技术实现要素：
在某些实施例中，装置包括检测器、被配置为发射光的光源、多个盘、以及聚焦装置。每个盘包括一组棱镜，并且每个盘是可独立旋转的，被布置为接收直接地或间接地来自光源的所发射的光，并且被布置为接收来自物体的背向散射的光。聚焦装置被布置为将来自多个盘的背向散射的光聚焦朝向检测器。
在某些实施例中，公开了用于生成扫描光图案的方法。方法包括：使第一盘以第一速度在第一方向上旋转，使第二盘以第一速度在第二方向上旋转，使第三盘以第二速度在第一方向上旋转。第一盘包括处于第一棱镜角度的棱镜，第二盘包括处于第一棱镜角度的棱镜，并且第三盘包括具有第二棱镜角度的棱镜。方法包括将来自光源的光引导通过第一盘、第二盘和第三盘以生成扫描光图案。
在某些实施例中，公开了用于生成扫描光图案的系统。系统包括：第一盘，被配置为以第一速度在第一方向上旋转并且包括具有第一棱镜角度的棱镜；第二盘，被配置为以第一速度在第二方向上旋转并且包括具有第一棱镜角度的棱镜；以及第三盘，被配置为以第二速度在第一方向上旋转并且包括具有第二棱镜角度的棱镜。系统进一步包括：光源，被配置为发射光，使得所发射的光穿过第一盘、第二盘和第三盘。
虽然公开了多种实施例，但从示出并描述本发明的说明性实施例的以下的具体实施方式中，本发明的又一些其他实施例对本领域技术人员将变得显而易见。相应地，附图和具体实施方式本质上应被视为说明性的，而非限制性的。
附图说明
图1示出根据本公开的某些实施例的测量设备的示意性的剖视图。
图2示出根据本公开的某些实施例的在图1的测量设备中使用的盘的透视图。
图3a和图3b示出根据本公开的某些实施例的在图1的测量设备中使用的盘的部分的特写剖视图。
图4示出根据本公开的某些实施例的可以在图1的测量设备中使用的盘的俯视图。
图5示出根据本公开的某些实施例的图1的测量设备和由测量设备生成的示例光图案的示意性透视图。
图6示出根据本公开的某些实施例的在图1的测量设备中使用的曲面镜的透视图。
图7示出根据本公开的某些实施例的另一测量设备的示意性的剖视图。
图8示出根据本公开的某些实施例的另一测量设备的示意性的剖视图。
图9示出根据本公开的某些实施例的另一测量设备的示意性的剖视图。
图10示出根据本公开的某些实施例的另一测量设备的示意性的剖视图。
虽然本公开可以接受多种不同修改和替代形式，但通过示例在附图中已经示出具体实施例并且在下文对其进行详细描述。然而，意图不在于将本公开限制为所描述的特定实施例，相反地旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有修改、等效方案和替代方案。
具体实施方式
本公开的某些实施例涉及测量设备和技术，具体地涉及用于光检测和测距的测量设备和技术，其通常被称为lidar、ladar(激光雷达)，等等。
当前的lidar设备典型地使用使许多窄光束转向的一系列旋转镜。这些设备利用低数值孔径，使得仅少量的所反射的光被设备内的检测器接收。作为结果，这些设备需要非常敏感的检测器。因此，本公开的某些实施例涉及用于诸如lidar系统的测量系统的设备和技术，其中具有较宽范围的灵敏度的传感器可以被使用同时仍然实现准确的测量。此外，如将在下文更详细描述的，所公开的测量设备包括光学元件和布置，其可以用于使用仅仅一个光源在大视场的情况下生成光的扫描图案(例如，光沿着其被扫描的路径)并且用于使用仅仅一个检测器来检测背向散射的光。
图1示出包括具有基部构件104和盖体106的外壳102的测量设备100(例如，lidar/ladar设备)的示意图。基部构件104和盖体106可以被耦合在一起以围绕内部空腔108，测量设备100的各种组件被放置在内部空腔108中。外壳102的组件的各种表面可以被光吸收或抗反射涂层涂覆。在某些实施例中，基部构件104和盖体106被耦合在一起以创建空气和/或水密密封。例如，各种衬垫或其他类型的密封部件可以用于帮助创建外壳102的组件之间的此类密封。基部构件104可以包括诸如塑料和/或金属(例如，铝)的材料。盖体106可以包括诸如玻璃或蓝宝石的透明材料。出于简单起见，图1中的外壳102被示出为仅具有基部构件104和盖体106，但是外壳102可以包括可以被组装在一起以围绕内部空腔108并且保护测量设备100的组件的任意数量的组件。此外，基部构件104可以被加工、模制或以其他方式成形以支撑测量设备100的组件。
测量设备100包括光源110、多个盘(例如，第一盘112a、第二盘112b和第三盘112c)、聚焦装置114和检测器116。在某些实施例中，测量设备100还包括一个或多个反射镜118。本文中描述的测量设备100和其他测量设备的特征不一定是按比例绘制的。附图旨在示出测量设备的特征如何可以被布置为创建从测量设备100发射并且散射回到测量设备100的光的扫描图案。
