(57)【要約】  多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバ集積回路（ＩＣ）を使用するＬＩＤＡＲ測定システムが本明細書で説明される。一態様では、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣは、各測定チャネルに関連付けられた各照明源を選択的に電源に結合して、照明光の測定パルスを生成する。一態様では、各測定チャネルに関連付けられた各パルストリガ信号は、ＩＣの別個のノード上で受信される。別の態様では、追加の制御信号が、ＩＣの別々のノード上で受信され、全ての測定チャネルに通信される。別の態様では、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣは、任意のパルストリガ信号が照明パルスの発射をトリガする状態にあるときにのみ、各測定チャネルの様々な要素に調整電圧を供給する電力調整モジュールを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＩＤＡＲ測定装置であって、
第１のノードおよび第２のノードを有する第１の電源であって、該第１の電源は、第１のノードおよび第２のノードの間に第１の電圧を提供する、第１の電源と、
第１のノードおよび第２のノードを有する第１の照明源であって、前記第１の電源の第１のノードは、前記第１の照明源の第１のノードに電気的に結合されている、第１の照明源と、
第１のノードおよび第２のノードを有する第２の照明源であって、前記第１の電源の第１のノードは、前記第２の照明源の第１のノードに電気的に結合されている、第２の照明源と、
多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの照明ドライバ集積回路（ＩＣ）であって、前記第１の照明源の第２のノードおよび前記第１の電源の第２のノードに電気的に結合された第１のドライバモジュールであって、第１の状態の第１のパルストリガ信号に応答して、前記第１の照明源に照明光の第１の測定パルスを放射させるように、前記第１の照明源の第２のノードを前記第１の電源の第２のノードに選択的に電気的に結合するように構成される、第１のドライバモジュール、および
前記第２の照明源の第２のノードおよび前記第１の電源の第２のノードに電気的に結合された第２のドライバモジュールであって、前記第１の状態の第２のパルストリガ信号に応答して前記第２の照明源に、照明光の第１の測定パルスとは異なる時間に照明光の第２の測定パルスを放射させるように、前記第２の照明源の第２のノードを前記第１の電源の第２のノードに選択的に電気的に結合するように構成される、第２のドライバモジュール
を含む、多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの照明ドライバ集積回路（ＩＣ）と、
を備える、ＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項２】
前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣが、前記第１および第２のドライバモジュールに電気的に結合された電力調整モジュールであって、前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号のいずれかが前記第１の状態にある場合にのみ、前記電力調整モジュールが前記第１および第２のドライバモジュールに調整電力を供給する、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項３】
前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号は、前記第１および第２のドライバモジュールの両方に通信されない前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣで受信される唯一の信号である、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項４】
各ドライバモジュールは、
複数のゲート制御信号に基づいて、対応する照明源を前記第１の電源に選択的に電気的に結合する電力ドライバモジュールと、
パルス開始信号、パルス終端信号、およびチャネルパルス振幅制御信号に基づいて複数のゲート制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記制御信号発生器に電気的に結合された電力制御モジュールであって、該電力制御モジュールは、対応するパルストリガ信号の状態に基づいて前記チャネルパルス振幅制御信号を生成し、前記チャネルパルス振幅制御信号を前記制御信号発生器に伝達する、電力制御モジュールと、
を備える、請求項２に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項５】
各電力ドライバモジュールは、
ソース、第２の電源の第１のノードに結合されたドレイン、およびゲート充電制御信号を受信するように構成されたゲートを有する第１の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）と、
前記第１のＦＥＴのソースに結合されたドレイン、前記第２の電力の第２のノードに結合されたソース、およびゲート放電制御信号を受信するように構成されたゲートを有する第２のＦＥＴと、
前記第１のＦＥＴのソースおよび前記第２のＦＥＴのドレインに結合されたゲート、対応する照明源の第２のノードに結合されたドレイン、および第１の電源の第２のノードに結合されたソースを有する第３のＦＥＴであって、前記ゲート充電制御信号は、前記第３のＦＥＴのゲートを前記第２の電源の第１のノードに選択的に結合させ、前記ゲート放電制御信号は、前記第３のＦＥＴのゲートを前記第２の電源の第２のノードに選択的に結合させる、第３のＦＥＴと、
を備える、請求項４に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項６】
各電力ドライバモジュールは、
ＦＥＴ選択信号の第１ビットの値に基づいて、対応する照明源を前記第１の電源に電気的に結合するように動作可能な複数の第１のＦＥＴを含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）群と、
前記ＦＥＴ選択信号の第２のビットの値に基づいて、対応する照明源を第１の電源に電気的に結合するように動作可能な複数の第２のＦＥＴを含む第２の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）群と、
をさらに備え、前記第１のＦＥＴ群は、前記第２のＦＥＴ群とは異なる数のＦＥＴを有する、請求項４に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項７】
各電力制御モジュールは、
対応するパルストリガ信号を受信し、遅延パルストリガ信号を生成する遅延モジュールと、
前記遅延パルストリガ信号を受信し、前記遅延パルストリガ信号と前記第１および第２ドライバモジュールが受信したパルス振幅制御信号に基づいてチャネルパルス振幅信号を生成する省電力モジュールと、
を備える、請求項４に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項８】
前記電力調整モジュールは、
前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号のいずれかが前記第１の状態にある場合、前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号を受信し、前記第１の状態で入力信号を生成する論理回路と、
前記入力信号を受信し、前記入力信号が第１の状態にあるときに前記第１および第２のドライバモジュールに調整電力を供給するレギュレータモジュールと、
を備える、請求項２に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項９】
各ドライバモジュールは、対応するパルストリガ信号に基づいてパルス開始信号を生成し、前記パルス開始信号を制御信号発生器に伝達するパルス開始信号発生器を備える、請求項４に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１０】
各パルス開始信号発生器は、
第１のノードおよび第２のノードを有する抵抗器であって、前記第１のノードが第２の電源の第１のノードに結合されている、抵抗器と、
前記第２の電源の第２のノードに結合されたソース、前記抵抗器の第２のノードに結合されたドレイン、およびゲートを有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であって、前記パルストリガ信号が前記ＦＥＴのゲートに提供され、前記パルス開始信号は、前記ＦＥＴのドレインで提供される、ＦＥＴと、
を備える、請求項９に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１１】
各ドライバモジュールは、前記パルス開始信号、および前記第１および第２のドライバモジュールの両方によって受信されるパルス幅制御信号を受信するパルス終端信号発生器を含み、前記パルス終端信号発生器は、前記パルス開始信号に基づいてパルス終端信号を生成し、前記パルス開始信号と前記パルス終端信号との間の遅延は、前記パルス幅制御信号に基づく、請求項９に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１２】
各制御信号発生器は、前記電力制御モジュールから受信したチャネルパルス振幅制御信号に基づいて、照明光の対応する測定パルスの振幅を制御するパルス振幅制御回路を備える、請求項４に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１３】
前記パルス振幅制御回路は、
第１のノードおよび第２のノードを有する第１の抵抗器であって、チャネルパルス振幅制御信号は、前記第１の抵抗器の第１のノードに提供される、第１の抵抗器と、
ソース、前記第１の抵抗器の第２のノードに結合されたゲート、および前記電力調整モジュールの出力ノードに結合されたドレインを有するＦＥＴと、
前記ＦＥＴのソースに結合された第１のノード、および充電制御ＦＴＥのゲートに結合された第２のノードを有する第２の抵抗器と、
前記第１の抵抗器の第２のノードに結合された第１のノード、および前記第２の抵抗器の第２のノードに結合された第２のノードを有するコンデンサと、
を備える、請求項１２に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１４】
光の第１の戻りパルスを検出し、検出された前記第１の戻りパルスを示す第１の出力信号を生成するように構成された第１の光検出器であって、前記第１の戻りパルスは、照明光の前記第１の測定パルスによって照らされた周囲環境の第１の場所から反射された量の光を含む、第１の光検出器と、
前記ＬＩＤＡＲ装置から３次元環境内の第１の位置に、そして前記第１の出力信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置に戻る前記第１の測定パルスの飛行時間を決定するように構成された第１の戻りパルス受信機ＩＣであって、前記第１の戻りパルス受信機ＩＣは、前記第１のパルストリガ信号を生成し、前記第１のパルストリガ信号を前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣに伝達する、第１の戻りパルス受信機ＩＣと、
