[发明专利]多通道LIDAR照明驱动器

说明书

本文描述了采用多通道GaN基照明驱动器集成电路（IC）的LIDAR测量系统。在一个方面，多通道GaN基照明驱动器IC选择性地将与每个测量通道相关联的每个照明源耦合到电功率源，以生成照明光的测量脉冲。在一个方面，在IC的单独节点上接收与每个测量通道相关联的每个脉冲触发信号。在另一方面，在IC的单独节点上接收附加的控制信号，并将其传送到所有测量通道。在另一方面，多通道GaN基照明驱动器IC包括功率调节模块，该功率调节模块仅在任何脉冲触发信号处于触发照明脉冲的激发的状态时，向每个测量通道的各个元件供应经调节的电压。

相关申请

本申请要求2018年9月18日提交的题为“Multi-Channel LIDAR IlluminationDriver”的美国专利申请序列号16/134,068的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

所描述的实施例涉及基于LIDAR的3-D点云测量系统。

背景技术

LIDAR系统采用光脉冲基于每个光脉冲的飞行时间（TOF）来测量到物体的距离。从LIDAR系统的光源发射的光脉冲与远端物体相互作用。一部分光从物体反射并返回到LIDAR系统的检测器。基于光脉冲的发射和返回光脉冲的检测之间经过的时间，来估计距离。在一些示例中，光脉冲由激光发射器生成。光脉冲通过透镜或透镜组件聚焦。测量激光脉冲返回到安装在发射器附近的检测器所花费的时间。从时间测量结果中以高准确度导出距离。

一些LIDAR系统采用了与旋转镜组合的单个激光发射器/检测器组合来有效地跨平面扫描。由这种系统执行的距离测量实际上是二维的（即，平面的），并且所捕获的距离点被渲染为2-D（即，单平面）点云。在一些示例中，旋转镜以非常快的速度（例如，每分钟数千转）旋转。

在许多操作场景中，需要3-D点云。已经采用了许多方案来以三维询问周围环境。在一些示例中，通常在万向节上向上和向下和/或前后致动2-D仪器。这在本领域中通常被称为使传感器“眨眼”或“点头”。因此，可以采用单个光束LIDAR单元来捕获距离点的整个3D阵列，尽管一次一个点。在相关的示例中，棱镜被用于将激光脉冲“分”成多层，每层具有稍微不同的垂直角度。这模拟了上述点头效果，但是没有传感器本身的致动。

在所有上述示例中，单个激光发射器/检测器组合的光路以某种方式被改变以实现比单个传感器更宽的视场。

由于单个激光器的脉冲重复率的限制，这种设备每单位时间能够生成的像素数量固有地受到限制。无论是通过反射镜、棱镜还是实现较大覆盖区域的设备的致动，光束路径的任何改变都是以降低点云密度为代价的。

如上所述，3-D点云系统存在于若干配置中。然而，在许多应用中，必须在宽视场上观看。例如，在自主车辆应用中，垂直视场应当尽可能靠近地向下延伸以看到车辆前方的地面。此外，在汽车进入道路的斜坡的情况下，垂直视场应当在地平线之上延伸。另外，在现实世界中发生的动作和这些动作的成像之间必须具有最小延迟。在一些示例中，期望每秒提供至少五次的完整图像更新。为了满足这些要求，已经开发了包括多个激光发射器和检测器的阵列的3-D LIDAR系统。该系统在2011年6月28日发布的美国专利7,969,558号中描述，其主题以其整体通过引用并入本文。

在许多应用中，发射脉冲序列。每个脉冲的方向快速连续地顺序变化。在这些示例中，与每个单独脉冲相关联的距离测量结果可以被认为是像素，并且以快速连续的方式发射和捕获的像素集合（即，“点云”）可以被渲染为图像或者出于其他原因（例如，检测障碍物）而被分析。在一些示例中，采用查看软件来将所得到的点云渲染为向用户呈现三维的图像。可以使用不同的方案来将距离测量结果描绘为看起来好像它们是由实况动作相机捕获的3-D图像。

一些现有LIDAR系统采用未一起集成到公共基板（例如，电安装板）上的照明源和检测器。此外，照明光束路径和收集光束路径在LIDAR设备内分离。这导致光机械设计的复杂度和对准的困难。