CN112236685A - 具有内部光校准的激光雷达***和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于使用内部光校准激光雷达***的***和方法。在一个实现方式中，激光雷达***的至少一个处理器可以控制至少一个光源；从检测器组接收与由至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联的第一多个输入信号；基于第一多个输入信号确定到物体的距离；从该检测器组接收与由至少一个光源投射到激光雷达***内部的光相关联的第二多个输入信号；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。

Description

具有内部光校准的激光雷达***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月9日提交的美国临时申请No.62/654,714、于2018年10月19日提交的美国临时申请No.62/747,761、以及于2018年11月1日提交的美国临时申请No.62/754,055的优先权。以上列出的所有申请通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于扫描周围环境的勘测技术，并且例如，涉及使用激光雷达(LIDAR)技术来检测周围环境中的物体的***和方法。

背景技术

随着驾驶员辅助***和自主车辆的出现，汽车需要配备有能够可靠地感测和解释其周围环境的***，包括识别可能会影响车辆导航的障碍物、危险、物体和其他物理参数。为此，已经提出了多种不同的技术，包括单独或以冗余方式操作的雷达、激光雷达、基于相机的***。

驾驶员辅助***和自主车辆的一个考虑因素是***在不同条件下(包括雨、雾、黑暗、强光和雪)确定周围环境的能力。光检测和测距***(激光雷达(LIDAR)，也称为光雷达(LADAR))是可以在不同条件下很好地工作的技术的示例，该技术通过用光照亮物体并用传感器测量反射脉冲，来测量到物体的距离。激光是可以在激光雷达***中使用的光源的一个示例。与任何传感***一样，为了使基于激光雷达的感测***完全被汽车行业采用，***应当提供可靠的数据，以使得能够检测远处的物体。然而，目前激光雷达***的最大照明功率受到使激光雷达***对眼睛安全的需要的限制(即，使得它们将不会损伤人眼，这种损伤会在投射的光发射在眼睛的角膜和晶状体中吸收时发生，而对视网膜造成热损伤。)

本公开的***和方法针对在遵守眼睛安全规定的同时改进激光雷达***的性能。

发明内容

与本公开一致的实施例提供了使用激光雷达技术来检测周围环境中的物体的***和方法。

与公开的实施例一致，激光雷达***可以包括至少一个处理器，该处理器被配置为：控制至少一个光源；从检测器组接收第一多个输入信号，其中第一多个输入信号与由至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联；基于第一多个输入信号确定到物体的距离；从检测器组接收第二多个输入信号，其中第二多个输入信号与由至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到检测器组上的光相关联；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。

与公开的实施例一致，一种用于检测激光雷达***中的退化的方法可以包括：控制至少一个光源；从检测器组接收第一多个输入信号，其中第一多个输入信号与由至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联；基于第一多个输入信号确定到物体的距离；从检测器组接收第二多个输入信号，其中第二多个输入信号与由至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到检测器组上的光相关联；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。

与公开的实施例一致，一种车辆可以包括：至少一个壳体；至少一个激光雷达***，其安装在至少一个壳体中并且包括：至少一个光源；至少一个光源，被配置为朝着车辆的环境投射光；检测器组；以及至少一个反射镜，被配置为将投射光导向环境的部分并且将来自环境中的物体的反射导向检测器组。车辆还可以包括至少一个处理器，该处理器被配置为：控制至少一个光源；从检测器组接收第一多个输入信号，其中第一多个输入信号与由至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联；基于第一多个输入信号确定到物体的距离；从检测器组接收第二多个输入信号，其中第二多个输入信号与由至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到检测器组上的光相关联；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。

与公开的实施例一致，一种激光雷达***可以包括至少一个处理器，该处理器被配置为：控制至少一个光源的光发射，其中从至少一个光源投射的光被导向用于扫描视场的至少一个偏转器；控制至少一个光偏转器的定位，以沿着扫描图案偏转来自至少一个光源的光，从而扫描视场；从被配置为测量至少一个光偏转器的位置的至少一个传感器接收信号，其中接收到的信号指示至少一个偏转器的实际扫描图案；访问指示至少一个偏转器的预期扫描图案的数据；使用访问的数据和接收到的信号确定预期扫描图案和实际扫描图案之间存在偏离；并且响应于所确定的偏离发起补救动作。

与公开的实施例一致，一种在车辆中使用的激光雷达***可以包括至少一个处理器，该处理器被配置为：以使得光通量能够在使用来自至少一个光源的光对视场进行的扫描上变化的方式来控制至少一个光源；从至少一个传感器接收第一信号，该第一信号指示至少一个光源的输出功率；从第一信号确定至少一个光源的输出功率的第一下降；响应于第一下降，调节递送到至少一个光源的能量的量以增加光源的输出功率；从至少一个传感器接收第二信号，该第二信号指示在递送到至少一个光源的能量的量增加之后至少一个光源的更新后的输出功率；从第二信号确定至少一个光源的更新后的输出功率的第二下降；至少基于第二下降，确定至少一个光源的性能是否满足性能退化标准；并且在确定至少一个光源的性能满足性能退化标准之后，输出信号以对车辆施加性能限制，直到性能退化减轻。

与其他公开的实施例一致，方法可以包括上述任何处理器执行的步骤的一个或多个步骤和/或包括本文描述的任何步骤。

与其他公开的实施例一致，非暂时性计算机可读存储介质可以存储程序指令，该程序指令由至少一个处理设备执行并执行本文描述的任何方法。

前面的一般性描述和以下的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并不是对权利要求的限制。

附图说明

合并到本公开中并构成本公开的一部分的附图图示了各种公开的实施例。附图中：

图1A是图示与所公开的实施例一致的示例性激光雷达***的图。

图1B是图示与所公开的实施例一致的、安装在车辆上的激光雷达***的单个扫描周期的示例性输出的图像。

图1C是图示从与所公开的实施例一致的激光雷达***的输出而确定的点云模型的表示的另一个图像。

图2A-2G是图示根据本公开的一些实施例的投射单元的不同配置的图。

图3A-3D是图示根据本公开的一些实施例的扫描单元的不同配置的图。

图4A-4E是图示根据本公开的一些实施例的感测单元的不同配置的图。

图5A包括图示对于视场的单个部分的单个帧时间中的发射模式的四个示例图。

图5B包括图示对于整个视场的单个帧时间中的发射模式的三个示例图。

图5C是图示对于整个视场的单个帧时间期间朝着投射的实际光发射和接收的反射的图。

图6A-6C是图示与本公开的一些实施例一致的第一示例实现方式的图。

图6D是图示与本公开的一些实施例一致的第二示例实现方式的图。

图7A是图示与所公开的实施例一致的具有内部光源的示例性激光雷达***的示意图。

图7B是图示与所公开的实施例一致的使用来自光源的内部反射的示例性激光雷达***的示意图。

图8A是图示与所公开的实施例一致的指示性能退化的不同信号改变的图。

图8B是图示与所公开的实施例一致的不同像素处的信号的比较以识别性能退化的图。

图9是与所公开的实施例一致的用于识别激光雷达检测器中的性能退化的方法的流程图。

图10A是图示与所公开的实施例一致的具有偏转器位置传感器的示例性激光雷达***的示意图。

图10B是与所公开的实施例一致的用于检测激光雷达检测器中的扫描偏离的方法的流程图。

图11A是图示与所公开的实施例一致的具有照明水平检测器的示例性激光雷达***的图。

图11B是与所公开的实施例一致的用于检测照明水平改变的方法的流程图。

具体实施方式

以下详细描述参考附图。只要有可能，在附图和以下描述中使用相同的标号表示相同或相似的部分。虽然本文描述了若干说明性实施例，但是，修改、改编和其他实现是可能的。例如，可以对附图中示出的部件进行替换、添加或修改，并且可以通过对所公开的方法的步骤进行替换、重新排序、移除或添加来修改本文描述的说明性方法。因而，以下详细描述不限于所公开的实施例和示例。相反，适当的范围由所附权利要求限定。

术语定义

所公开的实施例可以涉及光学***。如本文所使用的，术语“光学***”广泛地包括用于生成、检测和/或操纵光的任何***。仅作为示例，光学***可以包括一个或多个用于生成、检测和/或操纵光的光学部件。例如，光源、透镜、反射镜、棱镜、分束器、准直器、偏振光学器件、光学调制器、光学开关、光学放大器、光学检测器、光学传感器、光纤部件、半导体光学部件，尽管不是每个都是必需的，但每个都可以成为光学***的一部分。除了一个或多个光学部件之外，光学***还可以包括其他非光学部件，诸如电子部件、机械部件、化学反应部件和半导体部件。非光学部件可以与光学***的光学部件合作。例如，光学***可以包括至少一个用于分析检测到的光的处理器。

与本公开一致，光学***可以是激光雷达***。如本文所使用的，术语“激光雷达***”广泛地包括可以基于反射光来确定指示一对有形物体之间的距离的参数值的任何***。在一个实施例中，激光雷达***可以基于由激光雷达***发射的光的反射，来确定一对有形物体之间的距离。如本文所使用的，术语“确定距离”广泛地包括生成指示有形物体对之间的距离的输出。所确定的距离可以表示一对有形物体之间的物理维度。仅作为示例，所确定的距离可以包括激光雷达***与激光雷达***的视场中的另一个有形物体之间的飞行距离线。在另一个实施例中，激光雷达***可以基于由激光雷达***发射的光的反射，来确定一对有形物体之间的相对速度。指示一对有形物体之间的距离的输出的示例包括：有形物体之间的标准长度单位的数量(例如，米数、英寸数、公里数、毫米数)、任意长度单位的数量(例如，激光雷达***长度的数量)、距离与另一个长度之比(例如，与在激光雷达***的视场中检测到的物体的长度之比)、时间量(例如，以标准单位、任意单位或比率给出的，例如，光在有形物体之间行进所花费的时间)、一个或多个位置(例如，使用协定的坐标系指定的、相对于已知位置指定的)，等等。

激光雷达***可以基于反射光，来确定一对有形物体之间的距离。在一个实施例中，激光雷达***可以处理传感器的检测结果，该结果产生指示光信号的发射与由传感器检测到该光信号的时间之间的时间段的时间信息。该时间段有时被称为光信号的“飞行时间”。在一个示例中，光信号可以是短脉冲，其上升和/或下降时间可以在接收时被检测到。使用关于在相关介质(通常是空气)中光速的已知信息，可以处理关于光信号的飞行时间的信息，以提供光信号在发射和检测之间行进的距离。在另一个实施例中，激光雷达***可以基于频率相移(或多频率相移)来确定距离。具体而言，激光雷达***可以处理指示光信号的一个或多个调制相移的信息(例如，通过求解一些联立方程以给出最终测量)。例如，可以用一个或多个恒定频率对所发射的光学信号进行调制。所发射的信号和检测到的反射之间的调制的至少一个相移可以指示光在发射和检测之间行进的距离。调制可以应用于连续波光信号、准连续波光信号或其他类型的发射光信号。要注意的是，激光雷达***可以使用附加信息以确定距离，例如，信号的投射位置、检测位置(尤其是如果彼此远离的话)之间的位置信息(例如，相对位置)，等等。

在一些实施例中，激光雷达***可以被用于检测激光雷达***的环境中的多个物体。术语“检测激光雷达***的环境中的物体”广泛地包括生成指示朝着与激光雷达***相关联的检测器反射光的物体的信息。如果激光雷达***检测到多于一个物体，那么所生成的与不同物体有关的信息可以互连，例如汽车在道路上行驶、鸟儿坐在树上、男人接触自行车、货车朝着建筑物移动。激光雷达***在其中检测物体的环境的维度可以因实现方式而异。例如，激光雷达***可以被用于检测其上安装有激光雷达***的车辆的环境中的多个物体，直至100m(或200m、300m等等)的水平距离，并且直至10米(或25米、50米等等)的垂直距离。在另一个示例中，激光雷达***可以被用于检测车辆的环境中或预定义水平范围(例如，25°、50°、100°、180°等等)内的多个物体，并且直至预定义的垂直高程(例如，±10°、±20°、+40°–20°、±90°或0°–90°)。

如本文所使用的，术语“检测物体”可以广泛地指确定物体的存在(例如，物体可以相对于激光雷达***和/或另一个参考位置存在于某个方向上，或者物体可以存在于某个空间体积中)。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指确定物体与另一个位置(例如，激光雷达***的位置、地表上的位置或另一个物体的位置)之间的距离。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指识别物体(例如，对物体的类型进行分类，诸如小汽车、植物、树、道路；分辨具体的物体(例如，华盛顿纪念碑)；确定车牌号；确定物体的成分(例如，固体、液体、透明、半透明)；确定物体的运动学参数(例如，它是否在移动、它的速度、它的移动方向、物体的膨胀)。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指生成点云图，其中点云图的一个或多个点中的每个点与物体中的位置或其面(face)上的位置对应。在一个实施例中，与视场的点云图表示相关联的数据分辨率可以与视场的0.1°x0.1°或0.3°x0.3°相关联。

与本公开一致，术语“物体”广泛地包括可以从其至少一部分反射光的物质的有限组成。例如，物体可以至少部分是固体的(例如，小汽车、树)；至少部分是液体的(例如，道路上的水坑、雨水)；至少部分是气态的(例如，烟雾、云)；由多种独特颗粒组成(例如，沙尘暴、雾、喷雾)；并且可以是一个或多个量值规模，诸如约1毫米(mm)、约5mm、约10mm、约50mm、约100mm、约500mm、约1米(m)、约5m、约10m、约50m、约100m，等等。还可以检测更小或更大的物体，以及那些示例之间的任何尺寸。要注意的是，出于各种原因，激光雷达***可以检测物体的仅一部分。例如，在一些情况下，光可以仅从物体的一些侧面反射(例如，将仅检测与激光雷达***相对的一侧)；在其他情况下，光可以仅投射在物体的一部分上(例如，投射到道路或建筑物上的激光束)；在其他情况下，物体可以被激光雷达***和被检测物体之间的另一个物体部分地阻挡；在其他情况下，激光雷达的传感器可以仅检测从物体的一部分反射的光，例如，因为环境光或其他干扰与物体的一些部分的检测发生干扰。

与本公开一致，激光雷达***可以被配置为通过扫描激光雷达***的环境来检测物体。术语“扫描激光雷达***的环境”广泛地包括照亮激光雷达***的视场或视场的一部分。在一个示例中，扫描激光雷达***的环境可以通过移动或枢转光偏转器以使光在不同方向上朝着视场的不同部分偏转来实现。在另一个示例中，扫描激光雷达***的环境可以通过改变传感器相对于视场的定位(即，位置和/或朝向)来实现。在另一个示例中，扫描激光雷达***的环境可以通过改变光源相对于视场的定位(即，位置和/或朝向)来实现。在又一个示例中，扫描激光雷达***的环境可以通过改变至少一个光源和至少一个传感器的位置以相对于视场刚性地移动(即，至少一个传感器与至少一个光源的相对距离和朝向保持)来实现。

如本文所使用的，术语“激光雷达***的视场”可以广泛地包括激光雷达***的、可以在其中检测物体的可观察环境的范围。要注意的是，激光雷达***的视场(FOV)可以受到各种条件的影响，诸如但不限于：激光雷达***的朝向(例如，是激光雷达***的光轴的方向)；激光雷达***相对于环境的位置(例如，地面之上的距离以及相邻的地形和障碍物)；激光雷达***的操作参数(例如，发射功率、计算设置、定义的操作角度)等等。激光雷达***的视场可以例如通过立体角来定义(例如，使用

、θ角定义，其中

和θ是例如相对于激光雷达***和/或其FOV的对称轴而在垂直平面中定义的角度)。在一个示例中，视场也可以被定义在某个范围内(例如，直至200m)。

类似地，术语“瞬时视场”可以广泛地包括激光雷达***可以在任何给定时刻在其中检测物体的可观察环境的范围。例如，对于扫描激光雷达***，瞬时视场比激光雷达***的整个FOV窄，并且它可以在激光雷达***的FOV内被移动，以便使得能够在激光雷达***的FOV的其他部分中进行检测。瞬时视场在激光雷达***的FOV内的移动可以通过移动激光雷达***的(或在激光雷达***的外部的)光偏转器来实现，以便在不同方向将光束偏转到激光雷达***和/或从激光雷达***偏转。在一个实施例中，激光雷达***可以被配置为扫描激光雷达***正在其中操作的环境中的场景。如本文所使用的，术语“场景”可以广泛地包括在激光雷达***的视场内的、在其相对位置中且在其当前状态下、在激光雷达***的操作持续时间内的一些或所有物体。例如，场景可以包括地面元素(例如，地表、道路、草地、人行道、路面标记)、天空、人造物体(例如，车辆、建筑物、标志)、植被、人、动物、光投射元素(例如，手电筒、太阳、其他激光雷达***)，等等。

所公开的实施例可以涉及获得在生成重构三维模型时使用的信息。可以使用的重构三维模型的类型的示例包括点云模型和多边形网格(例如，三角形网格)。术语“点云”和“点云模型”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括在某种坐标系中空间定位的数据点(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)的集合。术语“点云点”是指空间中的点(可以是无量纲的，或微小的细胞空间，例如1cm³)，并且其位置可以通过点云模型使用一组坐标(例如，(X,Y,Z)、(r,φ,θ))来描述。仅作为示例，点云模型可以存储用于其一些或所有点的附加信息(例如，对于从相机图像生成的点的颜色信息)。同样，任何其他类型的重构三维模型可以存储其一些或所有物体的附加信息。类似地，术语“多边形网格”和“三角形网格”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括限定一个或多个3D物体(例如，多面体物体)的形状的顶点、边和面的集合。这些面可以包括以下当中的一个或多个：三角形(三角形网格)、四边形或其他简单的凸多边形，因为这可以简化渲染。这些面还可以包括更一般的凹多边形或具有孔的多边形。多边形网格可以使用不同的技术来表示，诸如：顶点-顶点网格、面-顶点网格、翼形边网格和渲染动态网格。多边形网格的不同部分(例如，顶点、面、边)或者直接地和/或相对于彼此地，在空间上位于某个坐标系中(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)。重构三维模型的生成可以使用任何标准的、专用的和/或新颖的摄影测量技术来实现，其中许多技术在本领域中已知的。要注意的是，激光雷达***可以生成其他类型的环境模型。

与所公开的实施例一致，激光雷达***可以包括至少一个投射单元，其具有被配置为投射光的光源。如本文所使用的，术语“光源”广泛地指被配置为发射光的任何设备。在一个实施例中，光源可以是激光器，诸如固态激光器、激光二极管、高功率激光器，或替代光源(诸如基于发光二极管(LED)的光源)。此外，如贯穿附图所示，光源112可以以不同格式发射光，诸如光脉冲、连续波(CW)、准CW等等。例如，可以使用的一种类型的光源是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。可以使用的另一种类型的光源是外腔二极管激光器(ECDL)。在一些示例中，光源可以包括被配置为发射波长在大约650nm至1150nm之间的光的激光二极管。可替代地，光源可以包括被配置为发射波长在大约800nm至大约1000nm之间、大约850nm至大约950nm之间或者大约1300nm至大约1600nm之间的光的激光二极管。除非另有说明，否则关于数值的术语“大约”被定义为相对于所称值有直至5％的变化。关于投射单元和至少一个光源的附加细节在下面参考图2A-2G描述。

与所公开的实施例一致，激光雷达***可以包括至少一个扫描单元，该扫描单元具有至少一个光偏转器，该光偏转器被配置为偏转来自光源的光，以便扫描视场。术语“光偏转器”广泛地包括被配置为使光偏离其原始路径的任何机制或模块；例如，反射镜、棱镜、可控透镜、机械镜、机械扫描多边形、主动衍射(例如，可控LCD)、Risley棱镜、非机械电光束转向(诸如由Vscent制造)、偏振光栅(诸如由Boulder Non-Linear Systems提供)、光学相控阵(OPA)，等等。在一个实施例中，光偏转器可以包括多个光学部件，诸如至少一个反射元件(例如，反射镜)、至少一个折射元件(例如，棱镜、透镜)等等。在一个示例中，光偏转器可以是可移动的，以使光偏离到不同的角度(例如，离散的角度，或者在连续的度数跨度内)。光偏转器可以可选地以不同方式可控(例如，偏转到角度α、将偏转角改变Δα、将光偏转器的部件移动M毫米、改变偏转角改变的速度)。此外，光偏转器可以可选地可操作为在单个平面(例如，θ坐标)内改变偏转的角度。光偏转器可以可选地可操作为在两个非平行平面(例如，θ和

坐标)内改变偏转的角度。可替代地或附加地，光偏转器可以可选地可操作为在预定设置之间(例如，沿着预定义的扫描路线)或以其他方式改变偏转的角度。关于光偏转器在激光雷达***中的使用，要注意的是，光偏转器可以在外传(outbound)方向(也称为发送方向或TX)中使用，以将来自光源的光偏转到视场的至少一部分。然而，光偏转器也可以在传入(inbound)方向(也称为接收方向或RX)中使用，以将来自视场的至少一部分的光偏转到一个或多个光传感器。下面参考图3A-3C描述关于扫描单元和至少一个光偏转器的附加细节。

所公开的实施例可以涉及使光偏转器枢转，以便扫描视场。如本文所使用的，术语“枢转”广泛地包括物体(尤其是固体物体)围绕一个或多个旋转轴的旋转，同时基本上保持旋转中心固定。在一个实施例中，光偏转器的枢转可以包括光偏转器围绕固定轴(例如，心轴(shaft))的旋转，但不一定如此。例如，在一些MEMS反射镜实现中，MEMS反射镜可以通过致动连接到反射镜的多个弯曲器(bender)而移动，该反射镜除了旋转之外还可以经历一些空间平移。不过，这种反射镜可以被设计成围绕基本上固定的轴旋转，因此与本公开内容一致，它被认为是枢转的。在其他实施例中，一些类型的光偏转器(例如，非机械电光束转向，OPA)不要求任何移动部件或内部运动以便改变偏转光的偏转角。要注意的是，关于移动或枢转光偏转器的任何讨论在经过必要的改动后也适用于控制光偏转器，使得其改变光偏转器的偏转行为。例如，控制光偏转器可以引起从至少一个方向到达的光束的偏转角的改变。

所公开的实施例可以涉及接收与视场的、与光偏转器的单个瞬时位置对应的一部分相关联的反射。如本文所使用的，术语“光偏转器的瞬时位置”(也称为“光偏转器的状态”)广泛地指光偏转器的至少一个受控部件在瞬时时间点或在短的时间跨度内所位于的空间中的地点或位置。在一个实施例中，光偏转器的瞬时位置可以相对于参考系进行测量。参考系可以与激光雷达***中的至少一个固定点有关。可替代地，例如，参考系可以与场景中的至少一个固定点有关。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器的一个或多个部件(例如，反射镜、棱镜)的一些移动，通常是移动到相对于视场的扫描期间的最大变化度的有限度。例如，激光雷达***的整个视场的扫描可以包括在30°的跨度上改变光的偏转，并且至少一个光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器在0.05°以内的角移位。在其他实施例中，术语“光偏转器的瞬时位置”可以指光的获取期间光偏转器的位置，该光被处理以提供用于由激光雷达***生成的点云(或另一种类型的3D模型)的单个点的数据。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以与固定位置或朝向对应，其中，该偏转器在激光雷达视场的特定子区域的照明期间以该固定位置或朝向暂停一小段时间。在其他情况下，光偏转器的瞬时位置可以与沿着光偏转器的被扫描的位置/朝向范围的某个位置/朝向对应，该光偏转器通过该位置/朝向以作为激光雷达视场的连续或半连续扫描的一部分。在一些实施例中，光偏转器可以被移动，使得在激光雷达FOV的扫描周期期间，光偏转器位于多个不同的瞬时位置。换句话说，在扫描周期发生的时间段期间，偏转器可以被移动通过一系列不同的瞬时位置/朝向，并且偏转器可以在扫描周期期间的不同时间到达每个不同的瞬时位置/朝向。

与所公开的实施例一致，激光雷达***可以包括至少一个具有至少一个传感器的感测单元，该传感器被配置为检测来自视场中的物体的反射。术语“传感器”广泛地包括能够测量电磁波的特性(例如，功率、频率、相位、脉冲定时、脉冲持续时间)并生成与测得的特性相关的输出的任何设备、元件或***。在一些实施例中，至少一个传感器可以包括由多个检测元件构成的多个检测器。至少一个传感器可以包括一种或多种类型的光传感器。要注意的是，至少一个传感器可以包括多个相同类型的传感器，这些传感器可以在其他特点(例如，灵敏度、尺寸)方面有所不同。也可以使用其他类型的传感器。可以出于不同的原因使用几种类型的传感器的组合，诸如为了改进范围跨度上(尤其是近的范围内)的检测；改进传感器的动态范围；改进传感器的时间响应；以及改进在变化的环境条件(例如，大气温度、雨水等等)下的检测。

在一个实施例中，至少一个传感器包括SiPM(硅光电倍增器)，它是由雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列构建的固态单光子敏感器件，用作公共硅基板上的检测元件。在一个示例中，SPAD之间的典型距离可以在大约10μm至大约50μm之间，其中每个SPAD可以具有在大约20ns至大约100ns之间的恢复时间。也可以使用来自其他非硅材料的类似光电倍增管。虽然SiPM器件以数字/开关模式工作，但SiPM是模拟器件，因为所有的微单元(microcell)可以被并行读取，从而使得其能够生成由不同SPAD检测的、从单个光子到成千上万个光子的动态范围内的信号。要注意的是，来自不同类型的传感器(例如，SPAD、APD、SiPM、PIN二极管、光电检测器)的输出可以组合在一起，成为可以由激光雷达***的处理器处理的单个输出。下面参考图4A-4E描述关于感测单元和至少一个传感器的附加细节。

与所公开的实施例一致，激光雷达***可以包括被配置为执行不同功能的至少一个处理器或与之通信。至少一个处理器可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电路的任何物理设备。例如，至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其他电路。由至少一个处理器执行的指令可以例如被预加载到与控制器集成的或嵌入在控制器中的存储器中，或者可以存储在分离的存储器中。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁介质、闪存，其他永久、固定或易失性存储器，或者能够存储指令的任何其他机制。在一些实施例中，存储器被配置为存储代表关于激光雷达***的环境中的物体的数据的信息。在一些实施例中，至少一个处理器可以包括多于一个处理器。每个处理器可以具有相似的构造，或者处理器可以具有彼此电连接或断开的不同构造。例如，处理器可以是分离的电路或集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，处理器可以被配置为独立地或协作地操作。处理器可以以电、磁、光学、声学、机械或通过允许它们交互的其他手段来耦合。下面参考图5A-5C描述处理单元和至少一个处理器的附加细节。

***概述

图1A图示了激光雷达***100，其包括投射单元102、扫描单元104、感测单元106和处理单元108。激光雷达***100可以是可安装在车辆110上的。与本公开的实施例一致，投射单元102可以包括至少一个光源112，扫描单元104可以包括至少一个光偏转器114，感测单元106可以包括至少一个传感器116，并且处理单元108可以包括至少一个处理器118。在一个实施例中，至少一个处理器118可以被配置为协调至少一个光源112的操作与至少一个光偏转器114的移动，以便扫描视场120。在扫描周期期间，至少一个光偏转器114的每个瞬时位置可以与视场120的特定部分122相关联。此外，激光雷达***100可以包括至少一个可选的光学窗口124，用于引导朝着视场120投射的光和/或接收从视场120中的物体反射的光。可选的光学窗口124可以用于不同的目的，诸如投射光的准直和反射光的聚焦。在一个实施例中，可选的光学窗口124可以是开口、平坦窗口、透镜或任何其他类型的光学窗口。

与本公开一致，激光雷达***100可以用在自主或半自主道路车辆(例如，汽车、公共汽车、货车、卡车和任何其他陆地车辆)中。具有激光雷达***100的自主道路车辆可以扫描他们的环境并且在没有人类输入的情况下驾驶到目的地车辆。类似地，激光雷达***100也可以用在自主/半自主飞行器(例如，UAV、无人驾驶飞机、四轴飞行器和任何其他空中飞行器或设备)中；或自主或半自主水上船舶(例如，船、轮船、潜水艇或任何其他船只)中。具有激光雷达***100的自主飞行器和水运船只可以扫描他们的环境并且自主地或使用远程操作员导航到目的地。根据一个实施例，车辆110(道路车辆、飞行器或水运船只)可以使用激光雷达***100来帮助检测和扫描车辆110正在其中操作的环境。

应当注意，激光雷达***100或其任何部件可以与本文公开的任何示例实施例和方法一起使用。此外，虽然激光雷达***100的一些方面是相对于示例性的基于车辆的激光雷达平台来描述的，但是激光雷达***100、其任何部件或本文描述的任何处理可以适用于其他平台类型的激光雷达***。

在一些实施例中，激光雷达***100可以包括用以扫描车辆110周围的环境的一个或多个扫描单元104。激光雷达***100可以附连或安装到车辆110的任何部分。感测单元106可以接收来自车辆110的周围环境的反射，并将指示从视场120中的物体反射的光的反射信号传送到处理单元108。与本公开一致，扫描单元104可以安装到或并入到保险杠、挡泥板、侧板、扰流板、车顶、前灯组件、尾灯组件、后视镜组件、发动机罩、后备箱或车辆110的能够容纳激光雷达***的至少一部分的任何其他合适的部分中。在一些情况下，激光雷达***100可以捕获车辆110的环境的完整环绕视图。因此，激光雷达***100可以具有360度水平视场。在一个示例中，如图1A中所示，激光雷达***100可以包括安装在车辆110的车顶上的单个扫描单元104。可替代地，激光雷达***100可以包括多个扫描单元(例如，两个、三个、四个或更多个扫描单元104)，每个扫描单元都具有视场，使得总体水平视场被围绕车辆110的360度扫描所覆盖。本领域技术人员将认识到的是，激光雷达***100可以包括以任何方式布置的任何数量的扫描单元104，取决于所采用的单元的数量，每个扫描单元具有80°至120°或更小的视场。而且，还可以通过在车辆110上安装多个激光雷达***100来获得360度水平视场，每个激光雷达***100具有单个扫描单元104。不过，要注意的是，一个或多个激光雷达***100不必提供完整的360°视场，并且较窄的视场在一些情形下可以是有用的。例如，车辆110可以要求看向车辆前方的具有75°视场的第一激光雷达***100，以及可能地要求向后看的具有相似FOV的第二激光雷达***100(可选地具有较低的检测范围)。还要注意的是，也可以实现不同的垂直视场角。

图1B是图示与所公开的实施例一致的、来自安装在车辆110上的激光雷达***100的单个扫描周期的示例性输出的图像。在这个示例中，扫描单元104并入到车辆110的右前灯组件中。图像中的每个灰点与从由感测单元106检测到的反射确定的车辆110周围的环境中的位置对应。除了位置之外，每个灰点也可以与不同类型的信息相关联，例如，强度(例如，从那个位置返回多少光)、反射率、与其他点的接近度等等。在一个实施例中，激光雷达***100可以根据视场的多个扫描周期的检测到的反射，生成多个点云数据条目，以使得能够例如确定车辆110周围的环境的点云模型。

图1C是图示根据激光雷达***100的输出确定的点云模型的表示的图像。与所公开的实施例一致，通过处理所生成的车辆110周围的环境的点云数据条目，可以从点云模型产生环绕视图图像。在一个实施例中，可以将点云模型提供给特征提取模块，该特征提取模块处理点云信息，以识别多个特征。每个特征可以包括关于点云和/或车辆110周围的环境中的物体(例如，小汽车、树、人和道路)的不同方面的数据。特征可以具有与点云模型相同的分辨率(即，具有相同数量的数据点，可选地布置成类似尺寸的2D阵列)，或者可以具有不同的分辨率。特征可以存储在任何种类的数据结构中(例如，光栅、向量、2D阵列、1D阵列)。此外，虚拟特征(诸如车辆110的表示、边界线、或分隔图像中的区域或物体的边界框(例如，如图1B中所描绘的)，以及表示一个或多个识别出的物体的图标)可以覆盖在点云模型的表示上，以形成最终的环绕视图图像。例如，车辆110的符号可以覆盖在环绕视图图像的中心上。

投射单元

图2A-2G描绘了投射单元102的各种配置及其在激光雷达***100中的作用。具体来说，图2A是图示具有单个光源的投射单元102的示意图；图2B是图示具有瞄准公共光偏转器114的多个光源的多个投射单元102的示意图；图2C是图示具有主光源和辅助光源112的投射单元102的示意图；图2D是图示在投射单元102的一些配置中使用的不对称偏转器的示意图；图2E是图示非扫描激光雷达***的第一配置的示意图；图2F是图示非扫描激光雷达***的第二配置的示意图；以及图2G是在外传方向扫描但在传入方向不扫描的激光雷达***的示意图。本领域技术人员将认识到，投射单元102的所描绘的配置可以具有许多变化和修改。

图2A图示了激光雷达***100的收发分置(bi-static)配置的示例，其中投射单元102包括单个光源112。术语“收发分置配置”广泛地指一种激光雷达***配置，其中离开激光雷达***的投射光和进入激光雷达***的反射光穿过基本不同的光学路径。在一些实施例中，激光雷达***100的收发分置配置可以包括通过使用完全不同的光学部件、通过使用平行但不完全分离的光学部件、或者通过对仅部分光学路径使用相同的光学部件(光学部件可以包括例如窗口、透镜、反射镜、分束器等)来分离光学路径。在图2A所描绘的示例中，收发分置配置包括其中外传光和传入光穿过单个光学窗口124的配置，但是扫描单元104包括两个光偏转器，用于外传光的第一光偏转器114A和用于传入光的第二光偏转器114B(激光雷达***中的传入光包括从场景中的物体反射的发射光，并且还可以包括从其他源到达的环境光)。在图2E和2G所描绘的示例中，收发分置配置包括其中外传光穿过第一光学窗口124A以及传入光穿过第二光学窗口124B的配置。在上述所有示例配置中，传入和外传光学路径互不相同。

在这个实施例中，激光雷达***100的所有部件可以包含在单个壳体200内，或者可以在多个壳体之间划分。如图所示，投射单元102与包括被配置为发射光(投射光204)的激光二极管202A(或耦合在一起的一个或多个激光二极管)的单个光源112相关联。在一个非限制性示例中，由光源112投射的光可以为大约800nm和950nm之间的波长，具有在大约50mW至大约500mW之间的平均功率，具有在大约50W至大约200W之间的峰值功率，以及大约2ns至大约100ns之间的脉冲宽度。此外，光源112可以可选地与用于操纵由激光二极管202A发射的光的光学部件202B相关联(例如，以用于准直、聚焦等等)。要注意的是，可以使用其他类型的光源112，并且本公开不限于激光二极管。此外，光源112可以以不同的格式发射光，诸如光脉冲、频率调制、连续波(CW)、准CW或者与所采用的特定光源对应的任何其他形式。投射格式和其他参数可以基于诸如来自处理单元108的指令之类的不同的因素不时地被光源改变。投射光朝着外传偏转器114A被投射，该外传偏转器114A用作用于在视场120中引导投射光的转向元件。在这个示例中，扫描单元104还包括可枢转的返回偏转器114B，该返回偏转器114B将从视场120内的物体208反射回来的光子(反射光206)朝着传感器116引导。反射光被传感器116检测，并且关于物体的信息(例如，到物体212的距离)由处理单元108确定。

在这个图中，激光雷达***100连接到主机210。与本公开一致，术语“主机”是指可以与激光雷达***100接口的任何计算环境，它可以是车辆***(例如，车辆110的部分)、测试***、安全性***、监视***、交通控制***、城市建模***、或者监视其周围环境的任何***。这样的计算环境可以包括至少一个处理器和/或可以经由云连接到激光雷达***100。在一些实施例中，主机210还可以包括到外部设备的接口，外部设备诸如被配置为测量主机210的不同特点(例如，加速度、方向盘偏转、反向驾驶等等)的相机和传感器。与本公开一致，激光雷达***100可以固定到与主机210相关联的静止物体(例如，建筑物、三脚架)或固定到与主机210相关联的便携式***(例如，便携式计算机、电影摄像机)。与本公开一致，激光雷达***100可以连接到主机210，以向主机210提供激光雷达***100的输出(例如，3D模型、反射率图像)。具体而言，主机210可以使用激光雷达***100来帮助检测和扫描主机210的环境或任何其他环境。此外，主机210可以将激光雷达***100的输出与其他感测***(例如，相机、麦克风、雷达***)的输出集成、同步或以其他方式一起使用。在一个示例中，激光雷达***100可以由安全性***使用。这个实施例在下面参考图7更详细地描述。

激光雷达***100还可以包括互连子***和部件的总线212(或其他通信机制)，用于在激光雷达***100内传送信息。可选地，总线212(或另一种通信机制)可以被用于互连激光雷达***100与主机210。在图2A的示例中，处理单元108包括两个处理器118，以至少部分地基于从激光雷达***100的内部反馈接收的信息，以协调的方式调整投射单元102、扫描单元104和感测单元106的操作。换句话说，处理单元108可以被配置为在闭环中动态地操作激光雷达***100。闭环***的特征在于具有来自至少一个元件的反馈和基于接收到的反馈更新一个或多个参数。而且，闭环***可以接收反馈，并至少部分地基于该反馈更新其自己的操作。动态***或元件是可以在操作期间被更新的***或元件。

根据一些实施例，扫描激光雷达***100周围的环境可以包括用光脉冲照亮视场120。光脉冲可以具有如下参数：脉冲持续时间、脉冲角色散、波长、瞬时功率、距光源112不同距离处的光子密度、平均功率、脉冲功率强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲序列、脉冲占空比、波长、相位、偏振，等等。扫描激光雷达***100周围的环境还可以包括检测和表征反射光的各个方面。反射光的特点可以包括例如：飞行时间(即，从发射直到检测的时间)、瞬时功率(例如，功率特征)、整个返回脉冲的平均功率、以及返回脉冲时段的光子分布/信号。通过比较光脉冲的特点与对应反射的特点，可以估计物体212的距离以及有可能的物理特点(诸如反射强度)。通过以预定义的模式(例如，光栅、Lissajous或其他模式)在多个相邻部分122上重复这个处理，可以实现视场120的整个扫描。如下面更详细地讨论的，在一些情形下，激光雷达***100可以在每个扫描周期将光引导到视场120中的仅一些部分122。这些部分可以彼此相邻，但不一定如此。

在另一个实施例中，激光雷达***100可以包括用于与主机210(例如，车辆控制器)通信的网络接口214。激光雷达***100和主机210之间的通信由虚线箭头表示。在一个实施例中，网络接口214可以包括集成服务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器、或提供与对应类型的电话线的数据通信连接的调制解调器。作为另一个示例，网络接口214可以包括局域网(LAN)卡，以提供与兼容LAN的数据通信连接。在另一个实施例中，网络接口214可以包括连接到射频接收器和发送器和/或光学(例如，红外)接收器和发送器的以太网端口。网络接口214的具体设计和实现取决于激光雷达***100和主机210要在其上操作的(一个或多个)通信网络。例如，网络接口214可以被用于例如将激光雷达***100的输出提供给外部***，该输出诸如3D模型、激光雷达***100的操作参数等等。在其他实施例中，通信单元可以被用于例如从外部***接收指令、接收关于被检查的环境的信息、从另一个传感器接收信息，等等。

图2B图示了包括多个投射单元102的激光雷达***100的收发合置配置的示例。术语“收发合置(monostatic)配置”广泛地指这样一种激光雷达***配置，其中从激光雷达***射出的投射光和进入激光雷达***的反射光穿过基本相似的光学路径。在一个示例中，外传光束和入射光束可以共享至少一个光学部件，外传光束和入射光束都穿过该光学部件。在另一个示例中，外传光辐射可以穿过光学窗口(未示出)，并且传入光辐射可以穿过相同的光学窗口。收发合置配置可以包括这样一种配置，其中扫描单元104包括单个光偏转器114，该光偏转器114将投射光朝着视场120引导并将反射光朝着传感器116引导。如图所示，投射光204和反射光206都击中不对称偏转器216。术语“不对称偏转器”是指具有两个侧面的、能够以与其偏转从一侧击中它的光束的方向不同的方向来偏转从第二侧击中它的光束的任何光学设备。在一个示例中，不对称偏转器不偏转投射光204，而是将反射光206朝着传感器116偏转。不对称偏转器的一个示例可以包括偏振分束器。在另一个示例中，不对称216可以包括仅允许光在一个方向上通过的光隔离器。不对称偏转器216的图示在图2D中示出。与本公开一致，激光雷达***100的收发合置配置可以包括不对称偏转器，以防止反射光击中光源112，并将所有反射光朝着传感器116引导，由此增加检测灵敏度。

在图2B的实施例中，激光雷达***100包括三个投射单元102，每个投射单元102具有瞄准公共光偏转器114的单个光源112。在一个实施例中，多个光源112(包括两个或更多个光源)可以投射具有基本相同波长的光，并且每个光源112一般与视场的不同区域(在图中表示为120A、120B和120C)相关联。这使得能够扫描比利用光源112可以实现的更宽的视场。在另一个实施例中，多个光源102可以投射具有不同波长的光，并且所有光源112可以被引导到视场120的相同部分(或重叠部分)。

图2C图示了激光雷达***100的示例，其中投射单元102包括主光源112A和辅助光源112B。主光源112A可以投射具有比对人眼敏感的更长波长的光，以便优化SNR和检测范围。例如，主光源112A可以投射波长在大约750nm和1100nm之间的光。相反，辅助光源112B可以投射具有人眼可见波长的光。例如，辅助光源112B可以投射波长在大约400nm和700nm之间的光。在一个实施例中，辅助光源112B可以沿着与由主光源112A投射的光基本相同的光学路径来投射光。两个光源可以是时间同步的并且可以一起或以交织模式投射光发射。交织模式意味着光源并非同时是激活的，这可以减轻相互干扰。本领域技术人员将容易地看到波长范围和激活时间表(schedule)的其他组合也可以实现。

与一些实施例一致，辅助光源112B可以在它太靠近激光雷达光学输出端口时造成人眼眨眼。这可以确保眼睛安全机制，而该机制是用利用了近红外光谱的典型激光源不可行的。在另一个实施例中，辅助光源112B可以被用于服务点处的校准和可靠性，其方式与相对于车辆110在离地面一定高度处用特殊的反射器/模式进行的前灯校准有些相似。服务点处的操作员可以通过对有特征的目标(诸如距激光雷达***100指定距离处的测试图案板)上的扫描图案的简单目视检查，来检查激光雷达的校准。此外，辅助光源112B可以提供用于激光雷达正为终端用户工作的操作置信度的手段。例如，***可以被配置为允许人将手放在光偏转器114的前面，以测试其操作。

辅助光源112B还可以具有不可见元件，该不可见元件在主光源112A发生故障的情况下可以兼作备用***。这个特征对于具有更高功能安全等级的故障安全设备是有用的。假定辅助光源112B可以是可见的，并且还由于成本和复杂性的原因，与主光源112A相比，辅助光源112B可以与更小的功率关联。因此，在主光源112A发生故障的情况下，***功能将回退到辅助光源112B的功能和能力集。虽然辅助光源112B的能力可能逊于主光源112A的能力，但是可以以使车辆110能够安全地到达其目的地这样的方式来设计激光雷达***100***。

图2D图示了可以是激光雷达***100的一部分的不对称偏转器216。在所示示例中，不对称偏转器216包括反射表面218(诸如发射镜)和单向偏转器220。虽然不一定如此，但不对称偏转器216可以可选地是收发配置的偏转器。不对称偏转器216可以用在激光雷达***100的收发合置配置中，以便允许公共光学路径用于经由至少一个偏转器114发送和接收光，如图2B和2C中所示。但是，典型的不对称偏转器(诸如分束器)特征在于能量损失，尤其是在接收路径中，而该接收路径可能比发送路径对功率损耗更加敏感。

如图2D中所描绘的，激光雷达***100可以包括位于发送路径中的不对称偏转器216，其包括用于在发送光信号和接收光信号之间进行分离的单向偏转器220。可选地，单向偏转器220可以对发送光基本上是透明的，并且对接收光基本上是反射性的。发送光由投射单元102生成并且可以通过单向偏转器220行进到扫描单元104，该扫描单元104使其朝着光学出口偏转。接收光通过光学入口到达至少一个偏转元件114，该偏转元件114将反射信号偏转到远离光源并朝着感测单元106的分离路径中。可选地，不对称偏转器216可以与偏振光源112组合，该偏振光源112利用与单向偏转器220相同的偏振轴被线性地偏振。值得注意的是，外传光束的横截面远小于反射信号的横截面。因而，激光雷达***100可以包括一个或多个光学部件(例如，透镜、准直器)，用于将发射的偏振光束聚焦或以其他方式操纵到不对称偏转器216的维度。在一个实施例中，单向偏转器220可以是对偏振光束几乎透明的偏振分束器。

与一些实施例一致，激光雷达***100还可以包括用于修改发射光的偏振的光学器件222(例如，四分之一波片延迟器)。例如，光学器件222可以将发射光束的线性偏振修改为圆形偏振。从视场反射回到***100的光将通过偏转器114回到光学器件222，其承受具有相对于发送光的倒置偏手性的圆形偏振。然后，光学器件222将接收到的倒置偏手性偏振光转换成与偏振分束器216的线性偏振不在同一个轴上的线性偏振。如上面所指出的，由于穿过到目标的距离的光束的光学色散，接收光斑块(light-patch)大于发送光斑块。

接收到的光中的一些将照射在单向偏转器220上，该单向偏转器220将带有一些功率损耗地使光朝着传感器106反射。但是，接收光斑块的另一部分将落在围绕单向偏转器220(例如，偏振分束器狭缝)的反射表面218上。反射表面218将基本上零功率损耗地使光朝着感测单元106反射。单向偏转器220将反射由各个偏振轴和方向组成的、将最终到达检测器的光。可选地，感测单元106可以包括传感器116，该传感器116对激光偏振不可知，并且主要对某个波长范围内的照射光子的量是敏感的。

要注意的是，当与其中具有通孔的简单反射镜相比，所提出的不对称偏转器216提供更优秀的性能。在具有孔的反射镜中，到达该孔的所有反射光都对于检测器是损失掉的。但是，在偏转器216中，单向偏转器220使这种光的大部分(例如，大约50％)朝着相应的传感器116偏转。在激光雷达***中，从远程距离到达激光雷达的光子数量非常有限，并且因此光子捕获率的改进是重要的。

根据一些实施例，描述了用于分束和转向的设备。可以从具有第一偏振的光源发射偏振光束。可以引导所发射的光束穿过偏振分束器部件。该偏振分束器部件在第一侧包括单向狭缝并且在相对侧包括反射镜。该单向狭缝使偏振的发射光束能够朝着四分之一波片/波延迟器行进，这将发射信号从偏振信号变为线性信号(或反之亦然)，以使得随后反射的光束不能行进通过该单向狭缝。

图2E图示了没有扫描单元104的激光雷达***100的收发分置配置的示例。为了在没有偏转器114的情况下照亮整个视场(或基本上整个视场)，投射单元102可以可选地包括光源的阵列(例如，112A-112F)。在一个实施例中，光源的阵列可以包括由处理器118控制的光源的线性阵列。例如，处理器118可以使光源的线性阵列向第一可选光学窗口124A顺序投射准直激光束。第一可选光学窗口124A可以包括扩散器透镜，用于扩散投射光并顺序形成宽的水平且窄的垂直光束。可选地，***100的至少一个光源112中的一些或全部可以同时投射光。例如，处理器118可以使光源的阵列同时从多个不相邻的光源112投射光束。在所描述的示例中，光源112A、光源112D和光源112F同时朝着第一可选光学窗口124A投射激光束，从而用三个窄的垂直光束照亮视场。来自第四光源112D的光束可以到达视场中的物体。从物体反射的光可以被第二光学窗口124B捕获，并且可以被重定向到传感器116。图2E所描绘的配置被认为是收发分置配置，因为投射光和反射光的光学路径基本不同。应当注意，投射单元102还可以包括多个光源112，光源112以非线性配置布置，诸如二维阵列、六边形平铺或任何其他方式。

图2F图示了没有扫描单元104的激光雷达***100的收发合置配置的示例。类似于图2E所示的示例实施例，为了在没有偏转器114的情况下照亮整个视场，投射单元102可以包括光源阵列(例如，112A-112F)。但是，与图2E相反，激光雷达***100的这种配置可以包括用于投射光和用于反射光两者的单个光学窗口124。使用不对称偏转器216，反射光可以被重定向到传感器116。图2E所示描绘的配置被认为是收发合置配置，因为投射光和反射光的光学路径彼此基本上相似。在投射光和反射光的光学路径的上下文中，术语“基本相似”意味着两条光学路径之间的重叠可以大于80％、大于85％、大于90％或大于95％。

图2G图示了激光雷达***100的收发分置配置的示例。该图中的激光雷达***100的配置类似于图2A所示的配置。例如，两种配置都包括用于在外传方向上将投射光导向视场的扫描单元104。但是，与图2A的实施例相反，在此配置中，扫描单元104不在传入方向上重定向反射光。相反，反射光穿过第二光学窗口124B并进入传感器116。图2G所描绘的配置被认为是收发分置配置，因为投射光和反射光的光学路径彼此基本上不同。在投射光和反射光的光学路径的上下文中，术语“基本上不同”意味着两条光学路径之间的重叠可以小于10％、小于5％、小于1％或小于0.25％。

扫描单元

图3A-3D描绘了扫描单元104的各种配置及其在激光雷达***100中的作用。具体而言，图3A是图示具有MEMS反射镜(例如，形状为方形)的扫描单元104的图，图3B是图示具有MEMS反射镜(例如，形状为圆形)的另一个扫描单元104的图，图3C是图示具有用于收发合置扫描激光雷达***的反射器阵列的扫描单元104的图，并且图3D是图示机械地扫描激光雷达***100周围的环境的示例激光雷达***100的图。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的扫描单元104的配置仅仅是示例性的，并且在本公开的范围内可以具有许多变化和修改。

图3A图示了具有单轴方形MEMS反射镜300的示例扫描单元104。在这个示例中，MEMS反射镜300用作至少一个偏转器114。如图所示，扫描单元104可以包括一个或多个致动器302(具体而言，302A和302B)。在一个实施例中，致动器302可以由半导体(例如，硅)制成，并且包括响应于由致动控制器施加的电信号而改变其维度的压电层(例如，PZT、锆钛酸铅、氮化铝)、半导体层和基(base)层。在一个实施例中，致动器302的物理特性可以确定致动器302在电流通过它时所经受的机械应力。当压电材料被激活时，它在致动器302上施加力并使其弯曲。在一个实施例中，当反射镜300在某个角位置偏转时，可以在激活状态下测量一个或多个致动器302的电阻率(Ractive)，并且与休眠状态下的电阻率(Rrest)进行比较。包括Ractive的反馈可以提供信息以确定与预期角度相比的实际反射镜偏转角度，并且如果需要，可以校正反射镜300偏转。Rrest和Ractive之间的差可以通过反射镜驱动而关联到角偏转值中，该角偏转值可以用来闭合环路。这个实施例可以被用于动态跟踪实际反射镜位置，并且可以优化线性模式和谐振模式MEMS反射镜方案的响应、振幅、偏转效率和频率。下面参考图32-34更详细地描述这个实施例。

在扫描期间，电流(在图中表示为虚线)可以从触点304A流到触点304B(通过致动器302A、弹簧306A、反射镜300、弹簧306B和致动器302B)。半导体框架308中的隔离间隙(诸如隔离间隙310)可以使致动器302A和302B成为通过弹簧306和框架308电连接的两个分离的岛。电流流动或任何相关联的电参数(电压、电流频率、电容、相对介电常数等等)可以通过相关的位置反馈来监视。在机械故障(其中一个部件受损)的情况下，流过该结构的电流将更改并改变其功能校准值。在极端情况下(例如，当弹簧断裂时)，电流将由于电气链中的电路断开而借助于故障元件而完全停止。

图3B图示了具有双轴圆形MEMS反射镜300的另一个示例扫描单元104。在这个示例中，MEMS反射镜300用作至少一个偏转器114。在一个实施例中，MEMS反射镜300可具有大约1mm至大约5mm之间的直径。如图所示，扫描单元104可以包括四个致动器302(302A、302B、302C和302D)，每个致动器可以处于不同的长度。在所示的示例中，电流(在图中表示为虚线)从触点304A流到触点304D，但在其他情况下，电流可以从触点304A流到触点304B、从触点304A流到触点304C、从触点304B流到触点304C、从触点304B流到触点304D、或从触点304C流到触点304D。与一些实施例一致，双轴MEMS反射镜可以被配置为在水平方向和垂直方向上偏转光。例如，双轴MEMS反射镜的偏转角度在垂直方向上可以在大约0°至30°之间并且在水平方向上在大约0°至50°之间。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的反射镜300的配置可以具有许多变化和修改。在一个示例中，至少偏转器114可以具有双轴方形镜或单轴圆形反射镜。圆形和方形反射镜的示例仅作为示例在图3A和3B中示出。取决于***规格，可以采用任何形状。在一个实施例中，致动器302可以作为至少偏转器114的组成部分被并入，使得移动MEMS反射镜300的动力直接朝着它施加。此外，MEMS反射镜300可以通过一个或多个刚性支撑元件连接到框架308。在另一个实施例中，至少偏转器114可以包括静电或电磁MEMS反射镜。

如上所述，收发合置扫描激光雷达***利用相同光学路径的至少一部分来用于发射投射光204并用于接收反射光206。外传路径中的光束可以被准直并聚焦成窄光束，而返回路径中的反射由于色散而扩散到更大的光斑块中。在一个实施例中，扫描单元104可以在返回路径中具有大的反射区域以及具有将反射(即，反射光206)重定向到传感器116的不对称偏转器216。在一个实施例中，扫描单元104可以包括具有大的反射区域以及对视场和帧速率性能具有可以忽略不计的影响的MEMS反射镜。下面参考图2D提供关于不对称偏转器216的附加细节。

在一些实施例中(例如，如图3C中所例示的)，扫描单元104可以包括具有小的光偏转器(例如，反射镜)的偏转器阵列(例如，反射器阵列)。在一个实施例中，将光偏转器114实现为一组同步工作的较小的个体光偏转器可以允许光偏转器114以高扫描速率以较大的偏转角度来执行。就有效区域而言，偏转器阵列可以基本上充当大的光偏转器(例如，大的反射镜)。可以使用共享转向部件配置来操作该偏转器阵列，其允许传感器116从由光源112并发照亮的视场120的基本相同部分收集反射光子。术语“并发”意味着两个被选功能在重合或重叠的时间段期间发生，无论是一个在另一个的持续时间内开始和结束，还是后一个在另一个完成之前开始。

图3C图示了扫描单元104的示例，其中反射器阵列312具有小的反射镜。在这个实施例中，反射器阵列312用作至少一个偏转器114。反射器阵列312可以包括多个被配置为枢转(单独地或一起)并朝着视场120导引光脉冲的反射器单元314。例如，反射器阵列312可以是从光源112投射的光的外传路径的一部分。具体而言，反射器阵列312可以将投射光204朝着视场120的一部分引导。反射器阵列312也可以是用于从位于视场120的被照亮部分内的物体的表面反射的光的返回路径的一部分。具体而言，反射器阵列312可以将反射光206朝着传感器116或朝着不对称偏转器216引导。在一个示例中，反射器阵列312的面积可以在大约75至大约150mm²之间，其中每个反射器单元314可以具有大约10μm的宽度并且支撑结构可以小于100μm。

根据一些实施例，反射器阵列312可以包括可转向偏转器的一个或多个子组。电可转向偏转器的每个子组可以包括一个或多个偏转器单元(诸如反射器单元314)。例如，每个可转向偏转器单元314可以包括MEMS反射镜、反射表面部件和机电致动器中的至少一个。在一个实施例中，每个反射器单元314可以由个体处理器(未示出)单独地控制，使得它可以沿着一个或两个分离的轴中的每一个轴朝着具体角度倾斜。可替代地，反射器阵列312可以与公共控制器(例如，处理器118)相关联，该公共控制器被配置为同步地管理反射器单元314的移动，使得它们中的至少一部分将并发地枢转并指向大致相同的方向。

此外，至少一个处理器118可以选择用于外传路径的至少一个反射器单元314(在下文中称为“TX反射镜”)和用于返回路径的一组反射器单元314(在下文中称为“RX反射镜”)。与本公开一致，增加TX反射镜的数量可以增加反射光子束扩展。此外，减少RX反射镜的数量可以缩窄接收场并补偿环境光条件(诸如云、雨、雾、极热和其他环境条件)并改进信噪比。而且，如上所述，发射的光束通常比反射光斑块窄，并且因此可以被偏转阵列的一小部分完全偏转。而且，能够阻挡从偏转阵列的用于发送的部分(例，如TX反射镜)反射的光到达传感器116，由此减少激光雷达***100的内部反射对***操作的影响。此外，至少一个处理器118可以使一个或多个反射器单元314枢转，以克服由于例如热和增益效应引起的机械损伤和漂移。在示例中，一个或多个反射器单元314可以与预期不同地移动(频率、速率、速度等等)，并且它们的移动可以通过适当地电控制偏转器来补偿。

图3D图示了机械扫描激光雷达***100的环境的示例性激光雷达***100。在这个示例中，激光雷达***100可以包括用于围绕激光雷达***100的轴来旋转壳体200的马达或其他机制。可替代地，马达(或其他机制)可以机械地旋转激光雷达***100的、其上安装有一个或多个光源112和一个或多个传感器116的刚性结构，由此扫描环境。如上所述，投射单元102可以包括被配置为投射光发射的至少一个光源112。投射的光发射可以沿着外传路径朝着视场120行进。具体而言，当投射光204朝着可选的光学窗口124行进时，投射的光发射可以被偏转器114A反射通过出口孔314。反射的光发射可以沿着返回路径从物体208朝着感测单元106行进。例如，当反射光206朝着感测单元106行进时，反射光206可以被偏转器114B反射。本领域技术人员将认识到的是，具有用于同步地旋转一个或多个光源或一个或多个传感器的旋转机制的激光雷达***可以使用这种同步旋转来代替使内部光偏转器转向(或作为补充)。

在对视场120的扫描是机械式的实施例中，投射的光发射可以被引导到出口孔314，该出口孔314是将投射单元102与激光雷达***100的其他部分分离的壁316的一部分。在一些示例中，壁316可以由涂覆有反射材料的透明材料(例如，玻璃)形成，以形成偏转器114B。在这个示例中，出口孔314可以与壁316的未涂覆反射材料的部分对应。附加地或可替代地，出口孔314可以包括在壁316中的孔或切口。反射光206可以被偏转器114B反射并且朝着感测单元106的入口孔318被引导。在一些示例中，入口孔318可以包括过滤窗口，该过滤窗口被配置为允许某个波长范围内的波长进入感测单元106并衰减其他波长。来自视场120的物体208的反射可以被偏转器114B反射并击中传感器116。通过比较反射光206与投射光204的几个特性，可以确定物体208的至少一个方面。例如，通过比较由光源112发射投射光204的时间与传感器116接收反射光206的时间，可以确定物体208和激光雷达***100之间的距离。在一些示例中，还可以确定物体208的其他方面(诸如形状、颜色、材料等等)。

在一些示例中，激光雷达***100(或其一部分，包括至少一个光源112和至少一个传感器116)可以围绕至少一个轴旋转，以确定激光雷达***100的周围环境的三维地图。例如，激光雷达***100可以围绕基本垂直的轴旋转(如由箭头320所示)，以便扫描视场120。虽然图3D图示了激光雷达***100围绕轴顺时针旋转(如由箭头320所示)，但是附加地或可替代地，激光雷达***100可以逆时针方向旋转。在一些示例中，激光雷达***100可以围绕垂直轴旋转360度。在其他示例中，激光雷达***100可以沿着比激光雷达***100的360度更小的扇区来回旋转。例如，激光雷达***100可以安装在围绕轴来回摆动而不做完整旋转的平台上。

感测单元

图4A-4E描绘了感测单元106的各种配置及其在激光雷达***100中的作用。具体而言，图4A是图示具有检测器阵列的示例感测单元106的图，图4B是图示使用二维传感器的收发合置扫描的图，图4C是图示二维传感器116的示例的图，图4D是图示与传感器116相关联的透镜阵列的图，并且图4E包括图示透镜结构的三个图。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的感测单元106的配置仅仅是示例性的，并且可以具有与本公开的原理一致的许多替代变体和修改。

图4A图示了具有检测器阵列400的感测单元106的示例。在这个示例中，至少一个传感器116包括检测器阵列400。激光雷达***100被配置为检测视场120中位于距激光雷达***100不同距离处(可以是几米或更多)的物体(例如，自行车208A和云208B)。物体208可以是固体物体(例如，道路、树、小汽车、人)、液体物体(例如，雾、水、大气颗粒)、或另一种类型的物体(例如，灰尘或粉末状被照亮物体)。当从光源112发射的光子击中物体208时，它们或者反射、折射或者被吸收。通常，如图所示，从物体208反射的光子的仅一部分进入可选的光学窗口124。由于每个约15cm的距离变化导致1ns的行进时间差(因为光子以光速向物体208和从物体208行进)，因此通过具有足够快响应的飞行时间传感器，击中不同物体的不同光子的行进时间之间的时间差可以是可检测的。

传感器116包括多个检测元件402，用于检测从视场120反射回的光子脉冲的光子。检测元件可以全部被包括在检测器阵列400中，检测器阵列400可以具有矩形布置(例如，如图所示)或任何其他布置。检测元件402可以彼此并发或部分并发地操作。具体而言，每个检测元件402可以对于每个采样持续时间(例如，每1纳秒)发出检测信息。在一个示例中，检测器阵列400可以是SiPM(硅光电倍增器)，其是由公共硅基板上的单光子雪崩二极管(SPAD，用作检测元件402)的阵列而构建的固态单光子敏感器件。也可以使用来自其他非硅材料的类似光电倍增管。虽然SiPM器件以数字/开关模式工作，但SiPM是模拟设备，因为所有的微单元是被并行读取，从而使得能够生成由不同SPAD检测的从单个光子到成千上万个光子的动态范围内的信号。如上面所提到的，可以实现多于一种类型的传感器(例如，SiPM和APD)。有可能地，感测单元106可以包括集成到SiPM阵列中的至少一个APD和/或位于分离或公共硅基板上SiPM旁边的至少一个APD检测器。

在一个实施例中，检测元件402可以被分组为多个区域404。这些区域是传感器116内的几何位置或环境(例如，在检测器阵列400内)，并且可以被成形为不同的形状(例如，如图所示的矩形、正方形、环等等，或任何其他形状)。虽然并非包括在区域404的几何范围内的所有个体检测器都必然属于那个区域，但在大多数情况下，它们将不属于覆盖传感器310的其他范围的其他区域404，除非在区域之间的接缝中期望一些重叠。如图4A中所示，区域可以是非重叠区域404，但是可替代地，它们可以重叠。每个区域可以与和那个区域相关联的区域输出电路406相关联。区域输出电路406可以提供对应组的检测元件402的区域输出信号。例如，区域输出电路406可以是求和电路，但是可以采用将个体检测器的输出组合成单位输出(无论是标量、向量还是任何其他格式)的其他形式。可选地，每个区域404是单个SiPM，但不一定如此，并且区域可以是单个SiPM的子部分、几个SiPM的组、或甚至不同类型的检测器的组合。

在所示示例中，处理单元108位于(例如，车辆110内的)主机210(内部或外部)的分离的壳体200B处，并且感测单元106可以包括用于分析反射光的专用处理器408。可替代地，处理单元108可以被用于分析反射光206。要注意的是，激光雷达***100可以以除所示示例之外的其他方式实现多个壳体。例如，光偏转器114可以位于与投射单元102和/或感测模块106不同的壳体中。在一个实施例中，激光雷达***100可以包括以不同方式彼此连接的多个壳体，诸如：电线连接、无线连接(例如，RF连接)、光纤电缆、以及上述的任意组合。

在一个实施例中，分析反射光206可以包括基于不同区域的个体检测器的输出来确定反射光206的飞行时间。可选地，处理器408可以被配置为基于输出信号的多个区域来确定反射光206的飞行时间。除了飞行时间之外，处理单元108还可以分析反射光206，以确定整个返回脉冲上的平均功率，并且可以在返回脉冲时段上确定光子分布/信号(“脉冲形状”)。在所示示例中，任何检测元件402的输出可以不被直接发送到处理器408，而是在被传递到处理器408之前与区域404的其他检测器的信号组合(例如，求和)。但是，这仅仅是示例并且传感器116的电路可以经由其他路线(不经由区域输出电路406)将信息从检测元件402发送到处理器408。

图4B是图示被配置为使用二维传感器116扫描激光雷达***100的环境的激光雷达***100的图。在图4B的示例中，传感器116是4X6检测器410(也称为“像素”)的矩阵。在一个实施例中，像素尺寸可以是大约1×1mm。传感器116在这样一种意义上是二维的，即，它在两个非平行轴(例如，正交轴，如图示的示例中例示的)中具有多于一组(例如，行、列)检测器410。传感器116中的检测器410的数量可以在不同的实现之间有所变化，例如，取决于期望的分辨率、信噪比(SNR)、期望的检测距离等等。例如，传感器116可以具有5至5000个像素之间的任何值。在另一个示例中(图中未示出)，传感器116也可以是一维矩阵(例如，1X8像素)。

要注意的是，每个检测器410可以包括多个检测元件402(诸如雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩光电二极管(APD)和单光子雪崩二极管(SPAD)的组合)或者包括测量从激光脉冲发送事件到接收事件的飞行时间以及接收光子的强度两者的检测元件。例如，每个检测器410可以包括20至5000个SPAD之间的任何值。每个检测器410中的检测元件402的输出可以被求和、求平均或以其他方式组合，以提供统一的像素输出。

在所示示例中，感测单元106可以包括二维传感器116(或多个二维传感器116)，其视场小于激光雷达***100的视场120。在本讨论中，视场120(可以由激光雷达***100不在任何方向上移动、旋转或滚动的情况下所扫描的整个视场)表示为“第一FOV 412”，而传感器116的较小FOV表示为“第二FOV 412”(可互换地称为“瞬时视场”)。取决于激光雷达***100的具体用途，第二FOV 414相对于第一FOV 412的覆盖范围可以不同，并且可以例如在0.5％至50％之间。在一个示例中，第二FOV 412可以在垂直维度上伸长大约0.05°至1°之间。即使激光雷达***100包括多于一个二维传感器116，传感器阵列的组合视场仍然可以小于第一FOV 412，例如，小至少5倍、至少10倍、至少20倍、或至少50倍。

为了覆盖第一FOV 412，扫描单元106可以在不同时间将从环境的不同部分到达的光子引导到传感器116。在所示的收发合置配置中，连同将投射光204朝着视场120引导并且当至少一个光偏转器114位于瞬时位置时，扫描单元106也可以将反射光206引导到传感器116。通常，在第一FOV 412的扫描期间的每个时刻，由激光雷达***100发射的光束覆盖了该环境的、大于第二FOV 414的部分(在角开口中)并且包括了该环境的、由扫描单元104和传感器116从其收集光的部分。

图4C是图示二维传感器116的示例的图。在这个实施例中，传感器116是8X5检测器410的矩阵，并且每个检测器410包括多个检测元件402。在一个示例中，检测器410A位于传感器116的第二行(表示为“R2”)和第三列(表示为“C3”)中，其包括4X3检测元件402的矩阵。在另一个示例中，位于传感器116的第四行(表示为“R4”)和第六列(表示为“C6”)中的检测器410B包括3X3检测元件402的矩阵。因而，每个检测器410中检测元件402的数量可以是恒定的，或者可以是变化的，并且公共阵列中的不同检测器410可以具有不同数量的检测元件402。每个检测器410中的所有检测元件402的输出可以被求和、求平均或以其他方式组合，以提供单个像素输出值。要注意的是，虽然图4C的示例中的检测器410是矩形矩阵(直行和直列)，但也可以使用其他布置，例如，圆形布置或蜂窝布置。

根据一些实施例，来自每个检测器410的测量可以使得能够确定从光脉冲发射事件到接收事件的飞行时间和接收光子的强度。接收事件可以是光脉冲从物体208反射的结果。飞行时间可以是表示反射物体到可选的光学窗口124的距离的时间戳值。飞行时间值可以通过光子检测和计数方法(诸如时间相关单光子计数器(TCSPC))、用于光子检测的模拟方法(诸如信号积分和鉴定(经由模数转换器或普通(plain)比较器))或其他方法来实现。

在一些实施例中并且参考图4B，在扫描周期期间，至少一个光偏转器114的每个瞬时位置可以与视场120的特定部分122相关联。传感器116的设计使得能够在来自视场120的单个部分的反射光与多个检测器410之间进行关联。因此，激光雷达***的扫描分辨率可以由(每个扫描周期的)瞬时位置的数量乘以传感器116中检测器410的数量来表示。来自每个检测器410(即，每个像素)的信息表示从中构建三维空间中的捕获的视场的基本数据元素。这可以包括例如点云表示的基本元素，具有空间位置和相关联的反射强度值。在一个实施例中，由多个检测器410检测到的来自视场120的单个部分的反射可以从位于视场120的单个部分中的不同物体返回。例如，视场120的单个部分在远场处可以大于50x50cm，这可以容易地包括彼此部分覆盖的两个、三个或更多个物体。

图4D是根据当前公开主题的示例的传感器116的一部分的横切图。传感器116的所示部分包括检测器阵列400的一部分，包括四个检测元件402(例如，四个SPAD、四个APD)。检测器阵列400可以是在互补金属氧化物半导体(CMOS)中实现的光电检测器传感器。每个检测元件402具有敏感区域，该敏感区域位于基板环境内。虽然不必是这样，但是传感器116可以用在具有窄视场的收发合置激光雷达***中(例如，因为扫描单元104在不同时间扫描视场的不同部分)。用于入射光束的窄视场(如果被实现的话)消除了离焦成像的问题。如图4D中所例示的，传感器116可以包括多个透镜422(例如，微透镜)，每个透镜422可以将入射光朝着不同的检测元件402(例如，朝着检测元件402的活动区域)引导，这在离焦成像不是问题时会是有用的。透镜422可以被用于增加检测器阵列400的光学填充因子和灵敏度，因为到达传感器116的大部分光可以朝着检测元件402的活动区域偏转。

如图4D中所例示的，检测器阵列400可以包括通过各种方法(例如，植入)内置于硅基板中的若干层，从而产生敏感区域、与金属层的接触元件以及隔离元件(例如，浅沟槽植入STI、护环、光学沟槽等等)。敏感区域可以是CMOS检测器中的体积元件，其使得能够在向器件施加足够的电压偏置的情况下将入射光子光学转换成电流。在APD/SPAD的情况下，敏感区域将是将由光子吸收产生的电子拉向倍增区域的电场的组合，在该倍增区域中光子诱发的电子被放大，从而产生倍增电子的击穿雪崩。

前侧被照亮的检测器(例如，如图4D中所示)具有与驻留在半导体(硅)顶部的金属层相同侧的输入光学端口。需要金属层来实现每个个体光电检测器元件(例如，阳极和阴极)与各种元件(诸如：偏置电压、淬火/镇流器元件和公共阵列中的其他光电检测器)的电连接。光子通过其照射检测器敏感区域的光学端口由通过金属层的通道构成。要注意的是，从一些方向通过这个通道的光可以被一个或多个金属层(例如，金属层ML6，如图4D中最左边的检测器元件402所示)阻挡。这种阻挡降低了检测器的总光学光吸收效率。

图4E图示了根据当前公开主题的示例的三个检测元件402，每个检测元件具有相关联的透镜422。图4E中的表示为402(1)、402(2)和402(3)三个检测元件中的每一个图示了可以与传感器116的检测元件402中的一个或多个相关联地实现的透镜配置。要注意的是，也可以实现这些透镜配置的组合。

在关于检测元件402(1)示出的透镜配置中，相关联的透镜422的焦点可以位于半导体表面上方。可选地，检测元件的不同金属层中的开口可以具有与由相关联透镜422生成的聚焦光锥对准的不同尺寸。这样的结构可以改进作为整个设备的阵列400的信噪比和分辨率。大的金属层对于递送功率和接地屏蔽可以是重要的。这种方法例如可以对具有窄视场的收发合置激光雷达设计是有用的，其中入射光束由平行射线组成并且成像焦点对检测到的信号没有任何后果。

在关于检测元件402(2)示出的透镜配置中，可以通过识别最佳点(sweet spot)来提高检测元件402的光子检测效率。具体而言，在CMOS中实现的光电检测器可以在敏感体积区域中具有最佳点，光子在该区域中产生雪崩效应的概率最高。因此，透镜422的焦点可以位于敏感体积区域内在最佳点位置处，如由检测元件402(2)所演示的。透镜形状和距焦点的距离可以考虑激光束沿着从透镜到埋在半导体材料中的敏感最佳点位置的路径所经过的所有元件的折射率。

在关于图4E右侧的检测元件示出的透镜配置中，可以使用漫射器和反射元件来提高半导体材料中的光子吸收效率。具体而言，近IR波长要求显著长的硅材料路径，以便实现高概率的对行进穿过了的光子的吸收。在典型的透镜配置中，光子可以穿过敏感区域并且可以不被吸收到可检测的电子中。对于用典型的铸造工艺制造的CMOS设备，提高了光子产生电子的概率的长的吸收路径使敏感区域的尺寸朝着不太实用的维度(例如，数十μm)变化。图4E中最右侧的检测器元件演示了一种处理入射光子的技术。相关联的透镜422将入射光聚焦到漫射器元件424上。在一个实施例中，光传感器116还可以包括位于远离至少一些检测器的外表面的间隙中的漫射器。例如，漫射器424可以使光束侧向地(例如，尽可能垂直)朝着敏感区域和反射光学沟槽426转向。漫射器位于焦点处、焦点上方或焦点下方。在这个实施例中，入射光可以聚焦在漫射器元件所在的具***置上。可选地，检测器元件422被设计成在光学上避免光子诱发的电子可能在其中丢失并降低有效检测效率的非活动区域。反射光学沟槽426(或其他形式的光学反射结构)使光子在敏感区域上来回反弹，从而增加检测的可能性。理想情况下，光子将被无限期地俘获在由敏感区域和反射沟槽组成的腔中，直到光子被吸收并产生电子/空穴对。

与本公开一致，产生长的路径以使照射光子被吸收并有助于更高的检测概率。光学沟槽也可以在检测元件422中实现，用于减少在雪崩期间产生的寄生光子的串扰效应，所述寄生光子可能泄漏到其他检测器并导致误检测事件。根据一些实施例，可以优化光电检测器阵列，以便利用更高的接收信号产量(yield)，这意味着同样多的接收信号被接收到，并且更少的信号对于信号的内部退化而损失掉。可以通过以下方式改进光电检测器阵列：(a)将焦点移动到半导体表面上方的位置处，可选地通过适当地在基板上方设计金属层；(b)通过使焦点转向至基板的最响应/敏感区域(或“最佳点”)以及(c)在基板上方添加漫射器以将信号朝着“最佳点”转向、和/或向沟槽添加反射材料使得偏转的信号被反射回“最佳点”。

虽然在一些透镜配置中，透镜422可以被放置成使得其焦点在对应检测元件402的中心上方，但要注意的是，不一定如此。在其他透镜配置中，基于相应检测元件402距检测阵列400的中心的距离，透镜422的焦点相对于对应检测元件402的中心的位置而移位。这在相对较大的检测阵列400中可以是有用的，其中更远离中心的检测器元件以越来越离轴的角度接收光。移动焦点的位置(例如，朝着检测阵列400的中心)允许对入射角进行校正。具体而言，移动焦点的位置(例如，朝着检测阵列400的中心)允许对入射角进行校正同时对于所有检测元件使用基本上相同的透镜422，所述透镜422是相对于检测器的表面以相同的角度放置的。