光の第２の戻りパルスを検出し、検出された前記第２の戻りパルスを示す第２の出力信号を生成するように構成された第２の光検出器であって、前記第２の戻りパルスは、照明光の前記第２の測定パルスによって照らされた周囲環境の第２の場所から反射された量の光を含む、第２の光検出器と、
前記ＬＩＤＡＲ装置から３次元環境内の第２の位置に、そして前記第２の出力信号に基づいて前記ＬＩＤＡＲ装置に戻る前記第２の測定パルスの飛行時間を決定するように構成された第２の戻りパルス受信機ＩＣであって、前記第２の戻りパルス受信機ＩＣは、前記第２のパルストリガ信号を生成し、前記第２のパルストリガ信号を前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣに伝達する、第２の戻りパルス受信機ＩＣと、
を備える、請求項１に記載のＬＩＤＡＲ測定装置。
【請求項１５】
多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）であって、
電源および第１のＬＩＤＡＲ照明源に電気的に結合され、かつ第１の状態の第１のパルストリガ信号に応答して、前記第１のＬＩＤＡＲ照明源に照明光の第１の測定パルスを放射させるように、前記第１のＬＩＤＡＲ照明光を前記電源に選択的に電気的に結合するように構成される第１のドライバモジュールと、
前記電源および第２のＬＩＤＡＲ照明源に電気的に結合され、かつ第１の状態の第２のパルストリガ信号に応答して、前記第２のＬＩＤＡＲ照明源に、照明光の前記第１の測定パルスとは異なる時間に照明光の第２の測定パルスを放射させるように、前記第２のＬＩＤＡＲ照明源を前記電源に選択的に電気的に結合するように構成される、第２のドライバモジュールと、
前記第１および第２のドライバモジュールに電気的に結合された電力調整モジュールであって、前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号のいずれかが第１の状態にある場合にのみ、前記電力調整モジュールが前記第１および第２のドライバモジュールに調整電力を供給する、多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【請求項１６】
前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号は、前記第１および第２のドライバモジュールの両方に通信されない前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣで受信される唯一の信号である、請求項１５に記載の多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【請求項１７】
各ドライバモジュールは、
複数のゲート制御信号に基づいて、対応する照明源を前記電源に選択的に電気的に結合する電力ドライバモジュールと、
パルス開始信号、パルス終端信号、およびチャネルパルス振幅制御信号に基づいて前記複数のゲート制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記制御信号発生器に電気的に結合された電力制御モジュールであって、該電力制御モジュールは、対応するパルストリガ信号の状態に基づいて前記チャネルパルス振幅制御信号を生成し、前記チャネルパルス振幅制御信号を前記制御信号発生器に伝達する、電力制御モジュールと、
を備える、請求項１５に記載の多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【請求項１８】
多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）であって、
第１のパルストリガ信号を受信するように構成された第１のノードと、
第２のパルストリガ制御信号を受信するように構成された第２のノードと、
電源および第１のＬＩＤＡＲ照明源に電気的に結合され、かつ第１の状態の第１のパルストリガ信号に応答して、前記第１のＬＩＤＡＲ照明源に照明光の第１の測定パルスを放射させるように、前記第１のＬＩＤＡＲ照明光を前記電源に選択的に電気的に結合するように構成される第１のドライバモジュールと、
前記電源および第２のＬＩＤＡＲ照明源に電気的に結合され、かつ前記第１の状態の第２のパルストリガ信号に応答して、前記第２のＬＩＤＡＲ照明源に、照明光の前記第１の測定パルスとは異なる時間に照明光の第２の測定パルスを放射させるように、前記第２のＬＩＤＡＲ照明源を前記電源に選択的に電気的に結合するように構成される、第２のドライバモジュールと、
を備え、前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号は、前記第１および第２のドライバモジュールの両方に通信されない前記多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣで受信される唯一の信号である、多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【請求項１９】
前記第１および第２のドライバモジュールに電気的に結合された電力調整モジュールであって、前記第１のパルストリガ信号および前記第２のパルストリガ信号のいずれかが前記第１の状態にある場合にのみ、前記電力調整モジュールが前記第１および第２のドライバモジュールに調整電力を供給する、電力調整モジュールをさらに備える、請求項１８に記載の多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【請求項２０】
。
各ドライバモジュールは、
複数のゲート制御信号に基づいて、対応する照明源を前記電源に選択的に電気的に結合する電力ドライバモジュールと、
パルス開始信号、パルス終端信号、およびチャネルパルス振幅制御信号に基づいて前記複数のゲート制御信号を生成する制御信号発生器と、
前記制御信号発生器に電気的に結合された電力制御モジュールであって、該電力制御モジュールは、対応するパルストリガ信号の状態に基づいて前記チャネルパルス振幅制御信号を生成し、前記チャネルパルス振幅制御信号を前記制御信号発生器に伝達する、電力制御モジュールと、
を備える、請求項１８に記載の多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのＬＩＤＡＲ照明ドライバ集積回路（ＩＣ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、２０１８年９月１８日付で提出した米国特許出願第１６／１３４，０６８号発明の名称：マルチチャネルＬＩＤＡＲ照明ドライバの優先権を主張する。その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
説明された実施形態は、ＬＩＤＡＲ型３Ｄ点群測定システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＬＩＤＡＲシステムは、光パルスを使用して、光の各パルスの飛行時間ＴＯＦに基づいて物体までの距離を測定する。ＬＩＤＡＲシステムの光源から発せられた光パルスは、遠位の物体と相互作用する。光の一部は、物体から反射し、ＬＩＤＡＲシステムの検出器に戻る。光パルスの放射と戻りパルスの検出との間の時間に基づいて、距離が推定される。いくつかの例では、光パルスは、レーザエミッタによって生成される。光パルスは、レンズまたはレンズアセンブリを介して集束される。レーザ光パルスがエミッタの近くに取り付けられた検出器に戻るのにかかる時間が測定される。距離は、時間測定から高精度に導出される。
【０００４】
いくつかのＬＩＤＡＲシステムは、平面を横切って効果的に走査するために回転ミラーと組み合わされた単一のレーザエミッタ／検出器の組み合わせを使用する。このようなシステムによって実行される距離測定は、効果的に二次元すなわち、平面であり、捕捉された距離点は、２次元すなわち、単一平面点群としてレンダリングされる。いくつかの例では、回転ミラーは、非常に速い速度例えば、毎分数千回転で回転される。
【０００５】
多くの動作シナリオでは、３Ｄ点群が必要である。３次元で周囲環境の情報を取得するために多数のスキームが使用されてきた。いくつかの例では、２Ｄ機器は、しばしばジンバル上で上下および／または前後に作動される。これは、当技術分野では一般的に知られている。したがって、一度に１つの点ではあるが、距離点の３次元アレイ全体を捕捉するために、単一ビームＬＩＤＡＲユニットを使用することができる。関連する例では、プリズムを用いて、レーザパルスを複数の層に分割し、各々がわずかに異なる垂直角度を有する。これは、上述した結節効果をシミュレートするが、センサ自体を作動させない。
【０００６】
上記の全ての例において、単一のレーザエミッタ／検出器の組み合わせの光路は、単一のセンサより広い視野を達成するために何らかの方法で変更される。このような装置の画素数は、単位時間当たりに生成することができ、単一のレーザのパルス繰返し率に制限があるため、本質的に制限される。ビーム経路の任意の変更は、それがミラー、プリズム、またはより大きなカバレッジエリアを達成する装置の作動であるかどうかはともかく、点群密度の減少をもたらす。
【０００７】
上述したように、３Ｄ点群システムはいくつかの構成で存在する。しかしながら、多くの用途では、広い視野を見ることが必要である。例えば、自律的な車両アプリケーションでは、垂直視野は、車両前方の地面を見ることができるように、できるだけ近くまで延びていなければならない。加えて、垂直視野は、車両が道路に浸漬した場合に、水平線の上方に延びるべきである。さらに、現実世界で発生したアクションとそれらのアクションのイメージングとの間に最小限の遅延を有することが必要である。いくつかの例では、１秒当たり少なくとも５回の完全な画像更新を提供することが望ましい。これらの要求に対処するために、複数のレーザエミッタおよび検出器のアレイを含む３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステムが開発されている。このシステムは、２０１１年６月２８日付けで発行された米国特許第７，９６９，５５８号に記載されており、その主題は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００８】
多くの用途では、一連のパルスが放射される。各パルスの方向は、連続的に変化する。これらの例では、各個々のパルスに関連する距離測定値をピクセルと考えることができ、迅速な連続すなわち、「点群」において放射され、捕捉されたピクセルの集合は、画像としてレンダリングされるか、または他の理由例えば、障害物の検出のために分析され得る。いくつかの例では、視聴ソフトウェアは、結果として得られる点群をユーザに３次元で現れる画像としてレンダリングするために使用される。異なるスキームを使用して、それらがライブアクションカメラによって捕捉されたかのように見える３次元画像としての距離測定値を示すことができる。
【０００９】
いくつかの既存のＬＩＤＡＲシステムは、共通の基板例えば、電気的実装基板上に一体化されていない照明源および検出器を使用する。さらに、照明ビーム経路および収集ビーム経路は、ＬＩＤＡＲ装置内で分離される。これは、光−機械的設計の複雑さおよび位置合わせの困難さにつながる。
【００１０】
加えて、異なる方向に照明ビームを走査するために使用される機械的装置は、機械的振動、慣性力、および一般的な環境条件に敏感であり得る。適切な設計をすることなく、これらの機械的装置は、性能または故障の損失をもたらす可能性がある。
【００１１】
高分解能かつ高スループットで３Ｄ環境を測定するためには、測定パルスは非常に短くなければならない。現在のシステムは、短い持続時間パルスを生成する能力が制限されているので、低解像度である。
【００１２】
