CN110121658A - Lidar系统 - Google Patents

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Abstract

一种发射激光脉冲串的LIDAR系统，其中每个脉冲串具有至少一对脉冲。每对脉冲中的脉冲间隔一段时间间隔，该时间间隔具有可变的持续时间，以减少串扰的影响。例如，某些实施例可以具有顺序使用的多个发射器/传感器信道，并且每个信道可以针对脉冲间间隔使用不同的持续时间以减少信道之间的串扰的影响。所述持续时间也可以随时间变化。发射器和传感器物理地被布置成二维阵列以实现相对精细的竖直间距。阵列具有使用六边形封装布置的交错的行。这些信道按顺序使用，该顺序被选择以最大化连续使用的信道之间的间隔，从而进一步减少信道间串扰的可能性。

Description

LIDAR系统
相关申请的交叉引用
本专利申请是2017年4月13日提交的编号为15/487,171的美国申请的PCT国际申请，该专利申请要求2016年12月30日提交的编号为62/440,730、名称为“LIDAR系统”的美国临时专利申请的优先权，上述所有文件通过引用整体并入本文并用于所有目的。
背景技术
术语“LIDAR”是指通过发射光并测量光的反射特性来测量可见表面的距离的技术。该术语是单词“光”和“雷达”的一部分的组合，尽管该术语通常被认为是“激光探测及测距”的首字母缩写。如本文所使用的那样，术语“LIDAR”是指基于确定光在测量设备与一个或多个目标点之间的传播时间的距离测量技术。
LIDAR系统通常具有至少一个光发射器和对应的光传感器。光发射器可以包括激光器(例如注入激光二极管(ILD))，其在物体或表面的方向上引导高度相干的光。光传感器可以包括光电探测器(例如光电倍增管或雪崩光电二极管(APD))，其将光强度转换成相应的电信号。诸如透镜或反射镜的光学元件可以用在光传输和接收路径中以聚焦和引导光。
LIDAR系统具有信号处理部件，所述信号处理部件分析反射光信号以确定到发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光发射器行进到该表面并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的传播时间。然后基于飞行时间和已知的光速计算距离。
一些LIDAR设备可以测量某个场景中多个表面点的距离。对于每个表面点，LIDAR系统可以确定表面点的距离及其相对于设备的角度方向。该能力可用于创建包括多个表面点的三维坐标的点云。
为了测量多个表面点的坐标，LIDAR系统可以使用多个激光发射器和/或多个光传感器。或者，LIDAR系统可以物理地移动一个或多个激光器和/或检测器以扫描某个场景，同时重复地测量不同的表面点。
LIDAR系统已被用于为自动驾驶车辆中的引导、导航和控制系统提供信息。在诸如此类的系统中，一个或多个LIDAR设备被配置为产生指示车辆周围的可见表面点的3D坐标的表面地图。引导、导航和控制系统分析该数据以识别障碍物、执行避障以及确定期望的行进路径。
附图说明
参考附图进行详细描述。在附图中，附图标记最左边的数字表示首次出现该附图标记的附图。不同附图中使用的相同附图标记表示类似或相同的部件或特征。
图1A和图1B是示例旋转LIDAR组件的截面透视图。
图2是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例性光传感器的代表性顶视图。
图3是示例光传感器的代表性顶视图，其示出了示例封装布置。
图4是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例激光光源的代表性顶视图。
图5是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例激光光源的透视图。
图6是示出在一些示例中可以与LIDAR测量信道结合使用的高级部件的框图。
图7是示出可以生成或接收在LIDAR测量信道中的示例波形的图表。
图8A是可以在测量信道中使用以生成一对激光脉冲的示例电路的示意图。
图8B是可以在测量信道中使用以激发激光发射器的触发电路的示意图。
图9是可以在测量信道中使用以生成单个激光脉冲的示例电路的示意图。
图10是激光发射器的示例阵列及其与不同充电库的关联的代表性视图。
图11是示出传感器元件的示例阵列及其与不同ADC(模拟-数字转换器)组的关联的框图。
图12是示出示例测量信道序列的图表。
图13是用于说明信道顺序的示例测量信道阵列的代表性视图。
图14是示出执行距离测量的示例方法的流程图。
具体实施方式
本文描述了一种用于确定某个场景内的可见表面的实时坐标的装置和相关技术。该装置和技术可用于各种类型的视觉系统中，以产生指示从装置的视角可见的表面的三维(3D)坐标的点云。作为示例，该装置和技术可以由诸如汽车、飞机、轮船等的自动驾驶车辆的引导、导航和控制系统使用。该装置和技术还可以用于需要实时、多点、扫描性距离测量的其他应用中(例如机器人、有人车辆和计算机视觉系统)。
该装置包括可旋转底架，所述可旋转底架容纳用于实现LIDAR距离测量系统的部件。在所描述的实施例中，底架围绕竖直旋转轴线旋转以在某个场景上水平地扫描，尽管在其他实施例中底架可以非竖直地对准。
该装置具有一个或多个透镜，所述一个或多个透镜限定装置周围的场景的整体视场。当底架旋转时，视场在场景中移动或扫描。
该装置具有多个激光发射器，所述多个激光发射器定位在底架内以通过所述一个或多个透镜向外投射激光。该装置还具有多个光传感器元件，使得任何特定发射器发出的光被反射通过所述一个或多个透镜到达相应的传感器元件。出于讨论的目的，术语“信道”在本文中用于指代单个激光发射器、对应的传感器元件以及与发射器和传感器元件相关联的电路。
在一些示例中，激光发射器和传感器元件可以相对于装置的整个视场具有类似或相同的物理布置或布局。例如，传感器元件可以被布置在具有x轴以及正交的y轴的传感器图像框架内，所述x轴是在底架旋转时沿其扫描场景的轴线。在所示的旋转轴线竖直对准的实施例中，x轴对应于场景的水平轴线，y轴对应于场景的竖直轴线。
在一些示例中，传感器元件被布置为一系列交错的行，这些行从x轴稍微倾斜。该布局的二维特性允许光电二极管具有对应于y轴间距的有效分辨率，该间距小于传感器部件本身的直径并且小于线性布置可能具有的间距。
在一些示例中，选择从x轴倾斜的量，使得传感器元件相对于传感器图像框架的y轴具有均匀的间隔或间距。在其他示例中，激光器和/或传感器元件的y轴间隔可以是不均匀的。
在一些示例中，激光发射器被类似地布置在发射器图像框架内。发射器图像框架具有x轴(在本文中也称为扫描轴线)，其对应于传感器框架的x轴。发射器图像框架具有对应于传感器框架的y轴的y轴。所述一个或多个透镜将发射器产生的光从发射器图像框架向外引导到所述一个或多个透镜的视场中。
所述一个或多个透镜被配置成使得从相对于发射器框架处于特定x-y位置的激光发射器发出的光沿相应的方向被向外引导。从相同方向接收的光被所述一个或多个透镜向内引导到相应的传感器元件，该传感器元件相对于传感器框架处于相同的x-y位置。
在所示的示例中，传感器元件安装在单个平面印刷电路板上。然而，激光发射器安装在多个印刷电路板上。每个发射器板支撑相应的一行激光发射器，并且激光发射器安装在板的边缘上以指向所述一个或多个透镜。发射器板的边缘是弯曲的，并且发射器板相对于彼此向内倾斜，使得激光发射器与透镜入射光瞳都是等距的，并且都被引导会聚在透镜入射光瞳处。
测量信道被单独地并按顺序使用以进行单独的距离测量。对于每个距离测量，信道的激光发射器发射一个或多个脉冲，并且信道的传感器元件感测返回反射。传感器元件产生表示反射光随时间变化的强度的返回信号。
在所描述的实施例中，信道的激光发射器发射一个或多个紧密间隔脉冲的脉冲串。当发射的脉冲串击中物体并被反射时，返回信号包括形状类似于发射的脉冲的脉冲的脉冲串，其相对于发射的脉冲串延迟。然后计算发射脉冲串和返回脉冲串之间的时间延迟。在一个实施例中，在返回信号和参考信号之间执行互相关以确定时间延迟。识别自相关的最高峰值，并且将最高峰值的定时视为指示发射脉冲串的往返传播时间。然后基于传播时间计算距离。
在一个实施例中，脉冲在时间上彼此间隔一个时间间隔，该时间间隔的持续时间可以随时间变化和在信道之间变化，以减少串扰的影响。例如，当传感器元件接收由不同信道的发射器发射的光的反射时，或者当传感器元件接收从另一个LIDAR装置发射的光时，可能发生串扰。改变脉冲间隔减少了不同光发射之间的模糊性，使得互相关固有地趋于掩盖其间隔不同于最初发射脉冲串的间隔的反射脉冲串。间隔可以在不同的信道上变化，并且对于单个信道也可以随时间变化。例如，每个信道的脉冲间隔可以随底架的每次旋转随机改变。
