[发明专利]集成LIDAR照明功率控制

说明书

在本文中描述了用于利用集成LIDAR测量设备来执行三维LIDAR测量的方法和系统。在一个方面中，基于氮化镓（GaN）的照明驱动器集成电路（IC）、照明源、以及返回信号接收器IC被装配到公共基板。照明驱动器IC响应于从返回信号接收器IC所接收的脉冲触发信号来向照明源提供电功率的脉冲。在另一方面中，所述基于GaN的照明驱动器IC基于从返回信号接收器IC被传送到照明驱动器IC的命令信号来控制电功率的脉冲的幅度、缓变率和持续时间。在另外的方面中，在照明驱动器IC不向照明源提供电功率时的时间段期间，照明驱动器IC降低由照明驱动器IC所消耗的电功率的量。

对相关申请的交叉引用

本专利申请要求来自2018年3月30日提交的、题为“Integrated LIDAR IlluminationPower Control”、申请序列号为15/941,302的美国专利申请的优先权，所述美国专利申请进而在35 U.S.C.§119下要求来自2017年3月31日提交的、题为“Integrated LIDARIllumination Power Control”、申请序列号为62/480,119的美国临时专利申请的优先权，每一个的主题通过引用以其全部被并入本文中。

技术领域

所描述的实施例涉及基于LIDAR的3D点云测量系统。

背景技术

LIDAR系统采用光脉冲来基于每个光脉冲的飞行时间（TOF）来测量距对象的距离。从LIDAR系统的光源所发射的光脉冲与远端对象交互。光的一部分从对象反射并且返回到LIDAR系统的检测器。基于在光脉冲的发射与对所返回的光脉冲的检测之间过去的时间，估计距离。在一些示例中，由激光发射器生成光脉冲。通过透镜或透镜组装件来聚焦光脉冲。对于激光脉冲返回到被装配在发射器近旁的检测器所花费的时间被测量。以高准确性从时间测量中得到距离。

一些LIDAR系统采用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而扫描。由这样的系统所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2D（即单个平面）点云。在一些示例中，旋转镜以非常快速的速度（例如每分钟数千转）旋转。

在许多操作场景中，需要3D点云。已经采用多个方案来询问三维中的周围环境。在一些示例中，2D仪器通常在平衡环上被致动以向上和向下和/或向后和向前。这在本领域内通常已知为使传感器“眨眼”或“点头”。因而，可以采用单个射束LIDAR单元来捕获距离点的整个3D阵列，尽管一次一个点。在有关示例中，采用棱镜来将“激光脉冲”划分成多个层，其各自具有稍微不同的垂直角。这模拟上述点头效应，但没有对传感器本身的致动。

在所有以上示例中，单个激光发射器/检测器组合的光路径以某种方法被变更以实现比单个传感器更宽的视场。这样的设备每单位时间能生成的像素的数目固有地受限，这是由于单个激光的脉冲重复率上的限制所致。对射束路径的任何变更，无论它是通过镜、棱镜还是设备的致动，其都实现更大的覆盖面积，以减小的点云密度为代价。

如以上所指出的，3D点云系统以若干配置而存在。然而，在许多应用中，通过宽视场来查看是必要的。例如，在自主载具应用中，垂直视场应当向下尽可能靠近地延伸，以看到载具前方的地面。另外，在汽车进入道路中的凹陷处的情况下，垂直视场应当在水平线以上延伸。另外，有必要具有在现实世界中的动作发生与对那些动作的成像之间的最小延迟。在一些示例中，合期望的是每秒提供至少五次完整的图像更新。为了解决这些要求，已经开发了3D LIDAR系统，其包括多个激光发射器和检测器的阵列。该系统在2011年6月28日所发布的专利号为7,969,558的美国专利中被描述，所述专利的主题通过引用以其全部被并入本文中。