光检测和测距设备及其驱动方法技术

提供了一种光检测和测距(LiDAR)设备，包括：扫描光学系统，包括多个光源和光束转向设备，该扫描光学系统被配置为利用分别从多个光源以多个照射角度朝向物体投射的多个照射光束来扫描物体；光检测器，包括多个像素区域，所述多个像素区域被配置为分别检测以多个照射角度朝向物体投射并从物体反射的多个照射光束；以及处理器，被配置为控制扫描光学系统和光检测器，并基于由光检测器检测到的多个照射光束获得关于物体的信息。

Optical detection and ranging equipment and its driving method

【技术实现步骤摘要】
光检测和测距设备及其驱动方法相关申请的交叉引用本申请要求2018年12月3日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2018-0153716的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
本公开的示例实施例涉及光检测和测距(LiDAR)设备和驱动LiDAR设备的方法。
技术介绍
光检测和测距(LiDAR)系统用于各种领域，例如航空航天、地质学、3D绘图、汽车、机器人和无人机。LiDAR系统使用对光来回行进所需要的时间进行测量的方法(在下文中称为飞行时间(TOF)方法)作为基本操作原理。也就是说，在朝向物体发射光之后，传感器接收从物体反射的光，并且使用高速电路测量光的TOF。可以使用TOF计算到物体的距离。可以通过使用计算的到物体位置的距离来处理物体的深度图像。然而，在该方法中，由于光的速度受到限制，在给定帧时间内可获得的图像的分辨率受到限制。
技术实现思路
一个或多个示例实施例提供具有提高的图像分辨率的LiDAR设备和驱动LiDAR设备的方法。另外的方面将部分地在下面的描述中进行阐述，并且将部分地从描述中显而易见，或者可以通过示例实施例的实践来获知。根据示例实施例的一方面，提供了一种光检测和测距(LiDAR)设备，包括：扫描光学系统，包括多个光源和光束转向设备，扫描光学系统被配置为利用分别从多个光源以多个照射角度朝向物体投射的多个照射光束来扫描物体；光检测器，包括多个像素区域，所述多个像素区域被配置为分别检测以所述多个照射角度朝向物体投射并从物体反射的所述多个照射光束；以及处理器，被配置为控制扫描光学系统和光检测器，并且基于由光检测器检测到的所述多个照射光束来获得关于物体的信息。从所述多个光源朝向物体投射的所述多个照射光束之间的角度可以等于或大于光检测器的角度分辨率。可以在光检测器中设置多个像素区域，使得以所述多个照射角度投射到物体上并且从物体反射的所述多个照射光束入射在所述多个像素区域中的不同像素区域上。从所述多个光源朝向物体投射的所述多个照射光束之间的角度可以等于或大于1°。所述多个光源可以被配置为同时或在预定时间段内朝向物体发射所述多个照射光束。所述预定时间段可以是1μs或更短。处理器还可以被配置为基于照射角度和从物体反射的所述多个照射光束的飞行时间来确定到物体的距离，并执行数据处理以分析物体的位置和物体的形状。处理器还可以被配置为通过将物体的区域划分为与所述多个光源的数量对应的多个区域来控制扫描光学系统扫描物体。处理器还可以被配置为控制扫描光学系统选择所述多个光源的数量并基于所选择的光源扫描物体。处理器还可以被配置为基于用以处理物体的一个图像帧的参考时间段和图像分辨率来设置要选择的光源的数量。所述多个像素区域可以分别包括多个光检测元件，并且所述多个光检测元件中的每个光检测元件可以包括雪崩光电二极管和单光子雪崩二极管中的至少一种。光检测器可以包括：多个时间计数器，被配置为分别测量由所述多个像素区域检测到的所述多个照射光束的飞行时间。光检测器还可以包括：多个电流至电压转换电路，被配置为将分别从所述多个像素区域输出的多个电流转换为多个电压；多个放大器，被配置为放大分别从所述多个电流至电压转换电路输出的所述多个电压；以及多个峰值检测器，被配置为分别检测由所述多个放大器放大的多个信号中的多个峰值。光束转向设备可以包括：扫描镜，被配置为通过机械旋转来调节从所述多个光源投射的所述多个照射光束中的每个照射光束的照射角度。光束转向设备可以包括：光学相控阵列，被配置为通过相位控制来调节从所述多个光源投射的所述多个照射光束中的每个照射光束的照射角度。根据示例实施例的一方面，提供了一种驱动光检测和测距(LiDAR)设备的方法，该方法包括：分别使用多个光源以多个照射角度朝向物体投射多个照射光束；分别检测以所述多个照射角度朝向物体投射并从物体反射的所述多个照射光束；以及基于所述检测获得关于物体的位置和形状的信息。从所述多个光源朝向物体投射的所述多个照射光束之间的角度可以等于或大于光检测器的角度分辨率。可以同时或在预定时间段内由所述多个光源朝向物体投射所述多个照射光束。该方法还可以包括：设置所述多个光源中要用于朝向物体投射所述多个照射光束的光源的数量。可以基于用以处理物体的一个图像帧的参考时间段和图像分辨率来设置要使用的光源的数量。可以由多个像素区域中的不同像素区域检测以所述多个照射角度投射到物体上并从物体反射的所述多个照射光束。根据另一示例实施例的一方面，提供了一种光检测和测距(LiDAR)设备，包括：扫描光学系统，包括多个光源和光束转向设备，并且被配置为扫描物体，所述多个光源被配置为分别且基本上同时朝向光束转向设备发射多个照射光束，光束转向设备被配置为分别以多个照射角度将所述多个照射光束朝向物体转向，所述基本上同时是同时或1μs或更少；具有多个像素区域的二维光检测器阵列，所述多个像素区域中的每个像素区域被配置为分别检测朝向物体投射并从物体反射的基本上同时发射的所述多个照射光束中的不同光束；以及处理器，被配置为控制扫描光学系统和光检测器，并基于光检测器检测到的所述多个照射光束来获得关于物体的信息。物体的一个图像的图像分辨率可以对应于所述多个光源的数量。处理器还可以被配置为控制扫描光学系统选择所述多个光源的数量并基于所选择的光源扫描物体。处理器还可以被配置为基于用以处理物体的一个图像帧的参考时间段和图像分辨率来设置要选择的光源的数量。附图说明从结合附图对示例实施例的以下描述中，上述和/或其他方面将变得清楚明白并且更容易理解，在附图中：图1是示意性示出根据示例实施例的驱动光检测和测距(LiDAR)设备的方法的流程图；图2是示意性示出根据示例实施例的LiDAR设备的框图；图3是示出图2中所示的LiDAR设备的扫描光学系统和光检测器的示例布置和操作的视图；图4A和图4B是示出图2中所示的LiDAR设备的光束转向设备的示例和使用示例光束转向设备的点扫描的原理的视图；图5是示出图2中所示的LiDAR设备的处理器的示例结构的框图；图6是示出通过图5中所示的处理器划分物体区域的示例的视图；图7是示出图2中所示的LiDAR设备的光检测器的示例电路配置的视图；图8是示意性示出根据示例实施例的驱动LiDAR设备的方法的流程图；图9是示意性示出根据示例实施例的LiDAR设备的框图；以及图10是示出图9中所示的LiDAR设备的处理器的示例结构的框图。具体实施方式现在将详细参考在附图中所示出的示例实施例，其中贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件，并且为了清楚，可以夸大元件的尺寸。在这点上，示例实施例可以具有不同形式，并且不应解释为受限于本文阐述的描述。因此，下面仅通过参考附图来描述示例实施例，以解释各个方面。如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光检测和测距LiDAR设备，包括：/n扫描光学系统，包括多个光源和光束转向设备，所述扫描光学系统被配置为利用分别从所述多个光源以多个照射角度朝向物体投射的多个照射光束来扫描物体；/n光检测器，包括多个像素区域，所述多个像素区域被配置为分别检测以所述多个照射角度朝向物体投射并从物体反射的所述多个照射光束；以及/n处理器，被配置为控制所述扫描光学系统和所述光检测器，并基于由所述光检测器检测到的所述多个照射光束获得关于物体的信息。/n

