包括具有改进的光子接口的LIDAR传感器系统的自主车辆的制作方法

背景技术：

1、光检测和测距（lidar）系统使用激光来创建周围环境的三维表示。lidar系统包括至少一个发射器，其与接收器配对以形成一个通道，尽管可以使用通道阵列来扩展lidar系统的视场。在操作期间，每个通道向环境中发射激光束。激光束从周围环境中的物体反射，并且反射的激光束由接收器检测。单个通道提供单个测距信息点。总体而言，通道被组合以创建对应于周围环境的三维表示的点云。

技术实现思路

1、本公开的实现方式的方面和优点将部分地在以下描述中阐述，或者可以从描述中获知，或者可以通过实现方式的实践而获知。

2、本公开的示例方面涉及用于自主车辆的lidar系统。如本文进一步描述的，lidar系统能够由各种设备和平台（例如，机器人平台等）使用，以提高设备和平台感知其环境并响应于此执行功能（例如，自主地导航通过环境）的能力。

3、自主车辆（av）能够包括lidar系统以帮助av感知其环境并导航其环境。lidar系统能够包括具有发射器和接收器的收发器。发射器能够调节要由lidar系统发射到其环境中的光束（例如，激光束）。类似地，接收器能够提供以便在光束被发射到lidar系统的环境中并被环境中的物体反射之后接收该光束。接收器能够将接收到的光束提供给lidar系统的下游组件以进行处理，这能够提供用于av感知其环境。由于发射光束和接收光束之间的相关性，发射器和接收器通常可以放置在严格控制的位置关系中。例如，发射器发射光束的部分可以定位在接收器接收光束的部分附近。此外，一些lidar系统（诸如相干lidar系统）能够利用参考信号，诸如本地振荡器（lo）信号，该信号从发射器传递到接收器而不被发射到lidar系统的环境中。例如，该参考信号可以与接收到的光束组合以对接收到的光束进行去噪或以其他方式处理接收到的光束以提取有用信息。例如，lidar系统能够基于反射光束确定到物体的距离和/或物体的速度。

4、然而，发射器和/或接收器通常包括占据发射和接收部分附近空间的光子电路。因此，控制发射器和接收器的定位能够包括考虑光子管芯。包括光子电路的光子管芯可以由硅形成。硅光子管芯能够通过例如光刻提供光子电路的精确形成。然而，在产生光方面，硅可能无法提供或可能提供降低的性能，因此这些光子管芯通常连接到由非硅材料（诸如例如iii-v族半导体、砷化镓（gaas）和/或其他合适的材料）形成的单独光源和/或放大器（例如，半导体光放大器（soa））。光能够从光源馈送到硅光子管芯。在一些现有的lidar系统中，光可以通过一个或多个波导从包括例如光源和/或放大器的第一管芯接口到包括发射器的第二管芯。将光耦合到这些波导中通常会招致显著的损耗，尤其是当波导的尺寸减小时。在一些情况下，由于半导体光放大器和发射管芯之间的耦合，可能经历高达60%的损耗。

5、本公开提供了一种改进的lidar系统，诸如相干lidar系统，其不会遭受这些缺点。特别地，本公开提供了一种lidar系统，其中由光源生成的光束不一定进入硅光子芯片进行传输。相反，根据本公开的示例方面，光转向设备，诸如透镜接口，将来自光源的光（例如，在调制和/或放大之后）引导到反射表面上。例如，在一些实现方式中，透镜接口可以是透镜阵列，其被配置为准直和/或聚焦来自光源的任何发散光。反射表面将光重定向到lidar系统的环境中。作为一个示例，反射表面可以是或可以包括衬底上的反射涂层（例如，金属涂层）。

6、此外，在一些实现方式中，接收器光子管芯能够被定位成使得由反射表面反射的光在发射到lidar系统的环境中之前穿过接收器光子管芯。例如，接收器光子管芯可以包括对光束透明的材料，诸如例如硅。此外，接收器光子管芯可以包括接收部分，其能够接收返回光束（例如，通过对返回光束不透明）。以这种方式，相对于发射光束，接收器光子管芯的定位可以被严格控制，满足与相干lidar系统相关联的定位约束，同时进一步避免与传统的基于波导的发射光束操纵相关联的损耗。

