CN109375193B - 一种光发射机以及距离传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光技术领域，公开了一种光发射机以及距离传感器，光发射机包括激光发射模块；光驱动模块，与所述激光发射模块连接，用于接收输入的发射信号，并且根据所述发射信号控制所述激光发射模块发射激光；光电转换模块，用于接收所述激光发射模块所发射的激光，并且将接收到的激光转换为反馈电流信号；反馈控制模块，分别与所述光电转换模块和光驱动模块连接，用于根据所述反馈电流信号，调整所述光驱动模块。通过上述方式，可实现激光的反馈控制，从而使得所输出的激光的误差更小、更准确。

Description

一种光发射机以及距离传感器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体地，涉及一种光发射机以及距离传感器。

背景技术

随着人工智能的快速发展，无人汽车、无人飞行器也取得快速的发展。无论无人汽车，还是无人飞行器，由于其均不需要人操作，其自身必须具有避障能力，否则容易出现撞机的事故。而在避障之中，如何准确地测定障碍物的距离成为成功避障的关键因素，但是，目前，在无人汽车和无人飞行器常用的测距设备为激光距离传感器，而激光距离传感器是通过发射激光，接收反射的激光进行测距。

本发明的发明人在实现本发明的过程中，发现：目前，激光距离传感器在发射激光时，并不会检测所发射的激光的特性直接进行测距，但是，当所发射的激光的特性出现偏差时会大大影响测距的准确性。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种光发射机以及距离传感器，通过反馈控制方式，以使光发射机所输出的激光的误差更小，准确性更高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种光发射机，包括：激光发射模块；光驱动模块，与所述激光发射模块连接，用于接收输入的发射信号，并且根据所述发射信号控制所述激光发射模块发射激光；光电转换模块，用于接收所述激光发射模块所发射的激光，并且将接收到的激光转换为反馈电流信号；反馈控制模块，分别与所述光电转换模块和光驱动模块连接，用于根据所述反馈电流信号，调整所述光驱动模块。

其中，所述光驱动模块包括驱动器、前置驱动器和限幅放大器；所述驱动器的输出端与激光发射模块连接，所述驱动器的输入端与所述前置驱动器的输出端连接，所述前置驱动器的输入端与所述限幅放大器的输出端连接。

其中，所述反馈控制模块包括边缘探测器和跨阻放大器；所述跨阻放大器与所述光电转换模块连接，所述跨阻放大器用于将光电转换模块输出的反馈电流信号转换为反馈电压信号；所述边缘探测器与所述跨阻放大器连接，所述边缘探测器用于检测反馈电压信号的上升时间和下降时间，并且将检测到的所述上升时间和下降时间发送到驱动器，以使所述驱动器用于所述上升时间和下降时间，调整发射功率的上升下降均衡。

其中，所述跨阻放大器包括放大器和反馈电阻；所述反馈电阻的两端分别与所述放大器的两端连接。

其中，所述反馈控制模块包括光功率控制器，光功率控制器与跨阻放大器连接，所述光功率控制器用于计算在预定时间内跨阻放大器所输出的反馈电压信号的电压平均值，并根据所述电压平均值计算所述激光发射模块所发射的激光的光功率，并向所述驱动器输入计算得到的光功率，以使所述驱动器根据计算得到的光功率，调整发射功率。

其中，所述光发射机还包括输出缓冲器和输入缓冲器，所述反馈控制模块还包括时间数字转换器；所述输出缓冲器的输入端与所述跨阻放大器连接，所述输出缓冲器的输出端与时间数字转换器连接，所述输入缓冲器的输出端与所述限幅放大器的输入端连接，所述输入缓冲器用于接收并且缓存发射信号，所述时间数字转换器还与所述输入缓冲器的控制端连接，所述时间数字转换器用于计算反馈电压信号和发射信号的相位差。