検出器の飽和は、目標反射率として測定能力を制限し、現実的な動作環境において近接性が大きく変化する。加えて、電力消費はＬＩＤＡＲシステムの過熱を引き起こし得る。光装置、ターゲット、回路、および温度は、実際のシステムにおいて変化する。これらの要素のすべての変動性は、各ＬＩＤＡＲ装置の光子出力を適切に較正することなく、システム性能を制限する。
【００１３】
ＬＩＤＡＲシステムの照明駆動電子機器および受信機電子機器における改善は、撮像分解能および範囲を改善するために望まれる。
【発明の概要】
【００１４】
多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバ集積回路（ＩＣ）を使用するＬＩＤＡＲ測定システムで３次元ＬＩＤＡＲ測定を実行するための方法およびシステムが本明細書に説明される。多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣは、シリコンＣＭＯＳ装置上の相補的な金属酸化物系の従来のシリコンよりも高い電流密度を提供する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。その結果、ＧａＮベースの照明ドライバは、かなり少ない電力損失で、各照明源に比較的大きな電流を供給することができる。
【００１５】
一態様では、ＬＩＤＡＲ測定装置の照明ドライバは、測定チャネルに関連付けられた各照明源を電源に選択的に結合して、照明光の測定パルスを生成する多重チャネルＧａＮベースのＩＣである。各測定チャネルの応答は、パルストリガ信号と、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ上に受信された多数の制御信号と、パルストリガ信号とによって制御される。
【００１６】
別の態様では、各独立した測定チャネルに関連する各パルストリガ信号は、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの別個のノード上で受信される。このようにして、各測定チャネルは、各測定チャネルに固有のトリガ信号に応答する。
【００１７】
別の態様では、各制御信号は、多重チャネルの別個のノード上で受信され、各制御信号は、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの全ての測定チャネルに通信される。このようにして、各測定チャネルは、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの全ての測定チャネル間で共有される制御信号に応答する。
【００１８】
別の態様では、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣは、電力調整モジュールを含む。該電力調整モジュールは、照明ドライバＩＣによって受信されたいずれかのパルストリガ信号が、照明パルスの発射をトリガする状態にあるときに、各測定チャネルの様々な要素に調整電圧を供給する。このようにして、照明ドライバＩＣがパルス放射をトリガする必要がない期間に、多くの回路素子に電力が供給されない。
【００１９】
以上のことは、概要であるため、必要に応じて、簡単化、一般化および詳細の省略を含むので、当業者は、概要が例示的なものにすぎず、決して限定するものではないことを理解するであろう。本明細書に記載される装置および／またはプロセスの他の態様、発明の特徴、および利点は、本明細書に記載される非限定的な詳細な説明において明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】少なくとも１つの新規な態様における多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバを含むＬＩＤＡＲ測定システムの一実施形態の簡略図である。
【００２１】
【図２】測定パルスの放射および戻り測定パルスの捕捉に関連するタイミングを示す図である。
【００２２】
【図３】１つの実施形態における多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバを示す簡略図である。
【００２３】
【図４】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの電力調整モジュールの一実施形態を示す簡略図である。
【００２４】
【図５】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの電力制御モジュールの一実施形態を示す簡略図である。
【００２５】
【図６】図５に示された電力制御モジュールの様々な動作信号における変化の簡略化された図である。
【００２６】
【図７】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣのパルス開始信号発生器の一実施形態を示す簡略図である。
【００２７】
【図８】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣのパルス終端信号発生器の一実施形態を示す簡略図である。
【００２８】
【図９】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの制御信号発生器の一実施形態を示す簡略図である。
【００２９】
【図１０】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの電力ドライバモジュールの一実施形態を示す簡略図である。
【００３０】
【図１１】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの電力ドライバモジュールの別の実施形態の簡略図である。
【００３１】
【図１２】図３に示された多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣの様々な動作信号の変化を簡略化した図である。
【００３２】
【図１３】１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０の実施形態を例示する図である。
【００３３】
【図１４】１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０の別の実施形態を例示する図である。
【００３４】
【図１５】１つの例示的な実施形態における３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０の分解図を例示する図を示す。
【００３５】
【図１６】光学要素１１６の図をより詳細に示している。
【００３６】
【図１７】収集された光１１８の各ビームの成形を説明するために、光学系１１６の断面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
ここで、本発明の背景例およびいくつかの実施形態を詳細に参照し、その例を添付の図面に示す。
【００３８】
図１は、１つの実施形態における２チャネルＬＩＤＡＲ測定システムを示す。ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、マスタコントローラ１９０および多重チャネル窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースの照明ドライバ集積回路ＩＣ１４０を含む。ＬＩＤＡＲ測定システム１２０の各チャネルは、戻り信号受信機ＩＣと、光検出器と、照明源とを含む。図１に示すように、ＬＩＤＡＲ測定チャネルＡは、戻り信号受信機ＩＣ１５０Ａ、光検出器１７０Ａおよび照明源１６０Ａを含む。同様に、ＬＩＤＡＲ測定チャネルＢは、戻り信号受信機ＩＣ１５０Ｂ、光検出器１７０Ｂおよび照明源１６０Ｂを含む。いくつかの実施形態では、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０、照明源１６０Ａ−Ｂ、光検出器１７０Ａ−Ｂ、および戻り信号受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、素子間の機械的支持および電気的接続性を提供する共通基板（例えば、プリント回路基板）に直接または間接的に実装される。
【００３９】
加えて、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、様々な電子素子に電圧を供給する１つまたは複数の電圧供給部と、照明装置１６０Ａ−Ｂに電力を供給する１つまたは複数の電圧供給部とを含み、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、ノードＶＤＤＬＶ１２５およびＶＳＳ１２４にわたって比較的低い電圧を供給するように構成された低信号電圧供給１３２を含む。いくつかの実施形態では、低信号電圧供給は約５ボルトである。この電圧は、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０の１つまたは複数のトランジスタのゲートに供給される電圧が損傷閾値を超えないことを保証するように選択される。加えて、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、低信号電圧供給によって供給される電圧よりも高いノードＶＤＤＭＶ１２７およびＶＳＳ１２６に電圧を供給するように構成された媒体信号電圧供給部１３３を含む。いくつかの実施形態では、媒体信号電圧供給によって供給される電圧は、約１２ボルトである。この電圧は、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０のトランジスタのうちの１つまたは複数の高速スイッチング遷移を保証するように選択される。加えて、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、媒体電圧供給によって供給される電圧よりも高いノードＶＤＤＨＶ１２２およびＶＳＳ１２１に電圧を供給するように構成された電源電圧供給部１３１を含む。いくつかの実施形態では、電源によって供給される電圧は、約１５−２０ボルトである。電源電圧供給部は、照明源１６０Ａおよび１６０Ｂがそれぞれ測定光のパルスを放射するように、それぞれ照明源１６０Ａおよび１６０Ｂに高電流１２３Ａ、１２３Ｂ（例えば、１００アンペアまたはそれ以上）を供給するように構成されている。
【００４０】
ここでは、好ましい出力電圧について説明してきたが、一般に、低信号電圧供給、媒体信号電圧供給、および電源電圧供給は、任意の適切な電圧を供給するように構成され得る。一般に、本明細書に記載される電源のいずれも、別個の基板に取り付けられ、任意の適切な方法で様々な電子素子に電気的に結合され得る。電源１３１、１３２、および１３３は、図１を参照して電圧源として説明されているが、一般に、本明細書に記載される任意の電源は、電圧または電流として指定された電力を供給するように構成され得る。したがって、本明細書では、電圧源または電流源として記載される任意の電源を、それぞれ等価電流源または電圧源として企図することができる。
【００４１】
各照明源１６０Ａ−Ｂは、対応する電流１２３−Ｂのパルスに応答して照明光１６２Ａ−Ｂの測定パルスを放射し、各照明光１６２Ａ−Ｂは、ＬＩＤＡＲシステムの１つまたは複数の光学要素によって周囲環境内の位置に集束され投影される。
【００４２】
いくつかの実施形態では、各照明源１６０Ａ−１６０Ｂは、レーザベース（例えば、レーザダイオード）である。いくつかの実施形態では、各照明源は、１つまたは複数の発光ダイオードに基づく。一般に、任意の適切なパルス照明源が企図され得る。
【００４３】