7、根据本公开的lidar系统能够提供许多技术效果和益处。例如，根据本公开的lidar系统能够通过由于与波导相关联的减少的损耗而更强的发射光束来提供改进的物体检测的准确性。此外，由于减少的损耗，lidar系统能够在生成具有相当强度的发射光束时提供降低的功耗。以这种方式，根据本公开的lidar系统与一些现有lidar系统相比能够提供改进的性能。

8、例如，在一个方面，本公开提供了一种用于车辆的光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括被配置为以第一取向输出发射光束的光源。lidar系统包括被配置为将发射光束从第一取向重定向到第二取向的反射表面。lidar系统包括透镜接口，其被配置为接收处于第一取向的发射光束并将发射光束聚焦到反射表面上。lidar系统以第二取向将发射光束发射到lidar系统的环境中。

9、在一些实现方式中，lidar系统包括调制器，调制器被配置为从光源接收发射光束并修改发射光束的相位或频率中的至少一个。

10、在一些实现方式中，反射表面包括平坦表面。

11、在一些实现方式中，反射表面包括凹表面。

12、在一些实现方式中，lidar系统包括放大器，放大器被配置为从光源接收发射光束并放大发射光束。

13、在一些实现方式中，lidar系统包括分路器，分路器被配置为在多个通道之间分路发射光束。

14、在一些实现方式中，透镜接口是或包括透镜阵列，该透镜阵列具有分别对应于多个通道的多个透镜。

15、在一些实现方式中，透镜接口至少包括：被配置为准直发射光束以产生准直光束的第一透镜和被配置为将准直光束聚焦在反射表面上的焦点的第二透镜。

16、在一些实现方式中，lidar系统包括被配置为改变发射光束的偏振方向的半波片（hwp）。

17、在一些实现方式中，lidar系统包括接收器光子管芯，该接收器光子管芯被配置为从lidar系统的环境接收接收光束。

18、在一些实现方式中，接收器光子管芯对发射光束基本上透明，并且接收器光子管芯设置在反射表面上方，使得发射光束在被反射表面反射之后穿过接收器光子管芯。

19、在一些实现方式中，接收器光子管芯包括发射光束所穿过的发射部分和从发射部分偏移的接收部分，该接收部分被配置为从lidar系统的环境接收接收光束并将接收光束提供给接收器光子管芯上的至少一个光子组件。

20、在一些实现方式中，反射表面设置在衬底上，并且衬底和接收器光子管芯各自包括指示衬底和接收器光子管芯之间的对准的一个或多个对准引导件。

21、在一些实现方式中，接收器光子管芯与发射管芯基本上共面，该发射管芯被配置为将来自光源的发射光束提供到透镜接口。在一些实现方式中，lidar系统还包括：第二反射表面，其被配置为接收处于第二取向的接收光束并将接收光束从第二取向重定向到第一取向；以及第二透镜接口，其被配置为将接收光束聚焦到接收器光子管芯中。

22、在一些实现方式中，接收器光子管芯是或包括硅。

23、在一些实现方式中，反射表面是或包括金属涂层。

24、例如，在一个方面，本公开提供了一种用于车辆的光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括被配置为以第一取向输出发射光束的光源。lidar系统包括被配置为在多个通道之间分路发射光束的至少一个分路器。lidar系统包括发射管芯，发射管芯包括被配置为在多个通道之间放大发射光束的多个半导体光放大器（soa）。lidar系统包括被配置为将发射光束从第一取向重定向到第二取向的反射表面。lidar系统包括透镜接口，透镜接口被配置为接收处于第一取向的发射光束并将发射光束聚焦到反射表面上。lidar系统包括设置在反射表面上方的接收器光子管芯。接收器光子管芯对发射光束基本上透明。在穿过接收器光子管芯之后，lidar系统以第二取向将发射光束发射到lidar系统的环境中。