在一些实施例中，除了改变脉冲之间的间隔之外或作为改变脉冲之间的间隔的替代，还可以改变脉冲串内和/或脉冲串之间的脉冲大小，并且互相关可以用于确定发射脉冲串和相应的返回脉冲串之间的时间延迟。
在某些实施例中，以预定顺序使用信道，其速率使得每个信道测量在前一信道发射的激光脉冲串的最大预期飞行时间期间启动。因此，在任何给定时间，两个(或可能更多)激光脉冲串可以“处于飞行状态”。
在所示示例中使用两个ADC(模拟数字转换器)来数字化由光电二极管产生的信号。ADC以交替顺序使用，因此特定ADC将每隔一个的激光发射数字化。例如，来自第一激光脉冲串的反射由第一ADC数字化，来自第二激光脉冲串的反射由第二ADC数字化，来自第三激光脉冲串的反射由第一ADC数字化，来自第四激光脉冲串的反射由第二ADC数字化，依此类推。在两个激光脉冲串可以在任何给定时间处于飞行状态的实施例中，可以使用两个ADC。在多个激光脉冲串可以同时处于飞行状态的其他示例中，可以使用额外的ADC。
每个激光发射器可以与一对电容器相关联，所述电容器用于为相应的单个激光脉冲串生成两个能量脉冲。每对电容器通过常规升压电路共同充电，并使用一对FET(场效应晶体管)分别放电到相应的激光发射器中。在某些实施例中，这些FET可以包括增强型GaN(氮化镓)FET，也称为eGaN FET。在激光脉冲串包括多于两个脉冲的实施例中，可以使用多于两个电容器来提供多个能量脉冲串以多次激发激光发射器。
信道被划分到多个充电库中。在所描述的实施例中，信道被划分到两个充电库中。对应于一个充电库的激光发射器的电容器被充电，同时另一个充电库的激光发射器被激发。这允许第一组信道以高速率使用，同时允许每个信道的电容器可以以低得多的速率充电。
选择信道顺序以最大化连续激发的激光发射器之间的物理距离，以便进一步最小化信道间串扰的可能性。信道顺序受制于以下约束：(a)连续激发的信道与不同的ADC相关联；以及(b)该顺序应该首先重复指定第一充电库的所有信道，然后重复指定第二充电库的所有信道。应当注意的是，每个充电库包括两个ADC组的信道。
图1A和图1B示出了可用作LIDAR传感器设备或系统的一部分的可旋转传感器组件100的示例配置。
传感器组件100包括围绕旋转轴线104旋转的底架102。在某些实施例中，所述旋转轴线是竖直的。在其他实施例中，所述旋转轴可以从竖直方向倾斜，或者可以处于适合于使用传感器组件100的特定环境的任何取向。
底架102具有大致关于旋转轴线104对称的外轮廓。底架102具有：下区段106(a)，其具有圆柱形外轮廓；上区段106(b)，其具有圆柱形外轮廓；以及中间区段106(c)，其具有在下区段106(a)的较大直径和上区段106(b)的较小直径之间形成截头圆锥的外轮廓。
上区段106(b)具有形成平坦表面108的切口，该平坦表面108面向相对于底架102的向前方向110(也称为z方向)。平坦表面108具有一个或多个开口以容纳第一透镜112和第二透镜114。第一透镜112和第二透镜114安装成使得它们的光轴大致垂直于旋转轴线104，并且大致平行于向前方向110。实际上，第一透镜112和第二透镜114中的每一个可以具有三个单独的透镜元件，或任何其他数量的透镜元件。在一些实施例中，第一透镜112和第二透镜114可以彼此重叠，其中重叠部分未被使用。
第一透镜112和第二透镜114具有某个场景的共同视场。底架102的旋转使得所述视场在场景上沿扫描方向116(也称为x方向)移动或扫描。在示出的实施例中，其中旋转轴线104是竖直的，扫描方向116是水平的。
底架102具有部分二等分的内壁118，其在底架102的两个侧面中的每一个上形成隔间。在图1A中，传感器隔间120显示在底架102的一侧上。在图1B中，发射器隔间122显示在底架102的另一侧上。传感器隔间120容纳光传感器124。发射器隔间122容纳激光光源126。
第一透镜112大致在传感器隔间120上方并且在光传感器124的前方。第二透镜114大致在发射器隔间122上方并且在激光光源126的前方。
一个或多个反射镜128位于底架102内且位于第一透镜112和第二透镜114后面，以在水平和竖直方向之间重定向发射和接收的光。接收的光通常从第一透镜112大致水平地进入底架，并且被所述一个或多个反射镜128向下朝向光传感器124重定向。激光光源126沿向上方向发射激光。发射的光照射到所述一个或多个反射镜128上并且通过第二透镜114在向前方向110上水平向外重定向。
第一透镜112将图像投射到光传感器124的传感器框架130上。传感器框架130是具有x轴134的区域，所述x轴134与扫描方向116光学对应。当底架102旋转时，场景的图像沿着传感器框架130的x轴134扫描。因此，传感器框架130的x轴有时可被称为传感器框架130的扫描轴线。在所示的旋转轴线104竖直的取向中，所述x轴134在光学上对应于投射图像的水平方向。
传感器框架130具有垂直于x轴的y轴136。在所示的旋转轴线104竖直的取向中，传感器框架130的y轴136在光学上对应于投射图像的竖直方向。
光源126的发射器框架132内的激光发射器将激光通过第二透镜114投射到场景中。发射器框架132具有x轴138(也称为扫描轴线)，其在光学上对应于扫描方向116。当底架102旋转时，投射的光在扫描方向116上扫描。发射器框架132具有垂直于x轴138的y轴140。在图示的旋转轴线104竖直的取向中，发射器框架132的x轴138在光学上对应于激光被投射到其中的场景的水平方向。发射器框架132的y轴140在光学上对应于激光被投射到其中的场景的竖直方向。
通常，激光光源126具有一个或多个激光发射器，光传感器124具有一个或多个对应的传感器元件。每个激光发射器对应于相应的传感器元件，并且包括发射器和相应传感器元件的对被称为信道。术语“信道”还可以包括与发射器/传感器对相关联的支持电路。如下所述，信道用于发射激光脉冲串并测量脉冲串反射的特性。
本文描述的示例包括38个测量信道，并且因此包括38个激光发射器和38个分别对应的光传感器。取决于期望的传感器分辨率和覆盖角度，不同的实施例可以使用不同数量的信道，其中覆盖角度对应于相对于地平线的视场。
图2示出了关于光传感器124的进一步细节。光传感器124包括单个传感器元件202形成的阵列。在某些实施例中，传感器元件202包括雪崩光电二极管(APD)。
传感器元件202安装在平面印刷电路板204上。传感器元件202定位在传感器框架130内，传感器框架130是第一透镜112将外部场景的图像投射在其中的区域。图2示出了x轴134，所述x轴是与底架102相对于场景的扫描方向116对应的轴。x轴134(在本文中也称为扫描轴线)表示当底架102旋转时场景的图像沿其平移的轴线。
传感器元件202被布置成多个平行的行，其中交替的行交错排列以实现更高的封装密度。每一行沿着相对于x轴134成角度的线延伸，使得每个传感器元件202相对于y轴136处于不同的高度，其中y轴136与扫描轴线134正交。
图2示出了一行传感器元件202沿其延伸的线206。线206相对于x轴134成角度208。在所示的行间距下，角度208导致每个传感器元件202具有唯一的y轴位置或高度。另外，传感器元件202具有均匀的y轴间距。
图3示出了关于如何封装传感器元件202以获得相对高的封装密度和相应的精细y轴间距的进一步细节。在图3中，与每个传感器元件202相关联的区域被示为六边形302，并且六边形302被封装成使得它们彼此紧邻。这被称为六边形封装。每个六边形302表示由传感器元件202和可能位于传感器元件202附近的任何相关电路占据的区域。
在一个实施例中，每个传感器元件及其相关电路占据允许6毫米的传感器到传感器间距的区域。在该传感器到传感器间距下以及使用焦距为106毫米的透镜的情况下，角度208是0.5度。这产生0.86毫米的y轴间距。可以改变所示的布置，例如通过改变传感器元件202的数量以及改变角度208以获得期望的y轴分布。另外，尽管所示的布置大致适合于正方形或圆形，但是可以使用其他布置，包括非对称布置。
图4示出了关于激光光源126的示例实施例的细节。激光光源126包括与图2的传感器相同地布置的多个单独的激光发射器402。在所述实施例中，激光发射器402包括注入激光二极管(ILD)。
激光发射器402定位在发射器框架132内，发射器框架132是第二透镜114从其投射的区域。图4示出了x轴138，所述x轴是与底架102相对于场景的扫描方向116对应的轴。