図１に示すように、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０の各チャネルから放射された照明光１６２−ＢおよびＬＩＤＡＲ測定システム１２０に向けられた対応する戻り測定光１７１−Ｂは、共通の光路を共有する。ＬＩＤＡＲ測定システム１２０の各チャネルは、光検出器１７０Ａ−Ｂを含む。図１に示すように、オーバーモールドレンズ１７２Ａ−Ｂは、それぞれの光検出器１７０Ａ−Ｂの上に取り付けられている。各オーバーモールドレンズ１７２Ａ−Ｂは、それぞれ戻り光１７１−Ｂの光線受け入れ円錐に対応する円錐形の空洞を含む。戻り光１７１Ａ−Ｂは、ミラー１６１Ａ−Ｂから対応する光検出器１７０Ａ−Ｂにそれぞれ反射される。図１に示すように、各照明源１６０Ａ−１６０Ｂは、各光検出器の視野の外側に配置される。照明源１６０Ａ−１６０Ｂからの照明光１６２Ａ−Ｂは、それぞれミラー１６１Ａ−Ｂ内の開口を通して対応する検出器受容コーンに注入される。
【００４４】
図１に示されるように、周囲環境から反射された戻り光１７１Ａ−Ｂは、それぞれ、光検出器１７０Ａ−Ｂによって検出される。いくつかの実施形態では、各光検出器はアバランシェフォトダイオードである。各光検出器は、対応する戻り信号受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂに通信される出力信号１７３Ａ−Ｂを生成する。各受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、タイミング回路と、各照明源１６０Ａ−Ｂから３次元環境内の反射物体まで、そして対応する各光検出器１７０Ａ−Ｂに戻る各測定パルスの飛行時間を推定する時間デジタル変換器と、を含む。推定飛行時間を示す信号１５２Ａ−Ｂは、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０のユーザへのさらなる処理および通信のためにマスタコントローラ１９０に通信される。さらに、各戻り信号受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、ピーク値（すなわち、戻りパルス）を含み、デジタル化されたセグメントを示す信号１５３Ａ−Ｂをマスタコントローラ１９０に通信する対応する戻り信号１７３Ａ−Ｂそれぞれのセグメントをデジタル化するように構成される。いくつかの実施形態では、マスタコントローラ１９０は、これらの信号セグメントを処理して、検出された物体の特性を識別する。
【００４５】
マスタコントローラ１９０は、受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂにそれぞれ通信されるパルスコマンド信号１９１Ａ−Ｂを生成するように構成されている。一般に、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０は、任意の数のＬＩＤＡＲ測定チャネルを含む。これらの実施形態では、マスタコントローラ１９０は、パルスコマンド信号をそれぞれの異なるＬＩＤＡＲ測定チャネルに通信する。このようにして、マスタコントローラ１９０は、任意の数のＬＩＤＡＲ測定チャネルによって実行されるＬＩＤＡＲ測定のタイミングを調整する。
【００４６】
各パルスコマンド信号は、マスタコントローラ１９０によって生成されたデジタル信号である。したがって、各パルスコマンド信号のタイミングは、マスタコントローラ１９０に関連するクロックによって決定される。いくつかの実施形態では、各パルスコマンド信号１９１Ａ−Ｂは、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０によるパルス生成と、それぞれの対応する受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂによるデータ取得とをトリガするために直接用いられる。しかしながら、照明ドライバＩＣ１４０と各受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、マスタコントローラ１９０と同一のクロックを共有しないため、パルス発生とデータ取得をトリガするために直接パルス指令信号を用いた場合には、飛行時間の正確な推定が計算上より冗長になる。
【００４７】
一態様では、各受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、コマンド信号１９１Ａ−Ｂを受信し、パルスコマンド信号１９１Ａ−Ｂに応答して、対応するパルストリガ信号１５１Ａおよび１５２Ｂを生成する。各パルストリガ信号１５１Ａ−Ｂは、照明ドライバＩＣ１４０に通信され、照明ドライバＩＣ１４０を直接トリガして、各照明源１６０Ａ−１６０Ｂを電源１３１に電気的に結合し、照明光１６２Ａ−Ｂの対応するパルスを生成する。さらに、各パルストリガ信号１５１Ａ−Ｂは、戻り信号１７３Ａ−Ｂのデータ取得および関連する飛行時間計算を直接トリガする。このようにして、受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂの内部クロックに基づいて生成されたパルストリガ信号１５１Ａ−Ｂは、特定のＬＩＤＡＲ測定チャネルに対するパルス生成および戻りパルスデータ取得の両方をトリガするために用いられる。これは、時間−デジタル変換による正確な飛行時間計算を可能にする、パルス発生および戻りパルス取得の正確な同期を保証する。
【００４８】
図２は、ＬＩＤＡＲ測定システム１２０のチャネルＡからの測定パルスの放射および戻り測定パルスの捕捉に関連するタイミングを示す図である。図２に示すように、受信機ＩＣ１５０Ａによって生成されたパルストリガ信号１９１Ａの立ち上がりエッジによって測定が開始される。図１および２に示すように、戻り信号１７３Ａが受信機ＩＣ１５０Ａによって受信される。先に説明したように、測定ウィンドウ（すなわち、収集された戻り信号データが特定の測定パルスに関連する期間）は、パルストリガ信号１９１Ａの立ち上がりエッジでのデータ取得を可能にすることによって開始される。受信機ＩＣ１５０Ａは、測定パルスシーケンスの放射に応答して、戻り信号が予想される時間のウィンドウに対応するように、測定ウィンドウの持続時間（Ｔ測定）を制御する。いくつかの例では、測定ウィンドウは、パルストリガ信号１９１Ａの立ち上がりエッジで有効となり、ＬＩＤＡＲシステムの範囲の約２倍の距離にわたって光の飛行時間に対応する時間で無効となる。このようにして、ＬＩＤＡＲシステムに隣接する物体からの戻り光（すなわち、無視できる飛行時間）をＬＩＤＡＲシステムの最大範囲に位置する物体に集めるために、測定ウィンドウが開いている。このようにして、有用な戻り信号に寄与することができない他のすべての光が拒絶され得る。
【００４９】
図２に示すように、戻り信号１７３は、放射された測定パルスに対応する３つの戻り測定パルス（例えば、ＭＰ１、ＭＰ２、およびＭＰ３）を含む。一般に、信号検出は、全ての検出された測定パルスに対して行われる。さらなる信号分析は、最も近い有効信号Ｐ１（すなわち、戻り測定パルスの最初の有効な例）、最強の信号、および最も遠い有効信号Ｐ３（すなわち、測定ウィンドウ内の戻り測定パルスの最後の有効な例）を識別するために実行され得る。これらの例のいずれも、ＬＩＤＡＲシステムによって潜在的に有効な距離測定値として報告され得る。
【００５０】
ＬＩＤＡＲシステムからの光の放射に関連している内部システム遅延（例えば、スイッチング素子、エネルギー蓄積素子、およびパルス発光装置に関連する信号通信遅延および待ち時間）と、光を収集することおよび収集された光を示す信号を生成することに関連する遅延（例えば、増幅器待ち時間、アナログ−デジタル変換遅延など）は、光の測定パルスの飛行時間の推定における誤差に寄与する。したがって、パルストリガ信号１９１Ａの立ち上がりエッジと各リターンパルス（すなわち、ＭＰ１、ＭＰ２、およびＭＰ３）との間の経過時間に基づく飛行時間の測定は、望ましくない測定誤差を導入する。いくつかの実施形態では、較正された事前に決定された遅延時間が、飛行の実際の光学時間の補正された推定値に到達するために、電子的遅延を補償するために使用される。しかしながら、電子的遅延を動的に変化させるための静的補正の精度は制限される。頻繁な再較正が使用され得るが、これは計算の複雑さを増し、システムのアップタイムを妨害し得る。
【００５１】
別の態様では、各受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂは、各照明源１６０Ａ−Ｂと対応する光検出器１７０Ａ―Ｂとの間の内部クロストークによる、検出されたパルス（例えば、ＭＰ１）の検出と、有効な戻りパルス（例えば、ＭＰ２およびＭＰ３）間の経過時間に基づいて飛行時間を測定する。このようにして、全体的な遅延は飛行時間の推定から排除される。パルスＭＰ１は、光の伝播距離が実質的にない内部クロストークによって生成される。したがって、パルストリガ信号の立ち上がりエッジおよびパルスＭＰ１の検出の例からの時間の遅延は、照明および信号検出に関連するすべての全体的な遅延を捕捉する。検出されたパルスＭＰ１を参照して有効な戻りパルス（すなわち、戻りパルスＭＰ２およびＭＰ３）の飛行時間を測定することにより、内部クロストークによる照明および信号検出に関連するすべての全体的な遅延が排除される。図２に示されるように、受信機ＩＣ１５０Ａは、戻りパルスＭＰ１を参照して、戻りパルスＭＰ２に関連する飛行時間ＴＯＦ１および戻りパルスＭＰ３に関連する飛行時間ＴＯＦ２を推定する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、信号分析は、完全に受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂによって実行される。これらの実施形態では、通信される信号１５２Ａ−Ｂは、受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂによってそれぞれ決定される飛行時間の指示を含む。いくつかの実施形態では、信号１５３Ａ−Ｂは、それぞれ、受信機ＩＣ１５０Ａ−Ｂによって生成された戻り信号１７３Ａ−Ｂのデジタル化されたセグメントを含む。これらの生の測定信号セグメントは、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム上に配置されたか、または３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステムの外部の、１つまたは複数のプロセッサによってさらに処理されて、距離の別の推定値、検出された物体の１つまたは複数の物理的性質の推定値、またはそれらの組合せに到達する。
【００５３】
一態様では、ＬＩＤＡＲ測定システムは、各測定チャネルに対応する照明源を電源に選択的に結合して、パルストリガ信号に応答して照明光の測定パルスを生成する多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣを含む。多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバは、シリコン（ＣＭＯＳ）装置上の従来のシリコンベースの相補型金属酸化物よりも高い電流密度を提供する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。その結果、ＧａＮベースの照明ドライバは、シリコンベースのドライバよりもかなり少ない電力損失で比較的大きな電流を照明源に供給することができる。
【００５４】
図１に示すように、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０は、それぞれ異なるＬＩＤＡＲ測定チャネルに対応する電源電圧供給部１３１の電圧ノード１２１および照明源１６０Ａ−１６０Ｂのノードに結合されている。各照明源１６０Ａ−１６０Ｂの別のノードは、電源電圧供給部１３１の電圧ノード１２２に結合される。各パルストリガ信号１５１Ａ−Ｂに応答して、照明ドライバＩＣ１４０の１つまたは複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が実質的に導電性になり、各対応する照明源１６０Ａ−１６０Ｂをノード１２１に効果的に結合する。これにより、照明光１６２Ａ−Ｂの測定パルスの放射を刺激する照明源１６０Ａ−Ｂを介して高電流が誘導される。