【技术特征摘要】
20181203 KR 10-2018-01537161.一种光检测和测距LiDAR设备，包括：
扫描光学系统，包括多个光源和光束转向设备，所述扫描光学系统被配置为利用分别从所述多个光源以多个照射角度朝向物体投射的多个照射光束来扫描物体；
光检测器，包括多个像素区域，所述多个像素区域被配置为分别检测以所述多个照射角度朝向物体投射并从物体反射的所述多个照射光束；以及
处理器，被配置为控制所述扫描光学系统和所述光检测器，并基于由所述光检测器检测到的所述多个照射光束获得关于物体的信息。


2.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，从所述多个光源朝向物体投射的所述多个照射光束之间的角度等于或大于所述光检测器的角度分辨率。


3.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，所述多个像素区域设置在所述光检测器中，使得以所述多个照射角度投射到物体上并从物体反射的所述多个照射光束入射在所述多个像素区域中的不同像素区域上。


4.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，从所述多个光源朝向物体投射的所述多个照射光束之间的角度等于或大于1°。


5.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，所述多个光源被配置为同时或在预定时间段内朝向物体发射所述多个照射光束。


6.根据权利要求5所述的LiDAR设备，其中，所述预定时间段是1μs或更短。


7.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，所述处理器还被配置为：基于所述多个照射角度和从物体反射的所述多个照射光束的飞行时间来确定到物体的距离，并执行数据处理以分析物体的位置和物体的形状。


8.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，所述处理器还被配置为：通过将物体的区域划分为与所述多个光源的数量相对应的多个区域来控制所述扫描光学系统扫描物体。


9.根据权利要求1所述的LiDAR设备，其中，所述处理器还被配置为：控制所述扫描光学系统选择所述多个光源的数量并基于所选择的光源扫描物体。


10.根据权利要求9所述的LiDAR设备，其中，所述处理器还被配置为：基于用以处理物体的一个图像帧的参考时间段和图像分辨率来设置要选择的光源的数量。


11.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金桢祐，达宏大塚，赵龙哲，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR