CN113196091B - 多通道lidar照明驱动器 - Google Patents

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Abstract

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。

Description

多通道LIDAR照明驱动器
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。
此外，用于在不同方向上扫描照明光束的机械设备可能对机械振动、惯性力和一般环境条件敏感。在没有适当设计的情况下，这些机械设备可能降级，从而导致性能损失或故障。
为了以高分辨率和高吞吐量来测量3D环境，测量脉冲必须非常短。当前系统经受低分辨率，因为它们生成短持续时间脉冲的能力有限。
由于目标反射率和接近度在真实操作环境中变化很大，所以检测器的饱和限制了测量能力。另外，功耗可引起LIDAR系统的过热。在实际系统中，照明设备、目标、电路和温度变化。在没有对每个LIDAR设备的光子输出的适当校准的情况下，所有这些元件的可变性限制了系统性能。
期望LIDAR系统的照明驱动电子器件和接收器电子器件中的改进，以改进成像分辨率和范围。
发明内容
本文描述了用于利用采用多通道GaN基照明驱动器集成电路（IC）的LIDAR测量系统来执行三维LIDAR测量的方法和系统。多通道GaN基照明驱动器IC包括场效应晶体管（FET），其提供比常规硅基互补金属硅上氧化物（CMOS）器件更高的电流密度。结果，GaN基照明驱动器能够以明显较小的功率损耗向每个照明源递送相对较大的电流。
在一个方面中，LIDAR测量设备的照明驱动器是多通道GaN基IC，其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。每个测量通道的响应由脉冲触发信号和在多通道GaN基照明驱动器IC上接收的多个控制信号来控制。
在另一方面，在多通道GaN基照明驱动器IC的单独节点上接收与每个独立测量通道相关联的每个脉冲触发信号。以这种方式，每个测量通道响应于每个测量通道所独特的触发信号。
在另一方面，在多通道的单独节点上接收每个控制信号，并且将每个控制信号传送到多通道GaN基照明驱动器IC的所有测量通道。以这种方式，每个测量通道响应于在多通道GaN基照明驱动器IC的所有测量通道之间共享的控制信号。
在另一方面，多通道GaN基照明驱动器IC包括功率调节模块。功率调节模块仅在照明驱动器IC接收的任何脉冲触发信号处于触发照明脉冲的激发的状态时，将经调节的电压供应给每个测量通道的各个元件。以此方式，在不需要照明驱动器IC以触发脉冲发射的时间段期间，不向许多电路元件供应功率。
前述内容是概述，因此必然包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员应当理解，该概述仅是说明性的，而不以任何方式进行限制。本文描述的设备和/或过程的其他方面、发明特征和优点将在本文阐述的非限制性详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1是示出在至少一个新颖方面中包括多通道GaN基照明驱动器的LIDAR测量系统的一个实施例的简化图；
图2示出与测量脉冲的发射和返回测量脉冲的捕获相关联的定时的图示；
图3示出了示出一个实施例中的多通道GaN基照明驱动器IC的简化图；
图4示出图3所示的多通道GaN基照明驱动器IC的功率调节模块的一个实施例的简化图；
图5示出图3所示的多通道GaN基照明驱动器IC的功率控制模块的一个实施例的简化图；
图6示出图5中所示的功率控制模块的各种操作信号的变化的简化图示；
图7示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的脉冲发起信号生成器的一个实施例的简化图；
图8示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的脉冲终止信号生成器的一个实施例的简化图；
图9示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的控制信号生成器的一个实施例的简化图；
图10示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的功率驱动器模块的一个实施例的简化图；
图11示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的功率驱动器模块的另一实施例的简化图；
图12示出图3中所示的多通道GaN基照明驱动器IC的各种操作信号的变化的简化图；
图13是示出一个示例性操作场景中的3D LIDAR系统100的实施例的示图；
图14是示出一个示例性操作场景中的3-D LIDAR系统10的另一实施例的示图；
图15示出一个示例性实施例中的3D LIDAR系统100的分解图的示图；
图16更详细地示出了光学元件116的视图；
图17示出光学器件116的剖视图，以示出每个收集光束118的成形。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的背景示例和一些实施例，其示例在附图中示出。
图1示出了一个实施例中的双通道LIDAR测量系统120。LIDAR测量系统120包括主控制器190和多通道氮化镓（GaN）基的照明驱动器集成电路（IC）140。另外，LIDAR测量系统120的每个通道包括返回信号接收器IC、光电检测器和照明源。如图1所示，LIDAR测量通道A包括返回信号接收器IC 150A、光电检测器170A和照明源160A。类似地，LIDAR测量通道B包括返回信号接收器IC 150B、光电检测器170B和照明源160B。在一些实施例中，多通道GaN基照明驱动器IC 140、照明源160A-B、光电检测器170A-B和返回信号接收器IC 150A-B直接或间接地安装到公共基板（例如印刷电路板），该公共基板在元件之间提供机械支撑和电连接。
另外，LIDAR测量系统120包括一个或多个电压源，其向各种电子元件提供电压并向照明设备160A-B提供电功率。如图1所示，LIDAR测量系统120包括低信号电压源132，其被配置为跨节点VDDLV 125和VSS 124供应相对低的电压。在一些实施例中，低信号电压源为大约五伏。选择该电压以确保在多通道GaN基照明驱动器IC 140的一个或多个晶体管的栅极处供应的电压不超过损坏阈值。此外，LIDAR测量系统120包括中等信号电压源133，其被配置为跨节点VDDMV 127和VSS 126供应比低信号电压源供应的电压高的电压。在一些实施例中，由中等信号电压源供应的电压为大约十二伏。选择该电压以确保多通道GaN基照明驱动器IC 140的一个或多个晶体管的快速切换转变。此外，LIDAR测量系统120包括功率电压源131，其被配置为跨节点VDDHV 122和VSS 121供应比中等电压源所供应的电压高的电压。在一些实施例中，由功率电压源供应的电压为大约十五伏到二十伏。功率电压源被配置为分别向照明源160A和160B供应高电流123A和123B（例如，一百安培或更大），这使得照明源160A和160B各自发射测量光的脉冲。
尽管本文已经描述了优选的输出电压，但是通常，低信号电压源、中等信号电压源和功率电压源可以被配置为供应任何合适的电压。通常，本文所述的任何电源可以安装到单独的基板，并以任何合适的方式电耦合到各种电子元件。尽管参照图1将电源131、132和133描述为电压源，但是通常，本文所述的任何电功率源可以被配置为供应被指定为电压或电流的电功率。因此，本文中描述为电压源或电流源的任何电功率源可分别视为等效电流源或电压源。
每个照明源160A-B响应于电流123A-B的对应脉冲而发射照明光162A-B的测量脉冲。每个照明光束162A-B由LIDAR系统的一个或多个光学元件聚焦并投射到周围环境中的位置上。
