功率量可以由其峰值功率、平均功率和脉冲能量来表征。峰值功率是脉冲能量与脉冲宽度的比率(例如，半峰全宽或fwhm)。因此，对于固定量的脉冲能量，较小的脉冲宽度可以提供较大的峰值功率。脉冲宽度可以在纳秒或皮秒的范围内。平均功率是脉冲能量和脉冲重复率(prr)的乘积。如下文更详细描述的，prr表示脉冲激光的频
率。prr通常与lidar系统可以测量的最大范围相对应。激光源310可以被配置为以高prr产生脉冲以满足由lidar系统生成的点云中的期望数量的数据点。电光转化效率(wpe)是评估总功耗的另一个因素，所述总功耗可以是评估激光器效率的关键指标。例如，如图1所示，可以将多个lidar系统附接至车辆，所述车辆可以是电动车辆或者具有有限燃料或电池电源的车辆。因此，在选择和配置激光源310和/或设计用于车载lidar应用的激光传输系统时，使用激光功率的高wpe和智能方式通常是必不可少的。
[0067]
应当理解，以上描述提供了激光源310的非限制性示例。激光源310可以被配置为包括许多其他类型的光源，如激光二极管、短腔光纤激光器、固态激光器和/或可调谐外腔二极管激光器，所述光源被配置为生成各种波长的一个或多个光信号。在一些示例中，光源310包括放大器(例如，前置放大器和/或升压放大器)，所述放大器可以是掺杂光纤放大器、固态体放大器和/或半导体光学放大器。放大器被配置为接收和放大光信号。
[0068]
返回参考图3，lidar系统300进一步包括发射器320。将激光(例如，以激光束的形式)从激光源310提供到发射器320。由激光源310提供的激光可以是具有预定或受控波长、重复率和/或功率水平的放大激光。发射器320接收来自激光源310的激光并将激光发射到具有低发散度的转向机构340。在一些实施例中，发射器320可以包括例如用于将激光束直接或经由转向机构340发射到视场(fov)的光学部件(例如，透镜、光纤、反射镜等)。虽然图3将发射器320和转向机构340图示为单独的块，但在一些实施例中其可以组合或整合为一个系统。下文更详细地描述转向机构340。
[0069]
由激光源310提供的激光束在其传播到发射器320时可以发散。因此，发射器320通常包括准直透镜，所述准直透镜被配置为收集发散的激光束并产生发散度减小或最小的平行光束。然后可以将平行光束进一步引导穿过如反射镜和透镜等各种光学器件。准直透镜可以是例如平凸透镜。准直透镜可以被配置为具有任何期望的性质，如光束直径、发散度、数值孔径、焦距等。光束传播比率或光束质量因子(也被称为m2因子)用于测量激光束质量。在许多lidar应用中，在生成发射激光束时控制良好的激光束质量是很重要的。m2因子表示光束与理想高斯光束的变化程度。因此，m2因子反映了准直激光束可以多好地聚焦在小点上，或者发散激光束可以多好地准直。m2因子越小，激光束的聚焦就越紧密并且可以获得的束斑就越强。因此，激光源310和/或发射器320可以被配置为根据例如扫描分辨率要求获得期望的m2因子。
[0070]
转向机构340将由发射器320提供的光束扫描到fov。转向机构340在多个维度(例如，在水平和竖直维度)上扫描光束以促进lidar系统300通过生成3d点云来映射环境。下文将更详细地描述转向机构340。扫描到fov的激光可以被fov中的对象散射或反射。至少一部分散射光或反射光返回到lidar系统300。图3进一步图示了被配置为接收返回光的光学接收器和光探测器330。光学接收器和光探测器330包括被配置为收集来自fov的返回光的光学接收器。光学接收器可以包括用于接收、重定向、聚焦、放大和/或过滤来自fov的返回光的光学器件(例如，透镜、光纤、反射镜等)。例如，光学接收器通常包括用于将收集到的返回光收集和/或聚焦到光探测器上的接收器透镜或聚焦透镜(例如，平凸透镜)。
[0071]
光探测器探测由光学接收器聚焦的返回光并生成与返回光的入射强度成比例的电流和/或电压信号。基于这种电流和/或电压信号，可以得到对象在fov中的深度信息。一种用于得到这种深度信息的示例性方法基于直接tof(飞行时间)，这将在下文更详细地描
述。光探测器可以通过其探测灵敏度、量子效率、探测器带宽、线性度、信噪比(snr)、抗过载能力、抗干扰度等来表征。基于各种应用，光探测器可以被配置或定制为具有任何期望的特性。例如，光学接收器和光探测器330可以被配置为使得光探测器具有大的动态范围同时具有良好的线性度。光探测器线性度指示探测器维持输入光学信号功率与探测器的输出之间的线性关系的能力。具有良好线性度的探测器可以在大的动态输入光学信号范围内维持线性关系。
[0072]
为了实现期望的探测器特性，可以对光探测器的结构和/或探测器的材料系统进行配置或定制。各种探测器结构可以用于光探测器。例如，光探测器结构可以是在p型半导体与n型半导体区域之间具有未掺杂的本征半导体区域(即，“i”区域)的基于pin的结构。其他光探测器结构包括基于apd(雪崩光电二极管)的结构、基于pmt(光电倍增管)的结构、基于sipm(硅光电倍增管)的结构、基于spad(单光子雪崩二极管)的结构和量子线。对于在光探测器中使用的材料系统，可以使用基于si、ingaas和/或si/ge的材料。应当理解，在光学接收器和光探测器330中可以使用许多其他探测器结构和/或材料系统。
[0073]
