(57)【要約】  ＬＩＤＡＲシステムはレーザパルスを放射し、各パルスはパワーレベルに関連付けられる。ＬＩＤＡＲシステムの動作の間、レーザエミッタは、レーザに関連付けられたパワープロファイルデータを用いて調整される。パワープロファイルデータは、較正手順の間に取得され、レーザ電源に対する充電持続時間を、レーザによって出力される実際のパワーに関連付ける情報を含む。パワープロファイルは、ＬＩＤＡＲシステムの動作の間に用いられることができる。レーザパルスが放射されることができ、パルスからの反射光が受信され分析され、レーザに対するパワープロファイル内でのルックアップに基づいて、次のパルスのパワーが調整されることができる。例えば、パルスからの戻されたパワーが高過ぎる（例えば、何らかの指定された閾値を超える）場合、次のパルスのパワーは、パワープロファイルに基づいて特定の値まで低減される。
2020506400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
充電回路を含んだ電気回路であって、第１の充電持続時間に少なくとも部分的に基づいて駆動信号を発生するように構成された、電気回路と、
前記電気回路に結合されたレーザ光源であって、前記駆動信号を受信し、第１のパワーレベルで第１の光パルスを放射するように構成された、レーザ光源と、
前記第１の光パルスに対応する、表面からの、反射光を検知したことに応答して、光信号を発生する光センサと、
前記光センサに通信可能に結合されたコントローラと
を備え、前記コントローラは、
前記光信号の１つまたは複数の特性に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の充電持続時間を第２の充電持続時間に変化させることを識別することと、
前記レーザ光源に関連付けられた較正データに少なくとも部分的に基づいて、前記第２の充電持続時間の値を決定することと、
前記レーザ光源に、前記第２の充電持続時間の前記値を使用させて、前記第１のパワーレベルとは異なる第２のパワーレベルで第２の光パルスを放射させることと
を行うように動作可能であるデバイス。
【請求項２】
前記レーザ光源に前記第２の充電持続時間の前記値を使用させることは、前記電気回路に前記第２の充電持続時間の前記値の間、１つまたは複数のコンデンサを充電させることを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１の充電持続時間を前記第２の充電持続時間に変化させることを識別することは、前記光信号の前記１つまたは複数の特性のうちの少なくとも１つが予め規定された範囲外であると決定することを含み、前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、前記予め規定された範囲に少なくとも部分的にさらに基づく、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、前記レーザ光源に関連付けられたパワープロファイルにアクセスすることを含み、前記パワープロファイルは、前記レーザ光源の較正に関連付けられる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記パワープロファイルは、第１の光パルスの第１のパワーに関連付けられた第１の充電持続時間と、第２の光パルスの第２のパワーに関連付けられた第２の充電持続時間と、第３の光パルスの第３のパワーに関連付けられた第３の充電持続時間とを含む、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記電気回路は、
インダクタと、前記インダクタに結合されたコンデンサとをさらに備え、
前記インダクタは、前記コントローラによってもたらされる充電時間に少なくとも部分的に基づいて、前記コンデンサを充電する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記光センサに結合され、前記光信号のデジタル表示であるデジタル化された信号を発生するように構成されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）をさらに備え、
前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、前記光信号の前記デジタル表示に少なくとも部分的に基づいて前記値を決定することを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記コントローラは、前記光信号に関連付けられたパワーを決定するようにさらに動作可能であり、前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、所望のパワー範囲に関連付けられたパワー値を決定することと、前記所望のパワー範囲に関連付けられた前記較正データ内の前記第２の充電持続時間の前記値にアクセスすることとを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記レーザ光源のためのハウジングであって、前記ハウジングは、走査方向において光パルスを光学的に走査するように回転可能であり、前記走査方向は、前記レーザ光源の走査軸に対応する、ハウジングをさらに備え、
前記レーザ光源は、レーザエミッタの行を備え、前記レーザエミッタの個々の１つは、パワープロファイルに関連付けられ、前記パワープロファイルは、第１の光パルスの第１のパワーに関連付けられた第１の充電持続時間と、第２の光パルスの第２のパワーに関連付けられた第２の充電持続時間と、第３の光パルスの第３のパワーに関連付けられた第３の充電持続時間とを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
充電回路を含んだ電気回路を用いて、第１の充電持続時間に少なくとも部分的に基づいて駆動信号を発生するステップと、
前記電気回路に結合されたレーザ光源を用いて、第１のパワーレベルで第１の光パルスを放射するステップと、
光センサを用いて、前記第１の光パルスに対応する、表面からの、反射光を検知するステップと、
前記反射光に少なくとも部分的に基づいて光信号を発生するステップと、
前記光信号の１つまたは複数の特性に少なくとも部分的に基づいて、前記第１の充電持続時間を変化させることを決定するステップと、
前記レーザ光源に関連付けられた較正データに少なくとも部分的に基づいて、第２の充電持続時間の値を決定するステップと、
前記レーザ光源に、前記第２の充電持続時間の前記値を使用させて、第２のパワーレベルで第２の光パルスを放射させるステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記レーザ光源に、前記第２の充電持続時間の前記値を使用させるステップは、前記電気回路の前記充電回路に、前記第２の充電持続時間の前記値の間、１つまたは複数のコンデンサを充電させるステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２の充電持続時間の前記値を決定するステップは、前記レーザ光源に関連付けられたパワープロファイルにアクセスするステップを含み、前記パワープロファイルは、前記レーザ光源の較正に関連付けられる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の充電持続時間の前記値に従って、前記充電回路の１つまたは複数のコンデンサを充電するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光センサに結合されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて、前記光信号のデジタル表示であるデジタル化された信号を発生するステップをさらに含み、前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、前記光信号の前記デジタル表示に少なくとも部分的に基づいて前記値を決定することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記光信号に関連付けられたパワーを決定するステップをさらに含み、前記第２の充電持続時間の前記値を決定することは、所望のパワー範囲に関連付けられたパワー値を決定することと、前記所望のパワー範囲に関連付けられた前記較正データ内の前記第２の充電持続時間の前記値にアクセスすることとを含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、2016年12月30日に出願され、「LASER