在一些实施例中，每个照明源160A-B是基于激光的（例如，激光二极管）。在一些实施例中，每个照明源基于一个或多个发光二极管。通常，可以考虑任何合适的脉冲照明源。
如图1所示，从LIDAR测量系统120的每个通道发射的照明光162A-B和被引导向LIDAR测量系统120的对应返回测量光171A-B共享公共光路。LIDAR测量系统120的每个通道包括光电检测器170A-B。如图1所示，二次成型（overmold）透镜172A-B分别安装在每个光电检测器170A-B上。每个二次成型透镜172A-B包括分别与返回光171A-B的射线接收锥体相对应的锥形腔。返回光171A-B分别从反射镜161A-B反射到对应的光电检测器170A-B。如图1所示，每个照明源160A-B位于每个光电检测器的视场之外。来自照明源160A-B的照明光162A-B分别通过反射镜161A-B中的开口被注入到对应的检测器接收锥体中。
如图1所示，从周围环境反射的返回光171A-B分别由光电检测器170A-B检测。在一些实施例中，每个光电检测器是雪崩光电二极管。每个光电检测器生成输出信号173A-B，该输出信号被传送到对应的返回信号接收器IC 150A-B。每个接收器IC 150A-B包括定时电路和时间到数字转换器，其估计从每个照明源160A-B到三维环境中的反射物体并回到每个对应的光电检测器170A-B的每个测量脉冲的飞行时间。指示估计的飞行时间的信号152A-B被传送到主控制器190，以用于进一步处理并传送到LIDAR测量系统120的用户。另外，每个返回信号接收器IC 150A-B被配置为数字化包括峰值（即返回脉冲）的每个对应返回信号173A-B的段，并且将指示数字化段的信号153A-B传送到主控制器190。在一些实施例中，主控制器190处理这些信号段以标识所检测的物体的特性。
主控制器190被配置成生成分别被传送到接收器IC 150A-B的脉冲命令信号191A-B。通常，LIDAR测量系统120包括任何数量的LIDAR测量通道。在这些实施例中，主控制器190将脉冲命令信号传送到每个不同的LIDAR测量通道。以此方式，主控制器190协调由任何数量的LIDAR测量通道执行的LIDAR测量的定时。
每个脉冲命令信号是由主控制器190生成的数字信号。因此，每个脉冲命令信号的定时由与主控制器190相关联的时钟确定。在一些实施例中，每个脉冲命令信号191A-B直接用于触发由多通道GaN基照明驱动器IC 140进行的脉冲生成以及由每个对应的接收器IC150A-B进行的数据获取。然而，照明驱动器IC 140和每个接收器IC 150A-B不与主控制器190共享相同的时钟。为此原因，当脉冲命令信号直接用于触发脉冲生成和数据获取时，飞行时间的精确估计在计算上变得更加繁重。
在一个方面，每个接收器IC 150A-B接收脉冲命令信号191A-B，并分别响应于脉冲命令信号191A-B而生成对应的脉冲触发信号151A和151B。每个脉冲触发信号151A-B被传送到照明驱动器IC 140，并且直接触发照明驱动器IC 140，以将每个照明源160A-B电耦合到电源131并生成照明光162A-B的对应脉冲。此外，每个脉冲触发信号151A-B直接触发返回信号173A-B的数据获取以及相关联的飞行时间计算。以这种方式，分别基于接收器IC 150A-B的内部时钟而生成的脉冲触发信号151A-B被用于触发特定LIDAR测量通道的脉冲生成和返回脉冲数据获取两者。这确保了脉冲生成和返回脉冲获取的精确同步，这使得能够通过时间到数字转换进行精确的飞行时间计算。
图2示出了与从LIDAR测量系统120的通道A发射测量脉冲和捕获返回测量脉冲相关联的定时的图示。如图2所示，测量由接收器IC 150A生成的脉冲触发信号191A的上升沿来发起。如图1和2所示，返回信号173A由接收器IC 150A接收。如上文所述，通过在脉冲触发信号191A的上升沿处启用数据获取来发起测量窗口（即，在其之上收集返回信号数据与特定测量脉冲相关联的时间段）。接收器IC 150A控制测量窗口的持续时间Tmeasurement，以对应于响应于测量脉冲序列的发射而预期返回信号时的时间窗口。在一些示例中，在脉冲触发信号191A的上升沿处启用测量窗口，并且在与在大约为LIDAR系统的范围的两倍的距离上的光的飞行时间对应的时间处停用测量窗口。以此方式，测量窗口打开以收集从与LIDAR系统邻近（即，可忽略的飞行时间）的物体到位于LIDAR系统的最大范围处的物体的返回光。以这种方式，不可能对有用返回信号作出贡献的所有其他光都被拒绝。
如图2所示，返回信号173A包括与发射的测量脉冲相对应的三个返回测量脉冲（例如，MP1、MP2和MP3）。通常，对所有检测到的测量脉冲执行信号检测。可以执行进一步的信号分析以标识最接近的有效信号P1（即，返回测量脉冲的第一有效实例）、最强的信号和最远的有效信号P3（即，测量窗口中的返回测量脉冲的最后有效实例）。这些实例中的任一者都可由LIDAR系统报告为潜在有效距离测量结果。
与来自LIDAR系统的光发射相关联的内部系统延迟（例如，与切换元件、能量存储元件和脉冲发光设备相关联的信号通信延迟和等待时间）以及与收集光和生成指示收集的光的信号相关联的延迟（例如，放大器等待时间、模数转换延迟等）造成了对光的测量脉冲的飞行时间的估计中的误差。因此，基于脉冲触发信号191A的上升沿和每个返回脉冲（即，MP1、MP2和MP3）之间的经过时间的飞行时间的测量引入了不希望的测量误差。在一些实施例中，采用校准的预定延迟时间来补偿电子延迟，以达到实际光学飞行时间的校正估计。然而，对动态变化的电子延迟的静态校正的准确度是有限的。尽管可以采用频繁的重新校准，但这是以计算复杂度为代价的，并且可能会干扰系统正常运行时间。
在另一方面，每个接收器IC 150A-B基于在由于每个照明源160A-B和对应的光电检测器170A-B之间的内部串扰而导致的检测脉冲（例如，MP1）的检测与有效返回脉冲（例如，MP2和MP3）之间经过的时间来测量飞行时间。以这种方式，从飞行时间的估计中消除了系统性的延迟。脉冲MP1由实际上没有光传播距离的内部串扰生成。因此，从脉冲触发信号的上升沿到脉冲MP1的检测时刻的时间的延迟捕获了与照明和信号检测相关联的所有系统性延迟。通过参考检测脉冲MP1来测量有效返回脉冲（例如，返回脉冲MP2和MP3）的飞行时间，消除了由于内部串扰所造成的与照明和信号检测相关联的所有系统性延迟。如图2所示，接收器IC 150A参考返回脉冲MP1来估计与返回脉冲MP2相关联的飞行时间TOF1以及与返回脉冲MP3相关联的飞行时间TOF2。
在一些实施例中，信号分析完全由接收器IC 150A-B执行。在这些实施例中，所传送的信号152A-B分别包括由接收器IC 150A-B确定的飞行时间的指示。在一些实施例中，信号153A-B包括分别由接收器IC 150A-B生成的返回信号173A-B的数字化的段。这些原始测量信号段由位于3-D LIDAR系统上的或3-D LIDAR系统外部的一个或多个处理器进一步处理，以得到距离的另一估计值、所检测物体的一个或多个物理特性的估计值、或其组合。
在一个方面中，LIDAR测量系统包括多通道GaN基照明驱动器IC，其响应于脉冲触发信号而选择性地将对应于每个测量通道的照明源耦合到电功率的源，以生成照明光的测量脉冲。多通道GaN基照明驱动器包括场效应晶体管（FET），其提供比常规硅基互补金属硅上氧化物（CMOS）器件更高的电流密度。结果，GaN基照明驱动器能够以比硅基驱动器小得多的功率损耗向照明源递送相对较大的电流。
如图1所示，多通道GaN基照明驱动器IC 140耦合到功率电压源131的电压节点121和照明源160A-B的节点，每个对应于不同的LIDAR测量通道。每个照明源160A-B的另一个节点耦合到功率电压源131的电压节点122。响应于每个脉冲触发信号151A-B，照明驱动器IC140的一个或多个场效应晶体管（FET）变得基本上导通，并且有效地将每个对应的照明源160A-B耦合到节点121。这分别引起了通过照明源160A-B的高电流流动123A-B，其激励了照明光162A-B的测量脉冲的发射。