光探测器(例如，基于apd的探测器)可以具有内部增益，使得在生成输出信号时放大输入信号。然而，由于探测器的内部增益，也可能放大噪声。常见噪声包括信号散粒噪声、暗电流散粒噪声、热噪声和放大器噪声(tia)。因此，光学接收器和光探测器330可以包括作为低噪声放大器(lna)的前置放大器。在一些实施例中，前置放大器还可以包括将电流信号转换为电压信号的tia跨阻放大器。对于线性探测器系统，输入等效噪声或噪声等效功率(nep)度量光探测器对微弱信号的敏感程度。因此，所述输入等效噪声或噪声等效功率可以用作整体系统性能的指标。例如，光探测器的nep指定了可以探测到的最弱信号的功率并且因此进而指定了lidar系统的最大范围。应当理解，可以使用各种光探测器优化技术来满足lidar系统300的要求。这种优化技术可以包括选择不同的探测器结构、材料和/或实施信号处理技术(例如，滤波、降噪等)。例如，作为使用返回信号的直接探测(例如，通过使用tof)的补充或代替，相干探测也可以用于光探测器。相干探测允许通过用本地振荡器干扰接收到的光来探测接收到的光的振幅和相位信息。相干探测可以提高探测灵敏度和抗噪声干扰度。
[0074]
图3进一步图示了lidar系统300包括转向机构340。如上文所描述的，转向机构340引导来自发射器320的光束在多个维度上扫描fov。转向机构也可以被称为光栅机构或扫描机构。在多个维度(例如，在水平和竖直维度)上扫描光束有助于lidar系统通过生成图像或3d点云来映射环境。转向机构可以基于机械扫描和/或固态扫描。机械扫描使用旋转镜来使激光束转向或物理地旋转lidar发射器和接收器(统称为收发器)来扫描激光束。固态扫描在不需要以机械方式移动任何宏观部件(如收发器)的情况下通过fov将激光束引导至各个位置。固态扫描机构包括基于mems镜的转向、基于光学相控阵的转向和基于闪光lidar的转向。在一些实施例中，因为固态扫描机构不物理地移动宏观部件，所以由固态扫描机构执行的转向可以被称为有效转向。使用固态扫描的lidar系统也可以被称为非机械扫描或简单的非扫描lidar系统(闪光lidar系统是示例性非扫描lidar系统)。
[0075]
转向机构340可以与收发器(例如，发射器320以及光学接收器和光探测器330)一起使用以扫描fov用于生成图像或3d点云。作为示例，为了实施转向机构340，二维机械扫描仪可以与单点或几个单点收发器一起使用。单点收发器将单个光束或少量光束(例如，2个
至8个光束)发射到转向机构。二维机械转向机构包括例如(多个)多角镜、(多个)振荡镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜镜面或其组合。在一些实施例中，转向机构340可以包括如(多个)固态转向机构等的(多个)非机械转向机构。例如，转向机构340可以基于组合折射效应的激光的调谐波长，和/或基于可重新配置的光栅/相位阵列。在一些实施例中，转向机构340可以使用单个扫描设备来实现二维扫描或者使用两个设备组合来实现二维扫描。
[0076]
作为另一个示例，为了实施转向机构340，一维机械扫描器可以与阵列或大量单点收发器一起使用。具体地，收发器阵列可以安装在旋转平台上以实现360度水平视场。替代性地，静态收发器阵列可以与一维机械扫描仪组合。一维机械扫描仪包括(多个)多角镜、(多个)振荡镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜镜面，用于获得前视水平视场。使用机械扫描仪的转向机构可以在汽车应用的大批量生产中提供稳健性和可靠性。
[0077]
作为另一个示例，为了实施转向机构340，可以使用二维收发器来直接生成扫描图像或3d点云。在一些实施例中，可以使用拼接或微位移方法来提高扫描图像的分辨率或改善被扫描的视场。例如，使用二维收发器，可以将在一个方向(例如，水平方向)上生成的信号与在另一个方向(例如，竖直方向)上生成的信号整合、交错和/或匹配以生成表示所扫描的fov的更高或全分辨率图像或3d点云。
[0078]
转向机构340的一些实施方式包括一个或多个光学重定向元件(例如，反射镜或透镜)，所述一个或多个光学重定向元件沿接收路径将返回光信号转向(例如，通过旋转、振动或引导)以将返回光信号引导至光学接收器和光探测器330。沿发射和接收路径引导光信号的光学重定向元件可以是相同的部件(例如，共享的)、单独的部件(例如，专用的)和/或共享的和单独的部件的组合。这意味着在一些情况下，发射和接收路径是不同的，尽管其可能部分重叠(或在一些情况下，基本上重叠)。
[0079]
仍然参考图3，lidar系统300进一步包括控制电路350。控制电路350可以被配置和/或编程为控制lidar系统300的各个部分和/或执行信号处理。在典型的系统中，控制电路350可以被配置和/或编程为执行一个或多个控制功能，包括例如控制激光源310以获得期望的激光脉冲定时和功率、控制转向机构340(例如，控制速度、方向和/或其他参数)以扫描fov并维持像素配准/对准、控制光学接收器和光探测器330(例如，控制灵敏度、降噪、过滤和/或其他参数)使得其处于最佳状态、以及监测整体系统健康/功能安全状态。
[0080]
控制电路350还可以被配置和/或编程为对由光学接收器和光探测器330生成的原始数据进行信号处理以得到距离和反射率信息，并进行数据打包和与车辆感知和规划系统220(如图2所示)的通信。例如，控制电路350确定从发射光脉冲到接收到对应的返回光脉冲所花费的时间；确定对于发射的光脉冲何时没有接收到返回光脉冲；确定发射/返回光脉冲的发射方向(例如，水平和/或竖直信息)；确定特定方向上的估计范围；和/或确定与lidar系统300相关的任何其他类型的数据。
[0081]
lidar系统300可以设置在车辆中，所述车辆可能在包括炎热或寒冷的天气、可能导致强烈振动的崎岖道路状况、高湿度或低湿度、多尘区域等的许多不同的环境中操作。因此，在一些实施例中，lidar系统300的光学和/或电子部件(例如，发射器320、光学接收器和光探测器330以及转向机构340中的光学器件)以维持长期机械和光学稳定性方式设置或配置。例如，可以固定和密封lidar系统300中的部件，使得其可以在车辆可能遇到的所有状况下操作。作为示例，可以将防潮涂层和/或气密密封应用于发射器320、光学接收器和光探测