激光发射器402被布置成多个平行的行，其中交替的行交错排列以实现更高的封装密度。每行沿着相对于x轴138成角度的线延伸，使得每个激光发射器402相对于y轴140处于不同的高度，其中y轴140与扫描轴线138正交。
图4示出了一行激光发射器402沿其延伸的线404。线404相对于x轴138成角度406。在所示的行间距下，角度406导致每个激光发射器402具有唯一的y轴位置或高度。另外，激光发射器402具有均匀的y轴间距。
在该示例中，激光发射器402被布置成与传感器元件202具有相同的间距，并且角度406等于角度208。然而，在其他示例中，激光发射器402的间距和/或偏移角可以与用于传感器元件202的那些不同。
激光发射器402沿着印刷电路板408(也称为发射器板408)的边缘安装，每个发射器板408用于定位激光发射器402的相应行。
在某些实施例中，快轴准直器(FAC)透镜(未示出)定位在每个激光发射器402的前面，以便减小发射器402的快轴的发散并使快轴的发散与传感器组件100的光学扩展量相匹配。这有助于提高吞吐量并减少像散，从而改善图像质量。
图5示出了激光光源126和发射器板408的进一步细节。如图所示，激光发射器402沿发射器板408的上边缘502安装。发射器板408和上边缘502配置成沿着假想球体定位激光发射器402，使得所有激光发射器402与第二透镜114的入射光瞳在光学上等距。
更具体地，每个上边缘502具有凹曲线，所述凹曲线的半径等于激光发射器402与第二透镜114的入射光瞳之间的光学距离。板408相对于彼此向内倾斜以便引导激光发射器402朝向透镜入射光瞳。每个激光发射器402垂直于弯曲的上边缘502对准，使得发射的激光会聚在第二透镜114的入射光瞳处。这种对准简化了第二透镜114的设计。特别地，这确保了每个信道之间的一致性，使得在许多情况下，可能不需要(a)信道特定校准和/或(b)复杂透镜结构来考虑不同的路径长度。
在其他实施例中，激光发射器402可以定位在单个平面中，同时仍然对准成发射光会聚在第二透镜114的入射光瞳处。
如上所述，测量信道包括激光发射器402、位于光学对应位置的传感器元件202和相关电路。在操作中，测量信道被顺序激活或使用以确定场景点的距离。为了执行距离测量，信道的激光发射器402被激活以产生光脉冲的短脉冲串。脉冲串从场景的表面点反射，并由信道的相应传感器元件202接收。然后分析接收的脉冲串与发射的脉冲串的时间关系，以确定组件100与表面点之间的距离，该过程将在下面更详细地描述。信道以特定的预定顺序被使用，以适应充电、适应对有限数量的ADC(模拟-数字)部件的共享使用以及最小化信道之间串扰的可能性。
图6示出了LIDAR距离测量系统600的逻辑元件，所述LIDAR距离测量系统600可以用于使用或结合如上所述的激光器/传感器装置来执行距离或范围测量。图6示出了共享控制部件以及专用于单个测量信道的元件。
测量信道包括一个激光发射器402和一个对应的传感器元件202。对于单个距离测量，控制激光发射器402以通过第二透镜114沿着向外路径602发射激光脉冲的脉冲串。脉冲串被场景的表面604沿着返回路径606反射，穿过透镜112，并进入传感器元件202。
设计第二透镜114，使得从发射器框架132内不同物理位置处的激光发射器402发出的光束被以不同角度向外引导。具体地，第二透镜114被设计成在相应且唯一的方向上引导特定信道的激光发射器402发出的光。设计第一透镜112，使得信道的相应传感器元件202接收来自相同方向的反射光。
系统600具有控制器608，所述控制器608实现多个信道的控制和分析逻辑。控制器608可以部分地由FPGA(现场可编程门阵列)、微处理器、DSP(数字信号处理器)或这些以及其他控制和处理元件中的一个或多个的组合来实现，并且可以具有用于存储相关程序和数据的相关内存。
为了使用单个信道启动单个距离测量，控制器608生成触发信号610。触发信号610由脉冲生成器612接收。响应于接收到触发信号610，脉冲生成器612生成脉冲串信号614。脉冲串信号614包括一对连续脉冲，其指示激光发射器402应被激活或接通的时间。激活或接通发射器可以被称为“激发”发射器。每个发射器被激发以产生具有短持续时间的光脉冲。
在某些实施例中，脉冲的上升沿可用于指示激光发射器402应被激活或接通的时间。如图6所示，脉冲生成器612的功能在实际实施方式中可以由控制器608执行。
脉冲串信号614由电容驱动器616接收。电容驱动器616作为响应提供发射器驱动信号618。发射器驱动信号618包括一对顺序能量脉冲，其在时间上对应于脉冲串信号614的脉冲。发射器驱动信号618连接到激光发射器402以激发激光发射器402并产生激光脉冲。
假设发射的激光从表面604反射，传感器元件202接收反射光并产生返回信号620。返回信号620大致具有与发射器驱动信号618相同的形状，尽管由于噪声、干扰、不同发射器/传感器对之间的串扰、来自其他LIDAR设备的干扰信号等，它可能在一定程度上有所不同。返回信号620还将相对于发射器驱动信号618延迟与发射的激光脉冲串的往返传播时间相对应的量。
ADC(模拟-数字转换器)622接收并数字化返回信号620以产生数字化返回信号624。数字化返回信号624是指示返回信号620的大小随时间变化的数字值流。应当注意的是，ADC 622是共享部件，并且用于在不同时间数字化由多个不同传感器元件202提供的信号。
延迟计算器626接收数字化返回信号624并计算从激光发射器402发射的光脉冲和在传感器元件202处接收的光脉冲之间的相位差或时移。在所述实施例中，延迟计算器包括互相关部件(在本文中也称为互相关器626)，其执行数字化返回信号624和参考波形628之间的互相关，以产生互相关信号630。确定相位差的其他方法(例如，直接的峰到峰测量)可以用在其他实施例中。如图6中所示，延迟计算器626的功能可以由控制器608执行。
参考波形628呈现由激光发射器402实际发射的光的定时和强度。在某些实施例中，可以在校准周期期间获得参考波形628。例如，在一些实施例中，可以存在激光发射器的输出瞄准在其上的参考表面。在一些情况下，参考表面可以包括底架102的支撑结构的一部分，并且可以与第一透镜112和第二透镜114处于已知的相对小的距离。当激光发射器402的输出指向参考表面时，电容驱动器616驱动激光发射器402产生输出脉冲串。然后，传感器元件202和ADC 622用于捕获对应于从参考表面反射的光的波形。该捕获的波形可以用作参考波形628。参考波形628可以针对每个信道唯一地捕获，可以存储并用于多个后续测量，并且可以随时间更新以考虑热漂移和/或其他变量。在一些实施例中，参考波形628可以在底架的每次旋转中至少更新一次。
在其他实施例中，可以使用位于底架102内部或外部的一个或多个不同传感器在激光发射器402的一个或多个校准发射期间捕获参考波形628。此外，可以进行多次读数并对其进行平均以产生参考波形628。
控制器608接收互相关信号630并分析互相关信号630以找到其最高峰值，所述最高峰值指示从激光发射器402发射的光脉冲和在传感器元件202处接收的光脉冲之间的相位差或时移。
应当注意的是，为了描述一般特性，图6以简化的方式示出了逻辑部件和信号。在实际实现中，可以生成和使用各种不同类型的信号，以便激发激光发射器402并测量激光发射器的输出和由传感器元件202感测的反射光之间的相位差。
图7示出了发射光脉冲、反射光脉冲以及发射光脉冲和反射光脉冲之间的互相关的进一步的一般特征。图7示出了表示由激光发射器402发射的光的定时和强度的第一波形702(例如可以由图6的参考波形628指示)。用于单个距离测量的光作为多个脉冲的序列或脉冲串(在该示例中包括一对脉冲704(a)和704(b)，每个脉冲具有大约5到50纳秒的宽度)被发射。然而，在其他示例中，可以使用具有多于两个持续时间更长或更短的脉冲的脉冲序列或脉冲串。在所示的示例中，该对脉冲彼此间隔开具有持续时间t1的时间间隔。在一个实施例中，每个脉冲具有在20和50纳秒之间变化的时间间隔持续时间。脉冲通过电容器经由激光发射器的放电生成，因此具有高斯形状。
脉冲704间隔的时间间隔持续时间t1对于不同的生成脉冲串是不同的，并且由控制器608建立。例如，由不同信道产生的脉冲串可以使用不同的时间间隔持续时间，并且可以针对底架102的每次旋转改变持续时间。在一些情况下，用于脉冲间间隔的时间间隔持续时间可以针对每个信道以及针对底架102的每次旋转随机选择并分配。这可以减少信道之间以及其他LIDAR设备之间的串扰。
图7示出了表示由传感器元件202接收和检测的反射光大小的第二波形706(例如可以由图6的返回信号620指示)。第二波形706具有分别对应于脉冲704(a)和704(b)的一对脉冲708(a)和708(b)。然而，第二波形706的脉冲相对于第一波形702延迟时间t2。第二波形706的脉冲之间的定时关系应该与发射脉冲704的关系相同。
