KR20200097683A - Lidar 신호 취득 - Google Patents

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KR20200097683A
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라자나타 세티가라
나탄 슬라텐그렌
아론 첸
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벨로다인 라이더, 인크.
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Abstract

LIDAR 측정 시스템의 다중 채널들로부터의 복귀 신호들을 결합하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 설명된다. 일 양태에서, 다중 수신 채널들의 출력들은 아날로그-디지털 변환기의 단일 채널에의 입력 전에 전기적으로 결합된다. 또 다른 양태에서, 측정된 신호 품질을 개선하기 위해 각각의 수신 채널의 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 출력에서 DC 오프셋 전압이 제공된다. 또 다른 양태에서, 각각의 수신 채널의 각각의 광검출기에 공급되는 바이어스 전압은 전력을 절약하고 측정 일관성을 개선하기 위해 측정된 온도에 기반하여 조정된다. 또 다른 양태에서, 각각의 전송 채널의 각각의 조명원에 공급되는 바이어스 전압은 측정된 온도에 기반하여 조정된다. 또 다른 양태에서, 멀티플렉서는 아날로그-디지털 변환 전에 수신 채널들의 대응하는 세트들의 출력 신호들의 다중 세트들을 멀티플렉싱하기 위해 이용된다.

Description

LIDAR 신호 취득
관련 출원의 상호 참조
본 특허 출원은 2018년 9월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 "LIDAR 신호 취득"인 미국 특허 출원 제16/134,000호로부터의 우선권을 주장하고, 이어서, 제16/134,000호는 35 U.S.C. §119 하에서 2017년 9월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 "LIDAR 신호 취득"인 미국 특허 가출원 제62/559,783호로부터 우선권을 주장하고, 이의 전체 청구 대상은 본 명세서에 참조로 포함된다.
기술 분야
설명된 실시예들은 LIDAR 기반 3-D 포인트 클라우드 측정 시스템들에 관한 것이다.
LIDAR 시스템들은 각각의 광 펄스(pulse)의 비행 시간(TOF)에 기반하여 물체까지의 거리를 측정하기 위해 광 펄스들을 이용한다. LIDAR 시스템의 광원으로부터 방출된 광 펄스는 말단의 물체와 상호작용한다. 광의 일부는 물체로부터 반사되고 LIDAR 시스템의 검출기로 복귀한다. 광 펄스의 방출과 복귀된 광 펄스의 검출 사이에 경과된 시간에 기반하여, 거리가 추정된다. 일부 예들에서, 광 펄스들은 레이저 방출기에 의해 생성된다. 광 펄스들은 렌즈 또는 렌즈 조립체를 통해 포커싱된다. 레이저 광의 펄스가 방출기 근처에 장착된 검출기로 복귀하는 데 걸리는 시간이 측정된다. 거리는 높은 정확도의 시간 측정으로부터 유도된다.
일부 LIDAR 시스템들은 평면을 가로질러 효과적으로 스캔하기 위해 회전 거울과 결합된 단일 레이저 방출기/검출기 조합을 이용한다. 이러한 시스템에 의해 수행되는 거리 측정들은 사실상 2차원(즉, 평면)이고, 캡처된 거리 포인트들은 2-D(즉, 단일 평면) 포인트 클라우드로서 렌더링된다(rendered). 일부 예들에서, 회전 거울들은 매우 빠른 속도들(예를 들어, 분당 수천 회전수들)로 회전된다.
많은 동작 시나리오들에서, 3-D 포인트 클라우드가 요구된다. 주위 환경에서 3차원들로 정보를 얻기 위해 다수의 방식들이 이용되었다. 일부 예들에서, 2-D 계기는 위 및 아래로 및/또는 뒤 및 앞으로, 종종 짐벌(gimbal) 상에서 작동된다. 이는 본 기술분야에서 센서를 "윙킹(winking)" 또는 "노딩(nodding)"하는 것으로 흔히 알려져 있다. 따라서, 단일 빔(beam) LIDAR 유닛은 한 번에 하나의 포인트일지라도, 거리 포인트들의 전체 3-D 배열을 캡처하기 위해 이용될 수 있다. 관련 예에서, 레이저 펄스를 각각이 약간 상이한 수직 각도를 갖는 다중 층들로 "분할"하기 위해 프리즘이 이용된다. 이것은 센서 자체의 작동 없이 상술한 노딩 효과를 시뮬레이션한다.
위의 모든 예들에서, 단일 레이저 방출기/검출기 조합의 광 경로는 단일 센서보다 더 넓은 시야를 달성하기 위해 어떻게든 변경되었다. 이러한 디바이스들이 단위 시간당 생성할 수 있는 픽셀들의 수는 단일 레이저의 펄스 반복 속도에 대한 제한들로 인해 본질적으로 제한된다. 이것이 거울에 의한 것인지, 프리즘에 의한 것인지, 또는 더 큰 유효 영역을 달성하는 디바이스의 작동에 의한 것인지에 상관없이, 빔 경로의 임의의 변경은 포인트 클라우드 밀도의 감소를 대가로 치르게 된다.
상술한 바와 같이, 3-D 포인트 클라우드 시스템들은 여러 구성들로 존재한다. 그러나, 많은 응용들에서 수평 및 수직 방향들 모두에서 넓은 시야를 보는 것이 필요하다. 예를 들어, 자율주행 차량 응용에서, 수직 시야는 차량의 전방에 있는 지면을 보기 위해 가능한 한 가까이 아래로 확장해야 한다. 또한, 자동차가 도로에서 패인 부분에 들어가는 경우, 수직 시야는 수평선 위로 확장해야 한다. 또한, 현실 세계에서 발생하는 동작들과 그 동작들의 이미징 사이의 최소 지연을 갖는 것이 필요하다. 일부 예들에서, 완전한 이미지 업데이트를 초당 적어도 5회 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 요건들을 해결하기 위해, 다중 레이저 방출기들 및 검출기들의 배열을 포함하는 3-D LIDAR 시스템이 개발되었다. 이 시스템은 2011년 6월 28일자로 공표된 미국 특허 제7,969,558호에 설명되고, 이의 전체 청구 대상은 본 명세서에 참조로 포함된다.
많은 응용들에서, 펄스들의 시퀀스(sequence)가 방출된다. 각각의 펄스의 방향은 순차적으로 빠른 연속으로 변화된다. 이러한 예들에서, 각각의 개별 펄스와 연관된 거리 및 강도 측정은 픽셀로 고려될 수 있고, 빠른 연속에서 방출되고 캡처된 픽셀들의 컬렉션(즉, "포인트 클라우드")은 이미지로서 렌더링되거나 다른 이유들(예를 들어, 장애물들을 검출하는 것)로 분석될 수 있다. 일부 예들에서, 뷰잉 소프트웨어(viewing software)는 사용자에게 3차원으로 나타나는 이미지들로서 결과적인 포인트 클라우드들을 렌더링하기 위해 이용된다. LIDAR 측정들을 라이브 액션 카메라에 의해 캡처된 것처럼 나타나는 3-D 이미지들로서 묘사하기 위해 상이한 방식들이 사용될 수 있다.
높은 해상도, 처리량 및 범위로 3차원 환경을 측정하기 위해, 측정 펄스들은 매우 좁아야 하고 높은 주기성으로 반복해야 한다. 현재의 시스템들은 그들이 짧은 지속 시간 펄스들을 생성하고 높은 주파수에서 짧은 지속 시간 복귀 펄스들을 해결하는 그들의 능력으로 제한되기 때문에 저해상도로 어려움을 겪는다.
타겟 반사율 및 근접성이 현실적인 동작 환경들에서 크게 변화함에 따라, 검출기의 포화는 측정 능력을 제한한다. 전력 소비는 LIDAR 시스템의 과열을 야기할 수 있다. 광 디바이스들, 타겟들, 회로들, 및 온도들은 실제 시스템들에서 변화한다. 각각의 LIDAR 채널의 적절한 교정 없이는, 이러한 요소들 모두의 가변성이 시스템 성능을 제한 한다.
LIDAR 시스템들의 구동 전자장비들 및 수신기 전자장비들의 개선들은 이미징 해상도 및 범위를 개선하기 위해 요구된다.
LIDAR 측정 시스템의 다중 채널들로부터의 복귀 신호들을 아날로그-디지털 변환기의 단일 채널의 입력 상에 결합하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 설명된다.
일 양태에서, LIDAR 측정 시스템의 다중 수신 채널들의 출력들은 아날로그-디지털 변환기의 단일 채널에 입력되기 전에 전기적으로 결합된다.
추가 양태에서, LIDAR 측정 시스템의 다수의 수신 채널들의 각각의 광검출기(photodetector)로부터 아날로그-디지털 변환기로의 각각의 전기 경로 내의 전기 요소들은 서로 직류(DC) 결합된다.
또 다른 양태에서, 측정된 신호 품질을 개선하기 위해 LIDAR 측정 시스템의 각각의 수신 채널의 각각의 트랜스임피던스 증폭기(transimpedance amplifier)의 출력에서 DC 오프셋 전압이 제공된다.
또 다른 양태에서, LIDAR 측정 시스템의 각각의 수신 채널의 각각의 광검출기에 공급되는 바이어스 전압은 전력을 절약하고 측정 일관성을 개선하기 위해 수신 채널들의 요소들과 연관된 측정된 온도에 기반하여 조정된다.
또 다른 양태에서, LIDAR 측정 시스템의 각각의 전송 채널의 각각의 조명원에 공급되는 바이어스 전압은 전송 채널들의 요소들과 연관된 측정된 온도에 기반하여 조정된다.
또 다른 양태에서, 측정 처리량을 향상시키기 위해 아날로그-디지털 변환 전에 수신 채널들의 세트들의 출력 신호들을 멀티플렉싱(multiplex)하기 위해 수신 채널들의 다중 세트들과 아날로그-디지털 변환기의 단일 채널 사이에 멀티플렉서가 배치된다.
전술한 내용은 발명의 개요이고 따라서, 필요성, 간소화들, 일반화들 및 세부 사항들의 생략들을 포함하고; 결과적으로, 본 기술분야의 통상의 기술자는 발명의 내용이 단지 예시적이고 임의의 방식으로 제한하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 본 명세서에 설명된 디바이스들 및/또는 프로세스들의 다른 양태들, 발명적 특징들, 및 이점들은 본 명세서에 설명된 비제한적인 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 일 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)을 예시하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)의 N개의 수신 채널들의 세트를 도시한다.
도 3은 일 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)의 N개의 전송 채널들의 세트를 도시한다.
도 4는 또 다른 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템의 다중 수신 채널들의 2개의 세트들을 도시한다.
도 5는 LIDAR 측정 디바이스(120)의 측정 채널로부터의 측정 펄스의 방출 및 복귀 측정 펄스의 캡처와 연관된 타이밍의 예시를 도시한다.
도 6은 일 예시적인 동작 시나리오에서 3-D LIDAR 시스템(100)의 실시예를 예시하는 도면이다.
도 7은 일 예시적인 동작 시나리오에서 3-D LIDAR 시스템(10)의 또 다른 실시예를 예시하는 도면이다.
도 8은 일 예시적인 실시예에서의 3-D LIDAR 시스템(100)의 분해도를 예시하는 도면을 도시한다.
도 9는 3-D LIDAR 시스템(100)의 광학 요소들(116)의 도면을 더 상세히 도시한다.
도 10은 수집된 광(118)의 각각의 빔의 형상을 예시하기 위한 3-D LIDAR 시스템(100)의 광학계(116)의 절단도를 도시한다.
도 11은 적어도 하나의 신규한 양태에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템에 의해 LIDAR 측정을 수행하는 방법(200)을 예시하는 흐름도를 도시한다.
이제 본 발명의 배경 예들 및 일부 실시예들이 상세히 참조될 것이며, 그 예들은 첨부 도면들에 예시된다.
LIDAR 측정 시스템의 다중 채널들로부터의 복귀 신호들을 아날로그-디지털 변환기의 단일 채널의 입력상에 결합하기 위한 방법들 및 시스템들이 본 명세서에 설명된다.
도 1은 일 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)을 도시한다. LIDAR 측정 시스템(120)은 마스터 제어기(190) 및 N개의 LIDAR 측정 채널들(125A-N)을 포함하고, 여기서 N은 임의의 양의 정수이다. LIDAR 측정 시스템(120)의 각각의 채널은 전송 채널(예를 들어, 전송 채널들(160A-N)) 및 대응하는 수신 채널(예를 들어, 수신 채널들(130A-N))을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 LIDAR 전송 채널(160A-N)은 조명원(163A-N)을 포함한다. 각각의 전송 채널(160A-N)의 조명 구동기는 각각의 대응하는 조명원(163A-N)으로 하여금 대응하는 수신 채널(130A-N)로부터 수신된 펄스 트리거 신호(151A-N)에 응답하여 조명 광(164A-N)의 측정 펄스를 방출하게 야기한다. 조명 광(164A-N)의 각각의 측정 펄스는 거울 요소(121A-N)를 통과하고 주변 환경의 체적을 조명한다. 주변 환경에서의 각각의 조명된 위치에서 물체(들)로부터 반사된 복귀 광(136A-N)의 각각의 양은 대응하는 거울 요소들(121A-N)에 입사한다. 오버몰드 렌즈(131A-N)는 각각의 광검출기(132A-N) 위에 각각 장착된다. 각각의 오버몰드 렌즈(131A-N)는 복귀 광(136A-N)의 광선 수용 원추(cone)에 대응하는 원추형 공동을 각각 포함한다. 복귀 광(136A-N)은 거울들(121A-N)로부터 대응하는 광검출기들(132A-N)로 각각 반사된다.
도 1에 도시된 바와 같이, LIDAR 측정 시스템(120)의 각각의 채널로부터 방출되는 조명 광(164A-N) 및 LIDAR 측정 시스템(120)을 향해 지향되는 대응하는 복귀 측정 광(136A-N)은 공통 광학 경로를 공유한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 조명원(163A-N)은 각각의 광검출기의 시야 밖에 위치된다. 조명원들(163A-N)로부터의 조명 광(164A-N)은 거울들(121A-N) 내의 개구를 통해 대응하는 검출기 수신 원추 내에 각각 주입된다.
일부 실시예들에서, 각각의 조명원(163A-N)은 레이저 기반(예를 들어, 레이저 다이오드)이다. 일부 실시예들에서, 각각의 조명원은 하나 이상의 발광 다이오드에 기반한다. 일반적으로, 임의의 적절한 펄스형 조명원이 고려될 수 있다.
마스터 제어기(144)는 수신 채널들(130A-N)에 통신되는 펄스 명령 신호들(122A-N)을 생성하도록 각각 구성된다. 이러한 실시예들에서, 마스터 제어기(144)는 각각의 상이한 LIDAR 측정 채널에 펄스 명령 신호를 통신한다. 이러한 방식으로, 마스터 제어기(144)는 임의의 수의 LIDAR 측정 채널들에 의해 수행되는 LIDAR 측정들의 타이밍을 조정한다. 각각의 펄스 명령 신호는 마스터 제어기(144)에 의해 생성된 디지털 신호이다. 따라서, 각각의 펄스 명령 신호의 타이밍은 마스터 제어기(144)와 연관된 클록(clock)에 의해 결정된다.