器330以及转向机构340的光学部件(以及易受潮的其他部件)。作为另一个示例，可以在lidar系统300中使用(多个)壳体、(多个)外壳和/或窗口来提供如硬度、进入保护(ip)等级、自清洁能力、耐化学性和抗冲击性等期望的特性。此外，用于组装lidar系统300的高效且经济的方法可以用于满足lidar操作要求，同时保持低成本。
[0082]
本领域的普通技术人员应当理解，图3和以上描述仅用于说明，并且lidar系统可以包括其他功能单元、块或段，并且可以包括这些以上功能单元、块或段的变型或组合。例如，lidar系统300还可以包括图3未描绘的其他部件，如电源总线、电源、led指示灯、开关等。另外地，可以存在部件之间的其他连接，如光源310与光学接收器和光探测器330之间的直接连接，使得光探测器330可以准确地测量从光源310发射光脉冲直到光探测器330探测到返回光脉冲的时间。
[0083]
图3所示的这些部件使用通信路径312、314、322、332、342、352和362耦接在一起。这些通信路径表示各种lidar系统部件之间的通信(双向或单向)，但不必是物理部件本身。虽然通信路径可以由一根或多根电线、总线或光纤实施，但是通信路径也可以是无线信道或露天光学路径，使得不存在物理通信介质。例如，在一个示例性lidar系统中，通信路径314是一根或多根光纤，通信路径352表示光学路径，并且通信路径312、322、342和362都是承载电信号的一根或多根电线。通信路径还可以包括上述类型的通信介质中的一种以上(例如，其可以包括光纤和光学路径或一根或多根光纤和一根或多根电线)。
[0084]
如上文所描述的，一些lidar系统使用光信号(例如，光脉冲)的飞行时间(tof)来确定到光路径中对象的距离。例如，参考图5a，示例性lidar系统500包括激光源(例如，光纤激光器)、转向系统(例如，一个或多个移动镜的系统)和光探测器(例如，具有一个或多个光学器件的光子探测器)。可以使用例如上文所描述的lidar系统300来实施lidar系统500。lidar系统500沿由lidar系统500的转向系统确定的光路径504发射光脉冲502。在所描绘的示例中，由激光源生成的光脉冲502是激光的短脉冲。进一步地，lidar系统500的信号转向系统是脉冲信号转向系统。然而，应当理解，lidar系统可以通过生成、发射和探测非脉冲光信号来操作并且使用除了飞行时间之外的技术得到周围环境中的对象的范围。例如，一些lidar系统使用调频连续波(即，“fmcw”)。应当进一步理解，本文关于使用脉冲信号的基于飞行时间的系统描述的任何技术也可以适用于不使用这些技术中的一种或两种的lidar系统。
[0085]
当光脉冲502到达对象506时返回参考图5a(使用光脉冲的飞行时间lidar系统)，光脉冲502散射或反射以生成返回光脉冲508。返回光脉冲508可以沿光路径510返回到系统500。可以测量从发射的光脉冲502离开lidar系统500到返回光脉冲508返回到lidar系统500的时间(例如，通过lidar系统内的处理器或其他电子设备，如控制电路350)。该飞行时间与光速知识相结合可以用于确定从lidar系统500到散射或反射光脉冲502的对象506的部分的范围/距离。
[0086]
通过引导许多光脉冲，如图5b所描绘的，lidar系统500扫描外部环境(例如，通过分别沿光路径504、524、528、532引导光脉冲502、522、526、530)。如图5c所描绘的，lidar系统500接收返回光脉冲508、542、548(分别与发射的光脉冲502、522、530相对应)。返回光脉冲508、542和548是通过由对象506和514之一散射或反射发射的光脉冲而生成的。返回光脉冲508、542和548可以分别沿光路510、544和546返回到lidar系统500。基于发射的光脉冲的
方向(如由lidar系统500确定)以及从lidar系统500到散射或反射光脉冲的对象的部分(例如，对象506和514的部分)的计算范围，可以精确地映射或绘制(例如，通过生成3d点云或图像)可探测范围内的外部环境(例如，路径504与532之间(包括两者)的视场)。
[0087]
如果对于特定的发射的光脉冲没有接收到对应的光脉冲，则可以确定在lidar系统500的可探测范围内没有对象(例如，对象超出了lidar系统500的最大扫描距离)。例如，在图5b中，光脉冲526可能不具有对应的返回光脉冲(如图5c所图示的)，因为光脉冲526可能不会在预定探测范围内沿其发射路径528产生散射事件。lidar系统500或与lidar系统500通信的外部系统(例如，云系统或服务)可以将缺少返回光脉冲解释为在lidar系统500的探测范围内沿光路径528没有设置对象。
[0088]
在图5b中，发射的光脉冲502、522、526和530可以以任何顺序、串行、并行或基于相对于彼此的其他时序发射。另外地，虽然图5b将发射的光脉冲描绘为在一个维度或一个平面(例如，纸的平面)中被引导，但是lidar系统500还可以沿其他(多个)维度或(多个)平面引导发射的光脉冲。例如，lidar系统500还可以在垂直于图5b所示的维度或平面的维度或平面上引导发射的光脉冲，从而形成光脉冲的2维发射。光脉冲的这种2维发射可以是逐点的、逐行的、一次性的或者以一些其他方式进行。来自光脉冲的1维发射(例如，单个水平线)的点云或图像可以生成2维数据(例如，(1)来自水平发射方向的数据和(2)到对象的范围)。类似地，来自光脉冲的2维发射的点云或图像可以生成3维数据(例如，(1)来自水平发射方向的数据，(2)来自竖直发射方向的数据，以及(3)到对象的范围)。通常，执行光脉冲的n维发射的lidar系统生成(n+1)维数据。这是因为lidar系统可以测量对象的深度或到对象的范围/距离，这提供了额外的数据维度。因此，由lidar系统进行的2d扫描可以生成用于映射lidar系统的外部环境的3d点云。