光源110可以是被配置为发射相干光的激光器(例如，激光二极管，诸如vcsel、等等)或发光二极管。在某些实施例中，光源110发射红外光谱(例如，905nm或1515nm频率)内的光(例如，相干光)，而在其他实施例中，光源110发射可见光谱(例如，如485nm频率)内的光。在某些实施例中，光源110被配置为以脉冲发射光。
由光源110发射的光被引导朝向多个盘。所发射的光和其方向在图1中由箭头120表示。在某些实施例中，所发射的光120首先被引导朝向反射镜118，其将光反射朝向多个盘。反射镜118可以是前表面镜，其是有角度的并且相对于光源110被放置以将所发射的光120反射朝向多个盘。在图1中，所发射的光120的方向被修改约90度，但是也可以使用其他角度，取决于光源110相对于多个盘的取向。在其他实施例中，在光源110与多个盘之间不存在诸如反射镜118的中间光学元件。
盘中的每一个(第一盘112a、第二盘112b和第三盘112c)被配置为独立于其他盘绕共同轴线122旋转。每个盘可以被专用电机驱动以旋转。图1示出包括第一电机124a、第二电机124b和第三电机124c的测量设备100。第一电机124a经由第一轴126a被耦合至第一盘112a；第二电机124b经由第二轴126b被耦合至第二盘112b；并且第三电机124c经由第三轴126c被耦合至第三盘112c。每个轴可以在相应盘的中央部分处被耦合至盘。例如，每个盘可以包括中央孔径，在其中放置相应轴。在某些实施例中，轴的直径是不同的。例如，第一轴126a可以具有最大的直径，而第三轴126c可以具有最小的直径。第三轴126c的尺寸可以被设计使得其延伸通过第一轴126a的内部通道并且还通过第二轴126b的内部通道。类似地，第二轴126b的尺寸可以被设计使得其可以延伸通过第一轴126a的内部通道。因此，在一些实施例中，轴126a-c是同轴的轴。在此类布置中，盘可以相互独立地被旋转。在其他实施例中，电机可以被放置在每个盘的中央孔径内。在其他实施例中，电机可以被放置在盘之间，由中央轴支撑。
在某些实施例中，第一盘112a和第三盘112c在相同方向上(例如，顺时针方向)旋转，而第二盘112b在相反方向上(例如，逆时针方向)旋转。在某些实施例中，第一盘112a和第二盘112b以基本相同的速度旋转，而第三盘112c以不同速度旋转。例如，第一盘112a和第二盘112b可以以数千的每分钟转数(rpms)旋转，而第三盘112c以一千rpms或更少的rpms旋转。在测量设备100的操作期间使用的rpms可以基于预期应用而被选择。例如，增加第一盘112a和第二盘112b旋转的rpm将提高测量设备100的扫描速度(例如，帧每秒)，但是也将很可能增加电机使盘旋转所需要的功率。
盘中的每一个(第一盘112a、第二盘112b和第三盘112c)包括至少一组棱镜128(例如，菲涅耳棱镜)。图2示出具有一组示例棱镜128的盘112a的透视图，并且图3a和图3b示出棱镜128的特写侧视图。尽管图2示出棱镜128仅在盘112a的一侧的一部分上延伸，但是棱镜128可以在盘112a的整个上表面和/或整个下表面上延伸。图3a和图3b示出具有相同的棱镜角度(pa)的棱镜128中的每一个。图3b还示出棱镜128可以被放置在盘112a的任一侧或两侧上。与同在盘112a的单侧上的棱镜128相关联的灵敏度相比，将棱镜128放置在盘112a的两侧上可以降低对内反射的灵敏度。如果棱镜128被放置在盘的两侧上，则每组棱镜128可以具有是单侧盘的棱镜的棱镜角度的一半的棱镜角度pa，以使所发射的光120弯曲与单侧盘相同的角度。如下文更详细描述的，在某些实施例中，第一盘112a和第二盘112b各自具有带有基本相同的棱镜角度pa的一组棱镜128，而第三盘112c具有带有与第一盘112a和第二盘112b上的棱镜的棱镜角度pa不同的棱镜角度pa的棱镜128。
在某些实施例中，第三盘112c包括多组棱镜128。例如，图4示出具有三组不同棱镜130a、130b和130c的盘112c的俯视图。每组棱镜可以具有不同的棱镜角度pa。在此类实施例中，测量设备100可以具有对应于每组棱镜130a、130b和130c的光源110或对应于每组棱镜130a、130b和130c的分开的束。例如，当第三盘112c包括三组不同棱镜130a、130b和130c时，测量设备100可以具有三个光源110或发射束的单个光源110，该束在穿过盘之前被分成三个分开的束。增加棱镜的组数(并且因此增加束的数量)增加了扫描线的数量，并且因此可以增加从测量设备100发射和散射回到测量设备100的光的像素密度。
在某些实施例中，第三盘112c包括超过三组不同棱镜。例如，附加的棱镜可以用于调节从测量设备100发射和散射回到测量设备100的光的扫描型式。具体而言，五个棱镜可以用于增加所发射的激光光束图案的视场的中央与视场的边缘相比有多少被采样。