POWER CALIBRATION AND CORRECTION」と題された米国特許仮出願第62/440,734号の優先権を主張する、2017年4月13日に出願された米国特許出願第15/487,170号のＰＣＴ国際出願であり、これらの出願の全ては、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に組み込まれている。
【０００２】
「ＬＩＤＡＲ」とは、光を放射し、光の反射の特性を測定することによって、目に見える表面の距離を測定するための技法を指す。「ＬＩＤＡＲ」という用語は、「光検出および測距（Light Detection and Ranging）」の頭字語であり、ときには「レーザ走査」または「３Ｄ走査」を指す。いくつかの場合において、ＬＩＤＡＲシステムは、複数のレーザエミッタおよび／または複数の光センサを含む。あるいは、または加えて、ＬＩＤＡＲシステムは、１つまたは複数のレーザおよび／またはセンサを物理的に移動させて、異なる表面点の測定値を繰り返し取得しながら、シーンにわたって走査し得る。
【０００３】
一般に、光エミッタは、高度に焦点が合わされた光を、オブジェクトまた初めて表面の方向に方向付けるレーザを備え得る。光センサは、光強度を対応する電気信号に変換する光電子増倍管またはアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）などの光検出器を備え得る。レンズなどの光学素子は、ＬＩＤＡＲシステムの特定の性質に応じて、光の焦点を合わせるために光送信経路および光受信経路において用いられ得る。
【０００４】
ＬＩＤＡＲシステムは、放射されたレーザ光が反射された表面までの距離を決定するために、反射された光信号を分析する信号処理構成要素を有する。例えば、システムは光信号がレーザから、表面まで、および光センサに戻るまで移動するのに従って、その「飛行時間」を測定し得る。距離は、次いで飛行時間および既知の光速に基づいて計算される。
【０００５】
ＬＩＤＡＲシステムは、自律車両において用いられ得るような誘導、ナビゲーション、および制御システムに情報を与えるために用いられることができる。このようなシステムにおいて、１つまたは複数のＬＩＤＡＲデバイスは、車両を取り囲む目に見える表面点の３Ｄ座標を示す表面マップを発生するように構成される。誘導、ナビゲーション、および制御システムはこのデータを分析して、障害物を識別し、障害物回避を行い、および所望の移動の経路を決定する。正確であると共に、特定の用途のための所望の分解能を有するＬＩＤＡＲシステムを開発し、作り出すことは、費用がかかり、困難であり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
添付の図を参照して、詳細な説明が述べられる。図において、参照番号の最も左側の数字は、参照番号が最初に現れる図を識別する。異なる図における同じ参照番号の使用は、同様または同一の構成要素または特徴を示す。
【図１】レーザパワー較正および補正システムの例を示す図である。
【図２】距離または測距測定を行うために用いられ得る例示のＬＩＤＡＲ距離測定システムの論理要素を示す図である。
【図３】指定されたパワーレベルで光パルスを生成するように、レーザ光エミッタの充電時間を調整するための例示のプロセスを示す図である。
【図４】レーザ光エミッタに対するパワープロファイルを生成するための例示のプロセスを示す図である。
【図５Ａ】ＬＩＤＡＲセンサデバイスまたはシステムの一部として用いられ得る回転可能センサアセンブリの例示の構成を示す図である。
【図５Ｂ】ＬＩＤＡＲセンサデバイスまたはシステムの一部として用いられ得る回転可能センサアセンブリの例示の構成を示す図である。
【図６】図５Ａおよび図５ＢのＬＩＤＡＲアセンブリにおいて用いられ得る例示の光センサの代表的な上面図である。
【図７】例示の詰め込み配置を示す、例示の光センサの代表的な上面図である。
【図８】図５Ａおよび図５ＢのＬＩＤＡＲアセンブリにおいて用いられ得る例示のレーザ光源の代表的な上面図である。
【図９】単一のレーザパルスを生成するために測定チャネルにおいて用いられ得る例示の電気回路の概略図である。
【図１０Ａ】レーザパルスのペアを生成するために測定チャネルにおいて用いられ得る例示の電気回路の概略図である。
【図１０Ｂ】レーザエミッタを発射させるために測定チャネルにおいて用いられ得るトリガ回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下の詳細な説明は、レーザパワー較正および補正のための技術を対象とする。本明細書ではレーザ光源に対するパワープロファイルを生成し、次いで動作の間にパワープロファイルを用いて放射される光パルスのパワーを調整するための技法が述べられる。パワープロファイルは光源に、指定されたパワーレベルで光パルスを生成および放射させるようになる充電時間を決定するためにアクセスされる。放射される光パルスのパワーをゆっくりと変化させるのとは対照的に、本明細書で述べられる技法は、１つまたは複数のパワープロファイル内に記憶された充電持続時間を用いて、所望のパワーレベルで光パルスを生成する。このようにして、各続いて放射される光パルスのパワーは所望のパワーレベルを有するように調整されることができる。
【０００８】
パワープロファイルは、異なる充電持続時間でレーザ光源によって出力される平均パワーを示すデータを含む。いくつかの構成において、単一のパワープロファイルを用いてＬＩＤＡＲシステム内のレーザを表す代わりに、ＬＩＤＡＲシステム内の各レーザに対して別個のパワープロファイルが生成される。例えば、ＬＩＤＡＲシステム内で３８個のレーザエミッタが用いられるとき、各レーザエミッタに対するパワープロファイルが生成される。このようにして、ＬＩＤＡＲシステムのレーザエミッタのそれぞれにおいて利用される物理的構成要素の間の差が、ＬＩＤＡＲシステムのレーザに対する代表的パワープロファイルを用いるのと比べて、より良好に考慮されることができる。
【０００９】
いくつかの例において、パワープロファイルは、ＬＩＤＡＲシステムを配備する前または後に行われることができる較正サイクルの間に決定される。較正サイクルの間、レーザエミッタは基準面に向けられる。一般に、基準面はレーザエミッタから指定された距離にあり、既知の反射特性を有する。上記で簡潔に論じられたように、各レーザエミッタに対するパワープロファイルは、異なる充電時間を用いてレーザエミッタによって放射される光パルスの平均パワーを含む。パワープロファイル内に含まれる充電持続時間および対応するパワー値の数は、異なる用途の間で変化することができる。例えば、いくつかの用途は値の５つのペアを含むことができるのに対して、別の用途は値の２０個以上のペアを有することができる。一般に、パワープロファイル内に記録されるデータが多いほど、ＬＩＤＡＲシステム内で、より細かくレーザエミッタのパワー出力が制御されることができる。決定された充電持続時間の間、充電回路を充電した後、容量性回路はレーザエミッタを駆動して出力光パルスを発生する。特定の充電時間において正確なレーザのパワーを得るために、異なる充電持続時間のそれぞれを用いて数千個の異なる光パルスが生成されることができる。
【００１０】
パワープロファイルを生成した後、パワープロファイルからの情報は、ＬＩＤＡＲシステムの動作の間に用いられることができる。例えば、レーザパルスが生成されることができ、パルスからの反射光が受信され分析され、レーザに対するパワープロファイル内でのルックアップに基づいて、次のパルスのパワーが調整されることができる。例えば、パルスからの戻されたパワーが高過ぎる（例えば、何らかの指定された閾値を超える）場合、次のパルスのパワーは、パワープロファイルに基づいて特定の値まで低減されることができる。同様に、パルスからの戻されたパワーが低過ぎる（例えば、何らかの指定された閾値未満である）場合、次のパルスのパワーは、パワープロファイルに基づいて特定の値まで増加されることができる。パルスによって戻されたパワーが高過ぎるまたは低すぎるときは、測距データは不正確となる可能性がある。例えば、ＬＩＤＡＲシステムによって用いられるＡＤＣは、反射されたパルスを正確に表すように構成され得ない。
【００１１】
所望のパワーレベルに向かってゆっくりと収束するようにレーザの充電時間を連続的に調整することを必要とせずに、パワープロファイルは、次のレーザパルスのための所望のパワーレベルに対する補正された充電持続時間を指定する。従って、反射光のパワーが所望の範囲内となるように、連続したレーザ光パルスが放射されることができる。さらに、ＬＩＤＡＲシステムは常に同じパワーレベルに留まらず、または指定されたパワーレベルに向かってゆっくりと収束するので、ＬＩＤＡＲシステムによって用いられるパワーは低減される。
【００１２】
いくつかの例によれば、ＬＩＤＡＲシステムは、シーン全体にわたって水平に走査するように垂直回転軸の周りに回転するシャーシ内に取り付けられたレーザエミッタ、光センサ、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、および電源を含む。シャーシの回転の間、レーザ光パルスは、異なる垂直方向に、および異なる水平方向に放射される。光放射の垂直角度は、シャーシ内で異なる位置にあるレーザを用いることによって変化される。光放射の水平角度は、シャーシの回転と共に変化する。装置は、装置を取り囲むシーンの視野を定義する１つまたは複数のレンズを有する。シャーシが回転するのに従って、視野は水平に移動または走査する。さらなる詳細は、以下で図１〜１０に関してもたらされる。
【００１３】
図１は、レーザパワー較正および補正システムの例を示す。示されるように、システム１００は、１つまたは複数のレーザ光源１０４、充電回路１０６、センサ１０８、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１０、コントローラ１１２、およびパワープロファイル１１６を記憶するデータストア１１４を備えた測距デバイス１０２を含む。
【００１４】
今の例において、測距デバイス１０２は、レーザ光源１０４の視点から見える表面の３次元座標を生成するように構成される。いくつかの例において、測距デバイス１０２は自動車、航空機、ボートなどの自律車両の誘導、ナビゲーション、および制御システムによって用いられることができる。測距デバイスはまた、リアルタイム、マルチポイント、走査による距離測定の必要がある他の用途において用いられることができる。レーザ光源は、図５〜図１０に示される例示の測距デバイスなどの、１つまたは複数のレーザエミッタを含むことができる。
【００１５】
システム１００は、測距デバイス１０２のための制御および分析ロジックを実施するコントローラ１１２を有する。コントローラ１１２は、部分的にＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、マイクロプロセッサ、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）、またはこれらの１つまたは複数と他の制御および処理要素との組み合わせによって実施されることができ、関連付けられたプログラムおよびデータを記憶するための関連付けられたメモリを有し得る。
【００１６】
単一の距離測定を開始するために、コントローラ１１２は充電回路１０６に、指定された充電持続時間の間充電するように指示する。充電回路によって生成される信号は、光パルスを生成するためにレーザ光源によって用いられる。いくつかの例において、コントローラ１１２は充電回路１０６に、指定された充電持続時間の間１つまたは複数のコンデンサを充電させる。指定された期間の間充電した後、コントローラ１１２または何らかの他の構成要素は、レーザ光源１０４に、充電回路１０６の充電時間に関連するパワーレベルで光パルスを生成および放射させる。
【００１７】
図示のように、単一の距離測定に対して、レーザ光源１０４はコントローラ１１２によって、外向き経路に沿って１つまたは複数のレーザ光パルスを放射するように制御される。今の例において、レーザ光源１０４は、オブジェクト１１８Ａに当たる第１のパルス１２２Ａを放射する。放射されたレーザ光はオブジェクト１１８Ａによって反射されると仮定すると、センサ１０８は反射光を受信し、信号のデジタル表示を生成するためにＡＤＣ１１０によって用いられる戻り信号を発生する。
【００１８】
戻り信号は、概してレーザ光源１０４によって生成される光パルスと同じ形状であるが、ノイズ、干渉、異なるエミッタ／センサペアの間のクロストーク、他のＬＩＤＡＲデバイスからの干渉信号などの結果としてある程度異なり得る。戻り信号はまた、レーザ光源１０４によって放射された光パルスに対して、放射されたレーザパルスの往復伝搬時間に対応する大きさだけ遅延されるようになる。ＡＤＣ１１０は戻り信号を受信し、デジタル化して、時間と共に戻り信号の振幅を示すデジタル値のストリームであるデジタル化された戻り信号を発生する。
【００１９】
いくつかの構成によれば、コントローラ１１２は、レーザ光パルスが当たり得る異なるオブジェクトの異なる反射特性に対して調整するために、測距デバイス１０２の動作の間、充電回路１０６の充電持続時間を調整する。例えば、オブジェクト１１８Ａはオブジェクト１１８Ｂほど多くの光を反射しない場合がある。従って、オブジェクト１１８Ａから反射する光パルスに応答してセンサ１０８によって受信される信号は、オブジェクト１１８Ａまでの正確な距離を生成するために十分な強度となり得ない。同様に、オブジェクト１１８Ｂなどのオブジェクトが過大に光を反射する場合、戻り信号の振幅はＡＤＣ１１０によって正しく識別され得ない。結果として、測距測定の正確さも低減される可能性がある。より正確な結果を得るために、いくつかの例において、コントローラ１１２は、光パルスのパワーが所定の範囲内となるように、後続の光パルスのパワーを調整するように構成される。いくつかの状況においてパワーは低減され、および他の状況においてレーザパワーは制限されるので、ＬＩＤＡＲシステムの電力消費および目の安全も改善される。このようにして、オブジェクトから反射する光パルスから生成された戻り信号は、所定の範囲内に入るようになり、ＬＩＤＡＲシステムの正確さが改善される。他の構成において、レーザ光源のパワーは、目に安全なパワーレベルに制限される。例えば、レーザ光源は、レーザ光源によって生成される最大パワーが依然として目に安全となるように、米国規格協会（ＡＮＳＩ）レベル１レーザとすることができる。