일부 실시예들에서, 각각의 펄스 명령 신호(122A-N)는 전송 채널들(160A-N)에 의한 펄스 생성 및 각각의 대응하는 수신 채널들(130A-N)에 의한 데이터 취득을 트리거하기 위해 각각 직접 사용된다. 그러나, 전송 채널들(160A-N) 및 수신 채널들(130A-N)은 마스터 제어기(144)와 동일한 클록을 공유하지 않는다. 이러한 이유로, 펄스 생성 및 데이터 취득을 트리거하기 위해 펄스 명령 신호가 직접 사용될 때, 비행 시간의 정밀한 추정이 훨씬 더 계산적으로 장황해진다.
일부 다른 실시예들에서, 각각의 수신 채널(130A-N)은 펄스 명령 신호(122A-N)를 수신하고 펄스 명령 신호들(122A-N)에 응답하여, 대응하는 펄스 트리거 신호들(151A-N)을 각각 생성한다. 각각의 펄스 트리거 신호(151A-N)는 전송 채널(160A-N)에 통신되고 각각의 전송 채널과 연관된 조명 구동기를 직접 트리거하여 조명 광(164A-N)의 대응하는 펄스를 생성한다. 또한, 각각의 펄스 트리거 신호(151A-N)는 복귀 신호들(136A-N) 및 연관된 비행 시간 계산들의 데이터 취득을 직접 트리거한다. 이러한 방식으로, 각각의 수신 채널(130A-N)의 복귀 신호 수신기들의 내부 클록에 기반하여 생성되는 펄스 트리거 신호들(151A-N)이 특정한 LIDAR 측정 채널에 대한 펄스 생성 및 복귀 펄스 데이터 취득 모두를 트리거하기 위해 이용된다. 이것은 시간 대 디지털 변환에 의한 정밀한 비행 시간 계산들을 가능하게 하는, 펄스 생성 및 복귀 펄스 취득의 정밀한 동기화를 보장한다.
일 양태에서, 각각의 수신 채널(130A-N)의 출력들은 전기적으로 결합된다(예를 들어, 전압 노드(140)에서). 이러한 방식으로, 수신 채널들(130A-N)의 출력들은 아날로그-디지털 변환기(143)의 입력에서 효과적으로 합산된다.
도 2는 일 실시예에서 LIDAR 측정 시스템(120)의 수신 채널들의 더 상세한 도면을 도시한다. 도 1과 관련하여 설명된 유사한 번호의 요소들은 도 2에 도시된 것들과 유사하고, 그 반대도 마찬가지이다. 도 2에 도시된 바와 같이, LIDAR 측정 시스템(120)은 다수의 아날로그 수신 채널들(130A-N), 아날로그-디지털 변환기(ADC)(143), 및 마스터 제어기(144)를 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 아날로그 수신 채널(130A-N)은 광검출기(예를 들어, 애벌란시 포토다이오드(avalanche photodiode)(132A-N), 또는 다른 감광 디바이스) 및 트랜스-임피던스 증폭기(TIA)(133A-N)를 포함한다. 또한, 각각의 아날로그 수신 채널은 하나 이상의 2차 증폭기 스테이지(134A-N)를 포함한다. 그러나, 일반적으로, 2차 증폭기 스테이지들(134A-N)은 임의적(optional)이다.
도 2에 도시된 실시예에서, 유입 광(136A)은 APD(132A)에 의해 검출된다. 광(136A)의 유입 복귀 펄스에 응답하여, APD(132A)는 전류 신호(137A)를 생성한다. TIA(133A)는 전류 신호(137A)를 수신하고 전압 노드(138A)에 존재하는 전압 신호를 생성한다. 도 2에 도시된 실시예에서, TIA(133A)는 단일 단부(single ended) 전압 출력을 생성한다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, TIA(133A)는 차등 전압 출력을 생성한다. 증폭기(134A)는 노드(138A)에서 전압 신호를 증폭하고 출력 신호(139A)를 생성한다. 일부 실시예들에서 증폭기(134A)의 출력은 전류 신호이다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 증폭기(134A)의 출력은 전압 신호이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 출력 신호(139A)는 광(136A)의 검출된 복귀 펄스에 응답하여 생성된 수신 채널(130A)의 출력이다. 유사하게, 각각의 수신 채널(130A-N)은 각각의 수신 채널(130A-N)에서 검출된 광(136A-N)의 검출된 복귀 펄스를 나타내는 출력 신호(139A-N)를 각각 생성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 수신 채널(130A-N)의 출력들은 전압 노드(140)에 전기적으로 결합된다. 이러한 방식으로, 수신 채널들(130A-N)의 출력들이 효과적으로 합산된다. 결합된 출력 신호(152)는 각각의 수신 채널(130A-N)과 연관된 레이저 펄스 방출의 시퀀스와 동일한 시퀀스로 각각의 수신 채널(130A-N)의 출력을 나타내는 아날로그 신호이다.
합산된 신호들은 직접 또는 추가 처리(예를 들어, 증폭기(142)에 의한 증폭) 후에 아날로그-디지털 변환기(143)의 단일 채널에 입력으로서 후속적으로 제공된다. 도 2에 도시된 실시예에서, 합산된 출력 신호(152)는 증폭기(142)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호(146)는 ADC(143)에 의해 디지털 신호(147)로 변환된다. 디지털 신호(147)는 마스터 제어기(144)에 의해 수신된다.
이와 달리, 증폭기(142)의 부재 시에 수신 채널들(130A-N)의 출력들은 ADC(143)의 입력에서 효과적으로 합산된다(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이). 일반적으로, 증폭기(142)는 임의적이다.
추가 양태에서, 광검출기(예를 들어, APD(132A-N))로부터 ADC(143)로의 각각의 전기 경로 내의 전기 요소들은 서로 직류(DC) 결합된다. 즉, 각각의 수신 채널(130A-N)에 대해, APD(132A-N), TIA(133A-N), 증폭기(134A-N), 증폭기(142) 및 ADC(143) 중 임의의 것 사이에서 DC 신호 차단 요소들(예를 들어, 커패시터들 등)로서 작동하는 명시적으로 형성된 에너지 저장 요소들이 존재하지 않고; 오직 전기 전도체들만이 존재한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 각각의 APD(132A-N)는 대응하는 TIA(133A-N)에 DC 결합된다. 각각의 TIA(133A-N)는 대응하는 증폭기(134A-N)에 DC 결합된다. 각각의 증폭기(134A-N)는 증폭기(142)에 DC 결합된다. 증폭기(142)는 ADC(143)에 DC 결합된다.