图3示出了一个实施例中的多通道GaN基照明驱动器IC 140。在图3所示的实施例中，照明驱动器IC 140包括两个独立控制的照明驱动器通道，驱动器220A和220B。然而，通常，如本文所述的多通道GaN基照明驱动器IC可以包括任何数量的独立控制的照明驱动器通道。
在一个方面，提供给照明驱动器IC 140的许多输入信号由驱动器220A和220B共享。这通过最小化将被需要以容纳大量的单独控制信号的芯片和布线区域来减小照明驱动器IC 140的尺寸。在图3所示的实施例中，脉冲宽度控制信号192、选择信号194和幅度控制信号193都由驱动器220A和220B共享（即，这些信号中的每一个都在节点上的芯片上被接收，并被分布给芯片上的驱动器220A和220B的各个元件）。
在图3中所示出的实施例中，提供到驱动器220A及220B的脉冲触发信号151A及151B是被接收到照明驱动器IC 140上的仅有的信号，其分别单独地提供到驱动器220A及220B，且因此不被驱动器220A及220B共享。
在一些示例中，主控制器190将脉冲触发信号传送到LIDAR测量系统100的每个测量通道，使得LIDAR测量系统的仅一个通道在给定时间激发（fire）。在这些示例中的一些中，主控制器190将供应给所有测量通道的共享控制信号（例如，脉冲宽度控制信号192、选择信号194和幅度控制信号193）更新为针对每个测量通道的每个激发实例的期望值。以此方式，主控制器190利用由所有LIDAR测量通道共享的控制信号来独立地控制每个LIDAR测量通道的脉冲发射参数。
在一些其他示例中，主控制器190将脉冲触发信号传送到LIDAR测量系统100的测量通道的子集，使得在给定时间仅激发测量通道的子集。在这些示例中的一些中，主控制器190将供应给所有测量通道的共享控制信号（例如，脉冲宽度控制信号192、选择信号194和幅度控制信号193）更新为针对测量通道的每个子集的每个激发实例的期望值。以此方式，主控制器190利用由所有LIDAR测量通道共享的控制信号来独立地控制LIDAR测量通道的每个子集的脉冲发射参数。
在一些其他实施例中，脉冲宽度控制信号192、选择信号194和幅度控制信号193从照明驱动器IC 140的返回信号接收器IC而不是主控制器190传送到多通道GaN基照明驱动器IC 140。
在另一方面，照明驱动器IC包括功率调节模块，所述功率调节模块在由照明驱动器IC接收的任何脉冲触发信号处于触发照明脉冲的激发的状态时，将调节电压供应给每个测量通道的各个元件。以这种方式，在不需要照明驱动器IC 140触发脉冲发射时的时间段期间，功率不供应到许多电路元件。如图3所示，照明驱动器IC 140包括功率调节模块260，其在脉冲触发信号151A、脉冲触发信号151B或两者处于触发照明脉冲的激发的状态（例如，高状态或低状态）时，向驱动器220A和220B的各个元件供应调节电压261。在图3所示的实施例中，仅当脉冲触发信号151A-B中的任一者或两者处于触发照明脉冲的激发的状态时，将调节电压261供应给功率驱动器290A-B、控制信号生成器280A-B、脉冲终止信号生成器230A-B和功率控制模块210A-B。
如图3所示，每个照明驱动器包括脉冲终止信号生成器、脉冲发起信号生成器、功率控制模块、控制信号生成器和功率驱动器。例如，照明驱动器220A包括基于脉冲触发信号151A来生成脉冲发起信号251A的脉冲发起信号生成器250A。脉冲发起信号251A被传送到脉冲终止信号生成器230A和控制信号生成器280A。脉冲终止信号生成器230A基于脉冲宽度控制信号192和脉冲发起信号251A来生成脉冲终止信号231A。功率控制模块210A基于脉冲触发信号151A来生成通道幅度控制信号211A。控制信号生成器280基于脉冲发起信号251A、脉冲终止信号231A和通道幅度控制信号211A来生成栅极控制信号293A、栅极充电控制信号281A和栅极放电控制信号282A。功率驱动器290A包括多个场效应晶体管（FET），其基于栅极控制信号293A、栅极充电控制信号281A和栅极放电控制信号282A来控制通过照明源160A的电流的流动。
类似地，照明驱动器220B包括脉冲发起信号生成器250B，其基于脉冲触发信号151B来生成脉冲发起信号251B。脉冲发起信号251B被传送到脉冲终止信号生成器230A和控制信号生成器280B。脉冲终止信号生成器230B基于脉冲宽度控制信号192和脉冲发起信号251B来生成脉冲终止信号231B。功率控制模块210B基于脉冲触发信号151B来生成通道幅度控制信号211B。控制信号生成器280基于脉冲发起信号251B、脉冲终止信号231B和通道幅度控制信号211B来生成栅极控制信号293B、栅极充电控制信号281B和栅极放电控制信号282B。功率驱动器290B包括多个场效应晶体管（FET），其基于栅极控制信号293B、栅极充电控制信号281B和栅极放电控制信号282B来控制通过照明源160B的电流的流动。
在另一方面，用于生成流过照明源的电流的FET的数量是通过选择信号194控制的。通过控制用于生成流过照明源的电流的FET的数量，针对给定的一组晶体管控制信号（例如，栅极控制信号293A-B、栅极充电控制信号281A-B和栅极放电控制信号282A-B）通过照明源的生成的电流量被控制。
图4示出了一个实施例中的功率调节模块260。如图3所示，照明驱动器IC 140包括功率调节模块260，其控制供应给多通道GaN基照明驱动器IC 140的一部分电路的功率，以降低功耗。在操作中，照明驱动器IC 140花费相对短的时间量来生成测量脉冲，并且花费相对长的时间量来等待触发信号以生成下一个测量脉冲。在这些空闲时段期间，希望减少或消除供应给不需要在整个等待时段内都是活动的电路组件的功率。如图4所示，功率调节模块260耦合在图1所示的信号电压源132的电压节点VDDMV和VSS之间。此外，电源调节模块260从主控制器190接收脉冲触发信号151A和151B，并作为响应，生成调节电压REG，该调节电压REG被供应给照明驱动器IC 140的各个部分。例如，REG被提供给图5中所示的功率控制模块210、图8中所示的脉冲终止信号生成器230、图9中所示的控制信号生成器280、以及图11中所示的主FET组491A-N。
图4示出了一个实施例中的功率调节模块260。如图4所示，功率调节模块260包括逻辑与电路模块268，其接收脉冲触发信号151A和151B并生成到调节器模块269的输入信号。输入信号的值由脉冲触发信号151A和151B的值来确定。如果脉冲触发信号151A和151B中的任一者或两者处于低状态（即，指示触发以激发一个或两个照明通道），则输入信号的值为低。在该场景中，FET 264是“断开”的，而FET 266是二极管连通的。结果，由调节器模块269提供非零调节电压261。如果脉冲触发信号151A和151B都处于高状态（即，指示没有触发以激发照明通道中的任一个），则输入信号的值为高。在该场景中，FET 264是“导通”的，而FET 266的栅极电压被驱动到VSS。结果，调节器模块269提供了零调节电压261。在该场景中，功率调节模块260不供应电功率。
如图4所示，逻辑电路268是耦合到图1所示的低压电源132的电压节点124和125的有源电路。此外，调节器模块269耦合到图1所示的中等电压源133的电压节点126和127。如图4所示，VDDMV被提供给电阻器265的一个节点和FET 266的漏极。电阻器265的另一节点耦合到FET 264的漏极和FET 266的栅极。VSS被提供给FET 264的源极、电容器263的一个节点和电容器267的一个节点。电容器263的另一节点耦合到FET 264的栅极和电阻器262的节点。电阻器262的另一节点耦合到逻辑电路268的输出。电容器267的另一节点耦合到FET266的源极，其中，提供了功率调节模块260的输出。
电阻器262和电容器263创建了在FET 264的栅极处引入延迟的RC网络。这在TRG1的上升沿和休眠模式期间REG降至VSS的时间之间引入了延迟（图12中所示的TD-SLEEP）。