每个盘(第一盘112a、第二盘112b和第三盘112c)可以由诸如玻璃、蓝宝石和聚合物(例如，聚碳酸酯、高折射率塑料)的一个或多个透明材料组成并且可以被抗反射涂层涂覆。在某些实施例中，棱镜之间的间隙被聚合物(例如，低折射率聚合物)填充以减少盘之间的阻力和湍流。盘和/或棱镜128可以经由模制、三维打印、刻蚀等等被制作。例如，每个盘可以由其上打印有棱镜128的平面盘基底组成。盘的直径可以取决于应用、测量设备100的尺寸、以及诸如用于使盘旋转的可用功率的其他约束而变化。在某些实施例中，盘的直径各自为60–80mm。尽管盘被示出为具有类似的尺寸，但是盘的尺寸可以相对于彼此而变化。盘可以被放置为彼此接近(例如，在100微米的量级上)。盘可以按与图1所示的顺序不同的顺序(例如，所发射的光以其穿过盘的顺序)被布置。
如下文将更详细描述的，图5示出示例光路径131(例如，扫描光图案)，其可以由测量设备100和此处描述的其他测量设备创建。在由光源110发射的光穿过旋转的盘(并且因此棱镜128)之后，所发射的光沿着光图案131的路径以类似光栅扫描的方式被引导。
光图案131具有垂直分量132和水平分量134，其构成测量设备100的视场。光图案131的水平分量134(或位移)部分的一部分由第一盘112a和第二盘112b创建。当第一盘112a和第二盘112b以基本相同的速度在相反方向上旋转时，这两个盘使所发射的光创建水平扫描线。换言之，两个反向旋转的盘使所发射的光沿着水平线转向。水平扫描线被创建，因为穿过相应盘的光的水平位移是同相的，而穿过两个盘的光的垂直位移是异相的。
水平分量134的范围取决于在第一盘112a和第二盘112b上的棱镜128的棱镜角度pa。在一个示例中，如果第一盘112a和第二盘112b上的棱镜128的棱镜角度pa均是27.5度，则线的水平位移是110度(即，27.5乘以4)，因为每个盘使光移动到其棱镜角度pa的两倍处。在某些实施例中，棱镜角度pa的范围是3–30度。
光图案131的水平分量134的部分和光图案131的垂直分量132部分由第三盘112c创建。例如，如果第三盘112c上的棱镜128的棱镜角度pa为5度，则光图案的水平分量134的范围被进一步增加10度(即，2乘以5)，使得总水平分量134距三个盘120度。5度棱镜角度pa使水平扫描线在垂直方向上移动(例如，在圆圈中移动线)总共10度。由此，从测量设备100发射的光创建图5所示的光图案131，其具有包括120度的水平分量134和10度的垂直分量132的视场。
在某些实施例中，第三盘112c以是第一盘112a和第二盘112b的rpm的整数因子的rpm被旋转。在此类实施例中，所发射的光以闭合的利萨茹曲线(lissajouscurve)被转向，其是比光栅扫描图案更复杂的扫描图案。已经发现，这种图案可以降低完成光栅扫描的类似的视场和帧速率所需的第一盘112a和第二盘112b的rpm。
所发射的光被传送离开测量设备100的外壳102(例如，通过半透明的盖体106)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且通过盖体106返回。被称为背向散射的光的该光在图1中由多个箭头130表示(在图1中并非所有箭头与附图标记相关联)。背向散射的光130穿过多个旋转的盘。在穿过多个盘之后，背向散射的光130由聚焦装置114聚焦。
聚焦装置114是光学元件，其将背向散射的光130聚焦朝向检测器116。例如，聚焦装置114可以是透镜或诸如抛物面镜的曲面镜。图1将聚焦装置114示出为其焦点位于检测器116处的抛物面镜。图6示出具有中央开口138的绕全360度延伸的抛物面镜136的透视图。在某些实施例中，抛物面镜136被布置在外壳102内，使得图1所示的电机/轴中的一个或多个至少部分地延伸通过中央开口138。图6中的虚线140示出抛物面镜136在何处可以被切割以创建图1所示的聚焦装置114的形状，该形状少于图6所示的抛物面镜136的全360度。测量设备100中的聚焦装置114的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器116的位置、在外壳102内背向散射的光130被引导的(多个)路径在何处、以及测量设备100的空间约束，等等。如图1和图6所示，聚焦装置114可以包括用于允许由光源110发射的光穿过聚焦装置114的孔径142。
在某些实施例中，聚焦装置114将背向散射的光聚焦到单个检测器116，诸如光检测器/传感器。例如，检测器116可以被放置在聚焦装置114的焦点处。响应于接收到所聚焦的背向散射的光，检测器116生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备100并且最终到检测器116的物体的距离和/或形状。
图7示出与图1的测量设备100类似的测量设备200。如下文将详细描述的，测量设备200以与图1所示的电机的布置相比使多个盘旋转的电机的不同布置为特征。上文参考图1的测量设备100描述的各种特征可以被结合到测量设备200中。