또 다른 양태에서, DC 오프셋 전압은 각각의 수신 채널과 연관된 TIA의 출력에서 제공된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 마스터 제어기(144)는 명령 신호(145)를 로컬 제어기(190)에 통신한다. 명령 신호(145)는 수신 채널들(130A-N)의 각각의 TIA의 출력에서 원하는 DC 전압 오프셋을 나타낸다. 이어서, 로컬 제어기(190)는 DC 오프셋 전압 신호들(148A-N)을 TIA(133A-N)의 출력들에서의 전압 노드들(138A-N)에 각각 통신한다(디지털-아날로그 변환기(191)를 통해). 일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144) 및 로컬 제어기(190)는 별개의 디바이스들이다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, DC 오프셋 전압 신호들을 생성하고 각각의 TIA의 출력에 통신하기 위해 단일 디바이스가 이용된다. 일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144)는 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA) 디바이스이고 로컬 제어기(190)는 복합 프로그램가능 로직 디바이스(CPLD)이다. 그러나, 일반적으로, 임의의 적절한 컴퓨팅 디바이스가 이용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144)는 측정된 신호(147)의 품질에 기반하여 명령 신호(145)를 생성한다. 일부 예들에서, ADC(143)에 의해 생성된 디지털 신호들(147)의 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 명령 신호(145)가 생성된다. 일부 예들에서, 명령 신호(145)는 LIDAR 디바이스의 동작 환경에 존재하는 DC 잡음 신호들을 오프셋하기 위해 생성된다. DC 잡음을 오프셋함으로써, ADC(143)의 전체 스케일은 동적 측정을 위해 이용가능하다. 이것은 신호 대 잡음비를 증가시킨다.
또 다른 양태에서, 하나 이상의 수신 채널과 연관된 온도가 측정된다. 추가 양태에서, 측정된 온도는 각각의 APD에 공급되는 바이어스 전압을 조정하기 위해 이용된다.
도 2에 도시된 실시예에서, 온도 센서 모듈은 수신 채널들(130A-N)의 하나 이상의 요소(즉, 수신 채널들(130A-N)을 포함하는 수신 서브시스템의 요소들)에 매우 근접하여 위치된다. 일례에서, 온도 센서 모듈(150)은 수신 채널(예를 들어, 수신 채널들(130A-N) 중 임의의 것)의 40 밀리미터 내에 위치된다. 그러나, 일반적으로, 온도 센서는 하나 이상의 수신 채널로부터의 임의의 적절한 거리에 위치될 수 있다. 온도 센서 모듈(150)은 모듈(150)이 위치되는 온도를 측정하고 측정된 온도를 나타내는 디지털 신호(151)를 마스터 제어기(144)로 통신한다(예를 들어, 직렬 주변 인터페이스를 통해). 측정된 온도에 응답하여, 마스터 제어기는 명령 신호(176)를 로컬 제어기(190)에 통신한다. 명령 신호(176)는 수신 채널들(130A-N)의 각각의 APD에 제공되는 원하는 바이어스 전압을 나타낸다. 로컬 제어기(190)는, 이어서, 바이어스 전압 명령 신호들(177A-N)을 APD 바이어스 전원들(131A-D)에 각각 통신한다(디지털 대 아날로그 변환기(191)를 통해). 각각의 APD 바이어스 전원(131A-N)은 각각의 APD(132A-N)에 제공되는 바이어스 전압 신호(135A-N)를 각각 조정한다.
일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144) 및 로컬 제어기(190)는 별개의 디바이스들이다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 바이어스 전압 신호들을 생성하고 각각의 APD 바이어스 전원에 통신하기 위해 단일 디바이스가 이용된다.
마스터 제어기(144)는 하나 이상의 수신 채널과 연관된 측정된 온도에 기반하여 명령 신호(176)를 생성한다. 명령 신호(176)가 생성되어 전력을 절약하고 측정 일관성을 개선한다.
또 다른 양태에서, 하나 이상의 전송 채널과 연관된 온도가 측정된다. 추가 양태에서, 측정된 온도는 각각의 조명원에 공급되는 바이어스 전압을 조정하기 위해 이용된다.
도 3은 일 실시예에서 LIDAR 측정 시스템(120)의 전송 채널들의 더 상세한 도면을 도시한다. 도 1과 관련하여 설명된 유사한 번호 소자들은 도 3에 예시된 것들과 유사하고, 그 반대도 마찬가지이다. 도 3은 N개의 전송 채널들(160A-N)(여기서 N은 임의의 양의 정수일 수 있음)의 세트를 도시한다. 각각의 전송 채널은 전원(161A-N) 및 조명원(163A-N)(예를 들어, 레이저 다이오드)을 포함한다. 각각의 조명원(163A-N)은 광(164A-N)의 펄스를 방출한다. 주변 환경으로부터 반사된 광은 대응하는 수신기 채널(예를 들어, 도 2에 도시된 수신기 채널들(130A-N))에 의해 검출된다. 각각의 광 펄스와 연관된 비행 시간은 LIDAR 디바이스와 주변 환경에서 검출된 물체 사이의 거리를 결정한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 온도 센서 모듈(165)은 전송 채널들(160A-N)의 하나 이상의 요소(즉, 전송 채널들(160A-N)을 포함하는 전송 서브시스템의 요소들)에 매우 근접하여 위치된다. 일례에서, 온도 센서 모듈(165)은 전송 채널(160A-N)의 40 밀리미터 내에 위치된다. 그러나, 일반적으로, 온도 센서는 하나 이상의 전송 채널로부터 임의의 적절한 거리에 위치될 수 있다. 온도 센서 모듈(165)은 모듈(165)이 위치되는 온도를 측정하고 측정된 온도를 나타내는 디지털 신호(166)를 마스터 제어기(144)에 통신한다(예를 들어, 직렬 주변 인터페이스를 통해). 측정된 온도에 응답하여, 마스터 제어기(144)는 명령 신호(167)를 로컬 제어기(168)에 통신한다. 명령 신호(167)는 전송 채널들(160A-N)의 각각의 레이저 다이오드에 제공되는 원하는 바이어스 전압을 나타낸다. 로컬 제어기(168)는, 이어서, 바이어스 전압 명령 신호들(149A-N)을 전원(161A-D)에 각각 통신한다(디지털-아날로그 변환기(169)를 통해). 각각의 전원(161A-N)은 각각의 레이저 다이오드(163A-N)에 제공되는 바이어스 전압 신호(162A-N)를 각각 조정한다.
일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144) 및 로컬 제어기(168)는 별개의 디바이스들이다. 그러나, 일부 다른 실시예들에서, 단일 디바이스가 이용되어 바이어스 전압 신호들을 생성하고 각각의 바이어스 전원에 통신한다.
일부 실시예들에서, 마스터 제어기(144)는 하나 이상의 전송 채널과 연관된 측정된 온도 및 또한 각각의 대응하는 수신 채널에서 검출된 신호(예를 들어, 신호들(139A-N))의 레벨에 기반하여 명령 신호(167)를 생성한다.
추가 양태에서, 수신 채널들의 다중 세트들과 ADC(143) 사이에 멀티플렉서가 배치되어 측정 처리량을 향상시킨다.
도 4는 또 다른 실시예에서 다중 채널 LIDAR 측정 시스템의 다중 수신 채널들의 2개의 세트들을 도시한다. 도 1과 관련하여 설명된 유사한 번호의 요소들은 도 4에 예시된 것들과 유사하고, 그 반대도 마찬가지이다. 도 4는 수신 채널들(130A-N) 및 수신 채널들(170A-N)의 추가 세트를 도시한다. 수신 채널들(130A-N)의 출력들은 전술한 바와 같이 전압 노드(140)에서 전기적으로 결합된다. 유사하게, 수신 채널들(170A-N)의 출력들은 전압 노드(171)에서 전기적으로 결합된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 2개의 채널 멀티플렉서(141)는 합산된 출력 신호들(140 및 171)을 수신하고 멀티플렉싱된 출력(145)을 생성한다. 멀티플렉싱된 출력(145)은 증폭기(142)에 의해 증폭된다. 증폭된 신호(146)는 ADC(143)의 단일 채널에 의해 디지털 신호(147)로 변환된다. 디지털 신호(147)는 마스터 제어기(144)에 의해 수신된다. 이러한 방식으로, 2N개의 수신 채널들의 출력들은 단일 ADC 채널 상으로 결합된다.