25、在一些实现方式中，接收器光子管芯包括发射光束所穿过的发射部分和从发射部分偏移的接收部分，该接收部分被配置为从lidar系统的环境接收接收光束并将接收光束提供给接收器光子管芯上的至少一个光子组件。

26、在一些实现方式中，透镜接口至少包括：被配置为准直发射光束以产生准直光束的第一透镜和被配置为将准直光束聚焦在反射表面上的焦点的第二透镜。

27、在一些实现方式中，多个通道中的至少一个是或包括本地振荡器（lo）通道，其中lo通道将lo信号传递到接收器光子管芯而不被多个soa放大。

28、例如，在一个方面，本公开提供了一种用于车辆的光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括被配置为以第一取向输出发射光束的光源。lidar系统包括被配置为在多个通道之间分路发射光束的至少一个分路器。lidar系统包括发射管芯，发射管芯包括被配置为在多个通道之间放大发射光束的多个半导体光放大器（soa）。lidar系统包括第一反射表面，第一反射表面被配置为将发射光束从第一取向重定向到第二取向，其中lidar系统以第二取向将发射光束发射到lidar系统的环境中。lidar系统包括第一透镜接口，第一透镜接口被配置为接收处于第一取向的发射光束并将发射光束聚焦到第一反射表面上。lidar系统包括第二反射表面，第二反射表面被配置为反射处于第二取向的来自lidar系统的环境的接收光束并将接收光束重定向到第一取向。lidar系统包括接收器光子管芯，其中接收器光子管芯与发射管芯基本上共面。lidar系统包括第二透镜接口，第二透镜接口被配置为将来自第二反射表面的接收光束聚焦到接收器光子管芯中。

29、在一些实现方式中，第一透镜接口是或至少包括：被配置为准直发射光束以产生准直光束的第一透镜和被配置为将准直光束聚焦在第一反射表面上的焦点的第二透镜。

30、例如，在一个方面，本公开提供了一种用于制造用于车辆的基于半导体的光检测和测距（lidar）系统的方法。该方法包括提供光源，该光源被配置为输出发射光束。该方法包括在衬底上形成反射表面，该衬底与发射管芯大致平行，使得反射表面被配置为将发射光束从与发射管芯基本上共面的第一取向重定向到与第一取向基本上垂直的第二取向，并以第二取向将发射光束发射到lidar系统的环境中。该方法包括布置发射管芯以将来自光源的发射光束提供到反射表面。该方法包括在lidar系统中设置接收器光子管芯，使得接收器光子管芯被配置为从lidar系统的环境接收接收光束。

31、在一些实现方式中，该方法还包括在发射管芯上提供放大器以从光源接收发射光束并放大发射光束。

32、在一些实现方式中，该方法还包括：提供透镜接口以将发射光束聚焦在反射表面上，其中透镜接口包括透镜阵列，该透镜阵列包括多个透镜；以及将透镜阵列的多个透镜分别与发射光束的多个通道对准。

33、在一些实现方式中，透镜接口包括被配置为准直发射光束以产生准直光束的至少一个第一透镜和被配置为将准直光束聚焦在反射表面上的焦点的至少一个第二透镜。

34、在一些实现方式中，该方法还包括布置半波片（hwp），使得hwp被配置为改变发射光束的偏振方向。

35、在一些实现方式中，该方法还包括对准衬底和接收器光子管芯。

36、在一些实现方式中，对准衬底和接收器光子管芯包括：在衬底和接收器光子管芯上形成一个或多个对准引导件，该一个或多个对准引导件指示衬底和接收器光子管芯之间的对准；在将接收器光子管芯设置在反射表面上方之后，测量一个或多个对准引导件；以及基于测量一个或多个对准引导件来确定衬底和接收器光子管芯被正确对准。

37、在一些实现方式中，形成一个或多个对准引导件包括通过光刻形成一个或多个对准引导件。

38、在一些实现方式中，该方法还包括对准发射管芯和接收器光子管芯。在一些实现方式中，对准发射管芯和接收器光子管芯包括：向发射管芯的第一对准通道提供对准信号；将对准信号从发射管芯的第一对准通道传递到接收器光子管芯的第二对准通道；以及基于将对准信号从第一对准通道传递到第二对准通道来评估发射管芯和接收器光子管芯的对准。