[0089]
点云的密度是指由lidar系统在每个角度区域执行的测量结果(数据点)的数量。点云密度与lidar扫描分辨率相关。通常，至少对于感兴趣区域(roi)来说，期望更高的分辨率。由lidar系统生成的点云或图像中的点密度等于脉冲数除以视场。在一些实施例中，视场可以是固定的。因此，为了增加由一组发射接收光学器件(或收发器光学器件)生成的点的密度，lidar系统可能需要更频繁地生成脉冲。换句话说，需要具有更高脉冲重复率(prr)的光源。在另一方面，通过更频繁地生成和发射脉冲，lidar系统可以探测到的最远距离可能是有限的。例如，如果在系统发射下一个脉冲之后接收到来自远处对象的返回信号，则可以以与发射对应信号的顺序不同的顺序探测返回信号，从而在系统不能正确地将返回信号与发射的信号相关联时导致模糊。为了说明，考虑可以发射重复率在500khz与1mhz之间的激光脉冲的示例性lidar系统。基于脉冲返回到lidar系统所花费的时间并且为了避免在传统lidar设计中返回脉冲与连续脉冲的混淆，对于500khz和1mhz，lidar系统可以探测的最远距离分别可以是300米和150米。重复率为500khz的lidar系统的点密度是重复率为1mhz的lidar系统的点密度的一半。因此，该示例表明，如果系统无法正确地关联无序到达的返回信号，则将重复率从500khz增加到1mhz(并且从而提高系统的点密度)将减小系统的探测范围。各种技术用于减轻较高prr与有限探测范围之间的折衷。例如，多个波长可以用于探测不同范围内的对象。光学和/或信号处理技术也用于在发射与返回信号之间进行关联。
[0090]
本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用数字电路或使用一个或多个使用众所周知的计算机处理器、存储器单元、存储设备、计算机软件和其他部件的计算机来实施。
通常，计算机包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器。计算机还可以包括或耦接到一个或多个大容量存储设备，如一个或多个磁盘、内部硬盘和可移动盘、磁光盘、光盘等。
[0091]
本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用以客户端-服务器关系操作的计算机来实施。通常，在这种系统中，客户端计算机远离服务器计算机定位并经由网络进行交互。客户端-服务器关系可以由在相应客户端和服务器计算机上运行的计算机程序来定义和控制。客户端计算机的示例可以包括台式计算机、工作站、便携式计算机、蜂窝智能电话、平板计算机或其他类型的计算设备。
[0092]
本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用有形地体现在信息载体中的计算机程序产品来实施，例如，在非暂态机器可读存储设备中，用于由可编程处理器执行；并且本文所描述的方法过程和步骤可以使用可由这种处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序是一组计算机程序指令，所述计算机程序指令可以直接或间接在计算机中使用，以执行某种活动或带来某种结果。计算机程序可以以包括编译或解释型语言的任何形式的编程语言编写，并且可以以任何形式部署，包括作为单独的程序或作为模块、部件、子例程或适合于在计算环境中使用的其他单元。
[0093]
图6图示了可以用于实施本文所描述的系统、装置和方法的示例性装置的高级框图。装置600包括可操作地耦接到永久性存储设备620和主存储器设备630的处理器610。处理器610通过执行定义这种操作的计算机程序指令来控制装置600的整体操作。计算机程序指令可以存储在永久性存储设备620或其他计算机可读介质中，并在期望执行计算机程序指令时加载到主存储器设备630中。例如，处理器610可以用于实施本文所描述的一个或多个部件和系统，如控制电路350(图3所示)、车辆感知和规划系统220(图2所示)和车辆控制系统280(图2所示)。本公开中所描述的各种方法可以由存储在主存储器设备630和/或永久性存储设备620中的计算机程序指令定义并且由执行计算机程序指令的处理器610控制。例如，计算机程序指令可以被实施为由本领域的技术人员编程的计算机可执行代码以执行由本公开中所描述的各种方法定义的算法。因此，通过执行计算机程序指令，处理器610执行由本公开中所描述的各种方法定义的(多个)算法。装置600还包括用于经由网络与其他设备通信的一个或多个网络接口680。装置600还可以包括使得用户能够与装置600交互的一个或多个输入/输出设备690(例如，显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等)。
[0094]
处理器610可以包括通用和专用微处理器并且可以是装置600的唯一处理器或多个处理器之一。处理器610可以包括一个或多个中央处理单元(cpu)和一个或多个图形处理单元(gpu)，其例如可以与一个或多个cpu分开工作和/或与一个或多个cpu一起执行多任务以加速处理，例如，用于本文所描述的各种图像处理应用。处理器610、永久性存储设备620和/或主存储器设备630可以包括一个或多个专用集成电路(asic)和/或一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、或者由一个或多个专用集成电路(asic)和/或一个或多个现场可编程门阵列(fpga)补充或并入其中。