일 실시예에서, 각각의 수신 채널은 단일 인쇄 회로 보드 상에 제조된다. N개의 보드들의 그룹은 멀티플렉서(141), 증폭기(142), 로컬 제어기(190), DAC(191), 및 온도 센서 모듈(150)을 포함하는 또 다른 인쇄 회로 보드에 전기적으로 결합된다. ADC(143) 및 마스터 제어기(144)는 또 다른 인쇄 회로 보드 상에 조립된다. 유사하게, 각각의 전송 채널은 단일 인쇄 회로 보드 상에 제조된다. N개의 보드들의 그룹은 온도 센서 모듈(165), 로컬 제어기(168) 및 DAC(169)를 포함하는 또 다른 인쇄 회로 보드에 전기적으로 결합된다.
일부 실시예들에서, 조명 구동기들, 조명원들(163A-N), 광검출기들(132A-N), 및 복귀 신호 수신기들은 소자들 사이에 기계적 지지 및 전기적 연결을 제공하는 공통 기판(예를 들어, 인쇄 회로 보드)에 직접 또는 간접적으로 장착된다.
일반적으로, 본 명세서에 설명된 전원들 중 임의의 것은 별개의 기판에 장착되고 임의의 적절한 방식으로 다양한 전자 요소들에 전기적으로 결합될 수 있다. 이와 달리, 본 명세서에 설명된 전원들 중 임의의 것은 임의의 적절한 방식으로 다른 전자 소자들과 통합될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 전원들은 전압 또는 전류로서 특정된 전력을 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전압원 또는 전류원으로서 본 명세서에서 설명되는 임의의 전원은 등가 전류원 또는 전압원으로서 각각 고려될 수 있다.
도 5는 LIDAR 측정 디바이스로부터의 측정 펄스의 방출 및 복귀 측정 펄스의 캡처와 연관된 타이밍의 예시를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 측정은 예를 들어 마스터 제어기(144)에 의해 생성된 펄스 트리거 신호(122A)의 상승 에지(edge)에 의해 개시된다. 측정 윈도우(즉, 수집된 복귀 신호 데이터가 특정한 측정 펄스와 연관되는 시간의 기간)는 펄스 트리거 신호(122A)의 상승 에지에서의 데이터 취득을 가능하게 함으로써 개시된다. 측정 윈도우의 지속 시간(Tmeasurement)은 측정 펄스 시퀀스의 방출에 응답하여 복귀 신호가 예상될 때의 시간의 윈도우에 대응한다. 일부 예들에서, 측정 윈도우는 펄스 트리거 신호(122A)의 상승 에지에서 활성화되고 LIDAR 시스템의 범위의 대략 2배인 거리에 걸친 광의 비행 시간에 대응하는 시간에 비활성화된다. 이러한 방식으로, 측정 윈도우는 LIDAR 시스템에 인접한 물체들로부터(즉, 무시할만한 비행 시간) LIDAR 시스템의 최대 범위에 위치되는 물체들로의 복귀 광을 수집하기 위해 개방된다. 이러한 방식으로, 아마도 유용한 복귀 신호에 기여할 수 없는 모든 다른 광이 거부된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 복귀 신호(147)는 방출된 측정 펄스에 대응하는 3개의 복귀 측정 펄스들(147A-C)을 포함한다. 이러한 인스턴스들 중 임의의 것은 LIDAR 시스템에 의해 잠재적으로 유효한 거리 측정들로서 보고될 수 있다.
또 다른 양태에서, 마스터 제어기는 상이한 LIDAR 측정 채널들에 각각 통신되는 복수의 펄스 명령 신호들을 생성하도록 구성된다.
도 6-8은 다중 LIDAR 측정 채널들을 포함하는 3-D LIDAR 시스템들을 도시한다. 일부 실시예들에서, 각각의 LIDAR 측정 채널의 점화 사이에 지연 시간이 설정된다. 일부 예들에서, 지연 시간은 LIDAR 디바이스의 최대 범위에 위치된 물체에 대한 그리고 그로부터의 측정 펄스 시퀀스의 비행 시간보다 크다. 이러한 방식으로, LIDAR 측정 채널들 중 임의의 것 사이에 혼선이 없다. 일부 다른 예들에서, 또 다른 LIDAR 측정 채널로부터 방출되는 측정 펄스가 LIDAR 디바이스로 복귀할 시간을 갖기 전에 하나의 LIDAR 측정 채널로부터 측정 펄스가 방출된다. 이러한 실시예들에서는, 혼선을 회피하기 위해 각각의 빔에 의해 정보가 얻어지는 주변 환경의 영역들 사이에 충분한 공간적 분리가 있다는 것을 보장하기 위해 주의가 필요하다.
도 6은 일 예시적인 동작 시나리오에서 3-D LIDAR 시스템(100)의 실시예의 예시적인 도면이다. 3-D LIDAR 시스템(100)은 하부 하우징(101) 및 적외선 광(예를 들어, 700 내지 1,700 나노미터의 스펙트럼 범위 내의 파장을 갖는 광)에 투명한 재료로 구성된 돔형 쉘 요소(103)를 포함하는 상부 하우징(102)을 포함한다. 일 예에서, 돔형 쉘 요소(103)는 905 나노미터에 중심을 둔 파장들을 갖는 광에 투명하다.
도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 광 빔들(105)은 중심 축(104)으로부터 측정된 각도 범위(α)에 걸쳐 돔형 쉘 요소(103)를 통해 3-D LIDAR 시스템(100)으로부터 방출된다. 도 5에 도시된 실시예에서, 각각의 광 빔은 서로 이격된 복수의 상이한 위치들에서 x 및 y축들에 의해 정의된 평면 상으로 투영된다. 예를 들어, 빔(106)은 위치(107)에서 xy 평면 상에 투영된다.
도 6에 도시된 실시예에서, 3-D LIDAR 시스템(100)은 중심 축(104)에 대해 복수의 광 빔들(105) 각각을 스캔하도록 구성된다. xy 평면 상에 투영된 각각의 광 빔은 중심 축(104)과 xy 평면의 교차 포인트를 중심으로 하는 원형 패턴을 그린다. 예를 들어, 시간 경과에 따라, xy 평면 상에 투영된 빔(106)은 중심 축(104)에 중심을 둔 원형 궤적(108)을 그린다.
도 7은 일 예시적인 동작 시나리오에서 3-D LIDAR 시스템(10)의 또 다른 실시예를 예시하는 도면이다. 3-D LIDAR 시스템(10)은 하부 하우징(11) 및 적외선 광(예를 들어, 700 내지 1,700 나노미터의 스펙트럼 범위 내의 파장을 갖는 광)에 투명한 재료로 구성된 원통형 쉘 요소(13)를 포함하는 상부 하우징(12)을 포함한다. 일 예에서, 원통형 쉘 요소(13)는 905 나노미터에 중심을 둔 파장들을 갖는 광에 투명하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 복수의 광 빔들(15)은 각도 범위(β)에 걸쳐 원통형 쉘 요소(13)를 통해 3-D LIDAR 시스템(10)으로부터 방출된다. 도 8에 도시된 실시예에서, 각각의 광 빔의 주된 광선이 예시된다. 각각의 광 빔은 복수의 상이한 방향들로 주변 환경 내로 바깥쪽으로 투영된다. 예를 들어, 빔(16)은 주변 환경에서 위치(17)상으로 투영된다. 일부 실시예들에서, 시스템(10)으로부터 방출된 각각의 광 빔은 약간 갈라진다. 일례에서, 시스템(10)으로부터 방출된 광 빔은 시스템(10)으로부터 100미터의 거리에서 지름 20센티미터의 스폿 사이즈를 조명한다. 이러한 방식으로, 조명 광의 각각의 빔은 시스템(10)으로부터 방출되는 조명 광의 원추다.