当使用仅覆盖视场的一小部分的相对小的传感器116时，将透镜422的阵列添加到检测元件402的阵列会是有用的，因为在这种情况下，来自场景的反射信号从基本上相同的角度到达检测器阵列400，因此，容易将所有光聚焦到个体检测器上。还要注意的是，在一个实施例中，透镜422可以被用在激光雷达***100中，以有利于增加整个阵列400的整体检测概率(防止光子在检测器/子检测器之间的死区中被“浪费”)，以牺牲空间独特性为代价。这个实施例与诸如CMOS RGB相机之类的现有技术实施例形成对比，现有技术实施例优先考虑空间独特性(即，不允许在检测元件A的方向上传播的光被透镜朝着检测元件B引导，即，“逸出”到阵列的另一个检测元件)。可选地，传感器116包括透镜422的阵列，每个透镜与对应的检测元件402相关，而透镜422中的至少一个将传播到第一检测元件402的光朝着第二检测元件402偏转(由此它可以增加整个阵列的整体检测概率)。

具体而言，与本公开的一些实施例一致，光传感器116可以包括光检测器的阵列(例如，检测器阵列400)，每个光检测器(例如，检测器410)被配置为当光穿过相应检测器的外表面时使电流流动。此外，光传感器116可以包括至少一个被配置为将光朝着光检测器阵列引导的微透镜，这至少一个微透镜具有焦点。光传感器116还可以包括***在至少一个微透镜和光检测器阵列之间并且在其中具有间隙的至少一个导电材料层，以允许光从至少一个微透镜传递到阵列，这至少一层的尺寸被设计为在至少一个微透镜和该阵列之间维持空间，以使焦点(例如，该焦点可以是平面)位于该间隙中在与光检测器阵列的检测表面隔开的位置处。

在相关实施例中，每个检测器可以包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)或多个雪崩光电二极管(APD)。导电材料可以是多层金属收缩部，并且至少一个导电材料层可以电连接到阵列中的检测器。在一个示例中，至少一个导电材料层包括多个层。此外，间隙可以被成形为从至少一个微透镜朝着焦点会聚，并且从焦点的区域朝着阵列发散。在其他实施例中，光传感器116还可以包括与每个光电检测器相邻的至少一个反射器。在一个实施例中，多个微透镜可以布置在透镜阵列中，并且多个检测器可以布置在检测器阵列中。在另一个实施例中，多个微透镜可以包括单个透镜，该单个透镜被配置为将光投射到阵列中的多个检测器。

通过非限制性示例参考图2E、2F和2G，注意，***100的一个或多个传感器116可以接收来自扫描偏转器114的光、或者在无扫描的情况下的直接来自FOV的光。即使来自整个FOV的光同时到达至少一个传感器116，在一些实现方式中，一个或多个传感器116可以在任何给定时间仅采样FOV的部分以用于检测输出。例如，如果投射单元102的照明在不同的时间照亮FOV的不同部分(无论是使用偏转器114和/或通过在不同的时间激活不同的光源112)，光可以到达感测单元106的所有像素或传感器116，并且只有预期检测激光雷达照明的像素/传感器可以正主动收集用于检测输出的数据。这样，其余的像素/传感器不会不必要地收集环境噪声。关于扫描——在外传方向上或在传入方向——注意，可以实施基本上不同的扫描尺度。例如，在一些实现方式中，扫描区域可以覆盖FOV的1‰或0.1‰，而在其他实现方式中，扫描区域可以覆盖FOV的10％或25％。当然，也可以实现FOV值的所有其他相对部分。

处理单元

图5A-5C描绘了根据本公开的一些实施例的处理单元108的不同功能。具体而言，图5A是图示针对视场的单个部分的单个帧时间中的发射模式的图，图5B是图示针对整个视场的单个帧时间中的发射模式的图，以及图5C是图示在单个扫描周期期间朝着视场投射的实际光发射的图。

图5A图示了对于与至少一个光偏转器114的瞬时位置相关联的视场120的单个部分122在单个帧时间中的发射模式的四个示例。与本公开的实施例一致，处理单元108可以以使得光通量能够在对视场120进行扫描时变化的方式，控制至少一个光源112和光偏转器114(或协调至少一个光源112和至少一个光偏转器114的操作)。与其他实施例一致，处理单元108可以仅控制至少一个光源112，并且光偏转器114可以以固定的预定义模式移动或枢转。

图5A中的图A-D描绘了随着时间推移朝着视场120的单个部分122发射的光的功率。在图A中，处理器118可以以使得在扫描视场120期间初始光发射是朝着视场120的部分122被投射的方式，控制光源112的操作。当投射单元102包括脉动光光源时，初始光发射可以包括一个或多个初始脉冲(也称为“导频(pilot)脉冲”)。处理单元108可以从传感器116接收关于与初始光发射相关联的反射的导频信息。在一个实施例中，导频信息可以基于一个或多个检测器(例如，一个或多个SPAD、一个或多个APD、一个或多个SiPM等等)的输出表示为单个信号，或者基于多个检测器的输出表示为多个信号。在一个示例中，导频信息可以包括模拟和/或数字信息。在另一个示例中，导频信息可以包括单个值和/或多个值(例如，对于片段的不同时间和/或部分)。

基于关于与初始光发射相关联的反射的信息，处理单元108可以被配置为确定要朝着视场120的部分122投射的后续光发射的类型。对于视场120的特定部分确定的后续光发射可以在相同的扫描周期期间(即，在相同的帧中)或在后续的扫描周期中(即，在后续帧中)进行。下面参考图23-25更详细地描述这个实施例。

在图B中，处理器118可以以使得在视场120的扫描期间，不同强度的光脉冲朝着视场120的单个部分122被投射的方式，控制光源112的操作。在一个实施例中，激光雷达***100可以可操作为生成一种或多种不同类型的深度图，例如以下类型中的任何一种或多种：点云模型、多边形网格、深度图像(保持图像或2D阵列的每个像素的深度信息)或场景的任何其他类型的3D模型。深度图的序列可以是时间序列，其中在不同的时间生成不同的深度图。可以在对应的后续帧时间的持续时间内，生成与扫描周期(可互换地称为“帧”)相关联的序列的每个深度图。在一个示例中，典型的帧时间可以持续少于一秒。在一些实施例中，激光雷达***100可以具有固定的帧速率(例如，每秒10帧、每秒25帧、每秒50帧)，或者帧速率可以是动态的。在其他实施例中，不同帧的帧时间跨序列可以不相同。例如，激光雷达***100可以实现10帧/秒的速率，其包括在100毫秒(平均值)中生成第一深度图，在92毫秒中生成第二帧，以及在142毫秒处生成第三帧，等等。

在图C中，处理器118可以以使得在视场120的扫描期间，与不同持续时间相关联的光脉冲朝着视场120的单个部分122投射的方式，控制光源112的操作。在一个实施例中，激光雷达***100可以可操作为在每个帧中生成不同数量的脉冲。脉冲的数量可以在0到32个脉冲(例如，1、5、12、28或更多个脉冲)之间变化，并且可以基于从先前发射导出的信息。光脉冲之间的时间可以取决于期望的检测范围，并且可以在500ns至5000ns之间。在一个示例中，处理单元108可以从传感器116接收关于与每个光脉冲相关联的反射的信息。基于该信息(或该信息的不存在)，处理单元108可以确定是否需要附加的光脉冲。要注意的是，图A-D中的处理时间和发射时间的持续时间不是按比例的。具体而言，处理时间可以基本上长于发射时间。在图D中，投射单元102可以包括连续波光源。在一个实施例中，初始光发射可以包括发射光的时间段，并且后续发射可以是初始发射的延续，或者可以存在不连续性。在一个实施例中，连续发射的强度可以随时间改变。

与本公开的一些实施例一致，可以按照视场120的每个部分，确定发射模式。换句话说，处理器118可以控制光的发射，以允许区分视场120的不同部分的照明。在一个示例中，处理器118可以基于对来自相同扫描周期(例如，初始发射)的反射光的检测来确定视场120的单个部分122的发射模式，这使得激光雷达***100极其动态。在另一个示例中，处理器118可以基于对来自先前扫描周期的反射光的检测，来确定视场120的单个部分122的发射模式。后续发射的模式的差异可以由于确定用于后续发射的光源参数的不同值而产生，所述参数诸如以下任何一个。

a.后续发射的总能量。

b.后续发射的能量廓线(profile)。

c.每帧的光脉冲重复的数量。

d.光调制特点，诸如持续时间、速率、峰值、平均功率和脉冲形状。

e.后续发射的波特性，诸如偏振、波长等等。

与本公开一致，后续发射的区分可以用于不同的用途。在一个示例中，能够在视场120的、安全性是一项考虑因素的部分中限制发射功率电平，而对于视场120的其他部分发射更高功率电平(从而改进信噪比和检测范围)。这与眼睛安全有关，但也可能与皮肤安全、光学***的安全、敏感材料的安全等等有关。在另一个示例中，基于来自相同帧或前一帧的检测结果，能够将更多的能量朝着视场120的、能量将更加有用的部分(例如，感兴趣的区域、更远距离的目标、低反射目标等等)引导，而限制到视场120的其他部分的照明能量。要注意的是，处理单元108可以在单个扫描帧时间内多次处理来自单个瞬时视场的检测信号；例如，可以在每个脉冲发射之后或者在多个脉冲发射之后，确定后续的发射。

图5B图示了用于视场120的单个帧时间中的发射方案的三个示例。与本公开的实施例一致，至少在处理单元108上可以使用所获得的信息，来动态地调节激光雷达***100的操作模式和/或确定激光雷达***100的具体部件的参数值。所获得的信息可以从对在视场120中捕获的数据进行处理而确定，或者从主机210接收(直接地或间接地)。处理单元108可以使用获得的信息，来确定用于扫描视场120的不同部分的扫描方案。所获得的信息可以包括当前光条件、当前天气条件、主车辆的当前驾驶环境、主车辆的当前位置、主车辆的当前轨迹、围绕主车辆的道路的当前地形、或通过光反射可检测的任何其他条件或物体。在一些实施例中，所确定的扫描方案可以包括以下当中的至少一个：(a)作为扫描周期的一部分，将视场120内的部分指定为要被主动扫描，(b)投射单元102的投射计划，该计划定义视场120的不同部分处的光发射廓线；(c)扫描单元104的偏转计划，该计划定义例如偏转方向、频率，以及指定反射器阵列内的空闲元件；以及(d)感测单元106的检测计划，该计划定义检测器灵敏度或响应度模式。

此外，处理单元108可以至少部分地通过获得视场120内的至少一个感兴趣区域和视场120内的至少一个不感兴趣区域的标识，来确定扫描方案。在一些实施例中，处理单元108可以至少部分地通过获得视场120内的至少一个高兴趣区域和视场120内的至少一个较低兴趣区域的标识，来确定扫描方案。例如，视场120内的至少一个感兴趣区域的标识可以如下确定：例如，从对在视场120中捕获的数据进行处理而确定，基于另一个传感器(例如，相机、GPS)的数据而确定，(直接地或间接地)从主机210接收，或上述的任意组合。在一些实施例中，至少一个感兴趣区域的标识可以包括：对视场120内对于监视重要的部分、区域、扇区、像素或物体的标识。可以被识别为感兴趣区域的区域的示例可以包括人行横道、移动的物体、人、附近车辆或者可以有助于车辆导航的任何其他环境条件或物体。可以被识别为不感兴趣(或较低兴趣)区域的区域的示例可以是静态(非移动)远处建筑物、天际线、地平线以及视场中的物体上方的区域。一旦获得视场120内的至少一个感兴趣区域的标识，处理单元108可以确定扫描方案或改变现有的扫描方案。为了进一步确定或改变光源参数(如上所述)，处理单元108可以基于至少一个感兴趣区域的标识来分配检测器资源。在一个示例中，为了降低噪声，处理单元108可以激活预期是感兴趣区域处的检测器410，并且禁用预期是不感兴趣的区域处的检测器410。在另一个示例中，处理单元108可以改变检测器灵敏度，例如，增大用于反射功率低的长程检测的传感器灵敏度。

图5B中的图A-C描绘了用于扫描视场120的不同扫描方案的示例。视场120中的每个方形表示与至少一个光偏转器114的瞬时位置相关联的不同部分122。图例500详细说明了由方形的填充图案表示的光通量的水平。图A描绘了第一扫描方案，其中所有部分具有相同的重要性/优先级并且为它们分配缺省光通量。第一扫描方案可以在启动阶段中使用或者与另一个扫描方案周期性地交织，以监视整个视场中非预期的/新的物体。在一个示例中，第一扫描方案中的光源参数可以被配置为以恒定的振幅生成光脉冲。图B描绘了第二扫描方案，其中视场120的一部分被分配有高光通量，而视场120的其余部分被分配有缺省光通量和低光通量。视场120的最不感兴趣的部分可以被分配有低光通量。图C描绘了第三扫描方案，其中在视场120中识别出紧凑的车辆和公共汽车(参见轮廓图)。在这种扫描方案中，可以以高功率跟踪车辆和公共汽车的边缘，并且车辆和公共汽车的中心质量可以被分配较少的光通量(或没有光通量)。这种光通量分配使得能够在识别出的物体的边缘上集中更多的光学预算，而在其不太重要的中心上集中更少的光学预算。

图5C图示了在单个扫描周期期间朝着视场120的光发射。在所描绘的示例中，视场120由8X9矩阵表示，其中72个单元格中的每一个对应于与至少一个光偏转器114的不同瞬时位置相关联的分离部分122。在这个示例性扫描周期中，每个部分包括一个或多个白点，白点表示朝着该部分投射的光脉冲的数量，并且一些部分包括黑点，黑点表示由传感器116检测到的来自该部分的反射光。如图所示，视场120被划分为三个区域：在视场120的右侧的区域I、在视场120的中间的区域II、以及在视场120的左侧的区域III。在这个示例性扫描周期中，区域I对于每个部分最初都被分配有单个光脉冲；先前被识别为感兴趣区域的区域II对于每个部分最初被分配有三个光脉冲；并且区域III对于每个部分最初被分配有两个光脉冲。而且如图所示，扫描视场120揭示出四个物体208：近场中(例如，在5至50米之间)的两个自由形状物体，中场中(例如，在50至150米之间)的圆角方形物体、以及远场中(例如，在150至500米之间)的三角形物体。虽然图5C的讨论使用脉冲数量作为光通量分配的示例，但要注意的是，对视场的不同部分的光通量分配也可以以其他方式实现，诸如：脉冲持续时间、脉冲角色散、波长、瞬时功率、距光源112不同距离处的光子密度、平均功率、脉冲功率强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲序列、脉冲占空比、波长、相位、偏振等等。在图5C中作为单个扫描周期的光发射的图示演示了激光雷达***100的不同能力。在第一实施例中，处理器118被配置为使用两个光脉冲来检测第一距离处的第一物体(例如，圆角方形物体)，并使用三个光脉冲来检测大于第一距离的第二距离处的第二物体(例如，三角形物体)。下面参考图11-13更详细地描述这个实施例。在第二实施例中，处理器118被配置为将更多光分配到视场的识别出感兴趣区域的部分。具体而言，在本示例中，区域II被识别为感兴趣区域，因此它被分配有三个光脉冲，而视场120的其余部分被分配有两个或更少的光脉冲。下面参考图20-22更详细地描述这个实施例。在第三实施例中，处理器118被配置为以这样一种方式控制光源112，使得仅向图5C中的部分B1、B2和C1投射单个光脉冲，尽管它们是每个部分最初被分配有两个光脉冲的区域III的一部分。这是因为处理单元108基于第一光脉冲检测到近场中的物体而发生。下面参考图23-25更详细地描述这个实施例。小于最大脉冲量的分配也可以是其他考虑因素的结果。例如，在至少一些区域中，在第一距离处的物体(例如，近场物体)的检测可以导致减少发射到视场120的这个部分的总光量。下面参考图14-16更详细地描述这个实施例。确定对不同部分的功率分配的其他原因在下面参考图29-31、图53-55和图50-52来讨论。

关于激光雷达***100的不同部件及其相关联功能的其他细节和示例包括在申请人于2016年12月28日提交的美国专利申请No.15/391,916；申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,749；申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,285；以及申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,593，这些申请都通过引用整体上并入本文。

示例实现：车辆

图6A-6C图示了激光雷达***100在车辆(例如，车辆110)中的实现。上面或下面描述的激光雷达***100的任何方面可以合并到车辆110中，以提供范围感测车辆。具体而言，在这个示例中，激光雷达***100在单个车辆中集成了多个扫描单元104以及潜在地多个投射单元102。在一个实施例中，车辆可以利用例如这种激光雷达***，来改进重叠区中及其之外的功率、范围和准确度、以及FOV的敏感部分(例如，车辆的向前移动方向)的冗余。如图6A中所示，车辆110可以包括用于控制视场120A的扫描的第一处理器118A、用于控制视场120B的扫描的第二处理器118B、以及用于控制扫描两个视场的同步的第三处理器118C。在一个示例中，处理器118C可以是车辆控制器并且可以在第一处理器118A和第二处理器118B之间具有共享接口。共享接口可以使得能够以中间处理级别交换数据以及使得组合视场的扫描能够同步，以便在时间和/或空间空间中形成重叠。在一个实施例中，使用共享接***换的数据可以是：(a)与重叠视场中和/或其附近的像素相关联的接收信号的飞行时间；(b)激光转向位置状态；(c)视场中物体的检测状态。

图6B图示了视场120A和视场120B之间的重叠区域600。在所描绘的示例中，重叠区域与来自视场120A的24个部分122和来自视场120B的24个部分122相关联。假定重叠区域是由处理器118A和118B定义并知道的，那么每个处理器可以被设计为限制在重叠区域600中发射的光量，以便符合跨越多个光源的眼睛安全限制，或者出于其他原因(诸如维持光学预算)。此外，处理器118A和118B可以通过扫描单元104A和扫描单元104B之间的松散同步和/或通过控制激光器发送定时和/或检测电路使能定时，来避免由两个光源发射的光之间的干扰。

图6C图示了视场120A和视场120B之间的重叠区域600如何可以被用于增加车辆110的检测距离。与本公开一致，将它们的标称光发射投射到重叠区域中的两个或更多个光源112可以被充分利用，以增加有效检测范围。术语“检测范围”可以包括距离车辆110的近似距离，激光雷达***100在该距离处可以清楚地检测物体。在一个实施例中，激光雷达***100的最大检测范围是大约300米、大约400米或大约500米。例如，对于200米的检测范围，激光雷达***100可以以超过95％、超过99％、超过99.5％的次数，检测距车辆110为200米(或更小)的物体。即使物体的反射率可能小于50％(例如，小于20％、小于10％，或小于5％)。此外，激光雷达***100可以具有小于1％的误报率。在一个实施例中，可以利用来自从在时间和空间空间中并置的两个光源投射的光来改进SNR，并因此增加位于重叠区域中的物体的服务范围和/或质量。处理器118C可以从视场120A和120B中的反射光中提取高层级信息。术语“提取信息”可以包括通过本领域普通技术人员已知的任何手段，在捕获的图像数据中识别与物体、个体、位置、事件等等相关联的信息的任何处理。此外，处理器118A和118B可以共享高层级信息，诸如物体(道路分隔带、背景、行人、车辆等等)和运动向量，以使每个处理器能够提醒周边区域即将成为感兴趣区域。例如，可以确定视场120A中的移动物体将很快进入视场120B。