图7示出了表示第一波形702和第二波形706之间的互相关的第三波形710(例如可以由图6的互相关信号630指示)。第三波形710的最高峰值712在时间上对应于t2，其是第一波形702和第二波形706之间的相位差。
在串扰(例如来自不同信道的返回光信号)的情况下，发射脉冲的可变和/或随机间隔意味着返回信号可能具有不同的脉冲间隔，并且不会像由第三波形710表示的互相关那样强烈相关。这有助于减少信道之间和/或不同LIDAR设备之间的任何串扰的影响。
图8A示出了用于驱动单个激光发射器402、特别是用于在激光发射器402上激发两个短脉冲的脉冲串的示例电路800。在该示例中，激光发射器402包括具有阳极和阴极的注入激光二极管。每个测量信道都具有电路800的实例。应当注意的是，尽管该示例中的电路800被配置为产生两个脉冲，但是电路800可以被扩展以产生任何数量的脉冲，并且还可以被修改以仅产生单个脉冲。
电路800具有包括电感器802和晶体管804的电感升压充电区段。在某些实施例中，晶体管804包括FET(场效应晶体管)或增强型GaN FET(氮化镓场效应晶体管)，所述增强型GaN FET被称为eGaN FET。电感器802的第一端子连接到电源806，电源806具有相对于接地参考808的正电压。例如，电源806可以是5伏DC(直流)电压源。电感器的第二端子连接到晶体管804的漏极。晶体管804的源极连接到接地参考808。
电路800具有第一和第二储能电容器810(a)和810(b)，所述第一和第二储能电容器810(a)和810(b)在一些实施例中可以包括非极化陶瓷电容器。出于讨论的目的，这些电容器中的每一个被标记为具有“A”端子和“B”端子。在电路工作期间，A端子相对于B端子正向充电。
储能电容器810(a)和810(b)通过相应的阻塞二极管812(a)和812(b)连接到电感器802的第二端子，以由电感器802提供的电流充电。具体地，阻塞二极管812(a)和812(b)的阳极连接到电感器802的第二端子。阻塞二极管812(a)的阴极连接到第一储能电容器810(a)的A端子。阻塞二极管812(b)的阴极连接到第二储能电容器810(b)的A端子。
电容器810(a)和810(b)的B端子共同连接到激光发射器402的阴极。
应当注意的是，在一些情况下，由电容器810(a)和810(b)中的每一个表示的电容可以由多个并联电容器提供。
第一和第二晶体管814(a)和814(b)分别与第一和第二储能电容器810(a)和810(b)相关联。在所描述的实施例中，晶体管814(a)和814(b)中的每一个包括FET，并且在一些实施例中可以包括GaN FET。第一晶体管814(a)的漏极连接到第一储能电容器810(a)的A端子。第二晶体管814(b)的漏极连接到第二储能电容器810(b)的A端子。第一和第二晶体管814(a)和814(b)的源极连接到接地参考808。激光发射器402的阳极也连接到接地参考808。
电路800还可以具有一个或多个回程二极管816。每个回程二极管816的阳极连接到激光发射器402的阴极。每个回程二极管816的阴极连接到激光发射器402的阳极和接地参考808。回程二极管限制可以在激光发射器402的阳极处感应的负电压。
在操作中，晶体管804的栅极连接到充电信号818。当充电信号818导通晶体管804时，电流从电源806流过电感器802，流过晶体管804，并流到接地参考808。
当通过电感器802的电流接近电感器802的饱和点时，晶体管804截止，然后电感器电流流到电容器810并相对于B端子对A端子正向充电。电容器810充电的相对电压在本文中将被称为充电电压。
在所描述的实施例中，晶体管804导通大约2微秒。当晶体管804截止时，电容器810大约需要500纳秒充电。因此，总充电时间为2.5微秒或更长。
第一晶体管814(a)的栅极连接到第一触发信号820(a)，第一触发信号820(a)用于在激光发射器402发射第一脉冲时导通第一晶体管814(a)。导通第一晶体管814(a)使A端子处的电压几乎降低到接地参考电压808的电压，并且因此还使B端子的电压降低大约等于充电电压的量。因此，激光发射器402的阴极现在将相对于阳极处于负电位，并且电容器存储的能量通过激光发射器402放电。通过激光发射器402产生的电流使得激光发射器402发射光。
第二晶体管814(b)的栅极连接到第二触发信号820(b)。第二触发信号820(b)用于使第二电容器810(b)通过激光发射器402放电，以便产生第二脉冲。
在操作中，第一晶体管814(a)导通以启动激光脉冲串的第一脉冲，并且第二晶体管814(b)不久之后导通以启动第二脉冲。
尽管电路800被示为使用用于晶体管814的n型或增强型GaN FET，但是也可以使用采用p型或耗尽型GaN FET的类似电路。此外，该电路可以扩展以支持生成任意数量的脉冲，用于顺序地激发任何数量的激光发射器。
在一些实施例中，可以添加缓冲器以减少由于寄生电容和电感而可能发生的驱动电流中的电压振荡。如果允许发生这样的振荡，则可能需要在激发激光发射器402之前等待它们平息。缓冲器可以包括串联连接在电感器802的第二端子和接地参考808之间的电阻器822和电容器824，以抑制电感器802的第二端子处的任何电压和电流振荡。
可以修改电路800以产生任何数量的激光脉冲(包括单个脉冲或多于两个脉冲)。在图8A中使用虚线来指示第一和第二激发电路826(a)和826(b)的部件。可以根据需要复制这些激发电路以产生任意数量的脉冲。为了产生单个驱动脉冲，可以使用单个激发电路826。为了产生三个驱动脉冲，可以使用三个激发电路826，每个激发电路连接到电感器802和发射器402，如图8A所示。
图8B示出了可以在诸如图8A中所示的激发电路826的一些实施例中使用的附加元件。
与晶体管814及其相关部件和互连相关联的寄生电容和电感在某些情况下可能限制由激发电路826生成的脉冲的短度，并且该短度可能被期望以产生比其他可能的更短的脉冲。在这些情况下，可以在储能电容器810的A端子和晶体管814的漏极之间串联地放置相对小的电阻828。结合寄生电容和电感，电阻828产生谐振，使得电容器810的A端子处的电压振荡以产生比其它情况下更短的初始电流脉冲。在一些实施例中，还可以在电容器810的A端子和接地参考808之间添加电容830，以增强或进一步调谐该效果。在一些实施例中，可以类似地在电容器810的B端子和接地参考808之间添加电容832，以进一步增强该效果。基于特定实施方式的特征计算或确定的所添加的电阻和电容的值，以便实现期望的初始脉冲持续时间。
在一些情况下，晶体管814可以被复制，使得两个这样的晶体管并联使用以驱动来自储能电容器810的电流。并联使用两个晶体管可以减小寄生电感和电容的影响。
图9示出了用于驱动激光发射器402的另一示例电路900。然而，在该示例中，电路900仅提供单个发射光脉冲而不是多个脉冲。诸如此类的电路可以用在其中使用单个激光脉冲而不是多脉冲脉冲串执行每个距离测量的实施例中。
电路900具有电感升压充电区段，所述电感升压充电区段包括电感器902和晶体管904。晶体管904可以包括FET或eGaN FET。电感器902的第一端子连接到电源906，电源906具有相对于接地参考908的正电压。例如，电源906可以是5伏DC(直流)电压源。电感器的第二端子连接到晶体管904的漏极。晶体管904的源极连接到接地参考908。
电路900具有储能电容器910。储能电容器910被标记为具有“A”和“B”端子。在电路工作期间，A端子相对于B端子正向充电。
储能电容器910通过二极管912连接到电感器902的第二端子，以由电感器902提供的电流充电。具体地，二极管912的阳极连接到电感器902的第二端子。二极管912的阴极连接到储能电容器910的A端子。电容器910的B端子连接到接地参考908。
激光发射器402的阳极连接到储能电容器910的A端子。晶体管914连接在激光发射器402的阴极和接地参考908之间。具体地，晶体管914的漏极连接到激光发射器402的阴极，晶体管的漏极连接到接地参考908。
在操作中，晶体管904的栅极连接到充电信号916。当充电信号916导通晶体管904时，电流从电源906流过电感器902，流过晶体管904，并流到接地参考908。
当通过电感器902的电流接近电感器902的饱和点时，晶体管904截止，然后电感器电流流到电容器910，从而相对于B端子对A端子充电。