【００２０】
さらに明瞭にするために、非限定的な例が示される。今の例において、第１の光パルス１２２Ａは、コントローラ１１２によって所望のパワーレベル（例えば測距デバイス１０２の承認されたユーザ／オペレータによって設定された）未満であると識別される。パワーレベルが所望のパワーレベル未満であるとの決定に応答して、コントローラ１１２は充電回路１０６に、所望のパワーレベルに関連付けられた充電持続時間の間充電するように指示する。所望のパワーレベルに達するように充電時間をゆっくりと変化させるのとは対照的に、コントローラ１１２はデータストア１１４内のパワープロファイル１１６にアクセスして、所望のパワーレベルで光パルスを発生するように充電回路１０６の充電持続時間を決定する。このようにして、放射される光パルスのパワーはしばしば、レーザが環境内の他のオブジェクトに移動する前に調整されることができる。一般に、パワープロファイル１１６は異なる充電時間でレーザによって出力される平均パワーを示すデータを含む。いくつかの例において、パワープロファイル１１６は、ＬＩＤＡＲシステム内の異なるレーザのそれぞれに対して、コンデンサ充電エネルギーと、放射されるレーザ強度との相関をとる。
【００２１】
いくつかの例によれば、測距デバイス１０２の各光源１０４に対する、異なる充電時間に対する平均パワー値は、測距デバイス１０２の１つまたは複数の較正サイクルの間に試験される。いくつかの構成において、各光源１０４のパワー値は、異なる充電時間において試験される。例えば、コントローラ１１２は、ある期間の間に同じ充電持続時間を用いて光パルスを放射し、光源によって放射される光のパワーを平均し得る。パワープロファイル１１６内に充電持続時間および平均パワーを記録した後、コントローラ１１２は、異なる充電時間を用いて異なるパワー値を得ることができる。コントローラ１１２または何らかの他の構成要素は、多くの異なる充電持続時間（例えば１μｓ、２μｓ、・・・Ｎμｓ）に対してこの動作を行うことができる。
【００２２】
簡潔に論じられたように、ＬＩＤＡＲシステム内のレーザ光源１０４の全てに対して代表的パワープロファイルとして単一のパワープロファイルを用いる代わりに、ＬＩＤＡＲシステム内の各レーザに対して別個のパワープロファイルが生成され、記憶されることができる。例えば、３８個のレーザエミッタが用いられる（または何らかの数のレーザエミッタが用いられる）とき、各レーザエミッタに対するパワープロファイルが生成される。このようにして、ＬＩＤＡＲシステムのレーザに対する代表的パワープロファイルを用いるのと比べて、ＬＩＤＡＲシステムのレーザのそれぞれにおいて利用される物理的構成要素の間の差は、より良好に考慮されることができる。例えば、所望のパワーレベルで光パルスを生成するために必要な充電時間は、ＬＩＤＡＲシステム内のレーザエミッタの位置、パルスを生成するために利用されるコンデンサ、インダクタ、および／または他の電子構成要素の間の差、その他に基づいて変わる可能性がある。いくつかの例において、パワープロファイルは、関連付けられた充電回路１０６および関連付けられた光源１０４に関連付けられる。
【００２３】
較正サイクルの間、レーザ光源１０４は基準面に向けられる。一般に、基準面はレーザエミッタから指定された距離にあり、既知の反射特性を有する。上記で簡潔に論じられたように、各レーザエミッタに対するパワープロファイルは、異なる充電時間を用いてレーザエミッタによって放射される光パルスの平均パワーを含む。パワープロファイル１１４内に含まれる充電時間および対応するパワー値の数は、異なる用途の間で変化することができる。例えば、いくつかの用途は値の５つのペアを含むことができるのに対して、別の用途は値の２０個以上のペアを有することができる。一般に、パワープロファイル１１６内に記録されるデータが多いほど、レーザエミッタのパワー出力はより細かく制御されることができる。決定された充電時間の間、充電回路１０６を充電した後、蓄積された電荷は出力光パルスを生成するために用いられる。特定の充電時間においてレーザの正確なパワーを得るために、異なる充電時間のそれぞれを用いて、数千個の光パルスが生成されることができる。
【００２４】
上記の例に戻ると、コントローラ１１２が後続の光パルスのパワーを指定された値に（または許容範囲内に）調整することを決定した後、コントローラ１１２は、光源１０４に関連付けられたパワープロファイル１１６にアクセスして充電持続時間を決定する。いくつかの例において、コントローラ１１２は、戻り信号のデジタル表示の中間点に関連付けられたパワー値を識別し、中間点に関連付けられた充電持続時間の値を決定する。このようにして、予想されるよりも高いまたは低い反射された信号は、依然として許容範囲内とすることができる。所望のパワーレベルに対する充電持続時間が決定された後、コントローラ１１２は指定された持続時間の間、充電回路１０６を充電し、次いで後続の光パルス１２２Ｂが放射されるようにする。図解の目的のために、破線１２２Ａおよび１２２Ｅは、実線１２２Ｂ〜１２２Ｄと比べて低いパワーを示す。
【００２５】
コントローラ１１２は、Ｎ番目のパルスごとに、各放射される光パルスに対してパワーを調整するかどうかを決定するように、またはいつ光源のパワーを調整するかを決定するのに何らかの他のメトリックを用いるように構成されることができる。今の例において、コントローラ１１２は、１２２Ｄから反射光を受信するまで、戻り信号が範囲内であることを決定する。例えば、オブジェクト１１８Ｂは、オブジェクト１１８Ａと比べて高い反射率を有する場合があり、従ってコントローラ１１２は光パルス１２２Ｅのパワーを減少させることを決定する。
【００２６】
図２は、距離または測距測定を行うために用いられ得るＬＩＤＡＲ距離測定システム２００の論理要素を示す。１つの測定チャネルが示されるが、ＬＩＤＡＲシステムは多くの異なる測定チャネルを含むことができる。
【００２７】
測定チャネルは、レーザエミッタ１０４などの１つのレーザ光源と、対応するセンサ素子１０８とを含む。単一の距離測定に対して、レーザエミッタ１０４は、レンズ２０８Ａを通して外向き経路２０２に沿って、１つまたは複数のレーザ光パルスを放射するように制御される。バーストは、シーンの表面２０４によって、レンズ２０８Ｂを通ってセンサ素子１０８まで、戻り経路２０６に沿って反射される。
【００２８】
レンズ２０８Ｂは、測距デバイス１０２内の異なる物理的位置におけるレーザエミッタからのビームが、異なる角度で外向きに方向付けられるように設計される。具体的には、レンズ２０８Ｂは、特定のチャネルのレーザエミッタ１０４からの光を、対応するおよび一意の方向に方向付けるように設計される。レンズ２０８Ａは、チャネルの対応するセンサ素子１０８が、同じ方向から反射光を受信するように設計される。
【００２９】
システム２００は、複数のチャネルのための制御および分析ロジックを実施するコントローラ１１２を有する。単一のチャネルを用いて単一の距離測定を開始するために、コントローラ１１２は信号２１０を生成する。信号２１０は充電回路１０６によって受信される。信号２１０を受信したことに応答して、充電回路１０６は指定された持続時間の間、容量性ドライバ２１６を充電するように信号２１４をもたらす。
【００３０】
指定された持続時間の間充電した後、容量性ドライバ２１６はエミッタ駆動信号２１８をもたらす。エミッタ駆動信号２１８は、レーザエミッタ１０４にパルス出力し、レーザ光のパルスを発生するように、レーザエミッタ１０４に接続される。
【００３１】