示例实现：监视***

图6D图示了激光雷达***100在监视***中的实现。如上面所提到的，激光雷达***100可以固定到静止物体650，该静止物体650可以包括用于旋转激光雷达***100的壳体以获得更宽视场的马达或其他机制。可替代地，监视***可以包括多个激光雷达单元。在图6D所描绘的示例中，监视***可以使用单个可旋转激光雷达***100，来获得表示视场120的3D数据并且处理3D数据以检测人652、车辆654、环境中的变化或任何其他形式的安全性重要数据。

与本公开的一些实施例一致，可以分析3D数据，以监视零售业务过程。在一个实施例中，3D数据可以用在涉及物理安全性的零售业务过程(例如，检测：零售设施内的侵入、零售设施内或周围的故意破坏行为、对安全区域的未授权接近、以及在停车场的汽车周围的可疑行为)。在另一个实施例中，3D数据可以用于公共安全(例如，检测：人们在商店财产上滑倒和摔倒、商店地板上的危险液体溢出或阻塞、商店停车场中的攻击或绑架、消防通道的阻塞、以及在商店区域或商店外的拥挤)。在另一个实施例中，3D数据可以用于业务智能数据搜集(例如，跟踪通过商店区域的人，以确定例如有多少人通过、他们在哪里停留、他们停留多久、他们的购物习惯与他们的购买习惯相比是什么样子)。

与本公开的其他实施例一致，3D数据可以被分析并用于交通执法。具体而言，3D数据可以被用于识别行驶超过合法速度限制或某个其他道路合法要求的车辆。在一个示例中，激光雷达***100可以被用于检测在红色交通信号灯显示时越过停车线或指定停靠位置的车辆。在另一个示例中，激光雷达***100可以被用于识别在为公共交通预留的车道中行驶的车辆。在又一个示例中，激光雷达***100可以被用于识别在红灯时禁止具体转弯的交叉路口处转弯的车辆。

监视和检测检测器的退化

对激光雷达***的检测元件(也称为“检测器”)的监视和校准对于确保激光雷达的准确运行以及激光雷达周围人员和物体的安全非常重要。许多传统的校准技术很麻烦，并且要求静态的或者至少是预定的视场。此外，监视通常侧重于检测诸如短路等电气异常，而不是同时检测轻微退化和严重故障两者。

因此，本公开的一些实施例可以使用被配置用于测试和校准激光雷达***的检测器的内部光源。附加地或替代地，来自激光雷达***的主光源的内部反射可以用于测试和校准检测器。因此，在一些实施例中，处理单元108可以控制至少一个光源112并且从检测器组(例如，感测单元106)接收第一多个输入信号。第一多个输入信号可以与由至少一个光源112投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联。此外，如关于激光雷达***100所述的，处理单元108可以基于第一多个输入信号来确定到物体的距离。处理单元108还可以从该检测器组接收第二多个输入信号。第二多个输入信号与由至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到该检测器组上的光相关联。例如，处理单元108可以接收和处理在包括物体的视场的捕获帧之间的第二多个输入信号。如下面进一步解释的，第二多个输入信号可以由与投射到视场中的光源分离的内部光源和/或由至少一个光源引起的内部反射引起。然后，基于第二多个输入信号，处理单元108可以确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化。用于确定性能退化的技术将在下面参考图8A和8B进行讨论。处理单元108可以响应于所确定的性能退化而发起补救动作，诸如调节与检测器和/或至少一个光源相关联的一个或多个参数、禁用激光雷达***或激光雷达***的一个或多个部件等。因此，本公开的实施例可以通过检测传感器退化和故障、并且在对激光雷达环境中的物体和人造成损害之前发起补救动作来提供更大的安全性。

内部光源

本公开的一些实施例可以使用被配置用于测试和校准激光雷达***的检测器的内部光源。与许多以前的***不同，这种校准可以在不依赖于固定或其他测试环境的情况下执行。此外，如果与固定或其他测试环境结合使用，校准可以比以前的***更准确。

附加地或替代地，使用内部光源监视激光雷达***可以在激光雷达***用于检测和测距其FOV中的物体期间执行。因此，可以在使用期间而不是在使用固定或其他测试环境进行测试和校准期间检测到问题。此外，轻微退化可以在激光雷达***经历更危险的错误或失效之前检测和补救轻微退化，其示例在图8A中描绘且在下文描述。

图7A是图示具有内部光源710的示例性激光雷达***的示意图。图7A的激光雷达***700可以是图1A的激光雷达***100，但不一定如此。激光雷达***700的任何一个或多个部件可以与图1A的激光雷达***100的相应的(例如，类似命名的)部件相同或等效，但不一定如此。

激光雷达***700可以包括照明路径，例如，类似于投射单元102。照明路径可以包括带有控制器704的至少一个光源706。控制器704可以命令至少一个光源706。此外，尽管没有在图7A中描绘，但是控制器704可以命令扫描单元的一个或多个部件(例如，扫描单元104的上述任何变化)。在一些实施例中，关于控制器704讨论的任何功能可以由处理器来执行(例如，由处理器702执行，如在如下所述的图7B中描绘的)。附加地或替代地，控制器704可以被实现为处理器702的部分，或者更一般地，被实现为处理单元108的部分。

激光雷达***700还可以包括扫描单元，例如类似于扫描单元104。扫描单元可以包括沿着照明路径的一个或多个偏转器和/或沿着检测路径的一个或多个偏转器(为了简单起见，图7A中未示出)。可以使用任何一种或多种类型的偏转器，诸如但不限于：反射镜、透镜、分束器、棱镜等，以用于将来自光源706的光和反射导向传感器712和/或用于引导来自光源706的光并将反射导向传感器712。激光雷达***700还可以包括检测路径，例如类似于传感单元106。检测路径可以包括至少一个传感器712。如图7A中所描绘的，传感器712可以包括多个检测元件(也称为“检测器”)。

在一些实施例中，每个元件可以包括传感器712的像素。在其他实施例中，每个元件可以包括像素的子单元(例如，形成像素的较大光电二极管阵列的一个或多个光电二极管)或大于像素(例如，在空间上和/或电学上组合在一起的多个像素)。如上所述，每个像素可以包括多个检测元件，诸如雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩光电二极管(APD)和单光子雪崩二极管(SPAD)的组合、或者测量从激光脉冲发送事件到接收事件的飞行时间和接收光子的强度两者的其他检测元件。每个像素中的检测元件的输出可以被求和、平均或以其他方式组合以提供统一的像素输出。因此，“像素”可以指来自传感器712的输出的特定部分，诸如点云中的点。然而，一些实施例可以使用像素叠加(binning)或其他技术来组合。

如图7A中所描绘的，光源706可以发射一个或多个光束(或光束组)，例如，朝着视场。例如，扫描单元中的一个或多个偏转器可以将一个或多个光束导向视场的部分。投射光束可以从视场中的物体、道路标记等(例如，图7A中描绘的树)反射离开，使得对应的一个或多个反射光束(或光束组)返回到激光雷达***。

如图7A中所描绘的，传感器712的每个检测器(例如，检测器708a、708b、708c、708d、708e和708f)可以使用对应的检测信号路径(例如，路径714a、714b、714c、714d、714e和714f)，以将由反射光束引起的信号发送到处理器702(例如，类似于处理单元108)。因此，处理器702可以控制至少一个光源706并且从检测器组接收第一多个输入信号，第一多个输入信号与由至少一个光源706投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联。尽管处理器702被描绘为通过控制器704传送命令的同一处理器，但是不同的处理器可以处理来自传感器712的信号。

在一些实施例中，检测路径可以包括连接到诸如放大器、复用器或被配置为调节信号的特性和/或组合来自不同检测元件的信号的任何其他电路(例如，以聚集来自形成同一像素部分的多个元件的信号)的附加部件的检测器(例如，SPAD、SiPM、APD)。检测路径还可以包括模数转换器(ADC)、时间数字转换器(TDC)或被配置为将来自检测元件的信号(无论是基于模拟还是时间的等等)转换成数字信号以供处理器702使用的任何其他电路。诸如仲裁器等的任何附加的电路元件可以形成检测路径的部分。类似地，取决于传感器712的配置及其到处理器702的读出路径，上述所有部分可以被认为是可选的。

除了接收由光源706引起的反射之外，传感器712还可以操作以接收来自内部光源710的光。例如，激光雷达***700可以被配置为使得内部光源710至少部分地朝着传感器712投射。如本文所使用的，如果光源与传感器712在同一壳体内，或者如果光源被配置为朝着传感器712投射而不从视场中的物体反射，则光源可以被称为“内部的”。即使光源投射的光在被传感器712接收之前被折射、反射或以其他方式被修改，该光源仍然可以是“内部的”。来自内部光源的光以不同于从FOV到达的光的光学路径到达传感器712。

内部光源710可以包括发光二极管(无论是传统LED还是有机LED)、激光器或被配置为生成和发射光束的任何其他装置。在一些实施例中，内部光源710可以具有不同于至少一个光源706的一个或多个波长的一个或多个波长。例如，传感器712可以被配置为将内部光源710的(多个)波长与至少一个光源706的(多个)波长区分开来。该区分可以在硬件中(例如，通过调节检测元件的参数)和/或在软件中(例如，通过过滤掉其他波长的信号)执行。附加地或替代地，滤光器可以阻止其他波长发送到传感器712。例如，滤光器可以合并到从光源706到视场的路径和/或从视场到传感器712的路径中，以过滤除了与至少一个光源706相关联的波长之外的所有波长。然后，处理器702可以区分源自内部光源710的波长，因为它们可能包括否则会被滤光器阻挡的波长。

内部光源710可以被配置用于不同类型的照明。例如，内部光源710可以发射脉冲光、连续光等。附加地或替代地，内部光源710可以发射具有不同持续时间的脉冲或连续脉冲串(burst)、具有不同幅度或波长的脉冲或连续脉冲串、或者编码了符号(例如，时间码等)的脉冲或连续脉冲串。内部光源710的照明方案(例如，与脉冲光相比的连续波)可以类似于光源706的照明方案，但是不一定如此。

内部光源710可以被配置为发射具有高于由传感器712检测到的噪声水平的幅度但低于传感器712的饱和水平的幅度的光。因此，内部光源710可被控制以取决于由传感器712检测到的噪声的当前水平来调节更高或更低的振幅，但同时受制于饱和阈值。饱和阈值可以基于传感器712的硬件预先确定、或者可以是动态的，这取决于传感器712的灵敏度设置和/或诸如温度等环境因素。

此外，来自内部光源710的照明可以被调节(例如，以上述任何方式)以补偿诸如温度等的一个或多个环境因素。例如，内部光源710可以响应于较低的温度而生成较高的振幅、较长的脉冲、较短的波长等，这可能降低检测元件的灵敏度。附加地或替代地，来自内部光源710的照明可以被调节(例如，以上述任何方式)以补偿诸如灵敏度设置等的一个或多个传感器条件。例如，内部光源710可以响应于降低灵敏度的检测元件的硬件设置而生成更高的振幅、更长的脉冲、更短的波长等。附加地或替代地，可以调节传感器712的设置(诸如灵敏度水平)以补偿诸如功率水平等的内部光源710的一个或多个条件。例如，传感器712可以响应于降低功率输出的内部光源710的设置来增加灵敏度等。

尽管在图7A中被描绘为单个源，但是其他实施例可以使用多个光源。例如，可以每个检测器708a、708b、708c、708d、708e和708f使用一个内部光源，每个多个检测器的子组使用一个内部光源，每个像素使用一个内部光源，每个传感器712的部件的其他子组使用一个内部光源，每个扫描图案使用一个内部光源(如下所述)等等。

在一些实施例中，除了或代替在从光源706到视场的路径和/或从视场到传感器712的路径中使用的滤光器，滤光器可用于过滤来自内部光源710的光中的一些光，如上所述。因此，在传感器712接收到光之前，滤光器可以减小振幅、过滤不想要的波长、或者以其他方式更改从内部光源710投射的光。

来自内部光源710的信号可用于检测传感器712或其部分的性能退化。例如，处理器702(例如，类似于处理单元108)可以从检测器组接收第二多个输入信号，第二多个输入信号与由至少一个光源(在该示例中，由内部光源710投射)投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到该检测器组上的光相关联；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。因此，处理器702可以执行如下所解释的图9的方法900(以及下面讨论的方法900的任何变型，细节上作必要的修改)，以检测激光雷达***的性能退化，并且尤其是激光雷达***检测路径的性能退化。附加地或替代地，来自内部光源的信号可以用于对于传感器712或其部分的校准或其他参数调节，例如，如下面参考图9所解释的。

内部光反射

在一些激光雷达***中(例如，低功率激光雷达***)，添加如上所述的附加内部光源可能是不切实际的，或者至少不是优选的。因此，在一些实施例中，可以使用来自激光雷达***的(多个)现有光源(例如，激光雷达***100的一个或多个光源112)的内部反射来检测一个或多个部件的传感器校准和/或监视。此外，一些实施例可以使用至少一个主光源的内部反射和一个或多个专用内部光源的内部反射两者。该至少一个主光源可以包括被配置为朝着与激光雷达***相关联的视场投射光的光源。

图7B是图示与所公开的实施例一致的使用来自光源的内部反射的示例性激光雷达***的示意。图7B的激光雷达***750可以是图1A的激光雷达***100，但不一定如此。激光雷达***750的任何一个或多个部件可以与图1A的激光雷达***100的相应的(例如，类似命名的)部件相同或等效，但不一定如此。

如图7B中所描绘的，处理器702可以命令至少一个光源706。此外，尽管没有在图7B中描绘，但是处理器702可以命令扫描单元的一个或多个部件(例如，扫描单元104的上述任何变化)。在一些实施例中，关于处理器702讨论的任何功能可以由控制器来执行(例如，由控制器704控制，如在如上所述的图7A中所描绘的)。附加地或替代地，控制器可以被实现为处理器702的部分，或者更一般地，被实现为处理单元108的部分。

激光雷达***750类似于图7A的激光雷达***700，使得激光雷达***750的一个或多个部件可以与图7A的激光雷达***700的相应的(例如，类似命名的)部件相同或等效，但不一定如此。例如，处理器702可以控制至少一个光源706并且从检测器组接收第一多个输入信号，第一多个输入信号与由至少一个光源706投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联。

在激光雷达***750中，除了接收由光源706引起的反射之外，传感器712还可以被配置为从偏转器758a接收内部反射(在图7B中标记为“内部反射”)。如本文所使用的，如果源自朝着视场投射光的同一光源但是光仅在与传感器712相同的壳体内行进，或者如果光朝着传感器712行进而从视场中的物体反射离开，则反射可以被称为“内部的”。即使光在被传感器712接收之前被折射、反射或以其他方式被修改，光仍然可以是“内部的”。内部反射以不同于从FOV到达的光的光学路径到达传感器712，即使内部光源自相同的光源706。

在一些实施例中，滤光器可以阻止由光源706发射的某些波长发送到传感器712。例如，可以沿着从光源706到视场的路径和/或从视场到传感器712的路径并入滤光器，以从由至少一个光源706发射的波长的总数中过滤一个或多个期望的波长。然后，处理器702可以区分源自内部反射的波长，因为它们可能包括否则会被滤光器阻挡的波长。

可以调节来自光源706的照明(例如，以上述任何方式)以补偿诸如温度等的一个或多个环境因素。例如，光源706可以响应于较低的温度而生成较高的振幅、较长的脉冲、较短的波长等，这可能降低检测元件的灵敏度(并且因此使得内部反射更难准确检测)。附加地或替代地，可以调节来自光源706的照明(例如，以上述任何方式)以补偿诸如灵敏度设置等的一个或多个传感器条件。例如，光源706可以响应于降低灵敏度的检测元件的硬件设置而生成更高的振幅、更长的脉冲、更短的波长等(并且因此使得内部反射光与其他噪声更难区分)。附加地或替代地，可以调节传感器712的设置(诸如灵敏度水平)以补偿诸如功率水平等的光源706的一个或多个条件。例如，传感器712可以响应于降低功率输出(并且因此降低任何内部反射的幅度)的光源706的设置来增加灵敏度等。

在一些实施例中，除了或代替沿着从光源706到视场的路径和/或从视场到传感器712的路径使用的滤光器，滤光器可用于过滤内部反射中的一些内部反射，如上所述。因此，在传感器712处接收之前，滤光器可以减小振幅、过滤不想要的波长、或者以其他方式更改内部反射。

来自内部反射的信号可用于检测传感器712或其部分的性能退化。例如，处理器702(例如，类似于处理单元108)可以从检测器组接收第二多个输入信号，第二多个输入信号与由至少一个光源(在该示例中，内部反射)投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到该检测器组上的光相关联；基于第二多个输入信号确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及响应于所确定的性能退化发起补救动作。因此，处理器702可以执行如下所解释的图9的方法900(以及下面讨论的方法900的任何变型)，以检测性能退化。附加地或替代地，由内部反射引起的信号可以用于对于传感器712或其部分的校准或其他参数调节，例如，如下面参考图9所解释的。

检测退化

具有内部光源的激光雷达***(诸如图7A的激光雷达***700)和/或使用内部反射的激光雷达***(诸如图7B的激光雷达***750)可以检测检测器和/或其他检测路径部件的性能退化。如下文更详细讨论的，可以对由(多个)内部光源和/或寄生反射(parasiticreflection)引起的信号使用各种处理技术来确定是否存在退化。如本文所用，“退化”可以指硬件或软件中影响检测元件如何将照射光转换成电信号的任何改变。“退化”也可以指不是由控制器动作引起的改变(例如，是对检测元件的无意改变)。

图8A是图示与所公开的实施例一致的指示性能退化的不同信号改变的图。8A的示例1包括由于生成信号的元件的退化而导致的随时间的信号中的偏移。8A的示例2包括由于生成信号的元件的退化而导致的信号中的振幅随时间的改变。图8A的示例3包括由于生成信号的元件的退化而导致的信号中的宽度随时间的改变。图8A中未示出的信号的其他改变可以另外指示退化。例如，由该元件生成的信号可能不均匀地弯曲，例如，使得信号的不同部分经历不同的宽度和/或幅度变化。此外，信号可能由于退化而表现出变化的组合(例如，时间偏移以及振幅和/或宽度改变等)。

图8A中描述的前三个改变相对轻微，因此指示轻微退化而不是检测元件的明显故障。然而，在图8A中描绘的最后的改变(示例4)描绘了明显故障(例如，断开、电短路等)。本公开的实施例可以检测轻微退化和明显故障两者等等。