图12示出了响应于处于触发照明脉冲的激发的状态的脉冲触发信号TRG1和TRG中的任一个而由功率调节模块260生成的调节电压REG的变化的简化图示。如图12所示，在脉冲触发信号中的一个或两个的上升沿处，调节电压在时间段TD-SLEEP内保持为高。该时间长度由电阻器262和电容器263的值来确定。在该时间段之后，REG迅速下降。在TRG1的下降沿，调节电压在某一时间段内保持为低，然后斜升到相对高的电压值，使得照明驱动器IC 140准备响应于TRG1的后续上升沿而生成测量脉冲。
在另一方面，照明驱动器IC的每个通道包括功率控制模块，其生成通道幅度控制信号并将该信号传送到对应的控制信号生成器。当与特定测量通道相关联的脉冲触发信号处于触发照明脉冲的激发的状态时，功率控制模块生成具有从主控制器接收的幅度控制信号的值的通道幅度控制信号。然而，当与特定测量通道相关联的脉冲触发信号处于不触发照明脉冲的激发的状态时，功率控制模块生成具有零值的通道幅度控制信号。以此方式，在不需要特定LIDAR测量通道以触发脉冲发射的时间段期间，不将功率供应到对应的控制信号生成器和功率驱动器的电路元件。
图5示出了一个实施例中的功率控制模块210。功率控制模块210被复制为图3中所示的照明驱动器IC 140中的功率控制模块210A和210B。如图5所示，为了说明的目的，功率控制模块210被实现为图3所示的功率控制模块210A。功率控制模块210包括接收脉冲触发信号（例如，脉冲触发信号151A）并生成延迟脉冲触发信号227的延迟模块220。功率节省模块217接收延迟脉冲触发信号227，并且基于在照明驱动器IC 140的所有测量通道之间共享的延迟脉冲触发信号227和脉冲幅度控制信号193来生成通道脉冲幅度信号211A。
如图5所示，延迟模块220包括电阻器221和222、电容器224和226、以及FET 223和225。VSS被供应给FET 225的源极、FET 223的源极、电容器224的第一节点和电容器226的第一节点。在FET 225的栅极处提供了脉冲触发信号151A。FET 225的漏极耦合到电容器224的第二节点、FET 223的栅极和电阻器221的第一节点。FET 223的漏极耦合到电容器226的第二节点和电阻器222的第一节点。在FET 223的漏极处提供延迟脉冲触发信号227。VDDLV被提供在电阻器221和222的第二节点处。功率节省模块217包括电阻器213和FET 214、215和216。VSS被供应给FET 214的源极和FET 215的源极。FET 214的栅极和FET 215的栅极耦合到FET 223的漏极。以这种方式，节点212处的延迟脉冲触发信号227被供应给FET 214和215的栅极。在电阻器213的第一节点处提供调节电压261。电阻器213的第二节点耦合到FET216的栅极。在FET 216的漏极处提供幅度控制信号193。FET 216的源极耦合到FET 215的漏极，其中，存在通道幅度控制信号211A。
如图6所示，延迟模块220从脉冲触发信号151A生成具有时间延迟TDEL的延迟脉冲触发信号227。功率节省模块217生成具有幅度值AMP的通道幅度控制信号211A，其匹配于延迟脉冲触发信号227的下降沿处的幅度控制信号193的幅度值。通道幅度控制信号211A维持幅度值AMP，直到延迟脉冲触发信号227的上升沿为止。在该实例处，通道幅度控制信号211A下降到零值。由于时间延迟TDEL，从通道A的照明脉冲的激发发生在通道幅度控制信号211A的幅度值处于幅度控制信号193的幅度值AMP时的时间TFIREA处。以此方式，在控制信号生成器280生成使得从对应LIDAR测量通道发射照明脉冲的控制信号时的时间段附近，将幅度控制信号193的幅度值AMP有效地发送到控制信号生成器280。然而，在其他时间，当LIDAR测量通道空闲时，零值信号被发送到控制信号生成器280。
图7示出了一个实施例中的脉冲发起信号生成器250。脉冲发起信号生成器250被复制为图3所示的照明驱动器IC 140中的脉冲发起信号生成器250A和250B。如图7所示，脉冲发起信号生成器250被实现为图3所示的脉冲发起信号生成器250A，以用于解释目的。脉冲发起信号生成器250基于脉冲触发信号151A来生成脉冲发起信号251A。脉冲发起信号生成器250包括FET 252和电阻器253。脉冲触发信号151A被提供在FET 252的栅极上。VSS被提供给FET 252的源极。VDDMV被提供给电阻器253的第一节点，并且电阻器253的第二节点耦合到FET 252的漏极。在FET 252的漏极处提供脉冲发起信号251A。
图12示出了脉冲发起信号INIT1的变化的简化图示，该信号由脉冲发起信号生成器250响应脉冲触发信号TRG1而生成。如图12所示，在脉冲触发信号INIT1的上升沿，非常快速地下降到低电压值VSS。在TRG1的下降沿，INIT1斜升到VDDMV的值，使得照明驱动器IC 140准备响应TRG1的随后上升沿而生成下降脉冲发起信号。
图8示出了一个实施例中的脉冲终止信号生成器230。脉冲终止信号生成器230被复制为图3所示的照明驱动器IC 140中的脉冲终止信号生成器230A和230B。如图8所示，为了说明的目的，脉冲终止信号生成器230被实现为图3所示的脉冲终止信号生成器230A。脉冲终止信号生成器230被配置成基于模拟输入信号的值来生成可编程持续时间的脉冲。如图1所示，主控制器190生成模拟脉冲宽度控制信号192，并将PWC 192传送到照明驱动器IC140。作为响应，照明驱动器IC 140基于接收到的PWC 192的值来改变脉冲持续时间。在图8所示的实施例中，脉冲终止信号生成器230接收PWC 192和INIT1 251A，并生成脉冲终止信号TERM1 231A，其具有根据PWC 192的值而编程的从INIT1 251A的延迟。
如图8所示，脉冲终止信号生成器230包括电阻器238和FET 236-237，其被配置为运算放大器。运算放大器的输出耦合到FET 243的栅极。运算放大器接收PWC 192作为FET236的栅极处的输入。另外，运算放大器在FET 237的栅极处接收输入电压249。当输入电压249超过PWC 192的值时，输出电压248的值切换转变为低值。当PWC 192的值超过输入电压249的值时，输出电压248的值转变为高值。输入电压249是由电阻器241和电容器242形成的RC电路的电压。INIT1 251A在FET 240的栅极处被接收。当INIT1 251A转变到低值时（在脉冲开始时），FET 240有效地将RC电路从VSS断开。这使RC电路开始充电。FET 239为RC电路提供了非零开始电压。随着RC电路的电压上升，最终它超过PWC 192的值，因此触发了输出节点248的转变。由于RC电路的电压斜坡率是恒定的，因此输出电压248的转变之前的延迟部分地由PWC 192的值来确定。PWC 192的值越大，从生成终止信号TERM1 231A之前的脉冲发起的延迟就越长。以此方式，PWC 192的值确定脉冲持续时间。脉冲终止信号生成器230包括电阻器232和FET 233-235，它们被配置为用于运算放大器结构的电流源。FET 243和244被配置成按比例缩小输出电压248的值。电阻器245和247以及FET 246被配置成将输出电压248的缩放值反相。在FET 246的漏极处提供脉冲终止信号TERM1 231A。
图12示出了脉冲终止信号TERM1 231A的变化的简化图示，该信号是由脉冲终止信号生成器230响应于脉冲发起信号INIT1 251A和脉宽控制信号PWC 192而生成的。如图12中所示出的，当INIT1变低时，RC电路的电压开始斜升。在RC电路的电压超过PWC的时间点，TERM1变高，在某一时间段内保持，然后再次斜降。注意，脉冲发起和TERM1的上升沿之间的时间段TD-PULSE确定了测量脉冲的相对持续时间。在TRG1的下降沿，TERM1再次斜降，使得照明驱动器IC 140准备生成用于随后脉冲的脉冲终止信号。如图12所示，还示出了主FET 141或FET组的栅极电压GATE1。