【００５５】
図３は、一実施形態において、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０を示す。図３に示す実施形態では、照明ドライバＩＣ１４０は、独立して制御される２つの照明ドライバチャネル、ドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂを含む。しかしながら、一般に、本明細書に記載される多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣは、任意の数の独立に制御された照明ドライバチャネルを含んでもよい。
【００５６】
一態様では、照明ドライバＩＣ１４０に提供される多くの入力信号は、両方のドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂによって共有される。これは、より多くの別個の制御信号を収容するために必要とされるチップおよびルーティング領域を最小にすることによって、照明ドライバＩＣ１４０のサイズを減少させる。図３に示す実施形態では、パルス幅制御信号１９２、選択信号１９４、および振幅制御信号１９３はすべて、ドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂによって共有される（すなわち、これらの信号の各々は、ノード上のチップ上で受信され、チップ上のドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂの様々な要素に分配される）。
【００５７】
図３に示す実施形態では、ドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂに設けられたパルストリガ信号１５１および１５１Ｂは、ドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂにそれぞれ設けられた照明ドライバＩＣ１４０上に受信された信号のみであり、その結果、ドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂによって共有されない。
【００５８】
いくつかの例では、マスタコントローラ１９０は、ＬＩＤＡＲ測定システム１００の各測定チャネルにパルストリガ信号を通信して、ＬＩＤＡＲ測定システムの１つのチャネルのみが所定の時間で発射される。これらの例のいくつかにおいて、マスタコントローラ１９０は、全ての測定チャネルに供給される共有制御信号（例えば、パルス幅制御信号１９２、選択信号１９４、および振幅制御信号１９３）を、各測定チャネルの各発射例に対して所望の値に更新する。このようにして、マスタコントローラ１９０は、各ＬＩＤＡＲ測定チャネルのパルス放射パラメータを、全てのＬＩＤＡＲ測定チャネルによって共有される制御信号で独立に制御する。
【００５９】
いくつかの他の例では、マスタコントローラ１９０は、パルストリガ信号をＬＩＤＡＲ測定システム１００の測定チャネルのサブセットに通信して、測定チャネルのサブセットのみが所定の時間で発射される。これらの例のいくつかにおいて、マスタコントローラ１９０は、全ての測定チャネルに供給される共有制御信号（例えば、パルス幅制御信号１９２、選択信号１９４、および振幅制御信号１９３）を、測定チャネルの各サブセットの各発射例の所望の値に更新する。このようにして、マスタコントローラ１９０は、ＬＩＤＡＲ測定チャネルの各サブセットのパルス放射パラメータを、全てのＬＩＤＡＲ測定チャネルによって共有される制御信号で独立に制御する。
【００６０】
いくつかの他の実施形態では、パルス幅制御信号１９２、選択信号１９４、および振幅制御信号１９３は、マスタコントローラ１９０ではなく、照明ドライバＩＣ１４０の戻り信号受信機ＩＣから多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０に通信される。
【００６１】
別の態様では、照明ドライバＩＣは、照明ドライバＩＣによって受信された任意のパルストリガ信号が照明パルスの発射をトリガする状態にあるときに、各測定チャネルの様々な要素に調整された電圧を供給する電力調整モジュールを含む。このようにして、照明ドライバＩＣ１４０がパルス放射をトリガする必要がない期間中、多くの回路素子に電力が供給されない。図３に示すように、照明ドライバＩＣ１４０は、パルストリガ信号１５１Ａ、パルストリガ信号１５１Ｂまたはその両方が、照明パルスの発射をトリガする状態（例えば、高状態または低状態）にあるときにのみ、調整電圧２６１をドライバ２２０Ａおよび２２０Ｂの様々な要素に供給する電力調整モジュール２６０を含む。図３に示された実施形態では、規定電圧２６１は、電源ドライバ２９０Ａ−Ｂ、制御信号発生器２８０Ａ−Ｂ、パルス終端信号発生器２３０Ａ、Ｂ、および電力制御モジュール２１０Ａ−Ｂに供給され、パルストリガ信号１５１Ａ−Ｂのいずれか、またはその両方が、照明パルスの発射をトリガする状態にある。
【００６２】
図３に示すように、各照明ドライバは、パルス終端信号発生器と、パルス開始信号発生器と、電力制御モジュールと、制御信号発生器と、電力ドライバとを含む。例えば、照明ドライバ２２０Ａは、パルストリガ信号１５１に基づいてパルス開始信号２５１を生成するパルス開始信号発生器２５０Ａを含む。パルス初期化信号２５１Ａは、パルス終端信号発生器２３０Ａおよび制御信号発生器２８０Ａに伝達される。パルス終端信号発生器２３０Ａは、パルス幅制御信号１９２とパルス開始信号２５１Ａとに基づいてパルス終端信号２３１Ａを生成する。電力制御モジュール２１０Ａは、パルストリガ信号１５１Ａに基づいてチャネル振幅制御信号２１１Ａを生成する。制御信号生成器２８０は、パルス開始信号２５１Ａ、パルス終端信号２３１Ａおよびチャネル振幅制御信号２１１Ａに基づいて、ゲート制御信号２９３Ａ、ゲート充電制御信号２８１Ａおよびゲート放電制御信号２８２Ａを生成する。電力ドライバ２９０は、ゲート制御信号２９３、ゲート充電制御信号２８１、およびゲート放電制御信号２８２Ａに基づいて、照明源１６０Ａを通る電流の流れを制御する多数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。
【００６３】
同様に、照明ドライバ２２０Ｂは、パルストリガ信号１５１Ｂに基づいてパルス開始信号２５１Ｂを生成するパルス開始信号発生器２５０Ｂを含む。パルス初期化信号２５１Ｂは、パルス終端信号発生器２３０Ａおよび制御信号発生器２８０Ｂに伝達される。パルス終端信号発生器２３０Ｂは、パルス幅制御信号１９２とパルス開始信号２５１Ｂとに基づいてパルス終端信号２３１Ｂを生成する電力制御モジュール２１０Ｂは、パルストリガ信号１５１Ｂに基づいてチャネル振幅制御信号２１１Ｂを生成する。制御信号生成部２８０は、パルス開始信号２５１Ｂ、パルス終端信号２３１Ｂおよびチャネル振幅制御信号２１１Ｂに基づいて、ゲート制御信号２９３Ｂ、ゲート充電制御信号２８１Ｂおよびゲート放電制御信号２８２Ｂを生成する。電力ドライバ２９０Ｂは、ゲート制御信号２９３Ｂ、ゲート充電制御信号２８１Ｂおよびゲート放電制御信号２８２Ｂに基づいて、照明源１６０Ｂを通る電流の流れを制御する多数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む。
【００６４】
別の態様では、照明源を通る電流の流れを生成するために使用されるＦＥＴの数は、選択信号１９４によって制御される。照明源を通る電流の流れを生成するために使用されるＦＥＴの数を制御することによって、所与の組のトランジスタ制御信号（例えば、ゲート制御信号２９３Ａ−Ｂ、ゲート充電制御信号２８１Ａ−Ｂ、およびゲート放電制御信号２８２Ａ−Ｂ）のための照明源を通して生成される電流の量が制御される。
【００６５】
図４は、一実施形態における電力調整モジュール２６０を示す。図３に示すように、照明ドライバＩＣ１４０は、電力消費を低減するために、多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣ１４０の回路の一部に供給される電力を制御する電力調整モジュール２６０を含む。動作において、照明ドライバＩＣ１４０は、測定パルスを発生する比較的短い時間と、次の測定パルスを生成するための比較的長いトリガ信号待機時間とを費やす。これらのアイドル期間の間、待機期間全体にわたってアクティブである必要がない回路構成要素に供給される電力を低減または除去することが望ましい。図４に示すように、電力調整モジュール２６０は、図１に示された信号電圧供給１３２の電圧ノードＶＤＤＭＶとＶＳＳとの間に結合される。また、電力調整モジュール２６０は、マスタコントローラ１９０からパルストリガ信号１５１Ａおよび１５１Ｂを受信し、これに応答して照明ドライバＩＣ１４０の様々な部分に供給される調整電圧ＲＥＧを生成する。例えば、ＲＥＧは、図５に示された電力制御モジュール２１０、図５に示すパルス終端信号発生器２３０、図９に示された制御信号発生器２８０、および図１１に示された主ＦＥＴ群４９１Ａ−Ｎに供給される。
【００６６】
図４は、一実施形態における電力調整モジュール２６０を示す。図４に示すように、電力調整モジュール２６０は、パルストリガ信号１５１Ａ−１５１Ｂを受信し、レギュレータモジュール２６９に入力信号を生成する論理Ａｎｄ回路モジュール２６８を含む。入力信号の値は、パルストリガ信号１５１Ａおよび１５１Ｂの値によって決定される。パルストリガ信号１５１Ａおよび１５１Ｂのいずれか一方または両方が低状態である（すなわち、一方または両方の照明チャネルを発射するためのトリガを示す）場合、入力信号の値は低い。このシナリオでは、ＦＥＴ２６４は「オフ」であり、ＦＥＴ２６６はダイオード接続されている。その結果、非ゼロ調整電圧２６１は、レギュレータモジュール２６９によって提供される。パルストリガ信号１５１Ａおよび１５１Ｂは共に高状態である（すなわち、照明チャネルのいずれかを発射するためのトリガがないことを示す）場合、入力信号の値は高い。このシナリオでは、ＦＥＴ２６４は「オン」であり、ＦＥＴ２６６のゲート電圧はＶＳＳに駆動される。その結果、ゼロ調整電圧２６１がレギュレータモジュール２６９によって提供される。このシナリオでは、電力調整モジュール２６０によって電力は供給されない。
【００６７】
図４に示すように、論理回路２６８は、図１に示される低電圧供給部１３２の電圧ノード１２４および１２５に接続されたアクティブ回路である。また、レギュレータモジュール２６９は、図１に示す媒体電圧供給部１３３の電圧ノード１２６および１２７に結合される。図４に示すように、ＶＤＤＭＶは、抵抗器２６５の１つのノードおよびＦＥＴ２６６のドレインに接続される。抵抗器２６５の他のノードは、ＦＥＴ２６４のドレインおよびＦＥＴ２６６のゲートに接続される。ＶＳＳは、ＦＥＴ２６４のソース、キャパシタ２６３の１つのノード、およびキャパシタ２６７の１つのノードに供給される。キャパシタ２６３の他のノードは、ＦＥＴ２６４のゲートおよび抵抗器２６２のノードに結合されル。抵抗器２６２の他のノードは、論理回路２６８の出力に結合される。キャパシタ２６７の他のノードは、ＦＥＴ  ２６６のソースに結合され、電力調整モジュール２６０の出力が提供される。
【００６８】
抵抗器２６２およびコンデンサ２６３は、ＦＥＴ２６４のゲートに遅延を導入するｒｃネットワークを生成する。これは、ＴＲＧ１の立ち上がりエッジと、スリープモード中にＲＥＧがＶＳＳに降下する時間との間の遅延（図１２に示されるＴＤ−スリープ）を導入する。
【００６９】