39、在一些实现方式中，该方法还包括将接收器光子管芯设置在反射表面上方，其中接收器光子管芯对发射光束基本上透明。

40、在一些实现方式中，将接收器光子管芯设置在反射表面上方包括将接收器光子管芯设置在反射表面上方，使得发射光束在被反射表面反射之后穿过接收器光子管芯。

41、在一些实现方式中，接收器光子管芯包括发射光束所穿过的发射部分和从发射部分偏移的接收部分，该接收部分被配置为从lidar系统的环境接收接收光束并将接收光束提供给接收器光子管芯上的至少一个光子组件。

42、在一些实现方式中，该方法还包括将发射管芯布置在与接收器光子管芯基本上共面的位置。

43、在一些实现方式中，该方法还包括：形成第二反射表面，其被配置为接收处于第二取向的接收光束并将接收光束从第二取向重定向到第一取向；以及布置第二透镜接口，使得第二透镜接口被配置为将接收光束聚焦到接收器光子管芯中。

44、例如，在一个方面，本公开提供了一种用于制造基于半导体的光检测和测距（lidar）系统的系统。该系统可操作以执行操作。操作包括提供光源，该光源被配置为输出发射光束。操作包括在衬底上形成反射表面，该衬底与发射管芯大致平行，使得反射表面被配置为将发射光束从与发射管芯基本上共面的第一取向重定向到与第一取向基本上垂直的第二取向，并以第二取向将发射光束发射到lidar系统的环境中。操作包括布置发射管芯以将来自光源的发射光束提供到反射表面。操作包括在lidar系统中设置接收器光子管芯，使得接收器光子管芯被配置为从lidar系统的环境接收接收光束。

45、在一些实现方式中，操作还包括：提供透镜接口以将发射光束聚焦在反射表面上，其中透镜接口包括透镜阵列，该透镜阵列包括多个透镜；以及将透镜阵列的多个透镜分别与发射光束的多个通道对准。

46、在一些实现方式中，操作还包括对准衬底和接收器光子管芯。在一些实现方式中，对准衬底和接收器光子管芯包括：在衬底和接收器光子管芯上形成一个或多个对准引导件，该一个或多个对准引导件指示衬底和接收器光子管芯之间的对准；在将接收器光子管芯设置在反射表面上方之后，测量一个或多个对准引导件；以及基于测量一个或多个对准引导件来确定衬底和接收器光子管芯被正确对准。

47、在一些实现方式中，操作还包括对准发射管芯和接收器光子管芯。在一些实现方式中，对准发射管芯和接收器光子管芯包括：向发射管芯的第一对准通道提供对准信号；将对准信号从发射管芯的第一对准通道传递到接收器光子管芯的第二对准通道；以及基于将对准信号从第一对准通道传递到第二对准通道来评估发射管芯和接收器光子管芯的对准。

48、在一些实现方式中，将接收器光子管芯设置在反射表面上方包括将接收器光子管芯设置在反射表面上方，使得发射光束在被反射表面反射之后穿过接收器光子管芯。

49、在一些实现方式中，操作还包括：将发射管芯布置在与接收器光子管芯基本上共面的位置；形成第二反射表面，其被配置为接收处于第二取向的接收光束并将接收光束从第二取向重定向到第一取向；以及布置第二透镜接口，使得第二透镜接口被配置为将接收光束聚焦到接收器光子管芯中。

50、本公开的其他示例方面涉及其他系统、方法、车辆、装置、有形的非暂时性计算机可读介质和设备，用于对包括lidar系统的设备进行运动预测和/或操作，该lidar系统具有根据本公开的示例方面的lidar模块。

51、本公开的各种实现方式的这些和其他特征、方面和优点将通过参考以下描述和所附权利要求而变得更好理解。并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图说明了本公开的实现方式，并且与描述一起用于解释相关原理。