放射されたレーザ光は表面２０４によって反射されると仮定すると、センサ素子１０８は反射光を受信し、戻り信号２２０を発生する。戻り信号２２０は、概してエミッタ駆動信号２１８と同じ形状であるが、ノイズ、干渉、異なるエミッタ／センサペアの間のクロストーク、他のＬＩＤＡＲデバイスからの干渉信号などの結果として、ある程度異なり得る。戻り信号２２０はまた、エミッタ駆動信号２１８に対して、放射されたレーザバーストの往復伝搬時間に対応する大きさだけ遅延されるようになる。
【００３２】
ＡＤＣ１１０は戻り信号２２０を受信し、デジタル化して、デジタル化された戻り信号２２４を発生する。デジタル化された戻り信号２２４は、時間と共に戻り信号２２０の振幅を示すデジタル値のストリームである。
【００３３】
相互相関構成要素２２６は、デジタル化された戻り信号２２４を受信し、デジタル化された戻り信号２２４と基準波形２２８との間の相互相関を行って、相互相関信号２３０を発生する。いくつかの構成において、相互相関構成要素２２６の機能はコントローラ１１２によって行われ得る。他の例において、パルス検出を行うために他の機構が用いられることができる。
【００３４】
基準波形２２８は、レーザエミッタ１０４によって実際に放射される光のタイミングおよび強度を表す。いくつかの例において、基準波形２２８は較正サイクルの間に取得され得る。例えば、いくつかの例においてレーザエミッタの出力が向けられることができる基準面が存在し得る。基準面は、レンズ２０８Ａおよび２０８Ｂから既知の比較的小さな距離にあり得る。レーザエミッタ１０４の出力が基準面に向かって方向付けられたとき、容量性ドライバ２１６は、出力バーストを発生するようにレーザエミッタ１０４を駆動する。次いでセンサ素子１０８およびＡＤＣ１１０は、基準面から反射された光に対応する波形を捕捉するために用いられる。この捕捉された波形は、基準波形２２８として用いられ得る。基準波形２２８は、各チャネルに対して一意に捕捉されることができ、複数の後続の測定のために記憶され、用いられることができ、熱的ドリフトおよび／または他の変化するものを考慮するために時間と共に更新され得る。いくつかの例において、基準波形２２８はシャーシの１回転ごとに少なくとも１回更新され得る。
【００３５】
他の例において、レーザエミッタ１０４の１つまたは複数の較正放射の間、基準波形２２８を捕捉するために１つまたは複数の異なるセンサが用いられ得る。さらに、複数の読み取りが行われ、基準波形２２８を作り出すように平均され得る。
【００３６】
コントローラ１１２は相互相関信号を受信し、相互相関信号２３０、および場合によってはデジタル化された信号２２４などの１つまたは複数の他の信号を検出および／または分析する。コントローラは信号２３０の振幅を決定し、およびその最も高いピークを見出すように決定し、これはレーザエミッタ１０４から放射されたものである、およびセンサ素子１０８で受信されたものである光パルスの間の位相差または時間シフトを示す。コントローラ１１２はまた、戻り信号のパワーが許容範囲内である（すなわち過大または過小でない）かどうかを決定することができる。
【００３７】
図３および図４は、レーザパワー較正および調整のための例示のプロセスを示す。例示のプロセスは、それぞれの距離測定を行うために用いられる、１つまたは複数のＬＩＤＡＲ測定チャネルを有する環境において行われるものとして述べられる。述べられる例において、各測定チャネルは、レーザエミッタ１０４に電力を与える充電回路１０６と、対応する光センサ１０８とを備える。レーザエミッタおよびセンサは、本明細書で述べられるように、または様々な異なるやり方で構成され得る。本明細書で述べられる環境において、述べられる動作のいずれも、図１および図２で参照されるコントローラ１１２によって少なくとも部分的に行われ、制御され、または管理されることができる。
【００３８】
図３は、指定されたパワーレベルで光パルスを生成するように、レーザ光エミッタの充電時間を調整するための例示のプロセス３００を示す。動作３０２は、所定の時間の間、充電回路１０６を充電することを含む。本明細書で述べられるように、１つまたは複数のコンデンサが、レーザ光パルスを放射するために光源１０４によって用いられる充電回路１０６の一部となることができる。一般に、充電持続時間が長くなるほど、放射される光パルスに対するパワーは大きくなる。
【００３９】
動作３０４は、蓄積された電荷を用いて、１つまたは複数の光パルスを生成および放射することを含む。いくつかの例において、２つ以上の光パルスが放射されることができる。放射されるバーストが２つ以上の光パルスを含むとき、パルスは持続時間を有する時間間隔だけ時間において分離される。
【００４０】
動作３０６は、放射された光パルスに対応する反射された光パルスを検知することを含む。この動作は、放射された光パルスが生じたレーザエミッタ１０４に対応するチャネルのセンサ素子１０８によって行われる。
【００４１】
動作３０８は、反射された光パルスに関連付けられたパワーを決定することを含む。いくつかの構成において、動作３０８は、センサ素子１０８によって発生された信号をデジタル化して、デジタル化された戻り光信号を発生することを含む。デジタル化は、チャネルに関連付けられたＡＤＣ１１０によって行われる。
【００４２】
動作３１０は、反射光のパワーが指定された範囲内であるかどうかを決定することを含む。上記で論じられたように、指定されたパワーレベルは単一の値または値の範囲とすることができる。いくつかの構成において、指定されたパワーレベルは、ＡＤＣ１１０の分解能の中間点での、またはその近くの値に設定される。より高いまたはより低い値が利用されることができる。パワーが指定された範囲内であるとき、プロセス３００は動作３０２に進み、そこで同じ充電時間が次の光パルスを生成するために利用されることができる。パワーが指定された範囲内でないとき、プロセス３００は動作３１２に進む。
【００４３】
動作３１２は、光源に関連付けられたパワープロファイルにアクセスすることを含む。上述のように、パワープロファイル１１６は、異なる充電時間を用いてレーザによって放射される光パルスに関連付けられた平均パワーを示すデータを含む。いくつかの構成において、パワープロファイル１１６はデータストア１１４または何らかの他のメモリに記憶されることができる。
【００４４】
動作３１４は、結果として指定された範囲で放射される光パルスを生じる、レーザに対する充電持続時間を識別することを含む。いくつかの例において、コントローラ１１２はパワープロファイル１１６内の指定されたパワー（または指定されたパワーレベルに近い値）の位置を特定するルックアップ動作を行い、関連付けられた充電持続時間を識別する。
【００４５】
動作３１６は、充電持続時間を、パワープロファイルから識別された時間に設定することを含む。プロセス３００は次いで動作３０２に戻ることができる。
【００４６】
図４は、レーザ光エミッタに対するパワープロファイルを生成するための例示のプロセス４００を示す。動作４０２は、充電持続時間の間、レーザ光源１０４の充電回路１０６を充電することを含む。本明細書で述べられるように、１つまたは複数のコンデンサが、レーザ光パルスを放射するために光源１０４によって用いられる充電回路１０６の一部となることができる。
【００４７】
動作４０４は、充電持続時間まで充電された充電回路１０６を用いて、光パルスを生成および放射することを含む。上述のように、レーザ光源１０４は指定された期間の間、同じ充電持続時間を用いて光パルスを生成するように、コントローラ１１２によって制御されることができる。
【００４８】
動作４０６は反射された光パルスを検知する。上述のように、センサ素子１０８は放射された光パルスに対応する反射された光パルスを検知する。
【００４９】