晶体管914的栅极连接到触发信号918，触发信号918用于在适当的时间导通晶体管914以从激光发射器402发射脉冲。导通晶体管914导致由储能电容器910存储的能量通过激光发射器402释放。
在该实施例中，晶体管914包括n型增强型GaN FET，但是类似的电路可以实施为与p型耗尽型GaN FET一起使用，或者与任何其他类型的FET一起使用。
图10示出了充电库的概念。在某些实施例中，测量信道被分隔到或分配给不同的充电库。所描述的实施例使用两个充电库，但是不同的实施例可以使用不同数量的充电库。
在所描述的实施例中，每个信道被分配给两个充电库中的一个或另一个。与单个充电库的所有发射器相关联的电容器的充电同时进行。在首先对与第一充电库的发射器相关联的电容器充电并随后对与第二充电库的发射器相关联的电容器充电的重复循环中进行充电。当库正在被充电时，另一个库的信道用于距离测量。
在所示实施例中，信道的交替行(由图10中的信道的激光发射器402表示)分别分配给第一和第二充电库1002(a)和1002(b)。在所示的示例中，从上到下，第一、第三、第五和第七行属于第一充电库1002(a)。第二、第四和第六行属于第二充电库1002(b)。
在操作期间，与第一充电库1002(a)的激光发射器402相关联的存储电容器810同时被充电，而与第二充电库1002(b)的激光发射器402相关联的存储电容器810用于产生激光脉冲。随后，与第二充电库1002(b)的激光发射器402相关联的存储电容器810同时被充电，而与第一充电库1002(a)的激光发射器402相关联的存储电容器810用于产生激光脉冲。该序列被连续地重复，其中一个库被充电而另一个库被激发。
图11示出了ADC组的概念。在所描述的实施例中，两个ADC用于数字化由光传感器124的38个传感器元件产生的信号。为了实现这一点，传感器元件中的一半(其被称为第一ADC组1102(a))发出的信号被多路复用到第一ADC 622(a)。传感器元件中的另一半(其被称为第二ADC组1102(b))发出的信号被多路复用到第二ADC 622(b)。在该示例中，第一ADC组1102(a)包括在光传感器124的左侧(如图所示)的传感器元件，并且第二ADC组1102(b)包括在光传感器124的右侧(如图所示)的传感器元件。因此，第一ADC组1102(a)包括与第一充电库1002(a)和第二充电库1002(b)两者的信道相对应的信道。类似地，第二ADC组1102(b)包括与第一充电库1002(a)和第二充电库1002(b)两者的信道相对应的信道。应当注意的是，在各种实施例中可以使用信道到ADC组的不同映射。
在一些实施例中，可以使用产生不同波长的光的激光发射器，以减少连续使用的信道之间的串扰。例如，激光发射器中的一些可以发射905纳米的光，而激光发射器中的另一些可以发射1064纳米的光。然后可以交替使用不同波长的激光发射器，使得发射的光在905纳米和1064纳米之间交替。光传感器可以类似地配置为对相应波长敏感并过滤其他波长。
图12示出了如何以预定序列使用不同定位的测量信道的示例，该预定序列适应充电库和ADC组的存在。
其中示出了水平时间线1202，沿着该水平时间线1202从左到右时间增加。垂直箭头1204用于指示来自不同信道的激光脉冲串。图12示出了单个循环，其中所有信道以有序序列被激活一次。在设备操作期间该循环被连续重复。
每个向上的箭头1204表示来自第一ADC组1102(a)的信道的脉冲串。每个向下的箭头1204表示来自第二ADC组1102(b)的信道的脉冲串。如图所示，有序序列指定交替地来自第一ADC组和第二ADC组的信道。
每个脉冲串之后是观察时段，其由虚线矩形区域1206表示。观察时段是发射的脉冲串向外行进并向内朝向设备反射回来的最大预期传播时间，在此期间监测传感器元件(感测到的)的反射。在所描述的实施例中，观察时段约为1毫秒，这是发射的光脉冲传播到140米远的表面并从其返回的足够时间。
图12示出了以导致重叠观察时段1206的速率使用信道。这意味着由相应测量信道产生的多达两个激光脉冲串可以在任何给定时间“处于飞行状态”。两个ADC 622(a)和622(b)用于在这些重叠观察时段感测反射光。
当第一ADC组的信道发射激光脉冲串时，该信道的传感器元件通过多路复用器1104(a)连接到第一ADC 622(a)，并且第一ADC 622(a)用于数字化由传感器元件生成的信号。该连接在接下来的观察时段1206中被维持。然而，在该观察时段期间，第二ADC组的信道发射另一个激光脉冲串。该第二激光脉冲串之后是相应的观察时段，在该观察时段期间，第二ADC组信道的传感器元件通过多路复用器1104(b)连接到第二ADC 622(b)。
总而言之，激光脉冲串以一定速率发生，使得在任何给定时间两个激光脉冲串可以处于飞行状态。第一ADC 622(a)用于数字化来自处于飞行状态的激光脉冲串中的一个的返回信号，第二ADC 622(b)用于数字化来自处于飞行状态的激光脉冲串中的另一个的返回信号。当发射第三脉冲串时，第一ADC 622(a)用于数字化来自第三处于飞行状态的激光脉冲串的返回信号。
图12示出了有序序列首先包括第一充电库1002(a)的所有信道，接着是第二充电库1002(b)的所有信道。
图13示出了在上述信道配置的上下文中的信道的有序序列的具体示例。大体上，期望选择在连续使用的信道之间至少提供最小程度的物理间隔的信道顺序。这是因为有可能由一个信道发射的脉冲串会被紧密相邻的信道接收和检测。
因此，增加连续使用的信道之间的物理距离降低了信道之间串扰的可能性。但是，信道顺序也受ADC组和充电库的性质的约束。具体而言，信道顺序受制于以下约束：(a)连续使用的信道需要来自不同的ADC组；(b)该顺序必须将第一充电库的所有信道组合在一起，然后是将第二充电库的所有信道组合在一起。
图13示出了使用已经描述的布置的多个信道1302的布局。信道按从上到下的顺序使用数字0-37标记。例如，信道0是最上面的信道，信道1是下一个下部信道，依此类推，继续直到最下面的信道37。
受制于上述约束，优化以下激发顺序以实现连续使用的信道之间的至少最小间隔：
20-16-29-7-32-28-19-6-10-27-31-18-9-5-30-8-21-17-25-11-34-3-26-12-4-33-24-2-37-23-15-1-36-22-14-0-35-13
在该示例中，最小间隔是3。也就是说，连续激发的信道彼此相距至少三个位置。在使用不同数量和/或配置的激光器和检测器的其他示例中，最小间隔可以大于或小于3。
图14示出了将被描述为在具有多个LIDAR测量信道的环境中执行的示例方法1400，所述多个LIDAR测量信道用于执行相应的距离测量。在所述实施例中，每个测量信道包括激光发射器和相应的光传感器。激光发射器和传感器可以如上所述布置或以各种不同方式布置。
动作1402包括将每个信道分配给至少两个充电库中的一个。在所描述的实施例中，信道被划分，使得一些信道属于第一充电组，而一些信道属于第二充电组。第一充电组的所有信道同时被充电，与此同时第二充电组的信道被依次用于距离测量。然后，第二充电组的所有信道同时被充电，与此同时第一充电组的信道被依次用于距离测量。这个循环无限期地重复。
动作1404包括将每个测量信道配置为第一ADC组或第二ADC组的一部分。在所描述的实施例中，信道在组之间平均分配。第一组包括第一ADC用于返回信号数字化的那些信道。第二组包括第二ADC用于返回信号数字化的那些信道。ADC组配置的示例在图11中示出。
动作1406包括选择信道顺序，该信道顺序是测量信道将被用于执行距离测量的顺序或序列。信道顺序包括测量信道的被选择以在彼此时间接近地被使用的信道之间提供尽可能多的物理间隔的有序序列。更具体地，选择有序序列以在连续使用的信道(例如一个紧接着另一个)之间提供尽可能多的物理间隔。
信道顺序受限于某些信道到某些充电库的分配以及某些信道和某些ADC组的配置。具体地，有序序列包括重复循环：(a)第一充电库的所有信道，接着是(b)第二充电库的所有信道。另外，有序序列的信道交替地来自第一ADC组和第二ADC组，以允许在重叠时间段期间使用两个信道。
动作1408包括旋转支撑测量信道的激光发射器和光传感器的底架。在所述实施例中，底架以恒定的旋转速度连续多次旋转。每次旋转都在场景上或穿过场景水平扫地描激光发射器和光传感器。应当注意的是，在其他实施例中，可以以除旋转之外的方式执行对场景的扫描。
针对底架的多次旋转中的每一次旋转执行一组动作1410。
动作1412包括选择每个信道要使用的脉冲间隔。在所描述的实施例中，脉冲间隔被指定为相邻脉冲间隔开的时间段的持续时间。可以针对每个信道随机选择持续时间，并且可以针对底架的每次旋转重新选择持续时间。在其他实施例中，可以针对每个信道选择间隔持续时间，并且可以永久地分配到每个信道或根据定义的脉冲间隔计划分配。在其他实施例中，可以使用单个脉冲而不是多个脉冲的脉冲串进行测量。
