[发明专利]双光电二极管光检测和测距

说明书

本申请公开了双光电二极管光检测和测距。LiDAR光学路径，特别是共同定位的发射器/接收器路径配置中的LiDAR光学路径可能引入可能落在一个或多个光电传感器上的由镜、透镜和/或包壳材料或玻璃带来的意外和不需要的反射。这些不期望的信号可能导致输出放大器偏置的明显中断和/或严重通道饱和。自主车辆LiDAR尤其具有挑战性，因为包装要求需要复杂的光学器件来定向LiDAR系统的激光源；目标尺寸、形状和相对速度以及到自主车辆的距离是未知的；并且目标对象在范围内的位置可能随着时间的推移而迅速变化。目前公开的双光电二极管LiDAR系统用于分离和补偿LiDAR光学器件引入的误差，以提高LiDAR系统(包括但不限于自主车辆LiDAR系统)的精度和可靠性。

背景技术

光检测和测距(也称为激光成像、检测和测距；激光雷达(LiDAR；LIDAR；Lidar；或LADAR))是一种通过用激光源照射目标并用传感器测量激光的反射来测量距离(也称为测距)的方法。激光返回时间和相位和/或波长差可以随后用于估计目标和激光源之间的距离。激光雷达具有地面、机载和移动应用。

LiDAR的一个应用是对对象进行测距和检测以用于自主车辆(例如，汽车、卡车、船艇、飞机和航天器)的控制和导航。自主车辆LiDAR尤其具有挑战性，因为自主车辆包装要求需要复杂的光学器件来定向LiDAR系统的激光源。此外，目标尺寸、形状和相对速度以及到自主车辆的距离对于自主车辆LiDAR系统来说是未知的。此外，目标对象在自主车辆LiDAR系统范围内的位置可能随着时间的推移而迅速变化。因此，本公开的技术用于扩展现有技术LiDAR系统的动态范围。此外，由LiDAR光学器件引入的误差或干扰在此具体地处理，这些LiDAR光学器件先前未被当作现有技术LiDAR系统中的误差的单独贡献者来处理。

发明内容

本文描述和要求保护的实现方式通过提供双光电二极管激光雷达系统来解决上述问题，该双光电二极管激光雷达系统包括光源，光源将距离测量光束定向到目标上；主光电二极管，主光电二极管接收来自目标的光束的反射；次光电二极管，次光电二极管接收说明光学器件误差的平衡信号；以及定时电路，定时电路基于主光电二极管和次光电二极管的组合输出来确定光源和目标之间的距离。

本文描述和要求保护的实现方式通过进一步提供操作双光电二极管激光雷达系统的方法来进一步解决上述问题。该方法包括将来自光源的距离测量光束定向到目标上；在主光电二极管上接收来自目标的光束的反射；在次光电二极管上接收说明光学器件误差的平衡信号；以及使用定时电路基于主光电二极管和次光电二极管的组合输出来确定光源和目标之间的距离。

本文描述和要求保护的实现方式通过更进一步提供双光电二极管激光雷达系统来更进一步解决上述问题。该系统包括光源，光源将距离测量光束定向到目标上；主光电二极管，主光电二极管接收来自目标的光束的反射；次光电二极管，次光电二极管接收说明光学器件误差的平衡信号；以及光学器件组，光学器件组将来自光源的光束定向到目标并定向来自目标的光束的反射。光学器件误差是由来自光学器件组的错误反射和折射中的一者或多者引起的。该系统进一步包括跨阻放大器，其中主光电二极管的输出和次光电二极管的输入两者都连接到公共节点处的跨阻放大器的电流输入。该系统仍进一步包括定时电路，定时电路基于与公共节点处的跨阻放大器的电流输入相对应的来自跨阻放大器的电压输出来确定光源和目标之间的距离。

本文还描述和叙述了其他实现方式。

附图说明

图1示出了示例双光电二极管LiDAR系统。

图2示出了用于双光电二极管LiDAR系统的示例光学器件组件。

图3示出了示例双光电二极管LiDAR电路图。

图4示出了另一个示例双光电二极管LiDAR电路图。

图5示出了用于操作双光电二极管LiDAR系统的示例操作。

图6示出了适于实现双光电二极管LiDAR系统的计算机系统的示例系统图。

具体实施方式