检测路径的行为的改变可以用不同的方式来检测。例如，任何一个或多个检测路径的行为可以随着时间的推移被监视，以用于退化的检测。以另一种方式，检测路径的行为可以与参考响应(“预期响应”)进行比较。另一个选择是比较不同检测路径的行为。一个或多个这种比较技术的使用参考图8B进行讨论。使用检测路径对内部照明的响应以用于检测退化的其他技术也可以被使用。例如，如果接收到指示故障的信号(例如，示例4而不是示例1-3)，***可以使来自内部光源710的输出饱和和/或使来自光源706的内部反射饱和，以确认一个或多个检测器(和/或(多个)对应检测信号路径的部件)的明显故障。

图8B是图示与所公开的实施例一致的不同检测器处的信号的示例比较以识别性能退化的图。如图8B所示，一个检测器(或检测路径)处的信号可以直接与另一个检测器(或分别地，检测路径)处的信号进行比较。例如，比较可以产生表示信号之间的差异的信号。也可以使用其他类型的比较和对应的输出信号。因此，可以通过测量比较输出信号(例如，通过确定差异信号的积分、确定差异信号的总能量、确定差异信号的宽度等)来确定一个检测器(或分别地，检测路径)处的退化。

尽管在图8B中示出为直接比较，但是可以使用其他比较。例如，来自每个检测器的信号可以与跨其他检测器或所有其他检测器的平均进行比较。在另一个示例中，来自每个检测器的信号可以与预期信号的模板进行比较。在这样的实施例中，可以基于一个或多个因素来调节模板，该一个或多个因素诸如环境因素(例如，温度等)、光源参数(例如，提供给光源或内部光源的功率等)、偏转器参数(例如，可能影响寄生光反射的特性的偏转器的角度或偏转器的折射率等)、等等。在又一个示例中，来自每个检测器的信号可以与来自其他检测器的信号进行比较，以生成多个差异信号。因此，可以基于多个差异信号而不是单个差异信号来确定退化。

上述任何比较可以在硬件和/或软件中实现。例如，可以将比较器并入检测信号路径中，以将信号与来自其他检测器的信号(或与来自其他检测器的复用信号、或与来自存储设备的模板信号)进行比较。附加地或替代地，处理器702可以对数字信号执行比较。

在上述任意实施例中，可以将信号与来自一个或多个其他检测器的调节信号和/或调节模板进行比较。例如，传感器712中检测元件的定位可能影响如何接收来自内部光源和/或寄生反射的光。例如，检测元件的位置可以改变光照射的角度、光行进的距离(并且因此，振幅的减小)等。因此，可以在比较之前调节信号以补偿这些差异。

图9是与所公开的实施例一致的用于识别激光雷达检测器中的性能退化的方法的流程图。例如，方法900可以由激光雷达***的至少一个处理器(例如，图1A的激光雷达***100的至少一个处理器118、分别地图7A或7B中的激光雷达***700或750的处理器702)和/或由车辆主体内的至少一个处理器(例如，车辆110的壳体200B的处理器408)来实现。除了至少一个处理器或者代替至少一个处理器，至少一个控制器(例如，图7A的激光雷达***700的控制器704)可以执行方法900的一个或多个步骤。因此，控制器704可以与处理器702合作来执行方法900。

在一些实施例中，方法900可以由车辆实现。例如，车辆可以包括至少一个壳体(例如，安装在车辆的车顶、车辆的发动机罩、车辆的保险杠等上)和安装在至少一个壳体中的至少一个激光雷达***(例如，激光雷达***100、激光雷达***700、激光雷达***750等)。如上所述，激光雷达***可以包括至少一个光源112或706，其被配置为朝着车辆的环境(例如，FOV 120)投射光；检测器组116或708a、708b、708c、708d、708e和708f；以及至少一个反射镜(例如，偏转器14)，其被配置为将投射光导向环境的部分并且将来自环境中的物体的反射导向该检测器组。

在步骤901，至少一个处理器可以控制至少一个光源(例如，分别地图7A或7B的激光雷达***700或750的光源706和/或710)。例如，尽管不一定如此，至少一个处理器可以以使得光通量能够在视场的多次扫描中变化的方式来控制至少一个激光雷达光源。例如，至少一个处理器可以改变来自至少一个光源的脉冲的定时。替代地或同时地，至少一个处理器可以改变来自至少一个光源的脉冲长度。作为进一步的示例，至少一个处理器可以替代地或同时改变来自至少一个光源的脉冲的尺寸(例如，长度或宽度或以其他方式更改横截面积)。在又一示例中，至少一个处理器可以替代地或同时改变来自至少一个光源的脉冲的幅度和/或频率。在某些方面，至少一个处理器可以在单次扫描和/或多次扫描期间改变光通量。附加地或替代地，至少一个处理器可以改变跨视场中的多个区域的光通量(例如，在扫描期间和/或跨多次扫描)。

在一些实施例中，方法900可以进一步包括控制至少一个光偏转器(例如，偏转器114等)偏转来自至少一个光源的光，使得在单个扫描周期期间，至少一个光偏转器瞬时呈现多个瞬时位置。在一个示例中，至少一个处理器可以协调至少一个光偏转器和至少一个光源，使得当至少一个光偏转器呈现特定的瞬时位置时，光束的部分被至少一个光偏转器从至少一个光源朝着视场中的物体偏转，并且来自物体的光束的部分的反射被至少一个光偏转器朝着至少一个传感器偏转。在另一个示例中，至少一个光源可以包括瞄准至少一个光偏转器的多个光源，并且至少一个处理器可以控制至少一个光偏转器，使得当至少一个光偏转器呈现特定的瞬时位置时，来自多个光源的光被投射到视场中的多个独立区域。

在其他实施例中，方法900可以在不改变至少一个光源的光通量的情况下执行。例如，方法900可以用固定功率而不是可变功率的激光雷达***来执行。附加地或替代地，激光雷达***可以在不扫描的情况下照亮场景。

至少一个光源可以包括用于相对于激光雷达***向外部投射光的第一光源706，以及除了第一光源706之外的用于朝着检测器组内部投射光的第二光源710，例如，如图7A中所描绘的。因此，至少一个处理器可以控制除了至少一个光源之外的内部定向光源。可替代地，至少一个光源可以仅包括用于将光投射到激光雷达***外部的一个或多个光源，例如，如图7B中所描绘的。

在步骤903，至少一个处理器可以从检测器组(例如，分别在7A或7B的激光雷达***700或750的传感器712中)接收第一多个输入信号。第一多个输入信号可以与由至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联。在一些实施例中，如上所述，每个检测器可以包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)或至少一个雪崩光电二极管(APD)。也可以使用其他类型的检测器，诸如PIN二极管或任何类型的光电检测器。

在步骤905，至少一个处理器可以基于第一多个输入信号确定到物体的距离。例如，至少一个处理器可以使用基于第一多个输入信号的飞行时间、三角测量或任何其他计算来确定距离。

步骤905可以包括物体的直接标识，但是不一定如此。例如，至少一个处理器可以基于来自反射的信号来确定与视场相关联的距离，而不识别物体或显式地将所计算的距离与物体相关联。在步骤905中，可以使用关于激光雷达***100描述的任何技术。

在步骤907，至少一个处理器可以从检测器组接收第二多个输入信号。第二多个输入信号可以与由至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到该检测器组上的光相关联。例如，第二多个输入信号可以在帧之间的间隔期间生成，该帧捕获视场的部分。在一些实施例中，第二多个输入信号可以由来自内部光源710(如图7A中所描绘的)和/或来自内部反射(如图7B中所描绘的)的光引起。因此，第二多个输入信号可以与从用于引起来自激光雷达***外部的物体的反射的相同光源投射的光相关联，或者与从不同光源投射的光相关联。

在步骤909，至少一个处理器可以基于第二多个输入信号来确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化。例如，上面关于图8B描述的任何比较可用于确定性能退化。因此，确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化可以包括将第二多个输入信号与指示预期性能的数据进行比较。附加地或替代地，确定检测器组中的至少一个检测器存在性能退化可以包括将第二多个输入信号中的至少一个输入信号与第二多个输入信号中的至少一个其他输入信号进行比较(或者将第二多个输入信号中的至少一个输入信号的至少一个特性与第二多个输入信号中的至少一个其他输入信号的至少一个特性进行比较)。

从比较得到的差异可能受到确定性能退化的一个或多个阈值的影响。例如，可以将差异信号的积分、差异信号的总能量、差异信号的宽度、差异信号的峰值幅度等与退化阈值进行比较。附加地或替代地，在与阈值进行比较之前可以组合多个差异信号、和/或在确定性能退化之前可以要求差异信号中的大部分(或包括阈值数量的多个)差异信号超过阈值。退化阈值可以是静态的或动态的。例如，至少一个处理器可以响应于环境因素、偏转器参数、至少一个光源的参数等来增加或减少退化阈值。

在步骤911，至少一个处理器可以响应于所确定的性能退化发起一个或多个补救动作。例如，补救动作可以包括修改检测器组中的至少一个检测器的至少一个灵敏度设置。在这样的实施例中，至少一个灵敏度设置可以包括给检测器组中的至少一个检测器的电压供应、或者增加或降低至少一个检测器的灵敏度的任何其他硬件或软件修改。例如，指示退化的减小的幅度可以触发至少一个处理器增加灵敏度设置。

附加地或替代地，补救动作可以包括修改至少一个光源的照明方案。例如，修改照明方案可以包括以下中的至少一个：停止至少一个光源的光发射、更改至少一个光源的照明水平、或者改变检测器组的每个像素的脉冲数量。如上文关于步骤901所述的任何其他通量或扫描修改可以被包括在补救动作中。

附加地或替代地，补救动作可以包括响应于确定存在性能退化而向主机传送消息。例如，主机可以包括服务器、主车辆或激光雷达***所连接到的其他设备，并且传送例如状态更新。因此，至少一个处理器可以使用一个或多个计算机网络传送消息。

附加地或替代地，补救动作可以包括防止车辆发起一个或多个自主驾驶操作，或者可以包括使车辆发起一个或多个补救自主驾驶操作。例如，至少一个处理器可以防止车辆将车辆转向交通或超过特定速度等。作为另一个示例，补救自主驾驶操作可以包括停止车辆或者使车辆靠路边停车中的至少一个。

附加地或替代地，补救动作可以包括改变至少一个光源的扫描图案、至少一个反射镜将投射光导向包括激光雷达***外部的物体的场景、或其组合。例如，至少一个处理器可以引起上述步骤901中描述的通量或能量修改中的任意。附加地或替代地，至少一个处理器可以修改至少一个偏转器(例如，反射镜等)如何扫描视场，如上文关于步骤901所述。例如，改变扫描图案可以包括增加扫描路径的至少一个维度(例如，添加扫描线或行、激活沿线或行的附加像素等)。

尽管参考性能退化进行了描述，但是除了退化检测之外或代替退化检测，内部光源和/或内部光反射可以用于校准或参数调节。例如，步骤911可以包括调节检测器组中的一个或多个检测器的一个或多个设置(例如，灵敏度设置)以减少差异信号。附加地或替代地，步骤911可以包括调节至少一个光源的设置(例如，振幅、脉冲时间等)以降低投射光的功率(并且因此，例如增加行人的安全性)或增加投射光的功率(并且因此，例如增加检测器组的信噪比)等。

此外，如上面参考图8A所解释的，方法900可以附加地或替代地用于检测***的一个或多个部件的明显故障。例如，在步骤909中检测到的性能退化可以包括电短路等。因此，补救动作可包括停用故障的检测器(或对应检测信号路径的其他部件)和/或停用整个激光雷达***。故障的严重性(例如，故障的检测器的数量)可以确定激光雷达***是否全部或部分被停用。

基于偏转器行为检测和修改激光雷达***

在扫描激光雷达***(例如，激光雷达***100)时，扫描单元(例如，扫描单元104，并且尤其是其至少一个光偏转器114)的操作中的故障可能使激光雷达***不可操作或至少次优地可操作。此外，扫描单元的故障可能对其上安装了激光雷达***的平台和/或其环境中的人、动物和物体造成危险或伤害。例如，扫描单元的故障可能导致以下中的任何一个或多个：未能检测到视场中的物体、对视场中的物体的错误检测(例如，计算出物***于与它们实际所在方向不同的方向)、非预期方向的光发射、到相同方向的光的延长发射达持续很久的时间段(例如，如果转向镜或其他偏转器硬件卡住)、等等。

因此，在一些实施例中，激光雷达***的处理器(例如，处理器118)可以被配置为确定至少一个光偏转器(例如，扫描镜、透镜等)中的一个或多个光偏转器的实际性能是够偏离预期性能。此外，如果检测到偏离，处理器可以发起一个或多个补救动作。

图10A是图示与所公开的实施例一致的具有偏转器位置传感器的示例性激光雷达***的示意图。图10A的激光雷达***1000可以是图1A的激光雷达***100，但不一定如此。激光雷达***1000的任何一个或多个部件可以与图1A的激光雷达***100的相应的(例如，类似命名的)部件相同或等效，但不一定如此。

激光雷达***1000包括可操作以检测激光雷达照明(用于检测FOV中的物体)的内部反射的一个或多个传感器，例如，传感器1008a和传感器1008b。因此，传感器1008a和1008b可以检测内部反射，无论是来自偏转器1006还是如图10A中所描绘的来自1004窗口。在图10A的示例中，激光雷达照明从窗口(或诸如棱镜的其他光学部件)1004反射，来自至少一个光偏转器1006中的一个或多个的光穿过该窗口。例如，窗口1004可以是激光雷达***1000的外部窗口，或者是激光雷达***1000(或任何其他扫描电光***)内的密封区室的窗口。至少一个偏转器1006可以是扫描镜(例如，MEMS或其他)或任何其他类型的扫描仪(例如，光学相位阵列(OPA))。激光雷达照明可以由投射单元1002发射，该投射单元1002可以包括一个或多个光源。图10A图示了处于不同示例位置的偏转器1006(在图10A的示例中，一个使用实线，两个使用虚线)，以图示至少一个光偏转器1006的扫描(例如，如上面参考图9的步骤901所解释的)。

一个或多个传感器1008a和1008b中的每一个传感器可操作以检测内部反射，该内部反射指示光照射在窗口1004的至少一个位置上(并且光可能穿过该位置)，例如沿着至少一个偏转器1006的扫描。在图示的示例中，两个传感器1008a和1008b检测光何时到达扫描视场的相对侧。

处理器(图10A中未示出)可以接收由扫描光的内部反射引起并由一个或多个传感器1008a和1008b生成的信号，并且可以基于此确定一个或多个光偏转器1006的操作状态。例如，处理器可以确定光偏转器1006(例如，反射镜、透镜等)的扫描以预期的频率到达其扫描图案的两端，并且因此确定一个或多个光偏转器1006是完全可操作的。(多个)相同或相似的传感器1008a和1008b也可用于检测激光雷达投射所穿过的窗口、棱镜或其他光学部件的问题。

在一些实现方式中，除了不是实际扫描图案的部分但仍然指示实际扫描图案不同于预期扫描图案的一些位置以外，或替代这些位置，可以采样偏转器1006的实际扫描图案的部分。

图10B是与所公开的实施例一致的用于检测激光雷达偏转器中的扫描偏离的方法的流程图。例如，方法1010可以由激光雷达***的至少一个处理器(例如，图1A的激光雷达***100的至少一个处理器118、图10A的激光雷达***1000的处理器等)和/或由车辆主体内的至少一个处理器(例如，车辆110的壳体200B的处理器408)来实现。

在一些实施例中，方法1010可以由车辆实现。例如，车辆可以包括至少一个壳体(例如，安装在车辆的车顶、车辆的发动机罩、车辆的保险杠等上)和安装在至少一个壳体中的至少一个激光雷达***(例如，激光雷达***100、激光雷达***1000等)。如上所述，激光雷达***可以包括(例如，投射单元102或1002的)至少一个光源，其被配置为朝着车辆的环境(例如，朝着FOV 120)投射光；检测器组116；以及至少一个反射镜(例如，偏转器114或1006)，其被配置为将投射光导向环境的部分并且将来自环境中的物体的反射导向该检测器组。

在步骤1011，处理器可以控制至少一个光源(例如，(多个)光源112)的光发射。从至少一个光源投射的光可以被导向至少一个偏转器(例如，图1A的偏转器114、图10A的偏转器1006等)，以用于扫描视场(例如，视场120)。

在步骤1013，处理器可以控制至少一个光偏转器的定位，以沿着扫描图案偏转来自至少一个光源的光，从而扫描视场。例如，如上面关于图9的步骤901所解释的，处理器可以控制至少一个光偏转器(例如，图10A的偏转器1006等)以偏转来自至少一个光源的光，使得在单个扫描周期期间，至少一个光偏转器瞬时地呈现多个瞬时位置。

在步骤1015，处理器可以从至少一个传感器接收信号(例如，图10A的传感器1008a和/或传感器1008b)，该至少一个传感器被配置为测量至少一个光偏转器的位置。接收到的信号可以指示至少一个偏转器的实际扫描图案。另外，例如，接收到的信号可以从偏转器组或多个偏转器接收。

测量至少一个光偏转器的位置(例如，如上所述的瞬时位置)的一个或多个传感器可以直接(例如，通过测量扫描镜的位置或透镜的配置)、间接(例如，通过测量由至少一个偏转器偏转的光的方向或该光的反射)、或两者组合地测量至少一个光偏转器的位置。在偏转器包括MEMS镜、菲涅耳透镜或任何其他电实现的光学部件的实施例中，传感器可以通过测量到包括光学部件的电子部件的(多个)输入和/或来自该包括光学部件的电子部件的(多个)输出来确定位置。

附加地或替代地，用于检测指示至少一个偏转器的定位的信号的至少一个传感器可以包括一个或多个传感器(例如，传感器116)。这可以例如通过使用包括检测器(例如，像素等)的2D阵列的感测阵列，并且基于检测器识别光源的光发射的反射，从而确定至少一个偏转器发射光的方向。

附加地或替代地，用于检测指示至少一个偏转器的定位的信号的至少一个传感器可以包括不同于用于视场中的物体的激光雷达检测的传感器的一个或多个传感器。可用于确定至少一个偏转器的定位的传感器的几个非限制性示例在于2017年9月20日提交的PCT申请No.PCT/IB2017/001320中描述，其通过引用明确并入本文。例如，其检测信号指示至少一个偏转器的定位的至少一个传感器可以包括以下中一个或多个：被配置为检测附加光源(例如，图7的内部光源710等)的反射的传感器、被配置为检测由至少一个光偏转器的移动引起的电容改变的可变电容器、被配置为当至少一个光偏转器移动时生成电流的多个虚拟压电元件、被配置为测量移动至少一个光偏转器的致动器的介电系数改变的传感器等等。

扫描图案可以包括指示以下中的任何一个或多个的数据：至少一个光偏转器相对于至少一个光偏转器的静止(resting)平面的朝向、至少一个光偏转器相对于静止平面的位置、至少一个光偏转器的扫描频率、至少一个光偏转器相对于静止平面的位移等。

在步骤1017，处理器可以访问指示至少一个偏转器的预期扫描图案的数据。这种数据可以存储在易失性或非易失性存储器上，可以由至少一个处理器产生或者从其外部的部件接收等等。例如，处理器可以复制传送到至少一个偏转器的任何命令和/或可以从数据库访问存储的命令。

