[发明专利]具有固态光束转向的高分辨率调频连续波LIDAR

说明书

一种固态调频连续波(FMCW)光探测和测距(LiDAR)系统的焦平面阵列(FPA)系统。FPA系统包括一个可切换相干像素阵列(SCPA)和透镜系统。SCPA在LiDAR芯片上，并且包括相干像素(CP)。每个CP被配置为发射相干光。透镜系统被定位成将从SCPA发射的相干光作为一个或多个光束引导到环境中。并且该一个或多个光束中的每一个以特定角度被发射，并且该特定角度部分地基于生成形成一个或多个光束的相干光的LiDAR芯片上的CP的位置。

对于相关申请的交叉引用

本申请要求2020年1月3日提交的美国临时专利申请No.62/957,050和2020年1月13日提交的美国临时专利申请No.62/960,686的根据35 U.S.C.§119(e)的优先权，这两个申请通过引用以其整体并入。

技术领域

本公开总体上涉及调频连续波(FMCW)光探测和测距(LiDAR)，更具体地，涉及固态FMCW LiDAR系统。

背景技术

传统的LiDAR系统使用机械移动部件和大体积光学透镜元件(即，折射透镜系统)来控制激光光束。并且对于许多应用(例如，汽车)来说，体积太大、成本太高且不可靠。

发明内容

固态调频连续波(FMCW)光探测和测距(LiDAR)系统被配置为确定在环境中一个或多个物体的深度信息。固态FMCW LiDAR系统包括焦平面阵列(FPA)系统和一个或多个激光源。该一个或多个激光源(例如，可调谐激光阵列)提供光，FPA系统使用该光以生成一个或多个光束并在整个环境中扫描(例如，以二维)一个或多个光束。FPA系统包括可切换相干像素阵列(SCPA)和透镜系统。SCPA在LiDAR芯片上，并且包括相干像素(CP)。CP中的每一个被配置为发射相干光。透镜系统被定位成将从SCPA发射的相干光作为一个或多个光束引导到环境中。并且一个或多个光束中的每一个以特定角度被发射，并且该特定角度部分地基于生成形成一个或多个光束的相干光的LiDAR芯片上的CP的位置。

附图说明

本公开的实施例具有其他优点和特征，当与附图中的示例进行结合时，这些优点和特征将从以下详细描述和所附权利要求中变得更容易是明显的，在附图中：

图1图示根据一个或多个实施例的集成光子LIDAR芯片上的可切换相干像素阵列的实施方式。

图2A-D图示根据一个或多个实施例的相干像素的四个版本。

图3图示根据一个或多个实施例的用于固态FMCW LiDAR系统的光束转向结构。

图4A描绘根据一个或多个实施例的用于包括透射衍射光栅的固态FMCW LiDAR系统的光束转向结构。

图4B描绘根据一个或多个实施例的用于包括反射衍射光栅的固态FMCW LiDAR系统的光束转向结构。

图5描绘由图4A和4B的固态LiDAR系统生成的扫描和采集模式的示例。

图6示出根据一个或多个实施例的在固态FMCW LiDAR系统的相干像素和激光源之间的两种同步方法。

图7描绘根据一个或多个实施例的包含FPA系统的固态LiDAR系统。

具体实施方式

LiDAR系统确定系统视野的深度信息(例如，一个或多个物体的距离、速度、加速度)。LiDAR系统是调频连续波(FMCW)LiDAR。FMCW LiDAR通过将调频的准直光束对准目标直接测量物体的距离和速度。从物体反射的光，Signal，与称为本地振荡器(LO)的分接版本的光束混合。一旦针对需要另外测量的多普勒频移进行校正，生成的射频(RF)差拍信号的频率与物体与LiDAR系统的距离成比例。可以或可以不同时执行的这两个测量提供目标的距离和速度信息。