도 7에 도시된 실시예에서, 3-D LIDAR 시스템(10)은 중심 축(14)에 대해 복수의 광 빔들(15) 각각을 스캔하도록 구성된다. 예시를 위해, 광 빔들(15)은 3-D LIDAR 시스템(10)의 비회전 좌표 프레임에 대해 하나의 각도 배향으로 예시되어 있고 광 빔들(15')은 비회전 좌표 프레임에 대해 또 다른 각도 배향으로 예시되어 있다. 광 빔들(15)이 중심 축(14)에 대해 회전함에 따라, 주변 환경 내로 투영된 각각의 광 빔(예를 들어, 각각의 빔과 연관된 조명 광의 각각의 원추)은 원추 형상의 조명 빔이 중심 축(14) 주위로 펼쳐질 때 원추 형상의 조명 빔에 대응하는 환경의 체적을 조명한다.
도 8은 일 예시적인 실시예에서의 3-D LIDAR 시스템(100)의 분해도를 도시한다. 3-D LIDAR 시스템(100)은 중심 축(104)에 대해 회전하는 광 방출/수집 엔진(112)을 더 포함한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 광 방출/수집 엔진(112)의 중심 광학 축(117)은 중심 축(104)에 대해 각도(θ)로 기울어진다. 3-D LIDAR 시스템(100)은 하부 하우징(101)에 대해 고정된 위치에 장착된 고정 전자 보드(110)를 포함한다. 회전 전자 보드(111)는 고정 전자 보드(110) 위에 배치되고 미리 결정된 회전 속도(예를 들어, 분당 200회전수 초과)로 고정 전자 보드(110)에 대해 회전하도록 구성된다. 전기 전력 및 전자 신호들은 고정 전자 보드(110)와 회전 전자 보드(111) 사이에서 하나 이상의 변압기 요소, 용량 요소, 또는 광학 요소를 통해 통신되어, 이들 신호들의 무접촉 전송을 초래한다. 광 방출/수집 엔진(112)은 회전 전자 보드(111)에 대해 고정적으로 위치되고, 따라서 미리 결정된 각속도(ω)로 중심 축(104)에 대해 회전한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 광 방출/수집 엔진(112)은 전송 채널(예를 들어, 전송 채널들(160A-N))을 각각 포함하는 인쇄 회로 보드들(114)의 배열을 포함한다. 전송 채널들 각각과 연관된 조명원으로부터 방출된 광은 거울(도시되지 않음)을 향해 지향된다. 거울로부터 반사된 광은 도 6에 도시된 바와 같이 3-D LIDAR 시스템(100)으로부터 방출된 광 빔들(105)의 배열 내로 방출된 광을 시준하는 직렬 조명 광학계(115)를 통과한다. 일반적으로, 임의의 수의 발광 소자들은 3-D LIDAR 시스템(100)으로부터의 임의의 수의 광 빔들을 동시에, 또는 실질적으로 동시에 방출하도록 배열될 수 있다. 또한, 임의의 수의 발광 소자들은 3-D LIDAR 시스템(100)으로부터 임의의 수의 광 빔들을 순차적으로 방출하도록 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 2개 이상의 발광 소자들은 실질적으로 동시에 광을 방출하도록 트리거되고, 그 후, 프로그래밍된 시간의 기간이 경과한 후에, 또 다른 2개 이상의 발광 소자들이 실질적으로 동시에 광을 방출하도록 트리거된다. 환경 내의 물체들로부터 반사된 광은 수집 광학계(116)에 의해 수집된다. 각각의 조명 빔과 연관된 수집된 광은 수집 광학계(116)를 통과하고, 거기에서 수신 채널(예를 들어, 수신 채널들(130A-N))을 각각 포함하는 인쇄 회로 보드들(113)의 배열의 각각의 검출 소자 각각에 포커싱된다. 수집 광학계(116)를 통과한 후에, 수집된 광은 거울(도시되지 않음)로부터 각각의 검출기 소자 상으로 반사된다. 실제로, 각각의 측정 채널 간의 혼선은 동시에 트리거될 수 있는 채널들의 수를 제한 한다. 그러나, 이미징 해상도를 최대화하기 위해, 가능한 한 많은 채널들을 동시에 트리거하는 것이 바람직하며, 따라서 순차적으로 보다는 동시에 많은 채널들로부터 비행 시간의 측정들이 취득된다.
도 9는 광학 소자들(116)의 도면을 더 상세히 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 광학 소자들(116)은 수집된 광(118)을 수신 채널들(113)의 배열의 각각의 검출기 상에 포커싱하도록 배열된 4개의 렌즈 요소들(116A-D)을 포함한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 광학계(116)를 통과하는 광은 거울(124)로부터 반사되고 수신 채널들(113)의 배열의 각각의 검출기 상으로 지향된다. 일부 실시예들에서, 광학 요소들(116) 중 하나 이상은 미리 결정된 파장 범위 밖의 광을 흡수하는 하나 이상의 물질로부터 구성된다. 미리 결정된 파장 범위는 수신 채널들(113)의 배열에 의해 방출된 광의 파장들을 포함한다. 일례에서, 렌즈 요소들 중 하나 이상은 수신 채널들(113)의 배열 각각에 의해 생성된 적외선 광보다 적은 파장들을 갖는 광을 흡수하는 착색제 첨가물을 포함하는 플라스틱 재료로 구성된다. 일례에서, 착색제는 Aako BV(네덜란드)로부터 이용가능한 Epolight 7276A이다. 일반적으로, 임의의 수의 상이한 착색제들이 원하지 않는 스펙트럼들을 걸러내기 위해 광학계(116)의 플라스틱 렌즈 소자들 중 임의의 것에 추가될 수 있다.
도 10은 수집된 광(118)의 각각의 빔의 형상화를 예시하기 위한 광학계(116)의 절단도를 도시한다.
이러한 방식으로, 도 7에 도시된 3-D LIDAR 시스템(10)과 같은 LIDAR 시스템, 및 도 6에 도시된 시스템(100)은 각각 LIDAR 디바이스로부터 주변 환경 내로의 조명 광의 펄스 빔을 방출하고 주변 환경 내의 물체들로부터 반사된 복귀 광을 측정하는 복수의 LIDAR 측정 채널들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된 실시예들과 같이, LIDAR 측정 채널들의 배열은 LIDAR 디바이스의 회전 프레임에 장착된다. 이러한 회전 프레임은 LIDAR 디바이스의 기본 프레임에 대해 회전한다. 그러나, 일반적으로, LIDAR 측정 채널들의 배열은 임의의 적합한 방식(예를 들어, 짐벌, 팬/틸트, 등)으로 이동가능할 수 있거나 LIDAR 디바이스의 기본 프레임에 대해 고정될 수 있다.
일부 다른 실시예들에서, 각각의 LIDAR 측정 채널은 LIDAR 측정 채널에 의해 생성된 조명 빔을 스캔하는 빔 지향 소자(예를 들어, 스캐닝 거울, MEMS 거울 등)를 포함한다.
일부 다른 실시예들에서, 2개 이상의 LIDAR 측정 채널들 각각은 빔들을 상이한 방향들로 주변 환경으로 반사하는 스캐닝 거울 디바이스(예를 들어, MEMS 거울)를 향해 조명 광의 빔을 방출한다.