测量设备200包括具有基部构件204和透明盖体206的外壳202，基部构件204和透明盖体206可以被耦合在一起以围绕内部空腔208，测量设备200的各种组件被放置在内部空腔208中。出于简单起见，图7中的外壳202被示出为仅具有基部构件204和盖体206，但是外壳202可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔208并且保护测量设备200的组件的任意数量的组件。
测量设备200还包括光源210、多个盘(例如，第一盘212a、第二盘212b和第三盘212c)、聚焦装置214和检测器216。在某些实施例中，测量设备200还包括一个或多个反射镜218。如上文所描述，测量设备200的各种特征可以与参考图1描述的特征基本相同。
光源210可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源210发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源110发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源210被配置为以脉冲发射光。
由光源210发射的光被引导朝向多个盘。所发射的光和其方向在图7中由箭头220表示。在某些实施例中，所发射的光220首先被引导朝向反射镜218，其将光反射朝向多个盘，并且其可以是有角度的前表面镜。在其他实施例中，在光源210与多个盘之间不存在诸如反射镜218的中间光学元件。
盘中的每一个(第一盘212a、第二盘212b和第三盘212c)被配置为独立于其他盘绕共同轴线旋转。每个盘可以被专用电机驱动以旋转。图7示出包括第一电机224a、第二电机224b和第三电机224c的测量设备200。
第一电机224a在第一盘212a的外周处或附近被耦合至第一盘212a；
第二电机224b在第二盘212b的外周处或附近被耦合至第二盘212b；并且
第三电机224c在第三盘212c的外周处或附近被耦合至第三盘212c。在一些实施例中，电机224a–c可以是环形或其他形状，使得盘212a–c被相应的电机224a–c围绕。该布置不一定像图1的测量设备100那样使用多个轴。此外，存在更少或不存在电机组件潜在地阻止穿过盘212a–c的中央部分的光。图7所示的电机224a–c的布置还可以允许更紧凑的测量设备200。
在某些实施例中，第一盘212a和第三盘212c在相同方向上(例如，顺时针方向)旋转，而第二盘212b在相反方向上(例如，逆时针方向)旋转。在某些实施例中，第一盘212a和第二盘212b以基本相同的速度旋转，而第三盘212c以不同速度旋转。
像图2、图3a和图3b所示的盘那样，盘中的每一个(第一盘212a、第二盘212b和第三盘212c)包括具有棱镜角度并且被放置在盘的一侧或两侧上的至少一组棱镜。第一盘212a和第二盘212b各自具有带有基本相同的棱镜角度的一组棱镜，而第三盘212c具有带有与第一盘212a和第二盘212b上的棱镜的棱镜角度不同的棱镜角度的棱镜。在某些实施例中，第三盘212c包括诸如图4所示的多组棱镜。盘可以按与图7所示的顺序不同的顺序(例如，所发射的光以其穿过盘的顺序)被布置。
随着所发射的光220行进通过每组棱镜，棱镜将使光以固定角度弯曲。在不使光聚焦或分叉的情况下，所发射的光220被弯曲。当第一盘212a和第二盘212b以基本相同的速度在相反方向上旋转时，这两个盘使所发射的光创建水平扫描线。第三盘212c在垂直方向上移动水平扫描线以创建二维扫描视场。
所发射的光被传送离开测量设备200的外壳202(例如，通过半透明的盖体206)。所发射的光将反射离开物体，并且该光的部分将行进回去通过盖体206。被称为背向散射的光的该光在图7中由多个箭头226表示。背向散射的光226穿过多个旋转的盘。在穿过多个盘之后，背向散射的光226由诸如上文参考图1的测量设备100描述的聚焦装置114的聚焦装置214聚焦。测量设备100中的聚焦装置214的特定形状、尺寸、位置和取向可以取决于(多个)检测器216的位置、外壳202中的背向散射的光226的路径、以及测量设备200的空间约束，等等。如图7所示，聚焦装置214可以包括允许由光源210发射的光穿过聚焦装置214的孔径228。
在某些实施例中，聚焦装置214将背向散射的光聚焦到单个检测器216(例如，光检测器/传感器)。例如，检测器216可以被放置在聚焦装置214的焦点处。响应于接收到背向散射的光，检测器216生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备200并且最终到检测器216的物体的距离和/或形状。
在下文进一步描述的实施例中，测量设备最少可以使用单个光源和两个盘来创建改进的二维视场。