如图3所示，照明驱动器IC 140包括脉冲终止信号生成器230A-B，其基于对应的脉冲发起信号来生成脉冲终止信号TERM1和TERM2。脉冲发起信号和脉冲终止信号一起直接确定了由照明驱动器IC 140生成的每个脉冲的定时。在这些实施例中，不是使脉冲触发信号（例如TRG1、TRG2）直接确定由照明驱动器IC 140生成的脉冲的定时，而是采用脉冲触发信号来触发脉冲发起信号的生成。脉冲发起信号继而直接发起脉冲生成，并且还发起脉冲终止信号的生成。脉冲终止信号继而直接终止脉冲生成。
图9示出了一个实施例中的控制信号生成器280。控制信号生成器280被复制为图3中所示的照明驱动器IC 140中的控制信号生成器280A和280B。如图9所示，为了说明的目的，控制信号生成器280被实现为图3中所示的控制信号生成器280A。控制信号生成器280基于脉冲发起信号251A、脉冲终止信号231A和通道幅度控制信号211A来生成栅极控制信号283A、栅极充电控制信号281A和栅极放电控制信号282A。由控制信号生成器280生成的控制信号直接控制FET，其控制通过耦合到照明驱动器140的照明源的电流的流动。
控制信号生成器280包括脉冲幅度控制电路255、FET 284、286、287、288和电阻器285。
在另一方面，脉冲终止信号生成器230被配置成基于模拟输入信号的值来生成可编程幅度的脉冲。如图1所示，接收器IC 150生成模拟幅度控制信号VAMP 153，并将VAMP传送到照明驱动器IC 140。作为响应，照明驱动器IC 140基于接收到的VAMP的值而改变脉冲幅度。
在图11中所示的照明驱动器IC 140的部分的实施例140C中，脉冲幅度控制电路250接收VAMP，其控制由照明源160生成的脉冲的幅度。
当INIT1 251A变低（发信号通知测量脉冲的开始）时，FET 286经由栅极充电控制信号281A从VSS迅速释放充电FET（例如，图10中所示的充电FET 393）的栅极，从而使充电FET迅速充电。类似地，FET 287迅速地从VSS释放主FET（例如，图10中所示的主FET 391）的栅极，从而使主FET经由栅极控制信号283A充电。
当TERM1 231A变高时（发信号通知测量脉冲的结束），FET 288将充电FET的栅极短路到VSS。类似地，放电FET（例如，图10中所示的放电FET 394）经由栅极放电控制信号282A尽可能快地将主FET的栅极短路到VSS，以切断流过照明源160的电流。FET 285和电阻器285提供了放电FET和FET 288的快速导通。
此外，脉冲幅度控制电路255包括电阻器256和259、电容器257和FET 258。在电阻器256的第一节点上接收通道幅度控制信号AMP1 211A。电阻器256的第二节点耦合到FET258的栅极和电容器257的第一节点。FET 258的漏极耦合到调节电压源VREG，并且接收调节电压261。FET 258的源极耦合到电阻器259的第一节点。电阻器259的第二节点耦合至电容器257的第二节点，其中，提供了栅极充电控制信号281A。以此方式，脉冲幅度控制电路255控制充电FET（例如，图10中所示出的充电FET 393）的栅极处的充电。
如图12所示，AMP1的值控制脉冲幅度控制电路255的斜坡率。随着AMP1增加，FET258的栅极处的电荷积累速率增加。继而，这经由栅极充电控制信号281A增加了充电FET的栅极上的电荷累积速率。这继而增加了主FET的栅极上的电荷积累速率，这加速了由照明源160A生成的所得照明脉冲的斜坡率。以这种方式，AMP1控制给定脉冲持续时间内的照明脉冲的峰值幅度。
图10示出了一个实施例中的功率驱动器390。在一些实施例中，功率驱动器390被复制为图3中所示的照明驱动器IC 140中的功率驱动器290A和290B。如图10所示，为了说明的目的，功率驱动器390被实现为图3中所示的功率驱动器290A。在所示实施例中，功率驱动器390包括集成到GaN基IC 140上的三个FET 391、393和394。在图10所示的示例中，主FET391控制通过照明源160A（例如激光二极管160A）的电流123A的流动。栅极控制信号283A贡献了主FET 393的栅极电压。另外，充电FET 393和放电FET 394也对主FET 391的栅极电压有贡献，并且加速了转变并使功率损耗最小化。
如图10所示，充电FET 393的漏极耦合至图1所示的低电压源132的电压节点125。充电FET 393的源极耦合至放电FET 394的漏极和主FET 391的栅极。放电FET 394的源极耦合到低电压源132的电压节点124。此外，电阻器392耦合在主FET 391的栅极和低电压源132的电压节点124之间。在充电FET 393的栅极处提供栅极充电控制信号281A，且在放电FET394的栅极处提供栅极放电控制信号282A。以此方式，栅极充电控制信号281A、栅极放电控制信号282A和栅极控制信号283A确定了主FET 391的栅极处的充电，并因此确定了主FET391的导通状态。
尽管图10示出了实施例390被实现为图3中示出的功率驱动器290A，但是通常，实施例390可以被实现为任何LIDAR测量通道的功率驱动器（例如，功率驱动器290A、290B或两者）。
图10所示的功率驱动器模块290A的实施例390包括确定流过照明源160A的电流的单个主FET 391。在另一方面，功率驱动器包括多个不同的FET，其被配置成控制流过照明源的电流。此外，耦合到每个照明源的FET的数量是可编程的。这使得可编程的最大电流能够流过每个照明源，并且因此实现可编程最大照明脉冲幅度。
图11示出了另一实施例中的功率驱动器490。在一些实施例中，功率驱动器490被复制为图3中所示的照明驱动器IC 140中的功率驱动器290A和290B。如图11所示，为了说明的目的，功率驱动器490被实现为图3中所示的功率驱动器290A。参考图10描述了相同标号的元素。如图11中所示出，N组一个或多个FET与照明源160A并联耦合，其中，N为任何正整数。每个FET组491A-491N的每个主FET的漏极被耦合到照明源160A的节点。类似地，每个FET组491A-491N的每个主FET的源极被耦合到功率电压源131的节点121。每个FET组141A-141N的每个主FET的栅极选择性地耦合到充电FET的源极和放电FET的漏极，如参考图10所述。特定FET组的每个主FET是否电耦合到充电FET的源极和放电FET的漏极是由从主控制器190接收的选择信号SEL 194的状态来确定的。在图11所示的示例中，SEL是N位的字。每个位对应于特定的主FET组。如果特定位处于高状态，则与对应的主FET组相关联的每个主FET被耦合到充电FET的源极和放电FET的漏极。在这种状态下，栅极控制信号283A、栅极充电控制信号281A和栅极放电控制信号282A确定了对应主FET组的每个主FET的栅极处的充电。以这种方式，N位字的每一位的状态确定了哪些主FET组将参与由照明源160A的脉冲生成。
主控制器190通过生成SEL信号并将其传送到照明驱动器IC 140来确定哪些FET组应当参与下一测量脉冲。在一些示例中，该确定是基于从先前测量脉冲接收的返回信号。例如，如果所接收的返回信号饱和，则主控制器190生成选择信号SEL并将其传送到具有更大量零值位的照明驱动器140，以减少参与的主FET组的数量。以这种方式，减少了在下一照射脉冲中发射的光子的数量。
在一些实施例中，每个主FET组中的FET的数量是不同的。以这种方式，可以激活FET组的不同组合，以实现具有均匀分辨率的宽范围的参与FET。
尽管图11示出了实施例490被实现为图3中示出的功率驱动器290A，但是一般而言，实施例490可以被实现为任何LIDAR测量通道的功率驱动器（例如，功率驱动器290A、290B或两者）。
