[发明专利]光检测和测距系统

说明书

本发明涉及多信道光检测和测距系统，包括：多个活动信道，每个活动信道包括被布置为暴露于光的光敏元件(301)和被布置为用于接收来自所述光敏元件的信号的模拟前端电路，由此所述活动信道中的至少一个活动信道易被由至少一个其他活动信道引起的串扰干扰影响和/或易被所述模拟前端电路共有的干扰(311)影响，至少一个补偿信道，其包括补偿元件(307)和被布置用于接收来自所述补偿电容器的信号的模拟前端电路，所述补偿元件被电连接到由所述光敏元件共享的网络(302)和所述至少一个补偿信道的所述模拟前端电路，处理单元(308)，被布置用于接收来自所述活动信道和所述至少一个补偿信道的信号，从自所述至少一个补偿信道接收的所述信号导出至少一个补偿信号，使用所述至少一个补偿信号来补偿所述串扰干扰和/或所述活动信道的所述模拟前端电路共有的所述干扰(311)。

技术领域

本发明大体上涉及光检测和测距系统的领域，更具体而言涉及包含多个信道(channel)的光检测和测距系统。

背景技术

LIDAR(从“光雷达”导出)系统在本领域中是公知的。术语LIDAR系统被用作为光检测和测距系统的缩写。这样的系统被设计为通过将入射光束引导到目标并检测反射光束来对该目标物体执行距离测量。可以基于入射光束和反射光束的飞行时间测量来计算到目标的距离。LIDAR系统可被用于各种自适应驾驶辅助(ADAS)应用，像紧急刹车、自适应巡航控制、盲点监测；LIDAR系统可以是自动驾驶系统中的关键感测部件之一以辅助车辆导航。然而，注意到，像距离测量仪器、3D测绘、虚拟现实、增强现实、机器人、自动化、安全监控等应用也使用LIDAR系统。

LIDAR原则上可以使用任何光波长，例如紫外光、可见光、近红外光或红外光来对物体成像。所使用的波长取决于应用规范和(低成本的)光学部件(像光源和光电检测器)的可用性而变化。传感器记录从发射脉冲时的时间开始的光振幅，并且使用振幅对时间的信号来找到位于场景中的反射脉冲形状。

已经提出了具有多个平行光检测信道的LIDAR系统。来自光电二极管的信号在模拟前端块中被接收，在该模拟前端块处它们被转换成可以被处理用于最终确定到目标物体的距离的信号。模拟前端块的典型示例是将光电二极管电流信号转换为电压信号的互阻抗放大器。

图1示出了包括光电二极管阵列102和块101的LIDAR系统100，其中从光电二极管阵列接收到的信号被接收和处理。照明源107将光脉冲或调制光发射到场景中，在图1的示例中该场景包括高反射物体104和低反射物体106。在所示的示例中，该场景经由透镜103被投射在LIDAR系统中的光敏元件102上。所接收的信号接着在块101中被转换和处理。这典型地包括放大、模数转换、低通滤波和脉冲检测(例如通过应用曲线拟合或相关性)。最终，距离是通过将往返行进时间的一半乘以光速来确定的。

在具有阵列排列的检测二极管的这种多信道LIDAR系统中，可以存在从一个信道(侵入方)到另一个(受害方)的显著的串扰干扰。半导体光电二极管阵列中常见的问题是串扰，其中电感、电阻或电容耦合导致受害方信道上的干扰脉冲。例如，干扰脉冲可以是具有导数形状(derivative shape)。如将在后面的描述中将更详细的解释，可以通过作为图1中的块101的一部分的模拟前端存在引入进一步的串扰。

由于已经发生的干扰，可能从物体104和106反射的信号观察到虚影(ghost)物体105(图1)。这种干扰导致危害场景的准确渲染并构成安全性关键应用的严重问题的错误检测或错失检测的概率增加。

先前的解决串扰问题的尝试已经依赖于数字化地取样本的导数或一阶差分的算法方法。尽管其可能补偿简单的理想的干扰图案，但是当例如来自在信道的视野内的多个不同物体的脉冲合并从而形成任意形状的反射信号时，这种方法不能简单地解决复杂的非线性或随机干扰情况。试图在算法上解决这些问题可以导致极度的复杂性，这可能无法成功地跟踪变化的过程、电压和温度(PVT)的状况。