図１２は、照明パルスの発射をトリガする状態であるパルストリガ信号ＴＲＧ１およびＴＲＧのいずれかに応答して、電力調整モジュール２６０によって生成された調整電圧ＲＥＧの変化を簡略化した図である。図１２に示されているように、パルストリガ信号のうちの１つまたは両方の立ち上がりエッジにおいて、調整電圧は、一定の期間ＴＤ−スリープに高いままである。この時間の長さは、抵抗器２６２およびコンデンサ２６３の値によって決定される。この期間の後、ＲＥＧは迅速に降下する。ＴＲＧ１の立ち下がりエッジでは、調整電圧は、一定の期間に低いままであり、その後、比較的高い電圧値までランプアップして、照明ドライバＩＣ１４０は、ＴＲＧ１の後続の立ち上がりエッジに応答して測定パルスを生成する準備ができる。
【００７０】
別の態様では、照明ドライバＩＣの各チャネルは、チャネル振幅制御信号を生成し、信号を対応する制御信号発生器に通信する電力制御モジュールを含む。特定の測定チャネルに関連するパルストリガ信号が、照明パルスの発射をトリガする状態にある場合、電力制御モジュールは、マスタコントローラから受信した振幅制御信号の値を有するチャネル振幅制御信号を生成する。しかしながら、特定の測定チャネルに関連するパルストリガ信号が、照明パルスの発射をトリガしない状態にあるとき、電力制御モジュールは、ゼロ値を有するチャネル振幅制御信号を生成する。このようにして、特定のＬＩＤＡＲ測定チャネルがパルス放射をトリガすることを要求されない期間中、電力は、対応する制御信号発生器および電力ドライバの回路要素に供給されない。
【００７１】
図５は、一実施形態における電力制御モジュール２１０を示す。電力制御モジュール２１０は、図３に示す照明ドライバＩＣ１４０内の電力制御モジュール２１０Ａおよび２１０Ｂとして複製される。図５に示すように、電力制御モジュール２１０は、説明目的のために、図３に示された電力制御モジュール２１０Ａとして実装される。電力制御モジュール２１０は、パルストリガ信号（例えば、パルストリガ信号１５１Ａ）を受信し、遅延パルストリガ信号２２７を生成する遅延モジュール２２０を含む。省電力モジュール（節電モジュール）２１７は、遅延パルストリガ信号２２７を受信し、照明ドライバＩＣ１４０の全ての測定チャネル間で共有されるパルス振幅制御信号１９３および遅延パルストリガ信号２２７に基づいてチャネルパルス振幅信号２１１Ａを生成する。
【００７２】
図５に示すように、遅延モジュール２２０は、抵抗器２２１および２２２と、キャパシタ２２４および２２６と、ＦＥＴ２２３および２２５を含む。ＶＳＳは、ＦＥＴ２２５のソース、ＦＥＴ２２３のソース、キャパシタ２２４の第１のノード、およびキャパシタの第１のノードを含む。パルストリガ信号１５１Ａは、ＦＥＴ２２５のゲートに提供される。ＦＥＴ２２５のドレインは、キャパシタ２２４の第２のノード、ＦＥＴ２２３のゲート、および抵抗器２２１の第１のノードに結合される。ＦＥＴ２２３のドレインは、キャパシタ２２６の第２のノードおよび抵抗器２２２の第１のノードに結合される。遅延パルストリガ信号２２７は、ＦＥＴ２２３のドレインに提供される。ＶＤＤＬＶは、抵抗器２２１および２２２の第２のノードに提供される。省電力モジュール２１７は、抵抗器２１３およびＦＥＴ２１４、２１５、および２１６を含む。ＦＥＴ２１４のソースおよびＦＥＴ２１５のソースにＶＳＳが供給される。ＦＥＴ２１４のゲートおよびＦＥＴ２１５のゲートは、ＦＥＴ２２３のドレインに接続される。このようにして、ノード２１２の遅延パルストリガ信号２２７は、ＦＥＴ２１４および２１５のゲートに供給される。調整電圧２６１は、抵抗器２１３の第１のノードに提供される。抵抗器２１３の第２のノードは、ＦＥＴ２１６のゲートに接続される。振幅制御信号１９３は、ＦＥＴ２１６のドレインに提供される。ＦＥＴ２１６のソースは、ＦＥＴ２１５のドレインに結合され、ここにチャネル振幅制御信号２１１Ａが存在する。
【００７３】
図６に示すように、遅延モジュール２２０は、パルストリガ信号１５１から、時間遅延時間ＴＤＥＬを有する遅延パルストリガ信号２２７を生成する。省電力モジュール２１７は、遅延パルストリガ信号２２７の立ち下がりエッジにおける振幅制御信号１９３の振幅値に一致する振幅値ＡＭＰを有するチャネル振幅制御信号２１１Ａを生成する。チャネル振幅制御信号２１１Ａは、遅延パルストリガ信号２２７の立ち上がりエッジまで、振幅値ＡＭＰを維持する。この場合、チャネル振幅制御信号２１１Ａはゼロ値まで低下する。時間遅延ＴＤＥＬのために、チャネルＡからの照明パルスの発射は、チャネル振幅制御信号２１１Ａの振幅値が振幅制御信号１９３の振幅値ＡＭＰにあるときに、時間ＴＦＩＲＥＡで発生する。このようにして、振幅制御信号１９３の振幅値ＡＭＰは、制御信号発生器２８０が対応するＬＩＤＡＲ測定チャネルから照明パルスを放射させる制御信号を生成する期間の前後で、制御信号発生器２８０に効果的に送信される。しかしながら、他の時には、ＬＩＤＡＲ測定チャネルがアイドル状態であるとき、ゼロ値の信号が制御信号発生器２８０に送信される。
【００７４】
図７は、一実施形態におけるパルス開始信号発生器２５０を示す。パルス開始信号発生器２５０は、図３に示すように、図３に示す照明ドライバＩＣ１４０内のパルス開始信号発生器２５０Ａ、２５０Ｂとして複製され、パルス開始信号発生器２５０は、説明のために図３に示すパルス開始信号発生器２５０Ａとして実施されるパルス開始信号発生器２５０は、パルストリガ信号１５１Ａに基づいてパルス開始信号２５１Ａを発生する。パルス開始信号発生器２５０は、ＦＥＴ２５２と抵抗器２５３とを含む。ＦＥＴ２５２のゲートにパルストリガ信号１５１Ａが提供される。ＶＳＳは、ＦＥＴ２５２のソースに提供される。ＶＤＤＭＶは、抵抗器２５３の第１のノードに提供され、抵抗器２５３の第２のノードは、ＦＥＴ２５２のドレインに接続される。パルス開始信号２５１Ａは、ＦＥＴ２５２のドレインに提供される。
【００７５】
図１２は、パルストリガ信号ＴＲＧ１に応答してパルス開始信号発生器２５０によって生成されたパルス開始信号ＩＮＩＴ１の変化を簡略化した図である。図１２に示すように、パルストリガ信号の立ち上がりエッジでは、ＩＮＩＴ１は、低電圧値ＶＳＳに、非常に迅速に降下する。ＴＲＧ１の立ち下がりエッジでは、ＩＮＩＴ１はＶＤＤＭＶの値まで増加して、照明ドライバＩＣ１４０は、ＴＲＧ１の後続の立ち上がりエッジに応答して立ち下がりパルス開始信号を生成する準備ができる。
【００７６】
図８は、１つの実施形態のパルス終端信号発生器２３０を示す。パルス終端信号発生器２３０は、図３に示す照明ドライバＩＣ１４０内のパルス終端信号発生器２３０Ａおよび２３０Ｂとして複製される。パルス終端信号発生器２３０は、説明のために図３に示されたパルス終端信号発生器２３０Ａとして実施される。パルス終端信号発生器２３０は、アナログ入力信号の値に基づいてプログラマブル持続時間のパルスを生成するように構成される。図１に示すように、マスタコントローラ１９０は、アナログパルス幅制御信号１９２を生成し、ＰＷＣ１９２を照明ドライバＩＣ１４０に通信する。これに応答して、照明ドライバＩＣ１４０は、ＰＷＣ１９２の受信値に基づいてパルス持続時間を変更する。図８に示す実施形態では、パルス終端信号発生器２３０は、ＰＷＣ１９２およびＩＮＩＴ１２５１Ａを受信し、ＰＷＣ１９２の値に従ってプログラムされたＩＮＩＴ１１２５１Ａからの遅延を有するパルス終端信号ＴＥＲＭ１１２３１Ａを生成する。
【００７７】
図８に示されるように、パルス終端信号発生器２３０は、動作増幅器として構成された抵抗器２３８およびＦＥＴ２３６−２３７を含む。オペアンプの出力は、ＦＥＴ２４３のゲートに結合される。オペアンプは、ＦＥＴ２３６のゲートで入力としてＰＷＣ１９２を受信する。さらに、オペアンプは、ＦＥＴ２３７のゲートで入力電圧２４９を受信する。入力電圧２４９がＰＷＣ１９２の値を超えると、出力電圧２４８の値は、遷移を低い値に切り替える。ＰＷＣ１９２の値が入力電圧２４９の値を超えると、出力電圧２４８の値は高い値に遷移する。入力電圧２４９は、抵抗器２４１とコンデンサ２４２によって形成されるＲＣ回路の電圧である。ＩＮＩＴ１  ２５１Ａは、ＴＥＦ  ２４０のゲートで受信される。ＩＮＩＴ１２５１Ａが低い値に遷移すると（パルスの開始時）、ＦＥＴ２４０は効率よくＶＳＳからＲＣ回路の接続を切る。これにより、ＲＣ回路の充電を開始できる。ＦＥＴ２３９は、ＲＣ回路にゼロ以外の開始電圧を提供する。ＲＣ回路の電圧が上昇すると、最終的にはＰＷＣ１９２の値を超えて、出力ノード２４８の遷移をトリガする。ＲＣ回路の電圧ランプ速度は一定であるため、出力電圧２４８の遷移までの遅延が、部分的にＰＷＣ１９２の値によって決定される。ＰＷＣ１９２の値が大きいほど、終端信号、ＴＥＲＭ１２３１Ａの生成までのパルス開始からの遅延が長くなる。このようにして、ＰＷＣ１９２の値がパルス持続時間を決定する。パルス終端信号発生器２３０は、オペアンプ構造の電流源として構成された抵抗器２３２およびＦＴＥ２３３−２３５を含む。ＦＥＴ２４３および２４４は、出力電圧２４８の値をスケールダウンするように構成されている。抵抗器２４５および２４７ならびにＦＥＴ２４６は、出力電圧２４８のスケーリングされた値を反転するように構成されている。パルス終端信号ＴＥＲＭ１２３１Ａは、ＦＥＴ２４６のドレインに提供される。
【００７８】
図１２は、パルス開始信号ＩＮＩＴ１２５１Ａおよびパルス幅制御信号ＰＷＣ１９２に応答してパルス終端信号発生器２３０によって生成されるパルス終端信号ＴＥＭ１２３１Ａの変化の簡略図を示している。図１２に示すように、ＩＮＩＴ１が低くなると、ＲＣ回路の電圧が上昇し始める。ＲＣ回路の電圧がＰＷＣを超える時点で、ＴＥＲＭ１は高くなり、一定時間保持された後、再び減り始める。パルス開始からＴＥＲＭ１の立ち上がりエッジまでの期間ＴＤ−パルスが、測定パルスの相対的な持続時間を決定することに注意されたい。ＴＲＧ１の立ち下がりエッジで、ＴＥＲＭ１は再び上昇して、照明ドライバＩＣ１４０は、次のパルスのためのパルス終端信号を生成する準備ができる。図１２には、主ＦＥＴ１４１のゲート電圧、ＧＡＴＥ１、またはＦＥＴ群が示されている。
【００７９】
図３に示されるように、照明ドライバＩＣ１４０は、対応するパルス開始信号に基づいてパルス終端信号、ＴＥＲＭ１およびＴＥＭ２を生成するパルス終端信号発生器２３０Ａ−Ｂを含む。一緒に、パルス開始信号およびパルス終端信号は、照明ドライバＩＣ１４０によって生成される各パルスのタイミングを直接決定する。これらの実施形態では、パルストリガ信号（例えば、ＴＲＧ１、ＴＲＧ２）を有して照明ドライバＩＣ１４０によって生成されたパルスのタイミングを直接決定するのではなく、パルストリガ信号を使用してパルス開始信号の生成をトリガする。次に、パルス開始信号は、パルス生成を直接開始し、また、パルス終端信号の生成を開始する。次に、パルス終端信号は、パルス生成を直接終了させる。
【００８０】
図９は、一実施形態における制御信号発生器２８０を示している。制御信号発生器２８０は、図３に示される照明ドライバＩＣ１４０において、制御信号発生器２８０Ａおよび２８０Ｂとして複製される。図９に示されるように、制御信号発生器２８０は、説明のために、図３に示される制御信号発生器２８０Ａとして実装される。制御信号発生器２８０は、パルス開始信号２５１Ａ、パルス終端信号２３１Ａ、およびチャネル振幅制御信号２１１Ａに基づいて、ゲート制御信号２８３Ａ、ゲート充電制御信号２８１Ａ、およびゲート放電制御信号２８２Ａを生成する。制御信号発生器２８０によって生成された制御信号は、照明ドライバ１４０に結合された照明源を通る電流の流れを制御するＦＥＴを直接制御する。
【００８１】
制御信号発生器２８０は、パルス振幅制御回路２５５、ＦＥＴ２８４、２８６、２８７、２８８、および抵抗器２８５を含む。
【００８２】