動作４０８は、反射された光パルスに関連付けられた平均パワーを決定することを含む。いくつかの構成において、動作４０８はＡＤＣ１１０を用いて、センサ素子１０８によって発生された信号をデジタル化して、デジタル化された戻り光信号を発生することを含む。パルスに関連付けられたた平均パワーレベルは、総計のパワーをレーザ光源１０４によって放射されたパルスの数で除算することによって決定されることができる。
【００５０】
動作４１０は、レーザ光源１０４に関連付けられたパワープロファイル内の充電持続時間に対するパワー値を記憶することを含む。上述のように、パワープロファイルは、充電持続時間と平均パワー値との多くの異なるペアを含むことができる。
【００５１】
動作４１２は、充電持続時間を調整することを含む。例えば、充電持続時間は何らかの設定された大きさ（例えば±５μｓ、１０μｓ、・・・）でインクリメント／デクリメントされることができる。プロセス４００は、次いで動作４０２に戻ることができる。
【００５２】
図５Ａおよび図５Ｂは、ＬＩＤＡＲセンサデバイスまたはシステムの一部として用いられ得る回転可能センサアセンブリ５００の例示の構成を示す。
【００５３】
センサアセンブリ５００は、回転軸５０４の周りを回転するシャーシ５０２を備える。いくつかの例において、回転軸は垂直である。他の例において、回転軸は垂直から傾けられることができ、またはセンサアセンブリ５００が用いられる特定の環境に適した任意の向きとすることができる。
【００５４】
シャーシ５０２は、回転軸５０４の周りに概して対称である外面形状を有する。シャーシ５０２は、円筒形の外面形状を有する下側区間５０６（ａ）、円筒形の外面形状を有する上側区間５０６（ｂ）、および下側区間５０６（ａ）の、より大きな直径と、上側区間５０６（ｂ）の、より小さな直径との間の円錐形切頭体を形成する外面形状を有する中央区間５０６（ｃ）を有する。
【００５５】
上側区間５０６（ｂ）は、シャーシ５０２に対して、ｚ方向とも呼ばれる前向き方向５１０に向く平面５０８を形成する切り欠きを有する。平面５０８は、第１のレンズ５１２および第２のレンズ５１４を収容するための１つまたは複数の開口部を有する。第１および第２のレンズ５１２および５１４は、それらの主軸が回転軸５０４と概して直交するように、および前向き方向５１０と概して並行になるように取り付けられる。実際には、第１および第２のレンズ５１２および５１４のそれぞれは、３素子レンズまたは「トリプルレンズ」などの、複数のレンズを備えることができ、従って複数の個々のレンズ素子を有し得る。
【００５６】
第１および第２のレンズ５１２および５１４は、シーンの共通の視野を有する。シャーシ５０２の回転は、視野をシーンにわたって、ｘ方向とも呼ばれる走査方向５１６に移動または走査させる。回転軸５０４が垂直である、示される例において、走査方向５１６は水平となる。
【００５７】
シャーシ５０２は、シャーシ５０２の２つの側面のそれぞれに区画を形成する、部分的に二等分する内壁５１８を有する。図５Ａにおいて、センサ区画５２０はシャーシ５０２の一方の側に示される。図５Ｂにおいて、エミッタ区画５２２はシャーシ５０２の他方の側に示される。センサ区画５２０は光センサ５２４を収容する。エミッタ区画はレーザ光源５２６を収容する。
【００５８】
第１のレンズ５１２は、概してセンサ区画５２０の上、および光センサ５２４の前にある。第２のレンズ５１４は、概してエミッタ区画５２２の上、およびレーザ光源５２６の前にある。
【００５９】
１つまたは複数のミラー５２８は、第１および第２のレンズ５１２および５１４の後にシャーシ５０２内に位置決めされて、放射されたおよび受信された光を水平および垂直方向など、異なる方向の間で方向を変える。受信された光は第１のレンズ５１２から概して水平にシャーシに入り、１つまたは複数のミラー５２８によって光センサ５２４に向かって下向きに方向が変えられる。レーザ光源５２６はレーザ光を上向き方向に放射する。放射された光は１つまたは複数のミラー５２８に当たり、第２のレンズ５１４を通して前向き方向５１０に、水平に外向きに方向が変えられる。
【００６０】
第１のレンズ５１２は、光センサ５２４のセンサフレーム５３０上に画像を投影する。センサフレーム５３０は、走査方向５１６に光学的に対応するｘ軸５３４を有する領域である。シャーシ５０２が回転するのに従って、シーンの画像はセンサフレーム５３０のｘ軸５３４に沿って走査する。それに従って、センサフレーム５３０のｘ軸はときにはセンサフレーム５３０の走査軸と呼ばれ得る。回転軸５０４が垂直である示された向きにおいて、ｘ軸５３４は投影される画像の水平方向に光学的に対応する。
【００６１】
センサフレーム５３０は、ｘ軸と直交するｙ軸５３６を有する。回転軸５０４が垂直である示された向きにおいて、センサフレーム５３０のｙ軸５３６は、投影された画像の垂直方向に光学的に対応する。
【００６２】
光源５２６のエミッタフレーム５３２内のレーザエミッタは、レーザ光を第２のレンズ５１４を通してシーンに投影する。エミッタフレーム５３２はまた、走査方向５１６に光学的に対応する走査軸とも呼ばれるｘ軸５３８を有する。シャーシ５０２が回転するのに従って、投影された光は走査方向５１６に走査する。エミッタフレーム５３２は、ｘ軸５３８と直交するｙ軸５４０を有する。回転軸５０４が垂直である示された向きにおいて、エミッタフレーム５３２のｘ軸５３８は、レーザ光が投影されるシーンの水平方向に光学的に対応する。エミッタフレーム５３２のｙ軸５４０は、レーザ光が投影されるシーンの垂直方向に光学的に対応する。
【００６３】
一般に、レーザ光源５２６は複数のレーザエミッタを有し、光センサ５２４は複数の対応するセンサ素子を有する。各レーザエミッタはそれぞれのセンサ素子に対応し、エミッタと、対応するセンサ素子とを備えるペアはチャネルと呼ばれる。「チャネル」という用語はまたエミッタ／センサペアに関連付けられた補助回路を包含し得る。チャネルは以下で説明されるように、レーザ光バーストを放射し、バーストの反射の特性を測定するために用いられる。
【００６４】
本明細書で述べられる例は複数の測定チャネル（例えば２〜１００個）を含み、それに従って対応する数のレーザエミッタと、それぞれ対応する光センサとを備えるが、異なる例は単一のチャネル、または所望のセンサ分解能および有効範囲角度に応じて異なる数のチャネルを用いることができ、ここで有効範囲角度は水平線に対する視野に対応する。
【００６５】
図６は、光センサ５２４に関するさらなる詳細を示す。いくつかの構成において、光センサ５２４は個々のセンサ素子６０２のアレイを備える。いくつかの例において、センサ素子６０２はアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）を備える。
【００６６】
センサ素子６０２は平面状のプリント回路基板６０４に取り付けられる。センサ素子６０２は、第１のレンズ５１２が外部シーンの画像をその内側に投影する領域であるセンサフレーム５３０内に位置決めされる。図６はｘ軸５３４を示し、これはシーンに対するシャーシ５０２の走査方向５１６に対応する軸である。ｘ軸５３４は本明細書では走査軸とも呼ばれ、シャーシ５０２が回転するのに従ってシーンの画像がそれに沿って並行移動される軸を表す。
【００６７】
センサ素子６０２は複数の並行な行に配置され、より高い詰め込み密度を達成するために交互の行は、互い違いにずらされる。各センサ素子６０２がｙ軸５３６に対して異なる仰角となるように、各行はｘ軸５３４に対して角度をもった直線に沿って延び、ここでｙ軸５３６は走査軸５３４に対して直角である。
【００６８】