图8示出包括具有基部构件304和盖体306的外壳302的测量设备300的示意图。基部构件304和盖体306可以被耦合在一起以围绕内部空腔308，测量设备300的各种组件被放置在内部空腔308中。在某些实施例中，基部构件304和盖体306被耦合在一起以创建空气和/或水密密封。例如，各种衬垫或其他类型的密封部件可以用于帮助创建外壳302的组件之间的此类密封。基部构件304可以包括诸如塑料和/或金属的材料。盖体306可以包括诸如玻璃或蓝宝石的透明材料。出于简单起见，图8中的外壳302被示出为仅具有基部构件304和盖体306，但是外壳302可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔308并且保护测量设备300的组件的任意数量的组件。
测量设备300包括光源310、透镜312、多个盘(例如，第一盘314a和第二盘314b)、聚焦装置316和多个检测器318。
光源310可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源310发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源310发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源310被配置为以脉冲发射光。
由光源310发射的光(例如，光束)被引导朝向透镜312并且由箭头320表示。在某些实施例中，透镜312是将光束转换为线的平凸透镜。透镜312可以包括诸如玻璃、蓝宝石、硅树脂等的材料。在某些实施例中，透镜312被布置为使得其凸侧面向光源310，因此从光源310发射的光320穿过透镜312的凸侧朝向其平侧。在其他实施例中，透镜312可以被布置为使得透镜312的平侧面向光源310。
来自透镜312的所发射的光的线被引导朝向多个盘(例如，第一盘314a和第二盘314b)。盘中的每一个被配置为独立于其他盘绕共同轴线旋转。每个盘可以被诸如上文参考图1和/或图7描述的电机的专用电机驱动以旋转。图8示出耦合至第一电机322a的第一盘314a和耦合至第二电机322b的第二盘314b。第一电机322a和第二电机322b被示出为与图7所示的电机类似，使得电机322a和322b被耦合至相应盘314a和314b的外周，并且在一些实施例中围绕盘314a和314b。
第一盘314a和第二盘314b以基本相同的速度在彼此相反的方向上旋转。第一盘314a和第二盘314b包括至少一组棱镜324。图8所示的棱镜324被放大以示出棱镜324的取向和一般形状。棱镜324中的每一个具有基本相同的棱镜角度。
光在已经穿过两个旋转的盘之后的水平位移取决于第一盘312a和第二盘312b上的棱镜324的棱镜角度。在一个示例中，如果第一盘312a和第二盘312b上的棱镜324的棱镜角度均是30度，则线的水平位移是120度(即，30乘以4)，因为每个盘使光移动到其棱镜角度的两倍处。垂直位移取决于透镜312的形状。
所发射的光320被传送离开外壳302(例如，通过半透明的盖体306)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且通过盖体306返回。被称为背向散射的光的该光穿过多个旋转的盘。在穿过多个盘之后，背向散射的光由聚焦装置316聚焦。聚焦装置316是将背向散射的光聚焦朝向多个检测器318的光学元件(例如，透镜)，多个检测器318可以是光检测器/传感器。
响应于背向散射的光，检测器316生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备300的物体的距离和/或形状。
图9示出包括具有基部构件404和盖体406的外壳402的测量设备400的示意图。基部构件404和盖体406可以被耦合在一起以围绕内部空腔408，测量设备400的各种组件被放置在内部空腔408中。在某些实施例中，基部构件404和盖体406被耦合在一起以创建空气和/或水密密封。例如，各种衬垫或其他类型的密封部件可以用于帮助创建外壳402的组件之间的此类密封。基部构件404可以包括诸如塑料和/或金属的材料。盖体406可以包括诸如玻璃或蓝宝石的透明材料。出于简单起见，图9中的外壳402被示出为仅具有基部构件404和盖体406，但是外壳402可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔408并且保护测量设备400的组件的任意数量的组件。
测量设备400包括光源410、可旋转的镜412、多个盘(例如，第一盘414a和第二盘414b)、聚焦装置416和多个检测器418。