其中，所述光发射机还包括占空比矫正器；所述占空比矫正器的输入端与所述驱动器的输出端连接，所述占空比矫正器的控制端与所述限幅放大器的控制端连接，所述占空比矫正器用于调整所述限幅放大器，以使所述驱动器所输出的信号的占空比达到预定数值。

其中，所述的光发射机，所述预定数值为50%。

其中，所述的光发射机的激光发射模块为激光阵列。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种距离传感器，包括上述光发射机。

本发明的实施例的有益效果是：在光发射机中增加了光电转换模块和反馈控制模块，其中光电转换模块接收激光发射模块所发出的部分激光，并转换为电信号输出给反馈控制模块，通过反馈控制模块对接收的电信号进行处理，并输出信号给光驱动模块，光驱动模块接收信号后可对光发射模块进行调节，以调整所输出的激光，实现激光的反馈控制，从而使得所输出的激光的误差更小、更准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1是本发明光发射机实施例的示意图；

图2是本发明光发射机实施例的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

请参阅图1和图2，光发射机包括激光发射模块100、光驱动模块200、光电转换模块300和反馈控制模块400，光驱动模块200与激光发射模块100连接，用于接收输入的发射信号，并且根据发射信号控制激光发射模块100发射激光。光电转换模块300邻近激光发射模块100设置，当激光发射模块100发射激光时，光电转换模块300用于接收激光发射模块100所发射的激光，并且将接收到的激光转换为反馈电流信号。反馈控制模块400分别与光电转换模块300和光驱动模块200连接，用于根据反馈电流信号，调整光驱动模块200，从而调整激光发射模块100所输出的激光，实现激光反馈控制，降低所输出激光的误差，提高激光的准确性。在一些实施例中，光电转换模块300可以为光电二极管。

对于上述光驱动模块200，光驱动模块200中包括输入缓冲器201、限幅放大器202、前置驱动器203和驱动器204，输入缓冲器201的输入端与光驱动输入端口211连接，输入缓冲器201的输出端与限幅放大器202的输入端连接，限幅放大器202的输出端与前置驱动器203的输入端连接，前置驱动器203的输出端与驱动器204的输入端连接，驱动器204的输出端与激光发射模块100的输入端连接。

当光发射机工作时，光驱动模块200接收光驱动输入端口211输入的发射信号，发射信号经输入缓冲器201缓存之后，传输至限幅放大器202，限幅放大器202可放大接收到的发射电信并传输给前置驱动器203，前置驱动器203接收发射信号并处理后发送信号给驱动器204，驱动器204接收发射信号后驱动激光发射模块100发射激光。

在一些实施例中，驱动器204包括上升沿均衡模块2041、下降沿均衡模块2042和偏置电路2043，上升沿均衡模块2041、下降沿均衡模块2042并行连接，偏置电路2043与上升沿均衡模块2041、下降沿均衡模块2042的输出连接。

在一些实施例中，反馈控制模块400中包括跨阻放大器402和边缘探测器405。跨阻放大器402的输入端与光电转换模块300的输出端连接，跨阻放大器402的输出端与边缘探测器405的输入端连接，边缘探测器405的输出端与驱动器204连接，跨阻放大器402的作用是：将光电转换模块300输出的反馈电流信号转换为反馈电压信号。当光发射机工作时，光电转换模块300接收光信号并转换为反馈电流信号，并传输反馈电流信号至跨阻放大器402，跨阻放大器402将反馈电压信号传输给边缘探测器405，通过边缘探测器405采样检测跨阻放大器402输出反馈电压信号的上升沿与下降沿时间并加以比较，以检测反馈电压信号的上升和下降是否一致，当不一致时，驱动器调整上升沿均衡模块、下降沿均衡模块，以实现上升和下降均衡，例如：当下降多于上升时，调整下降沿均衡模块2042中的均衡电流发生改变，从而减少输出信号的下降沿时间，反之，当下降小于上升时，调整上升沿均衡模块中的均衡电流发生改变，从而减少输出信号的上升沿时间。而边缘探测器405在输出反馈电压信号的上升和下降是否一致的结果时可以通过二进制代码信号的形式输出，例如：当上升时间和下降时间一致的时候，输出为数字码100000，当上升时间大于下降时间，输出数字码大于100000，反之输出的数字码大于1000000。其中，跨阻放大器402包括放大器（未标示）和反馈电阻R，反馈电阻R的两端分别与放大器的两端连接，实现放大器和反馈电阻R平行连接。