別の態様では、パルス終端信号発生器２３０は、アナログ入力信号の値に基づいてプログラム可能な振幅のパルスを生成するように構成される。図１に示されるように、受信機ＩＣ１５０は、アナログ振幅制御信号ＶＡＭＰ１５３を生成し、ＶＡＭＰを照明ドライバＩＣ１４０に通信する。これに応答して、照明ドライバＩＣ１４０は、ＶＡＭＰの受信値に基づいてパルス振幅を変更する。
【００８３】
実施形態では、図１１に示される照明ドライバＩＣ１４０の部分の実施形態１４０Ｃでは、パルス振幅制御回路２５０は、照明源１６０によって生成されるパルスの振幅を制御するＶＡＭＰを受信する。
【００８４】
ＩＮＩＴ１２５１Ａが低くなると（測定パルスの開始を通知する）、ＦＥＴ２８６は、ゲート充電制御信号２８１Ａを介して充電ＦＥＴ（例えば、図１０に示す充電ＦＥＴ３９３）のゲートをＶＳＳから迅速に解放することで、充電ＦＥＴを急速に充電することができる。同様に、ＦＥＴ２８７は、主ＦＥＴ（例えば、図１０に示される主ＦＥＴ３９１）のゲートをＶＳＳから迅速に解放することで、主ＦＥＴがゲート制御信号２８３Ａを介して充電することができる。
【００８５】
ＴＥＲＭ１２３１Ａが高くなる（測定パルスの終了を合図する）と、ＦＥＴ２８８は、充電ＦＥＴのゲートをＶＳＳに短絡する。同様に、放電ＦＥＴ（例えば、図１０に示す放電ＦＥＴ３９４）は、ゲート放電制御信号２８２Ａを介して主ＦＥＴのゲートをＶＳＳにできるだけ早く短絡して、照明源１６０を通る電流の流れを遮断する。ＦＥＴ２８５および抵抗器２８５は、放電ＦＥＴおよびＦＥＴ２８８の迅速なターンオンを提供する。
【００８６】
さらに、パルス振幅制御回路２５５は、抵抗器２５６および２５９、コンデンサ２５７、およびＦＴＥ２５８を含む。チャネル振幅制御信号、ＡＭＰ１２１１Ａは、抵抗器２５６の第１のノードで受信される。抵抗器２５６の第２のノードは、ＴＥＦ  ２５８のゲートおよびコンデンサ２５７の第１のノードに接続される。ＦＴＥ  ２５８のドレインは、調整電圧供給部、ＶＲＥＧに結合され、調整電圧２６１を受信する。ＦＴＥ２５８のソースは、抵抗器２５９の第１のノードに結合される。抵抗器２５９の第２のノードは、コンデンサ２５７の第２のノードに結合され、ここで、ゲート充電制御信号２８１Ａが提供される。このようにして、パルス振幅制御回路２５５は、充電ＦＥＴ（例えば、図１０に示される電荷ＦＥＴ３９３）のゲートでの充電を制御する。
【００８７】
図１２に示されるように、ＡＭＰ１の値は、パルス振幅制御回路２５５のランプ速度を制御する。ＡＭＰ１が増加するにつれて、ＦＴＥ２５８のゲートでの電荷蓄積の速度が増加する。次に、これは、ゲート充電制御信号２８１Ａを介して、充電ＦＥＴのゲート上での電荷蓄積率を増加させる。これにより、主ＦＥＴのゲート上の電荷蓄積の速度を増加させる。これは、照明源１６０Ａによって生成された結果として生じる照明パルスのランプ速度を加速する。このようにして、ＡＭＰ１は、特定のパルス持続時間における照明パルスのピーク振幅を制御する。
【００８８】
図１０は、一実施形態における電力ドライバ３９０を示している。いくつかの実施形態では、電力ドライバ３９０は、図３に示される照明ドライバＩＣ１４０において電力ドライバ２９０Ａおよび２９０Ｂとして複製される。図１０に示されるように、電力ドライバ３９０は、説明のために、図３に示される電力ドライバ２９０Ａとして実装される。図示の実施形態では、電力ドライバ３９０は、ＧａＮベースのＩＣ１４０上に統合された３つのＦＥＴ３９１、３９３、および３９４を含む。図１０に示された例では、主ＦＥＴ３９１は、照明源１６０Ａ（例えば、レーザーダイオード１６０Ａ）を通る電流１２３Ａの流れを制御する。ゲート制御信号２８３Ａは、主ＦＥＴ３９３のゲート電圧に寄与する。さらに、充電ＦＥＴ３９３および放電ＦＥＴ３９４はまた、主ＦＥＴ３９１のゲート電圧に寄与し、遷移を加速し、電力損失を最小化する。
【００８９】
図１０に示されるように、充電ＦＥＴ３９３のドレインは、図１に示される低電圧供給１３２の電圧ノード１２５に結合される。充電源ＦＥＴ３９３は、放電ＦＥＴ３９４のドレインおよび主ＦＥＴ３９１のゲートに結合されている。放電源ＦＥＴ３９４は、低電圧供給１３２の電圧ノード１２４に結合されている。さらに、抵抗器３９２は、主ＦＥＴ３９１のゲートと低電圧供給１３２の電圧ノード１２４との間に結合されている。ゲート充電制御信号２８１Ａは、充電ゲートＦＥＴ３９３に提供され、ゲート放電制御信号２８２Ａは、放電ＦＥＴのゲートに提供される。このようにして、ゲート充電制御信号２８１Ａ、ゲート放電制御信号２８２Ａ、およびゲート制御信号２８３Ａは、主ＦＥＴ３９１のゲートでの充電、すなわち主ＦＥＴ３９１の導通状態を決定する。
【００９０】
図１０は、図３に示される電力ドライバ２９０Ａとして実装される実施形態３９０を示す。一般に、実施形態３９０は、任意のＬＩＤＡＲ測定チャネルの電力ドライバ（例えば、電力ドライバ２９０Ａ、２９０Ｂ、またはその両方）として実装され得る。
【００９１】
図１０に示される電力ドライバモジュール２９０Ａの実施形態３９０は、照明源１６０Ａを流れる電流を決定する単一の主ＦＥＴ３９１を含む。別の態様では、電力ドライバは、照明源を通る電流の流れを制御するように構成されたいくつかの異なるＦＥＴを含む。さらに、各照明源に結合されたＦＥＴの数はプログラム可能である。これにより、プログラム可能な最大電流が各照明源を流れて、プログラム可能な最大照明パルス振幅が可能になる。
【００９２】
図１１は、別の実施形態における電力ドライバ４９０を示している。いくつかの実施形態では、電力ドライバ４９０は、図３に示される照明ドライバＩＣ１４０において電力ドライバ２９０Ａおよび２９０Ｂとして複製される。図１１に示されるように、電力ドライバ４９０は、説明のために、図３に示される電力ドライバ２９０Ａとして実装される。同様の番号が付けられた要素は、図１０を参照して説明される。図１１に示されるように、１つまたは複数のＦＥＴのＮ個の群は、照明源１６０Ａと並列に結合され、ここで、Ｎは、任意の正の整数である。各ＦＥＴ群４９１Ａ−４９１Ｎの各主ＦＥＴのドレインは、照明源１６０Ａのノードに結合されている。同様に、各ＦＥＴ群４９１Ａ−４９１Ｎの各主ＦＥＴのソースは、電源電圧供給３１１のノード１２１に結合される。各ＦＥＴ群１４１Ａ−１４１Ｎの各主ＦＴＥのゲートは、図１０を参照して説明したように、充電ＦＥＴのソースおよび放電ＦＥＴのドレインに選択的に結合される。ＦＥＴの特定群の各主ＦＥＴが充電ＦＥＴのソースおよび放電ＦＥＴのドレインに電気的に結合されているかどうかは、マスタコントローラ１９０から受信された選択信号ＳＥＬ１９４の状態によって決定される。図１１に示された実施例では、ＳＥＬはＮビットワードである。各ビットは特定の主ＦＥＴ群に対応する。特定のビットが高い状態にある場合、対応する主ＦＥＴ群に関連付けられた各主ＦＥＴは、充電ＦＥＴのソースと放電ＦＥＴのドレインに結合される。この状態で、ゲート制御信号２８３Ａ、ゲート充電制御信号２８１Ａ、およびゲート放電制御信号２８２Ａは、対応する主ＦＥＴ群の各主ＦＥＴのゲートでの充電を決定する。このようにして、Ｎビットワードの各ビットの状態は、どの主ＦＥＴ群が照明源１６０Ａによるパルス生成に参加するかを決定する。
【００９３】
マスタコントローラ１９０は、ＳＥＬ信号を生成し、照明ドライバＩＣ１４０に通信することによって、どのＦＥＴ群が次の測定パルスに参加すべきかを決定する。いくつかの例では、決定は、前の測定パルスから受信した戻り信号に基づく。例えば、受信された戻り信号が飽和している場合、マスタコントローラ１９０は、選択信号ＳＥＬを生成し、多数のゼロ値ビットを有する照明ドライバ１４０に通信して、参加する主ＦＥＴ群の数を減らす。このようにして、次の照明パルスで放射される光子の数が減少する。
【００９４】
いくつかの実施形態では、各主ＦＥＴ群内のＦＥＴの数は異なる。このようにして、ＦＥＴ群のさまざまな組み合わせをアクティブにして、均一な分解能で広範囲の参加ＦＥＴを実現できる。
【００９５】
図１１は、図３に示される電力ドライバ２９０Ａとして実装される実施形態４９０を示しているが、一般に、実施形態４９０は、任意のＬＩＤＡＲ測定チャネルの電力ドライバ（例えば、電力ドライバ２９０Ａ、２９０Ｂ、またはその両方）として実装され得る。
【００９６】
図１３−１５は、１つまたは複数の多重チャネルＧａＮベースの照明ドライバＩＣを含む３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステムを示している。いくつかの実施形態では、遅延時間は、各ＬＩＤＡＲ測定チャネルの起動の間に設定される。いくつかの例では、遅延時間は、ＬＩＤＡＲ装置の最大範囲にある物体との間の測定パルスの飛行時間よりも長くなる。このように、ＬＩＤＡＲ測定チャネル間でクロストークは発生しない。他のいくつかの例では、別のＬＩＤＡＲ測定チャネルから放射された測定パルスがＬＩＤＡＲ装置に戻る時間を有する前に、測定パルスが１つのＬＩＤＡＲ測定チャネルから放射される。これらの実施形態では、クロストークを回避するために、各ビームによって調査される周囲環境の領域間に十分な空間的分離があることを保証するように注意する。
【００９７】
図１３は、１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００の実施形態を例示する図である。３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００は、赤外光（例えば、７００から１，７００ナノメートルのスペクトル範囲内の波長を有する光）を透過する材料から構築されたドーム型シェル要素１０３を含む下部ハウジング１０１および上部ハウジング１０２を含む。一例では、ドーム型シェル要素１０３は、９０５ナノメートルを中心とする波長を有する光に対して透明である。
【００９８】
図１３を参照すると、複数の光線１０５が、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００から、中心軸１０４から測定された角度範囲αにわたって、ドーム型シェル要素１０３を介して放射される。図１３に示されるように、光の各ビームは、互いに離間された複数の異なる位置で、ｘ軸およびｙ軸によって定義される平面上に投射される。例えば、ビーム１０６は、位置１０７でｘｙ平面に投影される。
【００９９】
図１３に示されるように、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００は、中心軸１０４の周りの複数の光線１０５のそれぞれを走査するように構成される。ｘｙ平面に投射される各光線は、中心軸１０４とｘｙ平面との交点を中心とする円形パターンをトレースする。例えば、時間の経過とともに、ｘｙ平面に投射されたビーム１０６は、中心軸１０４を中心とする円形軌道１０８をトレースする。
【０１００】
図１４は、１つの例示的な動作シナリオにおける３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０の別の実施形態を例示する図である。３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０は、赤外光（例えば、７００から１，７００ナノメートルのスペクトル範囲内の波長を有する光）に対して透明な材料から構築された円筒形シェル要素１３を含む下部ハウジング１１および上部ハウジング１２を含む。一例では、円筒形シェル要素１３は、９０５ナノメートルを中心とする波長を有する光に対して透明である。
【０１０１】
図１４に示されるように、複数の光線１５が、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０から、角度範囲βにわたって円筒形シェル要素１３を介して放射される。図１４に示される実施形態では、各光線の主光線が示されている。光の各ビームは、複数の異なる方向で周囲の環境に外向きに投射される。例えば、ビーム１６は、周囲環境の位置１７に投射される。いくつかの実施形態では、システム１０から放射される光線の各ビームは、わずかに発散する。一例では、システム１０から放射される光線は、システム１０から１００メートルの距離で直径２０センチメートルのスポットサイズを照明する。このように、照明光の各ビームは、システム１０から放射される照明光の円錐である。