추가 양태에서, 하나 이상의 LIDAR 측정 채널은 하나 이상의 LIDAR 측정 채널에 의해 생성된 조명 빔(들)을 상이한 방향들로 지향시키는 광학 위상 변조 디바이스와 광학 통신한다. 광학 위상 변조 디바이스는 광학 위상 변조 디바이스가 상태를 변경하고 따라서 광학 위상 변조 디바이스로부터 회절된 광의 방향을 변경하게 야기하는 제어 신호를 수신하는 능동 디바이스이다. 이러한 방식으로, 하나 이상의 통합된 LIDAR 디바이스에 의해 생성된 조명 빔(들)은 다수의 상이한 배향들을 통해 스캔되고 측정 중인 주변 3-D 환경에 대해 효과적으로 정보를 얻는다. 주변 환경 내에 투영된 회절된 빔들은 환경 내의 물체들과 상호작용한다. 각각의 LIDAR 측정 채널 각각은 물체로부터 수집된 복귀 광에 기반하여 LIDAR 측정 시스템과 검출된 물체 사이의 거리를 측정한다. 광학 위상 변조 디바이스는 주변 환경에서의 측정 중인 물체와 LIDAR 측정 채널 사이의 광학 경로에 배치된다. 따라서, 조명 광 및 대응하는 복귀 광 모두 광학 위상 변조 디바이스를 통과한다.
도 11은 본 명세서에 설명된 바와 같은 다중 채널 LIDAR 측정 시스템에 의한 구현에 적합한 방법(200)의 흐름도를 예시한다. 일부 실시예들에서, 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)은 도 11에 예시된 방법(100)에 따라 동작가능하다. 그러나, 일반적으로, 방법(200)의 실행은 도 1을 참조하여 설명된 다중 채널 LIDAR 측정 시스템(120)의 실시예들에 제한되지 않는다. 많은 다른 실시예들 및 동작 예들이 고려될 수 있으므로, 이러한 예시들 및 대응하는 설명은 예로서 제공된다.
블록(201)에서, 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각으로부터 조명 광의 측정 펄스가 방출된다.
블록(202)에서, 조명 광의 각각의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양이 검출된다.
블록(203)에서, 복귀 광의 각각의 양을 나타내는 복귀 신호가 생성된다.
블록(204)에서, 각각의 복귀 신호의 표시가 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 중 제1 공유 출력 노드에 제공된다.
블록(205)에서, 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호의 표시는 아날로그-디지털 변환기의 입력 채널에서 수신된다.
본 명세서에 설명된 컴퓨팅 시스템은 개인용 컴퓨터 시스템, 메인프레임 컴퓨터 시스템, 워크스테이션, 이미지 컴퓨터, 병렬 프로세서, 또는 본 기술분야에 공지된 임의의 다른 디바이스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 일반적으로, 용어 "컴퓨팅 시스템"은 메모리 매체로부터 명령어들을 실행하는 하나 이상의 프로세서를 갖는 임의의 디바이스를 포함하도록 넓게 정의될 수 있다.
본 명세서에 설명된 것들과 같은 방법들을 구현하는 프로그램 명령어들은 와이어, 케이블, 또는 무선 전송 링크와 같은 전송 매체를 통해 전송될 수 있다. 프로그램 명령어들은 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된다. 예시적인 컴퓨터-판독가능 매체는 판독-전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 자기 또는 광학 디스크, 또는 자기 테이프를 포함한다.
하나 이상의 예시적인 실시예에서, 설명된 기능들은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 소프트웨어에서 구현되는 경우, 기능들은 하나 이상의 명령어 또는 코드로서 컴퓨터-판독가능 매체 상에 저장되거나 그를 통해 전송될 수 있다. 컴퓨터-판독가능 매체는 컴퓨터 프로그램을 한 장소에서 또 다른 장소로 전달하는 것을 용이하게 하는 임의의 매체를 포함하는 컴퓨터 저장 매체와 통신 매체 모두를 포함한다. 저장 매체는 범용 또는 특수 목적 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 이용 가능한 매체일 수 있다. 예로서, 그리고 제한하지 않고, 이러한 컴퓨터-판독가능 매체는 RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM 또는 다른 광학 디스크 저장, 자기 디스크 저장 또는 다른 자기 저장 디바이스들, 또는 명령어들 또는 데이터 구조들의 형태로 원하는 프로그램 코드 수단들을 전달 또는 저장하는 데 사용될 수 있고 범용 또는 특수-목적 컴퓨터, 또는 범용 또는 특수-목적 프로세서에 의해 액세스될 수 있는 임의의 다른 매체를 포함할 수 있다. 또한, 임의의 연결은 적절히 컴퓨터-판독가능 매체라고 한다. 예를 들어, 소프트웨어가 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어(twisted pair), 디지털 가입자 회선(DSL), 또는 적외선, 라디오 및 마이크로파와 같은 무선 기술들을 사용하여 웹사이트, 서버, 또는 다른 원격 소스로부터 전송되는 경우, 동축 케이블, 광섬유 케이블, 트위스티드 페어, DSL, 또는 적외선, 라디오, 및 마이크로파와 같은 무선 기술들은 매체의 정의에 포함된다. 여기서 사용되는 디스크(disk) 및 디스크(disc)는 CD(compact disc), 레이저 디스크(laser disc), 광학 디스크(optical disc), DVD(digital versatile disc), 플로피 디스크(floppy disk) 및 블루-레이 디스크(blu-ray disc)를 포함하는데 여기서 디스크(disk)들은 통상적으로 데이터를 자기적으로 재생하는 반면, 디스크(disc)들은 데이터를 레이저들을 이용해 광학적으로 재생산한다. 상기의 조합들은 또한 컴퓨터-판독가능 매체의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (20)

  1. LIDAR 측정 시스템으로서,
    제1 복수의 LIDAR 측정 채널들, - 상기 LIDAR 측정 채널들 각각은:
    전기적으로 전기 전원에 결합될 때 조명 광의 측정 펄스를 방출하는 조명원;
    상기 조명원 및 상기 전기 전원에 전기적으로 결합되는 조명 구동기 - 상기 조명 구동기는 펄스 트리거(trigger) 신호에 응답하여 상기 조명원을 상기 전기 전원에 선택적으로 전기적으로 결합하도록 구성됨 -;
    상기 조명 광의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양을 검출하는 광검출기; 및
    시간에 따라 검출된 상기 복귀 광의 양을 나타내는 복귀 신호를 생성하고 상기 복귀 신호를 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 제1 공유 출력 노드에 제공하는 복귀 신호 수신기
    를 포함함 -; 및
    입력 채널을 갖는 아날로그-디지털 변환기 - 상기 아날로그-디지털 변환기는 상기 아날로그-디지털 변환기의 상기 입력 채널에서의 상기 제1 공유 출력 노드에 제공되는 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호를 수신함 -
    를 포함하는 LIDAR 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    제2 복수의 LIDAR 측정 채널들 - 상기 LIDAR 측정 채널들 각각은:
    전기적으로 전기 전원에 결합될 때 조명 광의 측정 펄스를 방출하는 조명원;
    상기 조명원 및 상기 전기 전원에 전기적으로 결합되는 조명 구동기 - 상기 조명 구동기는 펄스 트리거 신호에 응답하여 상기 조명원을 상기 전기 전원에 선택적으로 전기적으로 결합하도록 구성됨 -;
    상기 조명 광의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양을 검출하는 광검출기; 및
    시간에 따라 검출된 상기 복귀 광의 양을 나타내는 복귀 신호를 생성하고 상기 복귀 신호를 상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들의 제2 공유 출력 노드에 제공하는 복귀 신호 수신기
    를 포함함 -;
    상기 제1 공유 출력 노드에 결합된 제1 입력 채널, 상기 제2 공유 출력 노드에 결합된 제2 입력 채널, 및 상기 아날로그-디지털 변환기의 상기 입력 채널에 결합된 출력 채널을 갖는 아날로그 멀티플렉서 - 상기 아날로그 멀티플렉서는 상기 제1 입력 채널에서 상기 제1 공유 출력 노드에 제공된 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호를 수신하고, 상기 제2 입력 채널에서 상기 제2 공유 출력 노드에 제공된 상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호를 수신하고, 및 상기 출력 채널에서 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 및 상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호를 나타내는 멀티플렉싱된 출력 신호를 생성함 -
    를 더 포함하는 LIDAR 측정 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들은 상기 조명원에 결합된 조명 바이어스 전원을 각각 더 포함하고, 상기 조명 바이어스 전원은 명령 신호에 응답하여 상기 조명원에 원하는 양의 전기 바이어스 전력을 제공하는, LIDAR 측정 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 상기 조명원들 및 조명 구동기들에 매우 근접하게 배치된 온도 센서; 및
    상기 온도 센서 및 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 각각의 조명 바이어스 전원에 전기적으로 결합된 마스터 제어기 - 상기 마스터 제어기는 상기 온도 센서로부터 전송 서브시스템 온도의 표시를 수신하고, 측정된 전송 서브시스템 온도에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 상기 원하는 양의 전기 바이어스 전력을 나타내는 상기 명령 신호를 생성함 -