反馈控制模块400还可以包括光功率控制器401，光功率控制器401与跨阻放大器402连接，当光发射机工作时，光电转换模块300接收激光发射模块100的激光并转换为电信号，光功率控制器401接收跨阻放大器402传出的反馈电压信号，并且检测反馈电压信号的电压平均值，并根据电压平均值计算激光发射模块所发射的激光的光功率，并向驱动器输入计算得到的光功率，以使驱动器根据计算得到的光功率，调整发射功率，例如：驱动器想驱动输出200W的激光，但是根据光功率控制器401计算反馈回来的光功率为190W，则驱动器还需要增加发射功率，直接到反馈回来的激光的功率满足200W。

在一些实施例中，驱动器204调整发射功率是直接通过调整偏置电流实现的，则光功率控制器401得到的光功率直接输送至驱动器中的偏置电路2043，由偏置电路2043进行输出偏置电流进行调整发射功率。

需要说明的是：电压平均值与光功率之间的关系是预先建立的，当计算得到电压平均值之后，可以通过该关系，获得光功率。

在一些实施例中，反馈控制模块400还包括有输出缓冲器403、时间数字转换器404。其中，输出缓冲器403的输入端与跨阻放大器402的输出端连接，输出缓冲器403的输出端与时间数字转换器404连接，时间数字转换器还与所述输入缓冲器的输入端连接。输入缓冲器201用于接收并且缓存发射信号，时间数字转换器404用于检测反馈电压信号和发射信号的相位差。当然，在检测到相位差之后，还可以根据相位差进行调整。

通过反馈控制模块400反馈激光输出模块所输的激光的光功率，实现根据输出端的激光的光功率调整发射端的发射功率，通过反馈控制模块400反馈电压上升沿和电压下降沿的一致程度，调整输出端的电压上升沿和电压下降沿的均衡，以及通过反馈控制模块400检测输出端和发射端之间电压的相位差进行相位调整，从而可以提高所输出的激光的准确性，减少误差。

在一些实施例中，光发射机还包括占空比矫正器205，占空比矫正器205的输入端与所述驱动器204的输出端连接，占空比矫正器205的控制端与所述限幅放大器202的控制端连接。占空比矫正器205接收驱动器204输出端的信号，并检测驱动器204输出端的信号中占空比，当占空比没有达到预定数值，例如50%，调整所述限幅放大器202，以使所述驱动器204所输出的信号的占空比达到预定数值。例如：当占空比矫正器205检测到可以将一个周期内的高电平和低电平的时间宽度比为70%时，占空比矫正器205可以将一个周期内的高电平和低电平的时间宽度调整到各为50%，占空比矫正器205将处理后的信号输出至限幅放大器202，限幅放大器202接收信号并处理后可再传输给前置驱动器203，依次传输后，最终可由激光发射模块100发射出调整后的激光信号，实现通过占空比矫正器205，使得输出信号占空比保持在50%，最终实现对信号占空比的调节。

综上所述，在本实施例中，通过占空比调整、相位调整、电压上升沿下降沿均衡调整以及发射功率调整，以使光发射机所输出的激光的非理想的因素均进行处理，有利于实现光发射机输出理想的激光。

需要说明的是：由于激光发射模块100、光驱动模块200、光电转换模块300和反馈控制模块400均为耗电元件，在一些实施例中，光发射机还可以包括电源（未标示），由电源给激光发射模块100、光驱动模块200、光电转换模块300和反馈控制模块400供电，又或者，设置电源端口，电源端口接外部电源，由外部电源给激光发射模块100、光驱动模块200、光电转换模块300和反馈控制模块400供电。