[0095]
永久性存储设备620和主存储器设备630各自包括有形非暂态计算机可读存储介质。永久性存储设备620和主存储器设备630可以各自包括高速随机存取存储器，如动态随机存取存储器(dram)、静态随机存取存储器(sram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(ddr ram)或其他随机存取固态存储器设备，并且可以包括非易失性存储器，如一个或多
个磁盘存储设备，如内部硬盘和可移动盘、磁光盘存储设备、光盘存储设备、闪速存储器设备、半导体存储器设备，如可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、致密盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘只读存储器(dvd-rom)磁盘或其他非易失性固态存储设备。
[0096]
输入/输出设备690可以包括外围设备，如打印机、扫描仪、显示屏等。例如，输入/输出设备690可以包括如阴极射线管(crt)、等离子或液晶显示器(lcd)监测器等用于向用户显示信息的显示设备、键盘以及如鼠标或轨迹球等用户可以用来向装置600提供输入的定点设备。
[0097]
本文所讨论的系统和装置的任何或所有功能可以由处理器610执行和/或并入如lidar系统300等装置或系统中。进一步地，lidar系统300和/或装置600可以利用一个或多个神经网络或由处理器610或本文所讨论的其他系统或装置执行的其他深度学习技术。
[0098]
本领域的技术人员将认识到，实际计算机或计算机系统的实施可以具有其他结构并且也可以包含其他部件，并且图6是用于说明目的的这种计算机的一些部件的高级表示。
[0099]
图7图示了传统的检流计设备700。检流计设备可以旋转反射镜以使激光束转向并用于例如激光扫描、打印、医疗器械、激光切割和光学投影。设备700包括反射镜702、径向磁通电机704、轴承706和编码器708。传统上，如图7所示，径向磁通电机704、轴承706和编码器708都安装在反射镜702的同一侧。换句话说，反射镜702安装在检流计设备700的一端。因此，传统的检流计设备700是单端设备。通常，设备700通常安装在稳定的基础上或在没有机械或热干扰、或者机械或热干扰最小的安静操作环境中使用。如今，检流计设备越来越多地作为lidar系统的一部分用于车辆中。然而，车辆的操作环境与其中使用传统的检流计设备的那些环境大不相同。车辆在高速下或在越野条件下操作时可能会生成显著的冲击或振动。车辆还可能需要在宽温度和湿度范围内和/或在多尘/多雾/多雨/多雪的环境中操作。换句话说，车辆的操作环境可能不时地发生显著变化。因此，当安装到车辆上时，如图7所示的设备700等传统的检流计设备可能不能很好地工作或者根本不能工作。
[0100]
具体地，使用设备700作为示例，因为反射镜702安装在设备的一端，因此如果设备在高振动环境中操作，则反射镜702可能沿径向方向弯曲或抖动。反射镜702的弯曲或抖动会生成激光束的扫描偏差，这进而在图像或点云中生成误差。进一步地，径向磁通电机704的尺寸通常在其纵向方向(如图7所示的竖直方向)上较大。轴承706和编码器708也沿纵向方向安装到径向磁通电机704。因此，设备700可能相当长并且可能难以将设备700装配到车辆中的小空间。此外，传统的检流计设备700中的径向磁通电机704的绕组通常是手工制造的并插入到径向磁通电机704的外壳中。这种手工过程阻碍了传统的检流计设备的大批量制造，而这种大批量制造通常是汽车制造的需求。此外，传统的检流计设备700中的编码器708和径向磁通电机704彼此靠近设置。因此，由径向磁通电机704生成的噪声会对编码器708的性能产生负面影响。
[0101]
使用图8a至图8b、图9a至图9b、图10a至图10c和图11图示了本发明的实施例。图8a至图8b是示例性机动光学扫描仪800的透视图。图9b是图8a至图8b中的示例性机动光学扫描仪800的截面视图。图10a至图10b是图示了图8a至图8b中机动光学扫描仪800的示例性转子组件1000的透视图。图10c是图示了图8a至图8b中机动光学扫描仪800的示例性转子组件1000的分解视图。图11是图示了双轴机动光学扫描仪的示例性轴安装固定装置1106的透视
图。下文一起描述了图8a至图8b、图9a至图9b、图10a至图10c和图11。不同的图8a至图8b、图9a至图9b、图10a至图10c和图11中的相同要素用相同的附图标记标记。机动光学扫描仪800可以是例如图3所示的lidar系统300的转向机构340的一部分。
[0102]
参考图8a至图8b、图9a至图9b和图10a至图10c，机动光学扫描仪800包括反射件802。如图10a和图10b所示，反射件802可以包括基板1004和反射表面1002。反射表面1002可以以机械方式或粘合方式安装到基板1004的正面。例如，反射表面1002可以是安装在单独的基板1004上的反射镜。基板1004可以由具有足够硬度或强度的任何材料制成以在各种环境条件下支撑反射表面1002。基板1004可以由例如金属、合金、橡胶、塑料等制成。在一些实施例中，基板1004和反射表面1002可以是反射件802的组成部分。反射件802可以具有如图10a至图10b所示的倒角拐角。反射件802还可以具有任何其他类型的形状和拐角(例如，没有倒角拐角的矩形、圆形、正方形、圆角等)。
[0103]
在一些实施例中，反射表面1002和基板1004可以由不同的材料制成。例如，反射表面1002可以是由具有反射涂层的玻璃制成的反射镜。基板1004可以由金属(例如，铝)、碳化硅或可以向反射表面1002提供期望的支撑的任何其他材料制成。反射表面1002和基板1004也可以单独或一起进行cnc(计算机数控)铣削或模制。例如，反射镜和其基板可以一起进行模制或机器制造。可以使用机器执行几个加工步骤，使得首先对反射镜进行粗加工，随后进行精细抛光步骤以提供光学反射表面。
[0104]
可以控制反射件802以围绕轴线808(例如，沿图9a至图9b所示的反射件802的纵向方向上的中心线的轴线)旋转或振荡以促进对激光束的扫描。在一些实施例中，如图9a、图9b和图10c所示，反射件802安装到第一轴804和第二轴806。第一轴804和第二轴806可以以使得其限定轴线808的方式安装，反射件802围绕所述轴线808旋转或振荡。例如，第一轴804和第二轴806可以安装到反射件802的相应边缘的中心位置，使得其在纵向方向上与反射件802的中心轴808对准。如图10b所示，第一轴804和第二轴806分别附接至基板1004的第一端和第二端。基板1004的第一端和第二端是基板1004的沿基板1004的纵向方向的相反端。这种配置使得反射件802定位在第一轴804与第二轴806之间，形成双轴结构。换句话说，反射件802定位在机动光学扫描仪800的中间(如图8a至图8b所示)，这与像传统的单端检流计设备那样定位在一端相反。双轴结构提高了机动光学扫描仪800的机械稳健性和可操作性。
[0105]
在一些实施例中，第一轴804和第二轴806通过图10b所示的轴安装固定装置1006附接至基板1004。轴安装固定装置1006可以以机械方式(例如，使用紧固件、夹子等)或粘合方式附接至基板1004。轴安装固定装置1006也可以是基板1004的组成部分。例如，轴安装固定装置1006和基板1004可以通过使用模制技术一起制造为一件。如图10a和图10b所示，基板1004的背面附接至轴安装固定装置1006，而基板1004的正面附接至反射表面1002。
[0106]
在一些实施例中，如图10c所示，轴安装固定装置1006包括两个安装孔1012和1014。通过将第一轴804和第二轴806分别插入到安装孔1012和1014中并用轴安装固定装置1006进行固定而将第一轴804和第二轴806附接至轴安装固定装置1006。类似地，图11所示的轴安装固定装置1106也包括两个安装孔1112和1114。可以通过将第一轴804和第二轴806分别插入到安装孔1112和1114中并用轴安装固定装置1106进行固定来将第一轴804和第二轴806附接至轴安装固定装置1106。通过将第一轴804和第二轴806安装到轴安装固定装置1006或1106，第二轴806的旋转或振荡(由电机812引起，如下面更详细描述的)造成反射件
802旋转或振荡，使得可以使用反射件802扫描激光束。反过来，反射件802的旋转或振荡造成第一轴804旋转或振荡。如上文所描述的，双轴结构加强了反射件802的支撑以提高稳健性、可操作性和可靠性。
[0107]
图10a和图10b将轴安装固定装置1006图示为具有用于提供反射件802的机械支撑的条形支撑构件1006a。图11图示了轴安装固定装置1106的另一个实施例。轴安装固定装置1106附接或安装至反射件1102的基板1104的背面。类似于反射件802，反射件1102也包括反射表面(未示出)和基板1104。基板1104以机械方式或粘合方式附接至轴安装固定装置1106。与轴安装固定装置1006不同，轴安装固定装置1106包括支撑构件1106a和用于加强基板1104的支撑的多个突起1108a-f。突起1108a-f可以以机械方式附接至轴安装固定装置1106或与支撑构件1106a一起制造为一体件。突起1108a-f可以为反射件802提供附加支撑，从而减少反射件802的弯曲、卷曲或任何类型的变形。应当理解，突起1108a-f仅仅是示例。也可以使用任何其他结构或形状的轴安装固定装置来加强反射件的支撑。
[0108]
双轴结构、轴安装固定装置和/或突起是用于加强或增强对机动光学扫描仪中的反射件的支撑的示例性结构元件。加强对反射件的支撑是有益的，因为反射件(例如，802)可以用于车辆可能操作的各种环境(例如，炎热或寒冷、潮湿或干燥、多尘或多雾等)。由双轴结构、轴安装固定装置和/或突起提供的增强支撑减少或消除了反射件802的任何弯曲或变形。反过来，它减少或消除了反射件802扫描激光束时的偏差或误差，并产生改进的扫描结果(例如，更准确、可预测和/或更高质量的图像或点云)。
[0109]
图9a至图9b和图10a至图10c进一步图示了分别耦接到第一轴804和第二轴806的第一轴承902和第二轴承904。第一轴804和第二轴904可以分别相对于第一轴承902和第二轴承904旋转或振荡。第二轴806的运动使得反射件802旋转或振荡，从而将一个或多个光束光学地扫描到视场。在一些实施例中，第一轴承902和第二轴承904基本上同心，使得第一轴804和第二轴806的旋转轴彼此对准并且与反射件802的旋转轴808对准。例如，如果第一轴承902和第二轴承904的旋转轴未偏离超过1毫弧度(mrad)，则其基本上同心。第一轴804、第二轴806和反射件802的对准减少了扫描激光束的误差并提高了扫描范围准确度。例如，如果两个轴没有与反射件802的旋转轴808对准，则反射件802朝向的方向上的扫描范围(例如，竖直扫描范围)可能会偏移到一侧并且不对称(例如，当反射件802与lidar系统的其他部件一起安装在车辆上时可能更多地朝向道路或天空偏移)。
[0110]
在一些实施例中，为了将第一轴承902和第二轴承904对准使得其基本上同心，可以使用一些对准机构。如图9a至图9b所示，第一轴承902和第二轴承904可以分别安装到第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914上或者第一轴承902和第二轴承904分别是第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914的一部分。第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914可以制造为具有用于容纳第一轴承902和第二轴承904的安装空间。第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914也可以分别与第一轴承902和第二轴承904一起制造为一体件。第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914安装到机动光学扫描仪800的基座920。在一些实施例中，第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914中的每一个包括用于至少对准第一轴承902和第二轴承904的同心度的单独的对准机构。如图9a和图9b所示，一个这种对准机构具有分别包括在第一轴承固定装置912和第二轴承固定装置914中的两个定位销孔932和934。定位销孔932和934用于容纳定位销，所述定位销是已经加工到指定
公差的实心、无头、圆柱形金属杆。定位销可以具有非常小的允许公差，使得其有助于精确对准。使用定位销孔932和934，可以实现轴承固定装置912与914之间的精确对准(例如，精确地对准其在基座920上的x-y位置)。这进而可以导致第一轴承902和第二轴承904在所有维度上的精确对准，因为轴承固定装置912/914的位置在基座920上精确地对准。第一轴承902和第二轴承904的精确对准可以包括对准其同心度，使得第一轴804和第二轴806也对准。
[0111]
返回参考图8a至图8b和图9a至图9b，机动光学扫描仪800包括位置编码器822。与传统的检流计设备不同，位置编码器822设置在电机812的相反端。即，位置编码器822和电机812设置在反射件802的两侧。如图8a至图8b和图9a至图9b所示，在一个实施例中，位置编码器822耦接到第一轴804并位于第一轴承固定装置912旁边。因此，位置编码器822和第一轴承902都耦接到第一轴804，尽管在第一轴804的不同部分处。通过耦接到第一轴804，位置编码器822在第一轴804旋转时旋转，从而提供与第一轴804的旋转相对应的输出。位置编码器822的输出可以是电压脉冲或绝对角位置。例如，位置编码器822可以是将第一轴804的角位置或运动转换为电信号的旋转编码器。因为第一轴804耦接到反射件802，所以位置编码器822的输出表示反射件802的位置。反射件802的位置与例如机动光学扫描仪800的扫描位置/角度(例如，竖直扫描位置/角度)相对应。因此，位置编码器822提供可以用于确定反射件802的位置、转速、相位、方向等的信号。
[0112]
在一些实施例中，位置编码器822距离反射件802比距离第一轴承902更远。换句话说，位置编码器822位于机动光学扫描仪800的一端。如上文所描述的，电机812位于反射件802的另一侧。该配置不同于图7所示的传统的检流计设备。因此，机动光学扫描仪800比传统的检流计设备更平衡，这提供了更强的稳健性、可靠性和可操作性并减少了反射件802的弯曲或变形。进一步地，因为位置编码器822位于电机812的相对侧，如图8a至图8b所示，所以位置编码器822不容易受到由电机812生成的噪声的影响。在一些实施例中，当操作时，电机812可能会生成大电流，所述大电流可能会造成影响位置编码器822的噪声增加。通过将位置编码器822放置在远离电机812的另一侧，可以提高位置编码器822的信号质量和完整性(例如，提高信噪比)以及对电源噪声的抗扰度。
[0113]
在一些实施例中，位置编码器822包括光学发射器和光学接收器(未示出)。光学发射器可以是例如基于激光二极管或发光二极管(led)的发射器。光学发射器可以提供波长为约940nm的光。940nm波长附近通常是期望的波长，因为由于大气吸收，该波长附近的自然光少得多。光学接收器可以是光电二极管阵列或光电晶体管阵列。光学发射器生成视觉光，并且光学接收器阵列生成光电流。当第一轴804旋转时其可以阻挡或反射部分视觉光，从而影响光学接收器的输出。因此，可以通过测量由光学接收器生成的光电流来感测第一轴804(并且因此反射件802)的位置。可以将光学窄带滤波器应用于光学接收器以抑制发射器波长带之外的环境光。
[0114]
因为光学发射功率受温度(和/或其他环境因素)的影响，所以在一些实施例中，位置编码器822包括编码器发射器驱动电路(未示出)，所述编码器发射器驱动电路被配置为控制发射器电流、减少强度误差并增加对背景噪声的抗扰度。发射器驱动电流可以由发射器驱动电路动态地控制，以使接收器输出在宽温度范围内稳定。发射器驱动电流(例如，基于led的发射器电流)可以由数模转换器(dac)或任何合适的模拟电路驱动。发射器电流也
可以被配置(例如，斩波)为增加对背景噪声的信号抗扰度。例如，可以控制发射器光以足够快的预定速度打开/关闭，同时可以将环境光和暗电流视为恒定的。通过在发射器光打开和发射器光关闭时对光学接收器输出进行采样，并且然后从发射器光打开状态的接收器输出中减去发射器光关闭状态的接收器输出，可以去除背景噪声(例如，环境光和暗电流)的影响。这提高了信噪比并增加了信号抗扰度，从而产生更好的位置编码器性能。编码器发射器驱动电路可以通过例如使用图3所示的控制电路350来实施。
[0115]
位置编码器822还可以包括编码器接收器调节电路(未示出)，所述编码器接收器调节电路被配置为进一步提高对包括暗噪声在内的背景噪声的抗噪性。编码器发射器驱动电路和/或编码器接收器调节电路可以包括在机动光学扫描仪800中或者可以单独放置在lidar系统的其他部分中(例如，在系统300的控制电路350中)。编码器接收器调节电路可以包括例如模拟或数字滤波器。作为一个示例，可以实施低通滤波器来提高对外部噪声的抗扰度。作为另一个示例，可以实施高通滤波器来隔离led光的斩波频率以提高抗环境光能力。
[0116]
参考图8a至图8b、图9a至图9b和图12a至图12b，机动光学扫描仪800可以进一步包括轴向磁通电机812。轴向磁通电机(也被称为轴向磁通电动机、轴向间隙电机或扁平电机)是一种电动机，其中，转子与定子之间的间隙(并且因此转子与定子之间的磁通量方向)与旋转轴平行对准。例如，如图9a至图9b、图10a至图10c和图12a所示，轴向磁通电机812包括转子942和定子944a和944b。定子944a和944b布置在转子942的两侧。在一些实施例中，转子942包括耦接到第二轴806的两个轴向磁化半圆柱磁体942a和942b(如图10c所示)。定子944a和944b包括导电绕组或线圈。当电机812被供电时，绕组或线圈生成电磁力，所述电磁力使磁体942a和942b移动。并且因为磁体942a和942b是转子942的一部分，所以转子942也移动。转子942耦接到第二轴806并且因此转子942的旋转或振荡使第二轴806也旋转或振荡。这进而旋转或振荡反射件802以将光束扫描到fov。
[0117]
在一些实施例中，定子944a和944b的绕组安装到如钢板等一个或多个金属板。钢板可以增强磁场强度并屏蔽杂散磁场以改善电机操作。绕组可以是例如安装在定子上的扁平线圈。在一些实施例中，在电机812侧，轴止动机构903(如图9a、图9b和图10a所示)安装在第二轴806的端部。轴止动机构903可以用于限制反射件802的旋转范围。例如，在某些lidar应用中，机动光学扫描仪800被配置为仅扫描指定范围(例如，约70度的竖直范围)。因此，反射件802不需要并且有时不期望旋转超过指定范围。轴止动机构可以用于停止第二轴806旋转或振荡超出某个范围，使得满足指定的扫描范围。
[0118]
图8a至图8b、图9a至图9b、图10a至图10c和图12a至图12b图示了轴向磁通电机配置的一个实施例。应当理解，也可以使用许多其他配置。例如，转子942可以不使用如图10c所示的两个轴向磁化半圆柱磁体942a和942b。相反，转子942可以包括金属板或盘，其中多个较小的磁体块安装在金属板或盘的一个或多个侧表面上。作为另一个示例，代替使用设置在转子两侧上的两个定子，轴向磁通电机也可以具有中心定子和设置在中心定子两侧上的两个转子。中心定子可以具有沿中心定子的轴向方向安装的绕组。并且两个转子可以具有安装到转子侧表面的磁体，使得其之间的磁通量方向平行于旋转轴。
[0119]
在一些实施例中，电机812还包括电机控制电路(未示出)，所述电机控制电路被配置为控制轴向磁通电机812旋转或振荡第二轴806，使得反射件802旋转或振荡以将一个或
多个光束扫描到视场。电机控制电路可以与电机812一起设置或者设置在任何其他地方，如在图3所示的lidar系统300的控制电路350中。电机控制电路可以被编程或配置为控制例如电机812的转速、角度、相位、范围等。
[0120]
如上文所描述的，轴向磁通电机(例如，电机812)至少在轴向方向上比径向磁通电机更紧凑。图13图示了轴向磁通电机与径向磁通电机之间的比较。如图13所示，对于径向磁通电机，磁体和绕组的配置使得磁通量平行于径向方向(即，垂直于电机的轴向方向或旋转轴)。相反，轴向磁通电机具有被配置为使得磁通量平行于轴向方向(即，平行于旋转轴)的磁体和绕组。轴向磁通电机的长度因此可以显著小于径向磁通电机的长度。因此，轴向磁通电机可以在大小上更加紧凑。因此，轴向磁通电机可以更容易地装配到紧凑型lidar系统中，所述紧凑型lidar系统通常安装在车辆的某些小空间中(例如，车辆的拐角、侧视镜或另一个小隔间)。此外，对于轴向磁通电机，其绕组和附件部件也比径向磁通电机有所改进。例如，传统的径向磁通电机可能具有悬垂的线圈，所述悬垂的线圈可能对其性能产生负面影响。轴向磁通电机具有集中绕组并且不存在同样的问题。此外，轴向磁通电机本质上更高效，因为其磁通路径比径向磁通电机(从第一个齿移动到定子并且然后返回到下一个齿)短。轴向磁通电机的冷却也比径向磁通电机好，因为绕组可以与外部金属外壳直接接触。因此，在机动光学扫描仪(例如，改进的检流计设备)中使用轴向磁通电机在几个方面是有益的。
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本文描述了各种示例性实施例。在非限制性的意义上参考这些示例。提供这些示例是为了说明所公开技术的更广泛适用的方面。在不脱离各种实施例的真实精神和范围的情况下可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，可以进行许多修改以使特定情况、材料、物质组成、过程、(多个)过程动作或(多个)步骤适应各种实施例的(多个)目标、精神或范围。进一步地，如本领域的技术人员将理解的，本文所描述和图示的每个单独的变型具有离散的部件和特征，所述部件和特征在不脱离各种实施例的范围或精神的情况下可以容易地与任何其他几个实施例的特征分离或组合。