动作1414包括分别为每个信道生成参考波形。可以通过在参考表面的方向上从信道的激光发射器发射激光脉冲串来获得单个信道的参考波形。例如，参考表面可以是底架的支撑结构的非旋转部分。激光脉冲串的反射由信道的传感器元件感测，由相关的ADC数字化，并存储以备将来使用。在一些实施例中，可以以这种方式进行多次测量并且平均以产生参考波形。在一些实施例中，可以针对底架的每次旋转重新捕获并更新每个信道的参考波形。
以上面参考动作1406描述的信道顺序对每个测量信道执行一组动作1416。
动作1418包括发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量。每个发射的脉冲串包括在时间上以具有持续时间的时间间隔分隔开的一对光脉冲。动作1418包括根据上述动作1412改变不同的发射光脉冲的脉冲串的时间间隔的持续时间。在一些实施例中，持续时间在不同的测量信道上变化，并且对于每个测量信道重复变化。更具体地，由特定测量信道生成的脉冲串中使用的持续时间针对底架的每次旋转而变化。
在一些实施例中，信道中的每一个可以针对脉冲串脉冲之间的间隔使用不同且唯一的持续时间。在一些实施例中，可以随机选择时间间隔持续时间并将其分配给各个信道。在一些实施例中，可以为每个信道永久地分配唯一的时间间隔持续时间。
在所描述的实施例中，每个脉冲串具有最大预期往返传播时间，该时间是脉冲串传播到最大预期距离处的表面并从其返回所需的时间。信道以重叠和交织方式使用，从而发射第一脉冲串并在第一脉冲串的往返传播时间期间发射第二脉冲串。信道顺序确保诸如此类的重叠脉冲串与不同的ADC相关联。
动作1420包括感测对应于发射光脉冲串的反射光脉冲串。该动作由信道的对应于发射光脉冲串源自的激光发射器的传感器元件执行。该动作包括数字化由传感器元件产生的信号以产生数字化的返回光信号。数字化由与信道相关联的ADC执行。
动作1422包括确定发射脉冲串的传播或飞行时间。在本文描述的某些实施例中，动作1422包括将每个发射脉冲串与对应的反射光脉冲串互相关以确定传播时间。例如，动作1422可以包括针对特定信道计算对应于该信道的参考波形与对应于该信道的反射光信号之间的互相关。动作1422还可以包括寻找互相关的最高峰值并基于最高峰值与参考波形的时间关系确定传播时间。
在本文描述的环境中，上述动作中的任何动作可以至少部分地由图6中引用的控制器608执行、控制或监督。
示例条款
A.一种示例设备，包括：
激光光源，其被配置为发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；
控制逻辑，其通信地耦合到所述激光光源，所述控制逻辑改变不同发射脉冲串的时间间隔的持续时间；
光传感器，其感测分别对应于所述发射脉冲串的反射光脉冲串；以及
分析逻辑，其通信地耦合到所述光传感器，所述分析逻辑分析每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个的互相关以确定传播时间。
B.根据示例A所述的示例设备，还包括：
用于所述激光光源的底架，所述底架可旋转以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；以及
其中，所述控制逻辑被配置为对于所述底架的每次旋转至少使所述时间间隔的所述持续时间改变一次。
C.根据示例A或示例B所述的示例设备，还包括：
电路，其生成第一电脉冲和第二电脉冲以产生光脉冲的第一发射脉冲串，所述电路包括电感器、第一电容器和第二电容器；
所述电感器被连接以并联地对所述第一电容器和所述第二电容器充电；并且
所述第一电容器和所述第二电容器被配置为分别放电以产生所述第一电脉冲和所述第二电脉冲。
D.根据示例C所述的示例设备，其中：
所述激光光源包括激光发射器；
所述第一电容器与所述激光发射器串联；
所述电路还包括第一晶体管，所述第一晶体管被连接以选择性地使所述第一电容器通过所述激光发射器放电；
所述第二电容器与所述激光发射器串联；并且
所述电路还包括第二晶体管，所述第二晶体管被连接以选择性地使所述第二电容器通过所述激光发射器放电。
E.根据示例C或示例D所述的示例设备，其中：
所述第一晶体管包括第一GaN FET(氮化镓场效应晶体管)；并且
所述第二晶体管包括第二GaN FET。
F.一种示例设备，包括：
多个激光发射器；
多个光传感器，其分别对应于所述激光发射器；
多个测量信道，所述多个测量信道以有序序列使用以执行距离测量，每个测量信道包括所述激光发射器中的一个和所述光传感器中的对应的一个，所述测量信道包括第一测量信道和第二测量信道；
控制器，其被配置为执行动作，所述动作包括：
使用所述第一测量信道的第一激光发射器发射光脉冲的第一脉冲串，所述光脉冲的第一脉冲串包括由具有第一持续时间的第一时间间隔分隔开的第一光脉冲集合；
使用所述第二测量信道的第二激光发射器发射光脉冲的第二脉冲串，所述光脉冲的第二脉冲串包括由具有第二持续时间的第二时间间隔分隔开的第二光脉冲集合，所述第二持续时间不同于所述第一持续时间；
使用所述第一测量信道的第一光传感器确定第一反射光信号，所
述第一反射光信号对应于所述光脉冲的第一脉冲串；
使用所述第二测量信道的第二光传感器确定第二反射光信号，所述第二反射光信号对应于所述光脉冲的第二脉冲串；以及
产生所述光脉冲的第一脉冲串与所述第一反射光信号的第一互相关；
分析所述第一互相关以确定所述光脉冲的第一脉冲串的第一传播时间；
产生所述光脉冲的第二脉冲串与所述第二反射光信号的第二互相关；以及
分析所述第二互相关以确定所述光脉冲的第二脉冲串的第二传播时间。
G.根据示例F所述的示例设备，该动作还包括：
随机选择所述第一持续时间；以及
随机选择所述第二持续时间。
H.根据示例F或示例G所述的示例设备，其中：
所述第一测量信道被配置为发射具有第一波长的光脉冲的第一脉冲串；并且
所述第二测量信道被配置为发射具有第二波长的光脉冲的第二脉冲串。
I.根据示例F-H中任一个所述的示例设备，其中：
所述信道包括第一组信道和第二组信道；
所述设备还包括通信地耦合到所述第一组信道的第一ADC(模拟-数字转换器)和用于所述第二组信道的第二ADC；并且
所述有序序列的信道交替地来自所述第一组和所述第二组。
J.根据示例F-I中任一个所述的示例设备，其中，所述第一脉冲串具有往返传播时间，所述第二脉冲串在所述第一脉冲串的所述往返飞行时间期间被发射。
K.根据示例F-J中任一个所述的示例设备，其中：
第一充电库，其包括第一信道集合；
第二充电库，其包括第二信道集合；并且
所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的信道，接着是(b)所述第二充电库的信道。
L.根据示例F-K中任一个所述的示例设备，其中，选择所述有序序列以在连续使用的信道的激光发射器之间至少提供最小物理间隔。
M.根据示例F-L中任一个所述的示例设备，还包括：
底架，所述底架可旋转以在扫描方向上光学地扫描所述发射脉冲串，所述光传感器由所述底架支撑，所述扫描方向对应于所述光传感器相对于其定位的扫描轴线；并且
所述光传感器被布置成平行的行，所述光传感器的特定行沿着相对于所述扫描轴线成角度的线延伸。
N.根据示例F-M中任一个所述的示例设备，其中，所述激光发射器被布置在六边形网格中。
O.根据示例F-N中任一个的示例设备，其中，所述平行的行相对于所述扫描轴线交错排列。
P.根据示例F-O中任一个所述的示例设备，还包括：
底架，所述可旋转以在扫描方向上光学地扫描所述发射脉冲串，所述光传感器由所述底架支撑，所述扫描方向对应于所述光传感器相对于其定位的扫描轴线；并且
所述光传感器被布置成平行的行，所述光传感器的特定行沿着相对于所述扫描轴线成角度的线延伸。
Q.根据示例F-P中任一个所述的示例设备，其中，所述光传感器被布置在六边形网格中。
R.根据示例F-Q中任一个所述的示例设备，其中，所述平行的行相对于所述扫描轴线交错排列。
S.一种示例方法，包括：
发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；
改变不同的发射光脉冲的脉冲串的所述时间间隔的所述持续时间；
感测反射光脉冲串；以及
将每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个互相关以确定传播时间。
T.根据示例S所述的示例方法，还包括：