図７は、比較的高い詰め込み密度、およびそれに対応して細かいｙ軸ピッチを達成するために、センサ素子６０２がどのように詰め込まれるかに関するさらなる詳細を示す。図７において、各センサ素子６０２に関連付けられた領域は六角形７０２として示され、六角形７０２はそれらが互いに隣接するように詰め込まれる。これは六角形による詰め込み（hexagonal packing）として知られている。各六角形７０２はセンサ素子６０２と、センサ素子６０２の近くに位置する任意の関連付けられた回路とによって占有された領域を表す。
【００６９】
図８は、レーザ光源１０４の例示の実施形態に関する詳細を示す。レーザ光源１０４は、図６に示されるようなセンサと同様に配置された、複数の個々のレーザエミッタ８０２を備える。述べられる実施形態において、レーザエミッタは注入レーザダイオード（ＩＬＤ）を備える。
【００７０】
レーザエミッタ８０２は、レンズ５１４がそこから投影する領域であるエミッタフレーム５３２内に位置決めされる。図８はｘ軸５３８を示し、これはシーンに対するシャーシ５０２の走査方向５１６に対応する軸である。この例において、レーザエミッタ８０２はセンサ素子７０２と同じ（または実質的に同様な）間隔で配置される。レーザエミッタ８０２は、エミッタ基板とも呼ばれるプリント回路基板の縁部に沿って取り付けられることができ、各エミッタ基板はレーザエミッタ８０２の対応する行を位置決めするために用いられる。
【００７１】
図９は、レーザ光源を駆動するための例示の電気回路９００を示す。この例において、回路９００は単一の放射される光パルスをもたらす。しかし他の回路構成は、複数のパルスをもたらすことができる。例えば、他の回路（図示せず）は２つ以上の放射される光パルスをもたらすように構成されることができる。
【００７２】
回路９００は、インダクタ９０２とトランジスタ９０４とを備えた誘導性ブースト充電区間を有する。トランジスタ９０４は、ＧａＮ  ＦＥＴなどのＦＥＴを備え得る。インダクタ９０２の第１の端子は、接地基準９０８に対して正の電圧を有する電力源９０６に接続される。例えば、電力源９０６は５ボルトＤＣ（直流）電圧源とすることができる。インダクタの第２の端子は、トランジスタ９０４のドレインに接続される。トランジスタ９０４のソースは接地基準９０８に接続される。
【００７３】
電気回路９００は、エネルギー蓄積コンデンサ９１０を有する。エネルギー蓄積コンデンサ９１０は回路の動作の間、＋端子は−端子に対して正に充電されることを示すために、正（＋）端子と負（−）端子とを有するようにラベルが付けられている。
【００７４】
エネルギー蓄積コンデンサ９１０は、インダクタ９０２によって供給される電流によって充電されるように、ダイオード９１２を通してインダクタ９０２の第２の端子に接続される。具体的には、ダイオード９１２のアノードは、インダクタ９０２の第２の端子に接続される。ダイオード９１２のカソードは、エネルギー蓄積コンデンサ９１０の＋端子に接続される。コンデンサ９１０の−端子は、接地基準９０８に接続される。
【００７５】
レーザエミッタ１０４のアノードは、エネルギー蓄積コンデンサ９１０の＋端子に接続される。トランジスタ９１４は、レーザエミッタ１０４のカソードと接地基準９０８との間に接続される。具体的には、トランジスタ９１４のドレインはレーザエミッタ１０４のカソードに接続され、トランジスタのドレインは接地基準９０８に接続される。
【００７６】
動作において、トランジスタ９０４のゲートは充電信号９１６に接続される。充電信号９１６がトランジスタ９０４をターンオンしたとき、電流は電力源９０６から、インダクタ９０２を通り、トランジスタ９０４を通り、接地基準９０８に流れる。
【００７７】
インダクタ９０２を通る電流がインダクタ９０２のほとんど飽和点までであるとき、トランジスタ９０４はターンオフされ、インダクタ電流は次いでコンデンサ９１０に流れ、−端子に対して＋端子を充電する。
【００７８】
トランジスタ９１４のゲートはトリガ信号９１８に接続され、これは適切な時間において、レーザエミッタからパルスを放射するためにトランジスタ９１４をターンオンするために用いられる。トランジスタ９１４をターンオンすることは、エネルギー蓄積コンデンサ９１０によって蓄積されたエネルギーを、レーザエミッタ１０４を通して放電させる。
【００７９】
トランジスタ９１４はこの実施形態ではｎ型ＧａＮ  ＦＥＴを備えるが、適切なスイッチング能力を有する任意のＦＥＴを用いた使用に対して同様な回路が実施され得る。
【００８０】
上述のように、レーザエミッタの充電およびトリガは、コントローラ１１２によって少なくとも部分的に制御されることができる。
【００８１】
図１０Ａは、個々のレーザエミッタ１０４を駆動するため、および具体的には２つの短いパルスのバーストでレーザエミッタ１０４上で発射するための例示の電気回路１０００を示す。この例において、レーザエミッタ１０４はアノードとカソードとを有する注入レーザダイオードを備える。各測定チャネルは、回路１０００の実例を有する。この例において回路１０００は２つのパルスを発生するように構成されるが、回路１０００は任意の数のパルスを発生するように拡張されることができ、また単一のパルスのみを発生するように修正され得ることに留意されたい。
【００８２】
回路１０００は、インダクタ１００２とトランジスタ１００４とを備えた誘導性ブースト充電区間を有する。いくつかの実施形態において、トランジスタ１００４はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、またはｅＧａＮ  ＦＥＴと呼ばれるエンハンストモードＧａＮ  ＦＥＴ（窒化ガリウム電界効果トランジスタ）を備える。インダクタ１００２の第１の端子は、接地基準１００８に対して正の電圧を有する電力源１００６に接続される。例えば、電力源１００６は５ボルトＤＣ（直流）電圧源とすることができる。インダクタの第２の端子は、トランジスタ１００４のドレインに接続される。トランジスタ１００４のソースは接地基準１００８に接続される。
【００８３】
回路１０００は第１および第２のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ａ）および１０１０（ｂ）を備え、これらはいくつかの実施形態において無極性セラミックコンデンサを備え得る。考察の目的のために、これらのコンデンサのそれぞれは「Ａ」端子と「Ｂ」端子とを有するようにラベルが付けられている。回路の動作の間、Ａ端子はＢ端子に対して正に充電される。
【００８４】
エネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ａ）および１０１０（ｂ）は、インダクタ１００２によって供給される電流によって充電されるように、対応するブロッキングダイオード１０１２（ａ）および１０１２（ｂ）を通してインダクタ１００２の第２の端子に接続される。具体的には、ブロッキングダイオード１０１２（ａ）および１０１２（ｂ）のアノードは、インダクタ１００２の第２の端子に接続される。ブロッキングダイオード１０１２（ａ）のカソードは、第１のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ａ）のＡ端子に接続される。ブロッキングダイオード１０１２（ｂ）のカソードは、第２のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ｂ）のＡ端子に接続される。
【００８５】
コンデンサ１０１０（ａ）および１０１０（ｂ）のＢ端子は、レーザエミッタ１０４のカソードに共通に接続される。
【００８６】
いくつかの場合において、コンデンサ１０１０（ａ）および１０１０（ｂ）のそれぞれによって表されるキャパシタンスは、並列の複数のコンデンサによってもたらされ得ることに留意されたい。
【００８７】