图13-15示出了包括一个或多个多通道GaN基照明驱动器IC的3-D LIDAR系统。在一些实施例中，在每个LIDAR测量通道的激发之间设置了延迟时间。在一些示例中，延迟时间大于测量脉冲往返于位于LIDAR设备的最大范围处的物体的飞行时间。以这种方式，在任何LIDAR测量通道之间都不存在串扰。在一些其他示例中，在从一个LIDAR测量通道发射的测量脉冲有时间返回LIDAR设备之前，从另一LIDAR测量通道发射测量脉冲。在这些实施例中，要注意确保在由每个光束询问的周围环境的区域之间有足够的空间分离以避免串扰。
图13是示出一个示例性操作场景中的3D LIDAR系统100的实施例的示图。3-DLIDAR系统100包括下壳体101和上壳体102，该上壳体包括圆顶形壳元件103，该圆顶形壳元件由对红外光（例如，波长在700到1,700纳米的光谱范围内的光）透明的材料构成。在一个示例中，圆顶形壳元件103对波长以905纳米为中心的光是透明的。
如图13所示，多个光束105从3-D LIDAR系统100发射，穿过圆顶形壳元件103，在从中心轴104测量的角度范围α上。在图13所示的实施例中，每个光束被投射到由x和y轴限定的平面上在彼此间隔开的多个不同位置处。例如，光束106被投射到xy平面上在位置107处。
在图13所示的实施例中，3-D LIDAR系统100被配置为绕中心轴104扫描多个光束105中的每一个。投射到xy平面上的每个光束追踪以中心轴104和xy平面的交点为中心的圆形图案。例如，随着时间的推移，投射到xy平面上的光束106描绘出以中心轴104为中心的圆形轨迹108。
图14是示出一个示例性操作场景中的3D LIDAR系统10的另一实施例的图。3-DLIDAR系统10包括下壳体11和上壳体12，该上壳体包括由对红外光（例如，波长在700到1,700纳米的光谱范围内的光）透明的材料构成的圆柱形壳元件13。在一个示例中，圆柱形壳元件13对于具有以905纳米为中心的波长的光是透明的。
如图14所示，在角度范围β上，多个光束15从3D LIDAR系统10发射通过圆柱形壳元件13。在图14所示的实施例中，示出了每个光束的主射线。每个光束沿多个不同的方向向外投射到周围环境中。例如，光束16被投射到周围环境中的位置17上。在一些实施例中，从系统10发射的每个光束稍微发散。在一个示例中，从系统10发射的光束照射距系统10为100米的距离处直径为20厘米的光斑尺寸，以这种方式，每个照明光束都是从系统10发射的照明光的锥体。
在图14所示的实施例中，3-D LIDAR系统10被配置为绕中心轴14扫描多个光束15中的每一个。为了说明的目的，光束15被示出为相对于3-D LIDAR系统10的非旋转坐标系处于一个角取向，并且光束15'被示出为相对于非旋转坐标系处于另一角取向。当光束15绕中心轴14旋转时，投射到周围环境中的每个光束（例如，与每个光束相关联的每个锥形照明光）在锥形照明光束绕中心轴14扫掠时照明对应于锥形照明光束的环境的体积。
图15示出了一个示例性实施例中的3-D LIDAR系统100的分解图。3-D LIDAR系统100还包括绕中心轴104旋转的光发射/收集引擎112。在图15所示的实施例中，光发射/收集引擎112的中心光轴117相对于中心轴104以角度θ倾斜。如图15所示，3-D LIDAR系统100包括相对于下壳体101安装在固定位置的固定电子板110。旋转电子板111设置在固定电子板110上方，并被配置为以预定的旋转速度（例如，大于200转每分钟）相对于固定电子板110旋转。电功率信号和电信号在固定电子板110和旋转电子板111之间通过一个或多个变压器、电容或光学元件传送，从而使这些信号可以无接触传输。光发射/收集引擎112相对于旋转电子板111处于固定位置，并且因此以预定的角速度ω绕中心轴104旋转。
如图15所示，光发射/收集引擎112包括LIDAR测量设备113的阵列。在一些实施例中，每个LIDAR测量设备是多通道LIDAR测量设备，例如图1所示的LIDAR测量设备120。
从每个LIDAR测量设备发射的光穿过一系列光学元件116，这些光学元件对发射的光进行准直以生成从3-D LIDAR系统投射到环境中的照明光束。以这种方式，从3-D LIDAR系统100发射各自从不同LIDAR测量设备发射的光束阵列105，如图13所示。通常，可以布置任何数量的LIDAR测量设备，以同时从3-D LIDAR系统100发射任何数量的光束。由于光由特定LIDAR测量设备的照明而从环境中的物体反射的光被光学元件116收集。所收集的光穿过光学元件116，在那里它被聚焦到相同的、特定的LIDAR测量设备的检测元件上。以此方式，与由不同LIDAR测量设备生成的照明对环境的不同部分的照明相关联的所收集的光分别聚焦到每个对应LIDAR测量设备的检测器上。
图16更详细地示出了光学元件116的视图。如图16所示，光学元件116包括四个透镜元件116A-D，其被布置成将收集的光118聚焦到LIDAR测量设备113阵列的每个检测器上。在图16中示出的实施例中，穿过光学元件116的光从反射镜124被反射，并且被引导到LIDAR测量设备113阵列的每个检测器上。在一些实施例中，光学元件116中的一个或多个由吸收预定波长范围外的光的一种或多种材料构造。预定波长范围包括由集成LIDAR测量设备113阵列发射的光的波长。在一个示例中，透镜元件中的一个或多个由包含着色剂添加物的塑料材料构造，以吸收具有比集成LIDAR测量设备113阵列中的每一个所生成的红外光小的波长的光。在一个实施例中，着色剂是可购自Aako BV（荷兰）的Epolight 7276A。通常，可以将任何数量的不同着色剂添加到光学元件116的任何塑料透镜元件中，以滤除不期望的光谱。
图16示出了光学元件116的剖视图，以示出每个收集光束118的成形。
以此方式，例如图14中所示出的3D LIDAR系统10之类的LIDAR系统、及图13中所示出的系统100包括了多个LIDAR测量设备，每个LIDAR测量设备将多个脉冲照明光束从LIDAR设备发射到周围环境中且测量从周围环境中的物体反射的返回光。
在一些实施例中，诸如参照图13和图14描述的实施例，LIDAR测量设备的阵列被安装到LIDAR设备的旋转框架。该旋转框架相对于LIDAR设备的基架旋转。然而，通常，LIDAR测量设备的阵列可以以任何合适的方式（例如，万向节、平移/倾斜等）移动或者相对于LIDAR设备的基架固定。
在一些其他实施例中，每个LIDAR测量设备包括扫描LIDAR测量设备所生成的照明光束的光束引导元件（例如，扫描镜、MEMS镜等）。
在一些其他实施例中，两个或更多个LIDAR测量设备各自向扫描镜设备（例如，MEMS镜）发射照明光束，该扫描镜设备在不同方向上将光束反射到周围环境中。
在另一方面中，一个或多个LIDAR测量设备与光学相位调制设备进行光学通信，所述光学相位调制设备在不同方向上引导由LIDAR测量设备生成的照明光束。光学相位调制设备是接收控制信号的有源设备，该控制信号使光学相位调制设备改变状态，并因此改变从光学相位调制设备衍射的光的方向。以这种方式，由LIDAR测量设备生成的照明光束扫描通过多个不同取向，并且有效地询问测量中的周围3-D环境。投射到周围环境中的衍射光束与环境中的物体相互作用。每个相应的LIDAR测量通道基于从物体收集的返回光来测量LIDAR测量系统与所检测物体之间的距离。光学相位调制设备设置在LIDAR测量设备与周围环境中的测量中的物体之间的光路中。因此，照明光和对应的返回光两者均穿过光学相位调制设备。
这里描述的计算系统可以包括但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或本领域已知的任何其他设备。通常，术语“计算系统”可以被广泛地定义为包含具有执行来自存储器介质的指令的一个或多个处理器的任何设备。