重复旋转底架以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；
其中，改变所述持续时间包括在所述底架的每次旋转中使所述持续时间至少变化一次。
U.根据示例S或示例T所述的示例方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从至少第一激光发射器和第二激光发射器发射所述脉冲串；
改变所述持续时间包括：(a)选择由所述第一激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的第一持续时间，以及(b)选择由所述第二激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的第二持续时间；
其中，所述第一持续时间和第二持续时间彼此不同。
V.根据示例S或示例U所述的示例方法，其中：
该方法还包括使所述第一激光发射器和第二激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；并且
改变所述持续时间还包括：(a)改变针对每次旋转的所述第一持续时间，以及(b)改变针对每次旋转的所述第二持续时间。
W.根据示例S或示例U所述的示例方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；并且
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器随机地选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的持续时间。
X.根据示例S或示例U所述的示例方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；
该方法还包括使所述激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器以及针对所述激光发射器的每次旋转随机地选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的持续时间。
Y.根据示例S或示例U所述的示例方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；
该方法还包括使所述激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述脉冲串；并且
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器的每次旋转选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的新的持续时间。
Z.根据示例S-Y中任一个所述的示例方法，其中：
使用测量信道的有序序列执行光脉冲的脉冲串的发射，每个测量信道包括激光发射器和对应的传感器元件，所述有序序列的测量信道交替地来自第一组测量信道和第二组测量信道；并且
所述第一组测量信道包括与第一模拟-数字转换器(ADC)相关联的测量信道，所述第二组测量信道包括与第二ADC相关联的测量信道。
AA.根据示例S-Z中任一个所述的示例方法，其中，发射所述光脉冲的脉冲串包括：
从与所述第一ADC相关联的测量信道的第一激光发射器发射光脉冲的第一脉冲串，所述第一脉冲串具有往返传播时间；以及
从与所述第二ADC相关联的测量信道的第二激光发射器发射光脉冲的第二脉冲串，所述光脉冲的第二脉冲串在所述往返传播时间期间被发射。
BB.根据示例S-AA中任一个所述的示例方法，还包括：
将每个测量信道分配给至少第一充电库和第二充电库中的一个；并且
所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的测量信道，接着是(b)所述第二充电库的测量信道。
CC.根据示例Z-BB中任一个所述的示例方法，其中，选择所述有序序列以在连续使用的信道的激光发射器之间至少提供最小物理间隔。
DD.一种示例设备，包括：
产生激光的激光光源；
感测反射激光的光传感器；
支撑所述激光光源和所述光传感器的底架，所述底架能够围绕旋转轴线旋转以沿扫描方向扫描，所述扫描方向正交于所述旋转轴线；
所述激光光源包括多个激光发射器，所述多个激光发射器相对于所述激光光源的第一扫描轴线平行交错排列，所述第一扫描轴线与所述扫描方向光学对应；
所述光传感器包括多个传感器元件，所述多个传感器元件相对于所述光传感器的第二扫描轴线平行交错排列，所述第二扫描轴线与所述扫描方向光学对应；
所述激光发射器的特定行沿相对于所述第一扫描轴线成第一角度的第一线延伸；并且
所述传感器元件的特定行沿相对于所述第二扫描轴线成第一角度的第二线延伸。
EE.根据示例DD所述的示例设备，其中，所述激光光源被配置为发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲。
FF.根据示例DD或示例EE所述的示例设备，还包括：通信地耦合到所述激光光源的控制逻辑，所述控制逻辑改变不同发射脉冲串的时间间隔的持续时间。
GG.根据示例DD-FF中任一个所述的示例设备，其中，所述光传感器感测分别对应于所述发射脉冲串的反射光脉冲串。
HH.根据示例DD-GG中任一个所述的示例设备，还包括：通信地耦合到所搜狐光传感器的分析逻辑，所述分析逻辑分析每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个的互相关以确定传播时间。
II.根据示例DD-HH中任一个所述的示例设备，还包括：以有序序列使用以执行距离测量的多个测量信道，每个测量信道包括所述激光光源中的一个和所述光传感器中的对应的一个。
JJ.根据示例II所述的示例设备，所述测量信道包括第一测量信道和第二测量信道，所述第一测量信道被配置为发射具有第一波长的光的第一脉冲串，所述第二测量信道被配置为发射具有第二波长的光脉冲的第二脉冲串。
KK.根据示例II或示例JJ所述的示例设备，该设备还包括：通信地耦合到所述第一组测量信道的第一ADC(模拟-数字转换器)和用于所述第二组测量信道的第二ADC。
LL.根据示例KK所述的示例设备，所述有序序列的测量信道交替地来自所述第一组和所述第二组。
MM.根据示例II-LL中任一个所述的示例设备，其中，所述第一脉冲串具有往返传播时间，所述第二脉冲串在所述第一脉冲串的所述往返飞行时间期间被发射。
NN.根据示例DD-MM中任一个所述的示例设备，其中：
第一充电库，其包括第一测量信道集合；
第二充电库，其包括第二测量信道集合；并且
所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的测量信道，接着是(b)所述第二充电库的测量信道。
OO.根据示例DD-NN中任一个所述的示例设备，其中，所述激光发射器被布置在六边形网格中。
结论
尽管上面的讨论阐述了所描述的技术的示例实现，但是其他架构可以被用来实现所描述的功能，并且其旨在落入本公开的范围内。此外，尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附权利要求书中定义的主题不一定局限于所描述的具体特征或动作。相反地，具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例性形式。

Claims (29)

1.一种设备，包括：
激光光源，其被配置为发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；
控制逻辑，其通信地耦合到所述激光光源，所述控制逻辑改变不同发射脉冲串的时间间隔的持续时间；
光传感器，其感测分别对应于所述发射脉冲串的反射光脉冲串；以及
分析逻辑，其通信地耦合到所述光传感器，所述分析逻辑分析每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个的互相关以确定传播时间。
2.如权利要求1所述的设备，还包括：
用于所述激光光源的底架，所述底架可旋转以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；以及
其中，所述控制逻辑被配置为对于所述底架的每次旋转至少使所述时间间隔的所述持续时间改变一次。
3.如权利要求1所述的设备，还包括：
电路，其生成第一电脉冲和第二电脉冲以产生光脉冲的第一发射脉冲串，所述电路包括电感器、第一电容器和第二电容器；
所述电感器被连接以并联地对所述第一电容器和所述第二电容器充电；并且
所述第一电容器和所述第二电容器被配置为分别放电以产生所述第一电脉冲和所述第二电脉冲。