【０１０２】
図１４に示される実施形態では、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０は、中心軸１４の周りで複数の光線１５のそれぞれを走査するように構成される。説明の目的で、光線１５は、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０の非回転座標フレームに対して１つの角度方向で示され、光線１５’は、非回転座標フレームに対して別の角度方向で示されている。光線１５が中心軸１４を中心に回転すると、周囲環境に投射された各光線（例えば、各光線に関連する照明光の各コーン）は、中心軸１４の周りに掃引されるときにコーン形状の照明ビームに対応する環境のボリュームを照明する。
【０１０３】
図１５は、１つの例示的な実施形態における３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００の分解図を示す。３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００は、中心軸１０４の周りを回転する光放射／収集エンジン１１２をさらに含む。図１５に示す実施形態では、光放射／収集エンジン１１２の中心光軸１１７は、中心軸１０４に対して角度θで傾斜している。図１５に示されるように、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００は、下部ハウジング１０１に対して固定位置に取り付けられた固定電子ボード１１０を含む。回転電子ボード１１１は、静止電子ボード１１０の上に配置され、静止電子ボード１１０に対して所定の回転速度（例えば、毎分２００回転以上）で回転するように構成される。電力信号および電子信号は、１つまたは複数の変圧器、容量性、または光学要素を介して静止電子ボード１１０と回転電子ボード１１１との間で通信されて、これらの信号の非接触送信をもたらす。光放射／収集エンジン１１２は、回転する電子ボード１１１に対して固定的に配置されて、所定の角速度ω’で中心軸１０４の周りを回転する。
【０１０４】
図１５に示されるように、光放射／収集エンジン１１２は、ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイを含む。いくつかの実施形態では、各ＬＩＤＡＲ測定装置は、図１に示されるＬＩＤＡＲ測定装置１２０などの多重ＬＩＤＡＲ測定装置である。
【０１０５】
各ＬＩＤＡＲ測定装置から放射された光は、放射された光をコリメートして、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステムから環境に投射される照明光のビームを生成する一連の光学要素１１６を通過する。このようにして、それぞれが異なるＬＩＤＡＲ測定装置から放射される光ビーム１０５のアレイは、図１３に示されるように、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００から放射される。一般に、任意の数のＬＩＤＡＲ測定装置を、３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１００から任意の数の光線を同時に放射するように配置することができる。特定のＬＩＤＡＲ測定装置による照明のために環境内の物体から反射された光が、光学要素１１６によって収集される。収集された光は、光学素子１１６を通過し、そこで、同じ特定のＬＩＤＡＲ測定装置の検出素子に集束される。このようにして、異なるＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明による環境の異なる部分の照明に関連する収集された光は、対応する各ＬＩＤＡＲ測定装置の検出器に別々に集束される。
【０１０６】
図１６は、光学要素１１６の図をより詳細に示している。図１６に示されるように。光学要素１１６は、収集された光１１８をＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイの各検出器に集束するように配置された４つのレンズ要素１１６Ａ−Ｄを含む。図１６に示す実施形態では、光学素子１１６を通過する光は、ミラー１２４から反射され、ＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイの各検出器に向けられる。いくつかの実施形態では、１つまたは複数の光学素子１１６は、所定の波長範囲の外部の光を吸収する１つまたは複数の材料から構成される。所定の波長範囲は、統合されたＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイによって放射される光の波長を含む。一例では、１つまたは複数のレンズ要素は、統合されたＬＩＤＡＲ測定装置１１３のアレイそれぞれによって生成された赤外光未満の波長を有する光を吸収するための着色剤添加剤を含むプラスチック材料から構成される。一例では、着色剤は、Ａａｋｏ  ＢＶ（オランダ）から入手可能なＥｐｏｌｉｇｈｔ７２７６Ａである。一般に、任意の数の異なる着色剤を光学素子１１６のプラスチックレンズ要素のいずれかに追加して、望ましくないスペクトルを除去することができる。
【０１０７】
図１６は、収集された光１１８の各ビームの成形を説明するために、光学素子１１６の断面図を示している。
【０１０８】
このようにして、図１４に示される３Ｄ  ＬＩＤＡＲシステム１０および図１４に示されるシステム１００などのＬＩＤＡＲシステムは、それぞれがＬＩＤＡＲ装置から周囲環境に照明光の複数のパルスビームを放射し、周囲環境内の物体から反射された戻り光を測定する複数のＬＩＤＡＲ測定装置を含む。
【０１０９】
図１３および１４を参照して説明した実施形態などのいくつかの実施形態では、ＬＩＤＡＲ測定装置のアレイが、ＬＩＤＡＲ装置の回転フレームに取り付けられている。この回転フレームは、ＬＩＤＡＲ装置のベースフレームに対して回転する。しかしながら、一般に、ＬＩＤＡＲ測定装置のアレイは、任意の適切な方法（例えば、ジンバル、パン／チルトなど）で移動可能であるか、またはＬＩＤＡＲ装置のベースフレームに対して固定され得る。
【０１１０】
いくつかの他の実施形態では、各ＬＩＤＡＲ測定装置は、ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明ビームをスキャンするビーム指向要素（例えば、走査ミラー、ＭＥＭＳミラーなど）を含む。
【０１１１】
いくつかの他の実施形態では、２つ以上のＬＩＤＡＲ測定装置はそれぞれ、異なる方向で周囲環境にビームを反射する走査ミラー装置（例えば、ＭＥＭＳミラー）に向けて照明光のビームを放射する。
【０１１２】
さらなる態様では、１つまたは複数のＬＩＤＡＲ測定装置は、ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明ビームを異なる方向に向ける光位相変調装置と光通信している。光位相変調装置は、光位相変調装置の状態を変化させて、光位相変調装置から回折された光の方向を変化させる制御信号を受信するアクティブ装置である。このようにして、ＬＩＤＡＲ測定装置によって生成された照明ビームは、さまざまな方向でスキャンされ、測定中の周囲の３Ｄ環境を効果的に調査する。周囲の環境に投影された回折ビームは、環境内の物体と相互作用する。それぞれのＬＩＤＡＲ測定チャネルは、物体から収集された戻り光に基づいて、ＬＩＤＡＲ測定システムと検出された物体の間の距離を測定する。光位相変調装置は、ＬＩＤＡＲ測定装置と周囲環境での測定対象物との間の光路に配置されている。したがって、照明光と対応する戻り光の両方が、光位相変調装置を通過する。
【０１１３】
本明細書に記載のコンピューティングシステムは、パーソナルコンピュータシステム、主フレームコンピュータシステム、ワークステーション、イメージコンピュータ、並列プロセッサ、または当技術分野で知られている他の任意の装置を含み得るが、これらに限定されない。一般に、「コンピューティングシステム」という用語は、メモリ媒体からの命令を実行する１つまたは複数のプロセッサを有する任意の装置を包含するように広く定義され得る。
【０１１４】
本明細書に記載されるような方法を実施するプログラム命令は、ワイヤ、ケーブル、または無線伝送リンクなどの伝送媒体を介して伝送され得る。プログラム命令は、コンピュータで読み取り可能な媒体に保存される。例示的なコンピュータ可読媒体には、読み取り専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、磁気または光ディスク、または磁気テープが含まれる。
【０１１５】
１つまたは複数の例示的な実施形態では、説明された機能は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせで実装され得る。ソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読媒体上に１つまたは複数の命令またはコードとして格納または送信され得る。コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記憶媒体と、ある場所から別の場所へのコンピュータプログラムの転送を容易にする任意の媒体を含む通信媒体の両方を含む。記憶媒体は、汎用または特殊目的のコンピュータによってアクセスできる任意の利用可能な媒体であり得る。非限定的な例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージ装置、または命令あるいはデータ構造の形式で所望のプログラムコード手段を運ぶか、格納するために使用でき、かつ汎用または特殊目的のコンピュータ、あるいは汎用または特殊用途のプロセッサによってアクセスできる、他の任意の媒体を含むことができる。また、任意の接続は、すべてコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。例えば、ソフトウェアが、Ｗｅｂサイト、サーバー、またはその他のリモートソースから、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、デジタル加入者回線（ＤＳＬ）、または赤外線、無線、マイクロ波などのワイヤレステクノロジを使用して送信される場合、同軸ケーブル、光ファイバーケーブル、ツイストペア、ＤＳＬ、または赤外線、無線、マイクロ波などの無線技術が媒体の定義に含まれる。本明細書で使用されるディスクおよびディスクには、コンパクトディスク（ＣＤ）、レーザディスク、光ディスク、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、フロッピーディスクおよびブルーレイディスクが含まれ、ディスクは通常、データを磁気的に再生し、ディスクはレーザを用いて光学的にデータを再生する。上記の組み合わせも、コンピュータで読み取り可能なメディアの範囲に含めるべきである。
【０１１６】
特定の実施形態は、指導目的で上に記載されているが、この特許文書の教示は、一般的な適用可能性を有し、上記の特定の実施形態に限定されない。したがって、記載された実施形態の様々な特徴の様々な修正、適合、および組み合わせは、特許請求の範囲に記載される本発明の範囲から逸脱することなく実施することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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