实现诸如本文所述的方法的程序指令可通过诸如线材、线缆或无线传输链路的传输介质来发送。程序指令存储在计算机可读介质中。示例性计算机可读介质包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、或磁带。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件来实现，那么功能可作为一个或多个指令或代码而存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质发送。计算机可读介质包含计算机存储介质与通信介质两者，所述通信介质包含有利于将计算机程序从一处传送到另一处的任何介质。存储介质可以是可由通用或专用计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备、或可用于携带或存储以指令或数据结构形式的所需程序代码部件并可由通用或专用计算机、或通用或专用处理器访问的任何其他介质。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴线缆、光纤线缆、双绞线、数字订户线（DSL）或例如红外线、无线电和微波之类的无线技术从网站、服务器或其他远程源发送软件，那么同轴线缆、光纤线缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电和微波之类的无线技术包括于介质的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘（CD）、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘（DVD）、软盘及蓝光盘，其中，磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘使用激光以光学方式再现数据。以上的组合也应包括在计算机可读介质的范围内。
尽管出于指导目的而在上文描述了某些特定实施例，但本专利文档的教导具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，在不偏离如权利要求书中所阐述的本发明的范围的情况下，可实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、改编和组合。

Claims (18)

1.一种LIDAR测量设备，包括：
第一电功率源，具有第一节点和第二节点，其中，所述第一电功率源提供跨第一节点和第二节点的第一电压；
第一照明源，具有第一节点和第二节点，其中，所述第一电功率源的第一节点电耦合到所述第一照明源的第一节点；
第二照明源，具有第一节点和第二节点，其中，所述第一电功率源的第一节点电耦合到所述第二照明源的第一节点；以及
多通道氮化镓基照明驱动器集成电路，包括：
第一驱动器模块，电耦合到所述第一照明源的第二节点和所述第一电功率源的第二节点，所述第一驱动器模块被配置为响应于使得所述第一照明源发射照明光的第一测量脉冲的第一状态下的第一脉冲触发信号，而选择性地将所述第一照明源的第二节点电耦合到所述第一电功率源的第二节点；以及
第二驱动器模块，电耦合到所述第二照明源的第二节点和所述第一电功率源的第二节点，所述第二驱动器模块被配置为响应于使得所述第二照明源在与照明光的所述第一测量脉冲不同的时间发射照明光的第二测量脉冲的所述第一状态下的第二脉冲触发信号，而选择性地将所述第二照明源的第二节点电耦合到所述第一电功率源的第二节点，
多通道氮化镓基照明驱动器集成电路还包括：
功率调节模块，其电耦合到所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块，其中，所述功率调节模块仅在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号中的任何一个处于所述第一状态时，向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应经调节的电功率，并且其中，所述功率调节模块被配置成在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号两者都不处于所述第一状态之后，不向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应电功率。
2.根据权利要求1所述的LIDAR测量设备，其中，所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号是不被所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块共享的多通道氮化镓基照明驱动器集成电路上接收的仅有的信号。
3.根据权利要求1所述的LIDAR测量设备，其中，每个驱动器模块包括：
功率驱动器模块，其基于多个栅极控制信号而选择性地将对应的照明源电耦合到所述第一电功率源；
控制信号生成器，其基于脉冲发起信号、脉冲终止信号和通道脉冲幅度控制信号来生成所述多个栅极控制信号；以及
功率控制模块，其电耦合到所述控制信号生成器，其中，所述功率控制模块基于对应的脉冲触发信号的状态来生成所述通道脉冲幅度控制信号，并且将所述通道脉冲幅度控制信号传送到所述控制信号生成器。
4.根据权利要求3所述的LIDAR测量设备，每个功率驱动器模块还包括：
第一FET，其具有源极、耦合到第二电功率源的第一节点的漏极、以及被配置成接收栅极充电控制信号的栅极；
第二FET，其具有耦合到第一FET的源极的漏极、耦合到所述第二电功率源的第二节点的源极、以及被配置成接收栅极放电控制信号的栅极；以及
第三FET，其具有耦合到第一FET的源极和第二FET的漏极的栅极、耦合到对应的照明源的第二节点的漏极、以及耦合到所述第一电功率源的第二节点的源极，其中，所述栅极充电控制信号使得第三FET的栅极选择性地耦合到所述第二电功率源的第一节点，并且其中，所述栅极放电控制信号使得第三FET的栅极选择性地耦合到所述第二电功率源的第二节点。
5.根据权利要求3所述的LIDAR测量设备，每个功率驱动器模块还包括：
第一FET组，其包括第一多个FET，所述第一多个FET可操作以基于FET选择信号的第一位的值将对应的照明源电耦合到所述第一电功率源；以及
第二FET组，其包括第二多个FET，所述第二多个FET可操作以基于所述FET选择信号的第二位的值将对应的照明源电耦合到所述第一电功率源，其中，所述第一多个FET与所述第二多个FET是不同数量的FET。
6.根据权利要求3所述的LIDAR测量设备，每个功率控制模块包括：
延迟模块，其接收对应的脉冲触发信号并且生成延迟的脉冲触发信号；以及
功率节省模块，其接收所述延迟的脉冲触发信号，并且基于所述延迟的脉冲触发信号和由所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块接收的脉冲幅度控制信号来生成所述通道脉冲幅度控制信号。
7.根据权利要求1所述的LIDAR测量设备，所述功率调节模块包括：
逻辑电路，其接收所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号，并且如果所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号中的任何一个处于所述第一状态，则生成处于所述第一状态的输入信号；以及
调节器模块，其接收所述输入信号，并且当所述输入信号处于所述第一状态时，向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应经调节的电功率。
8.根据权利要求3所述的LIDAR测量设备，其中，每个驱动器模块包括脉冲发起信号生成器，所述脉冲发起信号生成器基于对应的脉冲触发信号来生成脉冲发起信号并将所述脉冲发起信号传送到所述控制信号生成器。
9.根据权利要求8所述的LIDAR测量设备，其中，每个脉冲发起信号生成器包括：
电阻器，具有第一节点和第二节点，其中，第一节点耦合到第二电功率源的第一节点；
FET，具有耦合到所述第二电功率源的第二节点的源极、耦合到所述电阻器的第二节点的漏极、以及栅极，其中，所述脉冲触发信号在FET的栅极处被提供，并且其中，所述脉冲发起信号在FET的漏极处被提供。