4.如权利要求3所述的设备，其中：
所述激光光源包括激光发射器；
所述第一电容器与所述激光发射器串联；
所述电路还包括第一晶体管，所述第一晶体管被连接以选择性地使所述第一电容器通过所述激光发射器放电；
所述第二电容器与所述激光发射器串联；并且
所述电路还包括第二晶体管，所述第二晶体管被连接以选择性地使所述第二电容器通过所述激光发射器放电。
5.如权利要求4所述的设备，其中：
所述第一晶体管包括第一GaN FET(氮化镓场效应晶体管)；并且
所述第二晶体管包括第二GaN FET。
6.一种设备，包括：
多个激光发射器；
多个光传感器，其分别对应于所述激光发射器；
多个测量信道，所述多个测量信道以有序序列使用以执行距离测量，每个测量信道包括所述激光发射器中的一个和所述光传感器中的对应的一个，所述测量信道包括第一测量信道和第二测量信道；
控制器，其被配置为执行动作，所述动作包括：
使用所述第一测量信道的第一激光发射器发射光脉冲的第一脉冲串，所述光脉冲的第一脉冲串包括由具有第一持续时间的第一时间间隔分隔开的第一光脉冲集合；
使用所述第二测量信道的第二激光发射器发射光脉冲的第二脉冲串，所述光脉冲的第二脉冲串包括由具有第二持续时间的第二时间间隔分隔开的第二光脉冲集合，所述第二持续时间不同于所述第一持续时间；
使用所述第一测量信道的第一光传感器确定第一反射光信号，所述第一反射光信号对应于所述光脉冲的第一脉冲串；
使用所述第二测量信道的第二光传感器确定第二反射光信号，所述第二反射光信号对应于所述光脉冲的第二脉冲串；以及
产生所述光脉冲的第一脉冲串与所述第一反射光信号的第一互相关；
分析所述第一互相关以确定所述光脉冲的第一脉冲串的第一传播时间；
产生所述光脉冲的第二脉冲串与所述第二反射光信号的第二互相关；以及
分析所述第二互相关以确定所述光脉冲的第二脉冲串的第二传播时间。
7.如权利要求6所述的设备，所述动作还包括：
随机选择所述第一持续时间；以及
随机选择所述第二持续时间。
8.如权利要求6所述的设备，其中：
所述第一测量信道被配置为发射具有第一波长的光脉冲的第一脉冲串；并且
所述第二测量信道被配置为发射具有第二波长的光脉冲的第二脉冲串。
9.如权利要求6所述的设备，其中：
所述信道包括第一组信道和第二组信道；
所述设备还包括通信地耦合到所述第一组信道的第一ADC(模拟-数字转换器)和用于所述第二组信道的第二ADC；并且
所述有序序列的信道交替地来自所述第一组和所述第二组。
10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一脉冲串具有往返传播时间，所述第二脉冲串在所述第一脉冲串的所述往返飞行时间期间被发射。
11.如权利要求9所述的设备，其中：
第一充电库，其包括第一信道集合；
第二充电库，其包括第二信道集合；并且
所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的信道，接着是(b)所述第二充电库的信道。
12.如权利要求11所述的设备，其中，选择所述有序序列以在连续使用的信道的激光发射器之间至少提供最小物理间隔。
13.如权利要求6所述的设备，还包括：
底架，所述底架可旋转以在扫描方向上光学地扫描所述发射脉冲串，所述激光发射器由所述底架支撑，所述扫描方向对应于所述激光发射器相对于其定位的扫描轴线；并且
所述激光发射器被布置成平行的行，所述激光发射器的特定行沿着相对于所述扫描轴线成角度的线延伸。
14.如权利要求13所述的设备，其中，所述激光发射器被布置在六边形网格中。
15.如权利要求13所述的设备，其中，所述平行的行相对于所述扫描轴线交错排列。
16.如权利要求6所述的设备，还包括：
底架，所述底架可旋转以在扫描方向上光学地扫描所述发射脉冲串，所述光传感器由所述底架支撑，所述扫描方向对应于所述光传感器相对于其定位的扫描轴线；并且
所述光传感器被布置成平行的行，所述光传感器的特定行沿着相对于所述扫描轴线成角度的线延伸。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述光传感器被布置在六边形网格中。
18.如权利要求16所述的设备，其中，所述平行的行相对于所述扫描轴线交错排列。
19.一种方法，包括：
发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；
改变不同的发射光脉冲的脉冲串的所述时间间隔的所述持续时间；
感测反射光脉冲串；以及
将每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个互相关以确定传播时间。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
重复旋转底架以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；
其中，改变所述持续时间包括在所述底架的每次旋转中使所述持续时间至少变化一次。
21.如权利要求19所述的方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从至少第一激光发射器和第二激光发射器发射所述脉冲串；
改变所述持续时间包括：(a)选择由所述第一激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的第一持续时间，以及(b)选择由所述第二激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的第二持续时间；
其中，所述第一持续时间和第二持续时间彼此不同。
22.如权利要求21所述的方法，其中：
该方法还包括使所述第一激光发射器和第二激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；并且
改变所述持续时间还包括：(a)改变针对每次旋转的所述第一持续时间，以及(b)改变针对每次旋转的所述第二持续时间。
23.如权利要求19所述的方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；并且
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器随机地选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的持续时间。
24.如权利要求19所述的方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；
该方法还包括使所述激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器以及针对所述激光发射器的每次旋转随机地选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的持续时间。
25.如权利要求19所述的方法，其中：
发射所述光脉冲的脉冲串包括从多个激光发射器发射所述脉冲串；
该方法还包括使所述激光发射器重复旋转，以在场景上光学地扫描所述脉冲串；并且
改变所述持续时间包括针对每个激光发射器的每次旋转选择由所述激光发射器发射的光脉冲被其分隔开的时间间隔的新的持续时间。
26.如权利要求19所述的方法，其中：
使用测量信道的有序序列执行光脉冲的脉冲串的发射，每个测量信道包括激光发射器和对应的传感器元件，所述有序序列的测量信道交替地来自第一组测量信道和第二组测量信道；并且
所述第一组测量信道包括与第一模拟-数字转换器(ADC)相关联的测量信道，所述第二组测量信道包括与第二ADC相关联的测量信道。
27.如权利要求26所述的方法，其中，发射所述光脉冲的脉冲串包括：
从与所述第一ADC相关联的测量信道的第一激光发射器发射光脉冲的第一脉冲串，所述第一脉冲串具有往返传播时间；以及
从与所述第二ADC相关联的测量信道的第二激光发射器发射光脉冲的第二脉冲串，所述光脉冲的第二脉冲串在所述往返传播时间期间被发射。
28.如权利要求26所述的方法，还包括：
将每个测量信道分配给至少第一充电库和第二充电库中的一个；并且
所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的测量信道，接着是(b)所述第二充电库的测量信道。
29.如权利要求28所述的方法，其中，选择所述有序序列以在连续使用的信道的激光发射器之间至少提供最小物理间隔。
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