    를 더 포함하는 LIDAR 측정 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 아날로그-디지털 변환기 및 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 각각의 조명 바이어스 전원에 전기적으로 결합된 마스터 제어기를 더 포함하고, 상기 마스터 제어기는 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호의 표시를 수신하고, 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 대응하는 상기 복귀 신호에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 상기 원하는 양의 전기 바이어스 전력을 나타내는 상기 명령 신호를 생성하는, LIDAR 측정 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들은 상기 광검출기에 결합된 광검출기 바이어스 전원을 각각 더 포함하고, 상기 광검출기 바이어스 전원은 명령 신호에 응답하여 상기 광검출기에 원하는 양의 전기 바이어스 전력을 제공하는, LIDAR 측정 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 상기 복귀 신호 수신기들 및 광검출기들에 매우 근접하게 배치된 온도 센서; 및
    상기 온도 센서 및 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 각각의 광검출기 바이어스 전원에 전기적으로 결합된 마스터 제어기 - 상기 마스터 제어기는 상기 온도 센서로부터 수신 서브시스템 온도의 표시를 수신하고, 상기 측정된 수신 서브시스템 온도에 기반하여 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 상기 원하는 양의 전기 바이어스를 나타내는 상기 명령 신호와 통신함 -
    를 더 포함하는 LIDAR 측정 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 광검출기로부터 상기 아날로그-디지털 변환기로의 전기 경로 내의 임의의 전기 요소들은 서로에 대해 직류(DC) 결합되는, LIDAR 측정 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들은 상기 광검출기의 출력 및 출력 노드에 결합된 입력 노드를 갖는 트랜스임피던스 증폭기를 각각 더 포함하는, LIDAR 측정 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 상기 출력 노드에 전기적으로 결합되는 마스터 제어기를 더 포함하고, 상기 마스터 제어기는 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 상기 출력 노드에서 직류(DC) 오프셋 전압을 생성하는, LIDAR 측정 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 LIDAR 측정 시스템은 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 생성된 대응하는 디지털 신호의 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 상기 출력 노드에서 상기 DC 오프셋 전압을 생성하는, LIDAR 측정 시스템.
  12. LIDAR 측정 시스템으로서,
    제1 복수의 LIDAR 수신 채널들 - 상기 LIDAR 수신 채널들 각각은:
    조명 광의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양을 검출하는 광검출기; 및
    상기 광검출기에 결합된 트랜스임피던스 증폭기(TIA) - 상기 TIA는 상기 복귀 광을 나타내는 신호를 생성하도록 구성됨 -
    를 포함함 -; 및
    상기 제1 복수의 LIDAR 수신 채널들 각각과 연관된 상기 복귀 광을 나타내는 상기 신호들을 수신하도록 구성된 입력 채널을 갖는 아날로그-디지털 변환기 - 상기 신호들은 상기 제1 복수의 LIDAR 수신 채널들의 제1 공유 출력 노드에 제공되고, 상기 복수의 LIDAR 수신 채널들의 각각의 광검출기로부터 상기 아날로그-디지털 변환기로의 전기 경로 내의 임의의 전기 요소들은 서로에 대해 직류(DC) 결합됨 -
    를 포함하는 LIDAR 측정 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 출력 노드에 전기적으로 결합되는 마스터 제어기를 더 포함하고, 상기 마스터 제어기는 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 상기 출력 노드에서 직류(DC) 오프셋 전압을 생성하는, LIDAR 측정 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 LIDAR 측정 시스템은 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 생성되는 대응하는 디지털 신호의 신호 대 잡음비를 최대화하기 위해 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 상기 출력 노드에서 상기 DC 오프셋 전압을 생성하는, LIDAR 측정 시스템.
  15. 방법으로서,
    제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각으로부터 조명 광의 측정 펄스를 방출하는 단계;
    조명 광의 각각의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양을 검출하는 단계;
    복귀 광의 각각의 양을 나타내는 복귀 신호를 생성하는 단계;
    각각의 복귀 신호의 표시를 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 제1 공유 출력 노드에 제공하는 단계; 및
    아날로그-디지털 변환기의 입력 채널에서 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호의 표시를 수신하는 단계
    를 포함하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    제2 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각으로부터 조명 광의 측정 펄스를 방출하는 단계;
    상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들과 연관된 조명 광의 각각의 측정 펄스에 응답하여 3차원 환경의 포인트로부터 반사된 복귀 광의 양을 검출하는 단계;
    상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들과 연관된 복귀 광의 각각의 양을 나타내는 복귀 신호를 생성하는 단계;
    상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들과 연관된 각각의 복귀 신호의 표시를 상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들의 제2 공유 출력 노드에 제공하는 단계;
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호 및 상기 제2 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호를 나타내는 멀티플렉싱된 출력 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 아날로그-디지털 변환기의 상기 입력 채널에서 상기 멀티플렉싱된 출력 신호를 수신하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    복수의 조명원들 및 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 조명 구동기들에 매우 근접한 위치의 온도를 측정하는 단계; 및
    측정된 온도에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 조명원에 제공되는 전기 바이어스 전력의 양을 조정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 복귀 신호의 표시를 수신하는 단계를 더 포함하고, 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 조명원에 제공되는 전기 바이어스 전력의 양을 조정하는 단계는 또한 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각에 대응하는 상기 복귀 신호의 상기 표시에 기반하는, 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    복수의 광검출기들 및 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 복귀 신호 수신기들에 매우 근접한 위치의 온도를 측정하는 단계; 및
    측정된 온도에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 광검출기에 제공되는 전기 바이어스 전력의 양을 조정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들의 각각의 트랜스임피던스 증폭기의 출력 노드에서 직류(DC) 오프셋 전압을 생성하는 단계를 더 포함하고, 상기 복귀 광의 각각의 양을 나타내는 복귀 신호를 생성하는 단계는 상기 제1 복수의 LIDAR 측정 채널들 각각과 연관된 상기 트랜스임피던스 증폭기를 수반하고, 상기 DC 오프셋 전압은 상기 아날로그-디지털 변환기에 의해 생성된 대응하는 디지털 신호의 신호 대 잡음비를 최대화하도록 생성되는, 방법.
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