第１および第２のトランジスタ１０１４（ａ）および１０１４（ｂ）は、それぞれ第１および第２のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ａ）および１０１０（ｂ）に関連付けられる。述べられる実施形態において、トランジスタ１０１４（ａ）および１０１４（ｂ）のそれぞれはＦＥＴを備え、いくつかの実施形態においてＧａＮ  ＦＥＴを備え得る。第１のトランジスタ１０１４（ａ）のドレインは、第１のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ａ）のＡ端子に接続される。第２のトランジスタ１０１４（ｂ）のドレインは、第２のエネルギー蓄積コンデンサ１０１０（ｂ）のＡ端子に接続される。第１および第２のトランジスタ１０１４（ａ）および１０１４（ｂ）のソースは、接地基準１００８に接続される。またレーザエミッタ１０４のアノードは、接地基準１００８に接続される。
【００８８】
回路１０００はまた、１つまたは複数のフライバックダイオード１０１６を有し得る。各フライバックダイオード１０１６のアノードは、レーザエミッタ１０４のカソードに接続される。各フライバックダイオード１０１６のカソードは、レーザエミッタ１０４のアノードに、および接地基準１００８に接続される。フライバックダイオードは、レーザエミッタ１０４のアノードに誘起される可能性がある負の電圧を制限する。
【００８９】
動作において、トランジスタ１００４のゲートは充電信号１０１８に接続される。充電信号１０１８がトランジスタ１００４をターンオンしたとき、電流は、電力源１００６から、インダクタ１００２を通り、トランジスタ１００４を通り、接地基準１００８に流れる。
【００９０】
インダクタ１００２を通る電流がインダクタ１００２のほとんど飽和点までであるとき、トランジスタ１００４はターンオフされ、インダクタ電流は次いでコンデンサ１０１０に流れ、Ｂ端子に対してＡ端子を正に充電する。コンデンサ１０１０が充電される相対電圧は、本明細書では充電電圧と呼ばれる。
【００９１】
述べられる実施形態において、トランジスタ１００４は、おおよそ２マイクロ秒の間ターンオンされる。トランジスタ１００４がターンオフされたとき、コンデンサ１０１０が充電するためにおおよそ５００ナノ秒かかる。合計の充電時間は、従って２．５マイクロ秒以上である。
【００９２】
第１のトランジスタ１０１４（ａ）のゲートは第１のトリガ信号１０２０（ａ）に接続され、これはレーザエミッタ１０４が第１のパルスを放射しようとするときに第１のトランジスタ１０１４（ａ）をターンオンするために用いられる。第１のトランジスタ１０１４（ａ）をターンオンすることは、Ａ端子の電圧をほとんど接地基準１００８の電圧まで低下させ、それに従ってまたＢ端子の電圧を、充電電圧におおよそ等しい大きさだけ低下させる。それに従って、レーザエミッタ１０４のカソードはアノードに対して負の電位になり、コンデンサの蓄積されたエネルギーはレーザエミッタ１０４を通して放電される。結果としてのレーザエミッタ１０４を通る電流は、レーザエミッタ１０４に光を放射させる。
【００９３】
第２のトランジスタ１０１４（ｂ）のゲートは、第２のトリガ信号１０２０（ｂ）に接続される。第２のトリガ信号１０２０（ｂ）は、第２のパルスを作り出すために、レーザエミッタ１０４を通して第２のコンデンサ１０１０（ｂ）を放電するために用いられる。
【００９４】
動作において、第１のトランジスタ１０１４（ａ）はレーザバーストの第１のパルスを開始するためにターンオンされ、第２のトランジスタ１０１４（ｂ）はその直後に第２のパルスを開始するためにターンオンされる。
【００９５】
回路１０００はトランジスタ１０１４のためにｎ型またはエンハンスメントモードＧａＮ  ＦＥＴを用いるように示されるが、ｐ型またはデプレッションモードＧａＮ  ＦＥＴを用いた同様な回路も用いられ得る。さらに、回路は任意の数のレーザエミッタを順次的に発射するための使用に対して、任意の数のパルスの生成をサポートするように拡張されることができる。
【００９６】
いくつかの実施形態において、そうしないと寄生容量（parasitic capacitance）およびインダクタンスにより生じる場合がある駆動電流における電圧振動を低減するために、スナバが追加されることができる。このような振動が生じるのが許された場合は、レーザエミッタ１０４を発射する前にそれらが収まるまで待つことが必要になり得る。スナバは、インダクタ１００２の第２の端子における電圧および電流振動を減衰させるように、インダクタ１００２の第２の端子と接地基準１００８との間に接続された抵抗器１０２２およびコンデンサ１０２４を備える。
【００９７】
回路１０００は、単一のパルスまたは２つより多いパルスを含む、任意の数のレーザパルスを発生するように修正されることができる。図１０Ａでは、第１および第２の発射回路１０２６（ａ）および１０２６（ｂ）の構成要素を示すために破線が用いられる。これらの発射回路は、任意の数のパルスを作り出すように必要に応じて複製されることができる。単一の駆動パルスを作り出すためには、単一の発射回路１０２６が用いられ得る。３つの駆動パルスを作り出すためには、図１０Ａに示されるようなインダクタ１００２とエミッタ１０４とにそれぞれが接続された３つの発射回路１０２６が用いられ得る。
【００９８】
図１０Ｂは、図１０Ａに示されるものなどの発射回路１０２６のいくつかの実施形態において用いられ得る追加の要素を示す。
【００９９】
トランジスタ１０１４およびその関連付けられた構成要素と相互接続とに関連付けられた寄生容量およびインダクタンスは、いくつかの状況において発射回路１０２６によって生成されるパルスの短さを制限し、そうしない場合に可能であろうものより短いパルスを発生することが望ましくなり得る。これらの状況では、比較的小さな抵抗１０２８が、エネルギー蓄積コンデンサ１０１０のＡ端子と、トランジスタ１０１４のドレインとの間に配置され得る。寄生容量およびインダクタンスとの組み合わせにおいて、抵抗１０２８は共振を作り出し、その結果コンデンサ１０１０のＡ端子における電圧が振動して、そうでない場合に生じるであろうものより短い初期電流パルスを発生する。いくつかの実施形態において、この効果を強化するまたはさらに調整するために、キャパシタンス１０３０がまた、コンデンサ１０１０のＡ端子と接地基準１００８との間に追加され得る。いくつかの実施形態において、この効果をさらに強化するために、キャパシタンス１０３２がコンデンサ１０１０のＢ端子と接地基準１００８との間に同様に追加され得る。追加される抵抗およびキャパシタンスの値は、所望の初期パルス持続時間を達成するように特定の実装形態の特性に基づいて計算され、または決定される。
【０１００】
いくつかの場合において、トランジスタ１０１４は、２つのこのようなトランジスタが並列に用いられてエネルギー蓄積コンデンサ１０１０から電流を駆動するように、複製され得る。２つのトランジスタを並列に用いることで、寄生インダクタンスおよびキャパシタンスの影響を低減し得る。
【０１０１】
上記の議論は述べられた技法の例示の実装形態を説明しているが、他のアーキテクチャは述べられた機能を実施するために用いられることができ、本開示の範囲内であることが意図される。さらに、本主題は構造的特徴および／または方法論的動作に特有の専門用語で述べられてきたが、添付の「特許請求の範囲」において定義される本主題は、述べられた特定の特徴または動作に必ずしも限定されないことが理解されるべきである。むしろ、特定の特徴および動作は「特許請求の範囲」を実施する例示的な形として開示される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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