指示预期扫描图案的数据可以指示整个预期扫描图案(例如，至少一个偏转器在每个时刻的预期瞬时位置)或指示预期扫描图案的一个或多个部分(例如，扫描图案到达图案中有限数量的点的时间)。可选地，在扫描周期期间，预期扫描图案可以包括至少一个光偏转器的多个预期位置的标识。预期位置可以包括例如位置和朝向中的至少一个。

在一些实施例中，对于激光雷达***的许多连续扫描周期，预期扫描图案可以是相同的，但是也可以在连续扫描周期之间改变。因此，至少一个处理器还可以被配置为访问指示特定于每个扫描周期的预期扫描图案的数据。附加地或替代地，至少一个处理器还可以被配置为访问指示与多个扫描周期相同的预期扫描图案的数据。预期扫描图案可以是连续的(例如，包括光栅扫描)或者可以是非连续的(例如，使用能够以随机存取方式朝着不同方向发射光的光学相控阵列)。

在步骤1019，处理器可以使用访问的数据和接收到的信号确定预期扫描图案和实际扫描图案之间存在偏离。例如，偏离可以包括一个或多个时间处的不同的位置和/或朝向。该偏离可以与一个或多个阈值进行比较，例如，相对于位置或朝向偏离的幅度的阈值、相对于定时偏离的阈值(例如，处于一位置太早或者处于一朝向太晚等)。

在步骤1021，处理器可以响应于所确定的偏离发起补救动作。例如，至少一个处理器可以响应于所确定的偏离发起以下中的任何一个或多个的任何组合：修改对至少一个偏转器的扫描指令(例如，增加或以其他方式修改对至少一个偏转器的驱动力或以上在方法900中所述的任何其他修改)、向主机传送消息(例如，如上在方法900中所述)、通过至少一个光源修改光发射方案(例如，降低发射水平、停止光源的光发射、改变发射定时、改变每个像素的脉冲数、或以上在方法900中所述的任何其他修改)、防止车辆(例如，其上安装有激光雷达***)发起一个或多个自主驾驶操作(例如，如上在方法900中所述)、使车辆发起补救自主驾驶操作(例如，停止车辆、停到(get down to)路边或以上在方法900中所述的任何其他操作)、修改检测器组中的至少一个检测器的至少一个灵敏度设置(例如，给该检测器组中的至少一个检测器的电压供应或以上在方法900中所述的任何其他修改)等等。例如，如果传感器是其中对于至少一个偏转器的每个瞬时位置仅激活相关像素的焦平面阵列，则修改可以包括改变传感器的扫描图案以匹配至少一个偏转器的实际扫描图案。

关于由至少一个处理器采取的一个或多个补救动作中的任何一个，至少一个处理器还可以被配置为在执行一个或多个补救动作之后确定与预期扫描图案(或修改的预期扫描图案)的偏离仍然存在，并且被配置为此后发起一个或多个附加补救动作(无论是相同的一个或多个补救动作(例如，使用不同的参数)、或者一个或多个补救动作的另一组合)。

在一些实施例中，至少一个处理器可以被配置为响应于基于所确定的偏离参数(例如，偏离的类型、偏离的严重程度、偏离的持续时间等)的、所确定的偏离，选择要发起的一个或多个补救动作。此外，至少一个处理器可以确定即使在偏离被检测到时也不应该发起补救动作。例如，如上所述，至少一个处理器可以被配置为仅在确定偏离高于预定阈值之后发起补救动作。可替代地，阈值可以是动态的，例如，如参考图9所解释的。

响应于光源退化限制性能

由例如二极管老化或失效引起的激光雷达***的至少一个光源(例如，激光雷达***100的激光二极管)的退化可能会降低激光雷达***的检测距离和/或激光雷达***检测具有低反射率的物体的能力。一旦确认至少一个光源的退化(与性能的暂时降低相反)，激光雷达***可以向车辆控制器报告该状况，该车辆控制器可以使用信息来施加性能限制，直到问题减轻(例如，通过维护激光雷达***、通过调节传感器或光源的设置、或等等)。

图11A是图示与所公开的实施例一致的具有照明水平传感器的示例性激光雷达***的图。图11A的激光雷达***1100可以是激光雷达***100，但不一定如此。激光雷达***1100的任何一个或多个部件可以与激光雷达***100的相应的(例如，类似命名的)部件相同或等效，但不一定如此。

如图11A所示，分束器1106(或等效的光学组件)可以将投射单元1002的光中的一些光朝着专用内部照明水平传感器1108偏转。光可以从窗口1104(或诸如棱镜的其他光学部件)反射，来自分束器1106(或等效光学部件)的光穿过该窗口1104。窗口1104可以与上面讨论的窗口1004相似或相同。在图示的示例中，大约1％的光被导向至少一个传感器1108，但是这仅仅是一个示例，也可以很好地使用其他部分。一个或多个照明水平传感器1108的输出被提供给至少一个处理器1112，该处理器1112如上所述控制激光雷达***1100的光源1112以及其他部件。处理器1112可以例如向投射单元1102发送指令1114，以便控制投射单元1102。在一些实施例中，不同的处理器可以从传感器1108接收信号并相应地处理它们。

图11B是与所公开的实施例一致的用于检测照明水平改变的方法的流程图。例如，方法1110可以由激光雷达***的至少一个处理器(例如，图1A的激光雷达***100的至少一个处理器118、图11A的激光雷达***1100的处理器1112等)和/或由车辆主体内的至少一个处理器(例如，车辆110的壳体200B的处理器408)来实现。

在步骤1111，处理器可以以使得光通量能够在使用来自至少一个光源的光对视场进行的扫描上变化的方式来控制至少一个光源(例如，(多个)光源112)。例如，处理器可以扫描视场，如上面关于图9的步骤901所解释的。

在一些实施例中，方法1110可以由车辆实现。例如，车辆可以包括至少一个壳体(例如，安装在车辆的车顶、车辆的发动机罩、车辆的保险杠等上)和安装在至少一个壳体中的至少一个激光雷达***(例如，激光雷达***100、激光雷达***1100等)。如上所述，激光雷达***可以包括至少一个光源(例如，投射单元102或1102)，其被配置为朝着车辆的环境(例如，朝着FOV120)投射光；检测器组116；以及至少一个反射镜(例如，偏转器114或1106)，其被配置为将投射光导向环境的部分并且将来自环境中的物体的反射导向该检测器组。

在步骤1113，处理器可以从至少一个传感器(例如，图11A的传感器1108)接收指示至少一个光源的输出功率的第一信号。测量至少一个光源的输出功率的一个或多个传感器可以直接地(例如，测量内部反射光的照明水平)、间接地(例如，测量由光源的照明引起的、温度引起的仪表膨胀)，或两者组合测量功率。在一些实施例中，传感器可以通过测量来自至少一个光源的(多个)输入和/或(多个)输出来确定输出功率。

附加地或替代地，用于测量至少一个光源的输出功率的至少一个传感器可以包括一个或多个传感器(例如，传感器116)。这可以例如通过在激光雷达***的光学路径关闭时测量光源的内部反射来实现(例如，偏转器偏转激光雷达***内部的所有照明，可能不是在激光雷达***的扫描周期期间)等。

在步骤1115，处理器可以从第一信号确定至少一个光源的输出功率的第一下降，并且可以响应于第一下降来调节递送到至少一个光源的能量的量以增加光源的输出功率。例如，这种增加可以解决输出功率的第一下降。

在步骤1117，处理器可以从至少一个传感器接收第二信号，该第二信号指示在递送到至少一个光源的能量的量增加之后至少一个光源的更新后的输出功率。例如，可以使用与针对步骤1113所讨论的相同的技术来执行步骤1117。

在步骤1119，处理器可以从第二信号确定至少一个光源的更新后的输出功率的第二下降，并且至少基于第二下降，可以确定至少一个光源的性能是否满足性能退化标准。在一些实施例中，确定至少一个光源的性能满足性能退化标准可以基于第一下降和第二下降两者。

例如，确定至少一个光源的性能满足性能退化标准可以基于第一下降与第二下降之间的持续时间。关于时间、振幅改变或第一下降和/或第二下降的任何其他特性的任何其他阈值可以用作性能退化标准。

在步骤1121，在确定至少一个光源的性能满足性能退化标准之后，处理器可以输出信号以对车辆施加性能限制，直到性能退化减轻。例如，性能限制可以包括使其上安装有激光雷达***的车辆的减速或以上关于图9的方法900讨论的任何其他限制。

附加地或替代地，至少一个处理器还可以被配置为当退化值超过性能阈值时停止至少一个光源的光发射。附加地或替代地，至少一个处理器还可以被配置为向车辆的控制器通知激光雷达***的检测距离的减小。例如，通知可以包括上面关于图9的方法900讨论的消息传送。

在一些实施例中，性能阈值的值可以是动态的，并且取决于车辆的速度和/或车辆的另一操作参数(无论是运动学的还是其他的，诸如驾驶环境)。附加地或替代地，性能阈值的值可以是动态的，并且取决于激光雷达***的其他部件的操作条件。附加地或替代地，性能阈值的值可以是动态的并且取决于一天中的时间(例如，夜间vs.白天)

方法1110可以包括进一步的步骤。例如，至少一个处理器还可以被配置为访问与时间段内光源的性能退化相关联的存储信息。因此，至少一个光源的输出功率的测量可以包括随时间执行的统计测量。

在一些实施例中，至少一个处理器还可以被配置为响应于第一下降和第二下降中的至少一个，输出信号以修改激光雷达***的检测参数。例如，至少一个处理器可以增加激光雷达***的传感器的灵敏度设置，以解决光输出的下降。

单个激光雷达***可以实现上述实施例的任意组合。例如，激光雷达***可以包括内部光源710和/或使用内部反射来监视(和/或校准)检测器708a、708b、708c、708d、708e和708f等(和/或对应的检测信号路径714a、714b、714c、714d、714e、714f等)，并且还包括一个或多个偏转器位置检测器1008a和1008b来监视偏转器1006。在另一个示例中，激光雷达***可以包括内部光源710和/或使用内部反射来监视(和/或校准)检测器708a、708b、708c、708d、708e和708f等(和/或对应的检测信号路径714a、714b、714c、714d、714e、714f等)，并且还包括照明水平传感器1108来监视投射单元1102。附加的组合(例如，包括具有一个或多个偏转器位置检测器1008a和1008b以及照明水平传感器1108的实施例、或者使用内部光源710和/或内部反射同时还包括一个或多个偏转器位置检测器1008a和1008b以及照明水平传感器1108的实施例)都在本公开的范围内。

应当注意的是，尽管上面和下面已经关于控制偏转器的扫描的控制单元描述了各种公开的实施例的示例，但是所公开的实施例的各种特征不限于这种***。相反，用于将光分配给激光雷达FOV的各部分的技术可以适用于基于光的感测***(激光雷达或其他)的类型，其中可能期望或需要将不同量的光导向视场的不同部分。在一些情况下，如本文所述，这种光分配技术可以积极地影响检测能力，但是也可以产生其他优点。

还应当注意，本公开和权利要求的各个部分可以指使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语的各种部件或部件的部分(例如，光源、传感器、传感器像素、视场部分、视场像素等)。这些术语仅用于帮助描述各种公开的实施例，并不旨在限制或指示与其他实施例中类似命名的元件或部件的任何必要关联。例如，在本公开的一个部分中描述为与一个描述的实施例中的“第一传感器”相关联的特点可以与在本公开的不同部分中描述的不同实施例的“第一传感器”相关联，也可以不相关联。

注意，激光雷达***100或其任何部件可以与本文公开的任何实施例和方法一起使用。然而，本文公开的特定实施例和方法不一定限于激光雷达***100，而是可以在其他***中或由其他***实现(例如但不限于其他激光雷达***、其他电光***、其他光学***等——以适用为准)。此外，虽然***100是相对于示例性的基于车辆的激光雷达平台来描述的，但是***100、其任何部件以及本文描述的任何过程可以适用于设置在其他平台类型上的激光雷达***。同样，本文公开的实施例和过程可以在激光雷达***上或由激光雷达***(或其他***，诸如其他电子光学***等)实现。该激光雷达***安装在除了车辆之外的平台上的***上，或者甚至不考虑任何特定的平台。

出于说明的目的给出了前述描述。它并非详尽的，并且不限于所公开的精确形式或实施例。考虑到所公开的实施例的说明书和实践，修改和适应对于本领域技术人员来说是显而易见的。此外，虽然所公开的实施例的各方面被描述为存储在存储器中，但是本领域技术人员将认识到的是，这些方面也可以存储在其他类型的计算机可读介质上，诸如辅助存储设备，例如硬盘或CD ROM，或其他形式的RAM或ROM、USB介质、DVD、蓝光或其他光驱介质。

基于书面描述和所公开的方法的计算机程序在有经验的开发者的技能范围内。各种程序或程序模块可以使用本领域技术人员已知的任何技术来创建，或者可以结合现有软件来设计。例如，程序部分或程序模块可以在.Net框架、.Net紧凑框架(以及相关语言，诸如Visual Basic、C等等)、Java、C++、Objective-C、HTML、HTML/AJAX组合、XML或包含Java小程序的HTML中设计或借助于它们来设计。

而且，虽然本文已经描述了说明性实施例，但是具有等同元件、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的各方面)、适应和/或更改的任何和所有实施例的范围将被本领域技术人员基于本公开而理解。权利要求书中的限制应当基于权利要求书中采用的语言广泛地解释，并且不限于本说明书中或在申请的审查期间描述的示例。这些示例应当被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括通过对步骤重新排序和/或***或删除步骤。因此，意图是说明书和实施例仅被认为是说明性的，真正的范围和精神由以下权利要求书及其等同物的全部范围指示。

Claims (22)

1.一种激光雷达***，包括：

至少一个处理器，被配置为：

控制至少一个光源；

从检测器组接收第一多个输入信号，其中所述第一多个输入信号与由所述至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联；

基于所述第一多个输入信号确定到所述物体的距离；

从所述检测器组接收第二多个输入信号，其中所述第二多个输入信号与由所述至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到所述检测器组上的光相关联；

基于所述第二多个输入信号确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及

响应于所确定的性能退化，发起补救动作。

2.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，所述至少一个光源包括用于相对于所述激光雷达***向外部投射光的第一光源和除了所述第一光源之外的用于朝着所述检测器组内部投射光的第二光源。

3.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，所述至少一个处理器还被配置为控制除了所述至少一个光源之外的内部定向光源。

4.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，所述第二多个输入信号与从用于引起来自所述激光雷达***外部的物体的反射的相同光源投射的光相关联。

5.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，所述补救动作包括修改所述检测器组中的至少一个检测器的至少一个灵敏度设置。

6.根据权利要求5所述的激光雷达***，其中，所述至少一个灵敏度设置包括给所述检测器组中的至少一个检测器的电压供应。

7.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，所述补救动作包括修改所述至少一个光源的照明方案。

8.根据权利要求7所述的激光雷达***，其中，修改所述照明方案包括以下中的至少一项：停止所述至少一个光源的光发射、更改所述至少一个光源的照明水平、或者改变所述检测器组的每个像素的脉冲数量。

9.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化包括将所述第二多个输入信号与指示预期性能的数据进行比较。

10.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化包括将所述第二多个输入信号中的至少一个输入信号与所述第二多个输入信号中的至少一个其他输入信号进行比较。

11.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化包括将所述第二多个输入信号中的至少一个输入信号的至少一个特性与所述第二多个输入信号中的至少一个其他输入信号的至少一个特性进行比较。

12.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中，每个检测器包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)或至少一个雪崩光电二极管(APD)。

13.一种用于检测激光雷达***中退化的方法，包括：

控制至少一个光源；

从检测器组接收第一多个输入信号，其中所述第一多个输入信号与由所述至少一个光源投射并且从所述激光雷达***外部的物体反射的光相关联；

基于所述第一多个输入信号确定到所述物体的距离；

从所述检测器组接收第二多个输入信号，其中所述第二多个输入信号与由所述至少一个光源投射到所述激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到所述检测器组上的光相关联；

基于所述第二多个输入信号确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及

响应于所确定的性能退化，发起补救动作。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述补救动作包括响应于确定存在性能退化，向主机传送消息。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述补救动作包括防止车辆发起一个或多个自主驾驶操作。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述补救动作包括使车辆发起补救自主驾驶操作。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述补救自主驾驶操作包括以下中的至少一项：停止车辆或使车辆靠路边停车。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述补救动作包括改变所述至少一个光源的扫描图案、至少一个反射镜将投射光导向包括所述激光雷达***外部的物体的场景、或其组合。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，改变扫描图案包括增加扫描路径的至少一个维度。

20.一种车辆，包括：

至少一个壳体；

至少一个激光雷达***，其安装在所述至少一个壳体中并且包括：

至少一个光源，被配置为朝着车辆的环境投射光；

检测器组；以及

至少一个反射镜，被配置为将投射光导向所述环境的部分并且将来自所述环境中的物体的反射导向所述检测器组；以及

至少一个处理器，被配置为：

控制所述至少一个光源；

从所述检测器组接收第一多个输入信号，其中所述第一多个输入信号与由所述至少一个光源投射并且从激光雷达***外部的物体反射的光相关联；

基于所述第一多个输入信号确定到物体的距离；

从所述检测器组接收第二多个输入信号，其中所述第二多个输入信号与由所述至少一个光源投射到激光雷达***内部并且在不预期外部光反射的时间处照射到所述检测器组上的光相关联；

基于所述第二多个输入信号确定所述检测器组中的至少一个检测器存在性能退化；以及

响应于所确定的性能退化，发起补救动作。

21.一种激光雷达***，包括：

至少一个处理器，被配置为：

控制至少一个光源的光发射，其中从所述至少一个光源投射的光被导向用于扫描视场的至少一个偏转器；

控制所述至少一个光偏转器的定位，以沿着扫描图案偏转来自所述至少一个光源的光，从而扫描视场；

从被配置为测量所述至少一个光偏转器的位置的至少一个传感器接收信号，其中接收到的信号指示所述至少一个偏转器的实际扫描图案；

访问指示所述至少一个偏转器的预期扫描图案的数据；

使用访问的数据和接收到的信号确定所述预期扫描图案与所述实际扫描图案之间存在偏离；以及

响应于所确定的偏离，发起补救动作。

22.一种用在车辆中的激光雷达***，所述激光雷达***包括：

至少一个处理器，被配置为：

以使得光通量能够在使用来自至少一个光源的光对视场进行的扫描上变化的方式来控制所述至少一个光源；

从至少一个传感器接收第一信号，所述第一信号指示所述至少一个光源的输出功率；

从所述第一信号确定所述至少一个光源的输出功率的第一下降；

响应于所述第一下降，调节递送到所述至少一个光源的能量的量以增加光源的输出功率；

从所述至少一个传感器接收第二信号，所述第二信号指示在递送到所述至少一个光源的能量的量增加之后所述至少一个光源的更新后的输出功率；

从所述第二信号确定所述至少一个光源的更新后的输出功率的第二下降；

至少基于所述第二下降，确定所述至少一个光源的性能是否满足性能退化标准；以及

在确定所述至少一个光源的性能满足性能退化标准之后，输出信号以对车辆施加性能限制，直到性能退化减轻。

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