在一些实施例中，可以将激光发射模块100和光电转换模块300封装到一个模块，将光驱动模块200、反馈控制模块400和占空比矫正器205封装到一个模块之中。

在本发明实施例中，在光发射机中增加了光电转换模块和反馈控制模块，其中光电转换模块接收激光发射模块所发出的部分激光，并转换为电信号输出给反馈控制模块，通过反馈控制模块对接收的电信号进行处理，并输出信号给光驱动模块，光驱动模块接收信号后可对光发射模块进行调节，以调整所输出的激光，实现激光的反馈控制，从而使得所输出的激光的误差更小、更准确。

本发明又提供距离传感器实施例。距离传感器包括上述光发射机，本实施例中光发射机的结构和功能与上述实施例中的光发射机的结构和功能均相同，对于光发射机的结构和功能可参阅上述实施例，此处不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (8)

1.一种光发射机，其特征在于，包括：

激光发射模块；

光驱动模块，与所述激光发射模块连接，用于接收输入的发射信号，并且根据所述发射信号控制所述激光发射模块发射激光；

光电转换模块，用于接收所述激光发射模块所发射的激光，并且将接收到的激光转换为反馈电流信号；

反馈控制模块，分别与所述光电转换模块和光驱动模块连接，用于根据所述反馈电流信号，调整所述光驱动模块；

所述光驱动模块包括驱动器、前置驱动器和限幅放大器；

所述驱动器的输出端与激光发射模块连接，所述驱动器的输入端与所述前置驱动器的输出端连接，所述前置驱动器的输入端与所述限幅放大器的输出端连接；

所述反馈控制模块包括边缘探测器和跨阻放大器；

所述跨阻放大器与所述光电转换模块连接，所述跨阻放大器用于将光电转换模块输出的反馈电流信号转换为反馈电压信号；

所述边缘探测器与所述跨阻放大器连接，所述边缘探测器用于检测反馈电压信号的上升时间和下升时间，并且将检测到的所述上升时间和下降时间发送到驱动器，以使所述驱动器用于根据所述上升时间和下降时间，调整发射功率的上升下降均衡。

2.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，

所述跨阻放大器包括放大器和反馈电阻；

所述反馈电阻的两端分别与所述放大器的两端连接。

3.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，

所述反馈控制模块包括光功率控制器；

所述光功率控制器与所述跨阻放大器连接，所述光功率控制器用于计算在预定时间内跨阻放大器所输出的反馈电压信号的电压平均值，并根据所述电压平均值计算所述激光发射模块所发射的激光的光功率，并向所述驱动器输入计算得到的光功率，以使所述驱动器根据计算得到的光功率，调整发射功率。

4.根据权利要求2所述的光发射机，其特征在于，

所述光发射机还包括输出缓冲器和输入缓冲器，所述反馈控制模块还包括时间数字转换器；

所述输出缓冲器的输入端与所述跨阻放大器连接，所述输出缓冲器的输出端与时间数字转换器连接，所述输入缓冲器的输出端与所述限幅放大器的输入端连接，所述输入缓冲器用于接收并且缓存发射信号，所述时间数字转换器还与所述输入缓冲器的输入端连接，所述时间数字转换器用于计算反馈电压信号和发射信号的相位差。

5.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，

所述光发射机还包括占空比矫正器；

所述占空比矫正器的输入端与所述驱动器的输出端连接，所述占空比矫正器的控制端与所述限幅放大器的控制端连接，所述占空比矫正器用于调整所述限幅放大器，以使所述驱动器所输出的信号的占空比达到预定数值。

6.根据权利要求5所述的光发射机，其特征在于，

所述预定数值为50%。

7.根据权利要求1所述的光发射机，其特征在于，

所述激光发射模块为激光阵列。

8.一种距离传感器，其特征在于，包括如权利要求1-7中任意一项所述光发射机。