光源410可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源410发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源310发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源410被配置为以脉冲发射光。
由光源410发射的光被引导朝向可旋转的镜412并且由箭头420表示。可旋转的镜412可以对所发射的光进行反射以创建所发射的光的线。如图9中的虚线所指示，可旋转的镜412可以在位置之间旋转以创建线。在某些实施例中，可旋转的镜412是基于硅的mems镜。
来自可旋转的镜412的所发射的光的线被引导朝向多个盘(例如，第一盘414a和第二盘414b)。盘中的每一个被配置为独立于其他盘绕共同轴线旋转。每个盘可以被诸如上文参考图1和/或图6描述的电机的专用电机驱动以旋转。图9示出耦合至第一电机422a的第一盘414a和耦合至第二电机422b的第二盘414b。第一电机422a和第二电机422b被示出为与图7所示的电机类似，使得电机422a和422b被耦合至相应盘414a和414b的外周，并且在一些实施例中围绕盘414a和414b。
第一盘414a和第二盘414b以基本相同的速度在彼此相反的方向上旋转。第一盘414a和第二盘414b包括至少一组棱镜424。图9所示的棱镜424被放大以示出棱镜424的取向和一般形状。棱镜424中的每一个具有基本相同的棱镜角度。棱镜424可以如图3a和图3b所示被放置在盘的任一侧或两侧上。
光在已经穿过两个旋转的盘之后的水平位移取决于第一盘412a和第二盘412b上的棱镜424的棱镜角度。在一个示例中，如果第一盘412a和
第二盘412b上的棱镜424的棱镜角度均是30度，则线的水平位移是120度(即，30乘以4)。垂直位移通过旋转可旋转的镜412而被创建。
所发射的光420被传送离开外壳402(例如，通过半透明的盖体406)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且通过盖体406返回。被称为背向散射的光的该光穿过多个旋转的盘。在穿过多个盘之后，背向散射的光由聚焦装置416聚焦。聚焦装置416是将背向散射的光聚焦朝向多个检测器418的光学元件(例如，透镜)，多个检测器418可以是光检测器/传感器。
响应于背向散射的光，检测器416生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备400和检测器416的物体的距离和/或形状。
图10示出包括具有基部构件504和盖体506的外壳502的测量设备500的示意图。基部构件504和盖体506可以被耦合在一起以围绕内部空腔508，测量设备500的各种组件被放置在内部空腔508中。在某些实施例中，基部构件504和盖体506被耦合在一起以创建空气和/或水密密封。例如，各种衬垫或其他类型的密封部件可以用于帮助创建外壳502的组件之间的此类密封。基部构件504可以包括诸如塑料和/或金属的材料。盖体506可以包括诸如玻璃或蓝宝石的透明材料。出于简单起见，图10中的外壳502被示出为仅具有基部构件504和盖体506，但是外壳502可以包括可以被组装在一起以创建内部空腔508并且保护测量设备500的组件的任意数量的组件。
测量设备500还包括光源510、可旋转的镜512、第一透镜514、第二透镜516、镜518、多个盘(例如，第一盘520a和第二盘520b)、聚焦装置522和多个检测器524。
光源510可以是被配置为发射相干光的激光器或发光二极管。在某些实施例中，光源510发射红外光谱内的光，而在其他实施例中，光源510发射可见光谱内的光。在某些实施例中，光源510被配置为以脉冲发射光。
由光源510发射的光被引导朝向可旋转的镜512并且由箭头526表示。第一可旋转的镜512可以对所发射的光526进行反射以通过在位置之间旋转来创建所发射的光的扫描线。在某些实施例中，可旋转的镜512是基于硅的mems镜。
由可旋转的镜512反射的所发射的光的线被引导朝向第一透镜514，第一透镜514放大所发射的光，所发射的光然后被引导朝向第二透镜516。第二透镜516对所放大的光进行准直，所放大的光然后被引导朝向镜518。镜518可以是前表面镜，其是有角度的并且被放置以将所发射的光反射朝向多个盘(例如，第一盘520a和第二盘520b)。镜518可以被放置在测量设备500内在第一透镜514和第二透镜516的焦点处。
盘中的每一个被配置为独立于其他盘绕共同轴线旋转。每个盘可以被诸如上文参考图1和图7描述的电机的专用电机驱动以旋转。图10示出耦合至第一电机528a的第一盘520a和耦合至第二电机528b的第二盘520b。第一电机528a和第二电机528b被示出为与图7所示的电机类似，使得电机528a和528b被耦合至相应盘520a和520b的外周，并且在一些实施例中围绕盘520a和520b。
第一盘520a和第二盘520b以基本相同的速度在彼此相反的方向上旋转。第一盘520a和第二盘520b包括至少一组棱镜530。图10所示的棱镜530被放大以示出棱镜530的取向和一般形状。棱镜530中的每一个具有基本相同的棱镜角度。棱镜530可以如图3a和图3b所示被放置在盘的任一侧或两侧上。
光在已经穿过两个旋转的盘之后的水平位移取决于第一盘520a和第二盘520b上的棱镜530的棱镜角度。在一个示例中，如果第一盘520a和第二盘520b上的棱镜530的棱镜角度均是30度，则线的水平位移是120度(即，30乘以4)。垂直位移取决于可旋转的镜512的旋转的范围。
所发射的光被传送离开外壳502(例如，通过半透明的盖体506)朝向物体。所发射的光的部分反射离开物体并且通过盖体506返回。被称为背向散射的光的该光穿过多个旋转的盘。在穿过多个盘之后，背向散射的光由聚焦装置516聚焦。聚焦装置516是将背向散射的光聚焦朝向多个检测器518的光学元件(例如，透镜)，多个检测器518可以是光检测器/传感器。
响应于背向散射的光，检测器516生成一个或多个感测信号，其最终用于检测将所发射的光反射回到测量设备500的物体的距离和/或形状。
在某些实施例中，上文描述的测量设备被结合到测量系统中，使得系统包括一个或多个测量设备。例如，用于汽车的测量系统可以包括多个测量设备，每个测量设备被安装在汽车上的不同位置处以在汽车的特定方向上生成扫描光图案并检测背向散射的光。每个测量设备可以包括用于处理所检测的背向散射的光并生成指示所检测的背向散射的光的信号的电路，该信号可以由测量系统使用以确定关于在测量设备的视场中的物体的信息。
可以结合上文描述的测量设备来执行各种方法。作为一个示例，用于使用图1和图7的测量设备100、200来生成扫描光图案的方法包括：使第一盘112a以第一速度在第一方向上旋转，使第二盘112b以第一速度在第二方向上旋转，以及使第三盘112c以第二速度在第一方向上旋转。方法进一步包括将来自光源110的光引导通过第一盘112a、第二盘112b和第三盘112c以生成上文描述并且在图5中示意性示出的扫描光图案。本文中所描述的其他测量设备的组件可以在各种方法中被使用以生成扫描光图案并从扫描光图案检测背向散射的光。
可以对所公开的实施例作出各种修改和添加而不背离本公开的范围。例如，虽然上文所描述的实施例指代特定特征，但是本公开的范围还包括具有特征的不同组合的实施例以及不包括所描述的全部特征的实施例。因此，本公开的范围旨在包括落入权利要求的范围内的全部此类替代方案、更改、和变化，以及其全部等效方案。
进一步的示例：
示例1.一种装置，包括：检测器；光源，被配置为发射光；多个盘，每个盘具有一组棱镜，每个盘是可独立旋转的，被布置为接收直接地或间接地来自所述光源的所发射的光，并且被布置为接收来自物体的背向散射的光；以及聚焦装置，被布置为将来自所述多个盘的所述背向散射的光聚焦朝向所述检测器。
示例2.如示例1所述的装置，其中，进一步包括：外壳，包括基部构件和透明盖体，所述外壳至少部分地包围内部空腔，其中所述检测器、所述光源、所述多个盘和所述聚焦装置被放置在所述内部空腔内。
示例3.如示例1所述的装置，其中，所述多个盘包括第一盘、第二盘和第三盘，其中所述第一盘和所述第二盘被配置为在相同方向上旋转，而所述第三盘被配置为在与所述第一盘和所述第二盘相反的方向上旋转。
示例4.如示例3所述的装置，其中，所述第一盘和所述第三盘以基本相同的速度旋转。
示例5.如示例1所述的装置，其中，所述多个盘包括第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘被配置为在相反方向上旋转，所述装置进一步包括：第一电机，被布置为使所述第一盘旋转；以及第二电机，被布置为使所述第二盘旋转。
示例6.如示例1所述的装置，其中，所述多个盘包括第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘具有带有基本相同的棱镜角度的棱镜。
示例7.如示例6所述的装置，其中，所述多个盘进一步包括第三盘，其中所述第三盘包括具有与所述第一盘和所述第二盘的棱镜角度不同的棱镜角度的棱镜。
示例8.如示例6所述的装置，其中，所述多个盘进一步包括第三盘，其中所述第三盘包括多个模式的棱镜。
示例9.如示例1所述的装置，其中，所述聚焦装置是曲面镜。
示例10.如示例1所述的装置，其中，所述聚焦装置包括所述所发射的光穿过其中的孔径。
示例11.如示例1所述的装置，其中，所述检测器是单个检测器。
示例12.如示例1所述的装置，其中，进一步包括：反射镜，被布置为将来自所述光源的光反射朝向所述多个盘。
示例13.如示例12所述的装置，其中，所述反射镜是可旋转的镜。
示例14.如示例13所述的装置，其中，进一步包括：透镜，被布置在所述多个盘与所述检测器之间，其中所述检测器包括多个检测器。
示例15.如示例13所述的装置，其中，进一步包括：多个透镜，被布置在所述光源与所述多个盘之间；以及接收透镜，被布置在所述多个盘与所述检测器之间，其中所述检测器包括多个检测器。
示例16.如示例15所述的装置，其中，进一步包括：平面镜，沿着所述可旋转的镜与所述多个盘之间的光学路径被放置。
示例17.一种用于生成扫描光图案的方法，所述方法包括：使第一盘以第一速度在第一方向上旋转，所述第一盘具有带有第一棱镜角度的棱镜；使第二盘以所述第一速度在第二方向上旋转，所述第二盘具有带有所述第一棱镜角度的棱镜；使第三盘以第二速度在所述第一方向上旋转，所述第三盘具有带有第二棱镜角度的棱镜；以及将来自光源的光引导通过所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘以生成所述扫描光图案。
示例18.如示例17所述的方法，其中，进一步包括：在检测器处接收穿过所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘的所生成的扫描光图案的背向散射的光。
示例19.如示例17所述的方法，其中，进一步包括：利用聚焦装置将所述背向散射的光聚焦朝向所述检测器。
示例20.一种用于生成扫描光图案的系统，所述系统包括：第一盘，被配置为以第一速度在第一方向上旋转，并且包括具有第一棱镜角度的棱镜；第二盘，被配置为以所述第一速度在第二方向上旋转，并且包括具有所述第一棱镜角度的棱镜；第三盘，被配置为以第二速度在所述第一方向上旋转，并且包括具有第二棱镜角度的棱镜；以及光源，被配置为发射光，使得所发射的光穿过所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘。
1.一种装置，包括：
检测器；
光源，被配置为发射光；
多个盘，每个盘具有一组棱镜，每个盘是可独立旋转的，被布置为接收直接地或间接地来自所述光源的所发射的光，并且被布置为接收来自物体的背向散射的光；以及
聚焦装置，被布置为将来自所述多个盘的所述背向散射的光聚焦朝向所述检测器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括：
外壳，包括基部构件和透明盖体，所述外壳至少部分地包围内部空腔，
其中所述检测器、所述光源、所述多个盘和所述聚焦装置被放置在所述内部空腔内。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个盘包括第一盘、第二盘和第三盘，其中所述第一盘和所述第二盘被配置为在相同方向上旋转，而所述第三盘被配置为在与所述第一盘和所述第二盘相反的方向上旋转。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一盘和所述第三盘以基本相同的速度旋转。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个盘包括第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘被配置为在相反方向上旋转，所述装置进一步包括：
第一电机，被布置为使所述第一盘旋转；以及
第二电机，被布置为使所述第二盘旋转。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个盘包括第一盘和第二盘，其中所述第一盘和所述第二盘具有带有基本相同的棱镜角度的棱镜。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个盘进一步包括第三盘，其中所述第三盘包括具有与所述第一盘和所述第二盘的棱镜角度不同的棱镜角度的棱镜。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述多个盘进一步包括第三盘，其中所述第三盘包括多个模式的棱镜。
9.一种用于生成扫描光图案的方法，所述方法包括：
使第一盘以第一速度在第一方向上旋转，所述第一盘具有带有第一棱镜角度的棱镜；
使第二盘以所述第一速度在第二方向上旋转，所述第二盘具有带有所述第一棱镜角度的棱镜；
使第三盘以第二速度在所述第一方向上旋转，所述第三盘具有带有第二棱镜角度的棱镜；以及
将来自光源的光引导通过所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘以生成所述扫描光图案。
10.一种用于生成扫描光图案的系统，所述系统包括：
第一盘，被配置为以第一速度在第一方向上旋转，并且包括具有第一棱镜角度的棱镜；
第二盘，被配置为以所述第一速度在第二方向上旋转，并且包括具有所述第一棱镜角度的棱镜；
第三盘，被配置为以第二速度在所述第一方向上旋转，并且包括具有第二棱镜角度的棱镜；以及
光源，被配置为发射光，使得所发射的光穿过所述第一盘、所述第二盘和所述第三盘。
技术总结