10.根据权利要求8所述的LIDAR测量设备，其中，每个驱动器模块包括脉冲终止信号生成器，所述脉冲终止信号生成器接收所述脉冲发起信号和由所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块两者接收的脉冲宽度控制信号，其中，所述脉冲终止信号生成器基于所述脉冲发起信号来生成脉冲终止信号，其中，所述脉冲发起信号与所述脉冲终止信号之间的延迟是基于所述脉冲宽度控制信号。
11.根据权利要求3所述的LIDAR测量设备，其中，每个控制信号生成器包括脉冲幅度控制电路，所述脉冲幅度控制电路基于从所述功率控制模块接收的所述通道脉冲幅度控制信号来控制照明光的对应的测量脉冲的幅度。
12.根据权利要求11所述的LIDAR测量设备，其中，所述脉冲幅度控制电路包括：
第一电阻器，具有第一节点和第二节点，其中，所述通道脉冲幅度控制信号在所述第一电阻器的第一节点上被提供；
FET，具有源极、耦合到所述第一电阻器的第二节点的栅极、以及耦合到所述功率调节模块的输出节点的漏极；
第二电阻器，具有耦合到FET的源极的第一节点、和耦合到充电控制FET的栅极的第二节点；以及
电容器，具有耦合到所述第一电阻器的第二节点的第一节点、和耦合到所述第二电阻器的第二节点的第二节点。
13.根据权利要求1所述的LIDAR测量设备，还包括：
第一光电检测器，被配置为检测光的第一返回脉冲并且生成指示所检测的第一返回脉冲的第一输出信号，其中，所述第一返回脉冲包括由照明光的第一测量脉冲照射的从周围环境中的第一位置反射的光量；
第一返回信号接收器IC，被配置为基于所述第一输出信号来确定所述第一测量脉冲从所述LIDAR测量设备到三维环境中的所述第一位置并且回到所述LIDAR测量设备的飞行时间，其中，所述第一返回信号接收器IC生成所述第一脉冲触发信号并且将所述第一脉冲触发信号传送到多通道氮化镓基照明驱动器集成电路；
第二光电检测器，被配置为检测光的第二返回脉冲并生成指示所检测的第二返回脉冲的第二输出信号，其中，所述第二返回脉冲包括由照明光的第二测量脉冲照射的从周围环境中的第二位置反射的光量；以及
第二返回信号接收器IC，被配置为基于所述第二输出信号来确定所述第二测量脉冲从所述LIDAR测量设备到三维环境中的所述第二位置并且回到所述LIDAR测量设备的飞行时间，其中，所述第二返回信号接收器IC生成所述第二脉冲触发信号并且将所述第二脉冲触发信号传送到多通道氮化镓基照明驱动器集成电路。
14.一种多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路，包括：
第一驱动器模块，其电耦合到电功率源和第一LIDAR照明源，所述第一驱动器模块被配置为响应于使得所述第一LIDAR照明源发射照明光的第一测量脉冲的第一状态下的第一脉冲触发信号，而选择性地将所述第一LIDAR照明源电耦合到所述电功率源；
第二驱动器模块，其电耦合到所述电功率源和第二LIDAR照明源，所述第二驱动器模块被配置为响应于使得所述第二LIDAR照明源在与照明光的所述第一测量脉冲不同的时间发射照明光的第二测量脉冲的所述第一状态下的第二脉冲触发信号，而选择性地将所述第二LIDAR照明源电耦合到所述电功率源；以及
功率调节模块，其电耦合到所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块，其中，所述功率调节模块仅在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号中的任何一个处于所述第一状态时，向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应经调节的电功率，并且其中，所述功率调节模块被配置成在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号两者都不处于所述第一状态之后，不向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应电功率。
15.根据权利要求14所述的多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路，其中，所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号是不被所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块共享的多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路上接收的仅有的信号。
16.根据权利要求14所述的多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路，其中，每个驱动器模块包括：
功率驱动器模块，其基于多个栅极控制信号来选择性地将对应的照明源电耦合到所述电功率源；
控制信号生成器，其基于脉冲发起信号、脉冲终止信号和通道脉冲幅度控制信号来生成所述多个栅极控制信号；以及
功率控制模块，其电耦合到所述控制信号生成器，其中，所述功率控制模块基于对应的脉冲触发信号的状态来生成所述通道脉冲幅度控制信号，并且将所述通道脉冲幅度控制信号传送到所述控制信号生成器。
17.一种多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路，包括：
第一节点，被配置为接收第一脉冲触发信号；
第二节点，被配置为接收第二脉冲触发信号；
第一驱动器模块，其电耦合到电功率源和第一LIDAR照明源，所述第一驱动器模块被配置为响应于使得所述第一LIDAR照明源发射照明光的第一测量脉冲的第一状态下的第一脉冲触发信号，而选择性地将所述第一LIDAR照明源电耦合到所述电功率源；
第二驱动器模块，其电耦合到所述电功率源和第二LIDAR照明源，所述第二驱动器模块被配置为响应于使得所述第二LIDAR照明源在与照明光的所述第一测量脉冲不同的时间发射照明光的第二测量脉冲的所述第一状态下的第二脉冲触发信号，而选择性地将所述第二LIDAR照明源电耦合到所述电功率源，其中，所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号是不被所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块共享的多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路上接收的仅有的信号；以及
功率调节模块，其电耦合到所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块，其中，所述功率调节模块仅在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号中的任何一个处于所述第一状态时，向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应经调节的电功率，并且其中，所述功率调节模块被配置成在所述第一脉冲触发信号和所述第二脉冲触发信号两者都不处于所述第一状态之后，不向所述第一驱动器模块和所述第二驱动器模块供应电功率。
18.根据权利要求17所述的多通道氮化镓基LIDAR照明驱动器集成电路，其中，每个驱动器模块包括：
功率驱动器模块，其基于多个栅极控制信号来选择性地将对应的照明源电耦合到所述电功率源；
控制信号生成器，基于脉冲发起信号、脉冲终止信号和通道脉冲幅度控制信号来生成所述多个栅极控制信号；以及
功率控制模块，其电耦合到所述控制信号生成器，其中，所述功率控制模块基于对应的脉冲触发信号的状态来生成所述通道脉冲幅度控制信号，并且将所述通道脉冲幅度控制信号传送到所述控制信号生成器。
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