CN111316130B - 一种测距装置以及基于测距装置的时间测量方法 - Google Patents

一种测距装置以及基于测距装置的时间测量方法 Download PDF

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Abstract

一种测距装置，包括：环境光传感器(150)、比较电路(130)和运算电路(160)，在比较电路(130)中并行设置有多个预设阈值；比较电路(130)，用于接收经光信号处理得到的电信号，提取电信号所触发的预设阈值的时间信息；环境光传感器(150)，用于获取时间信息所在时段内的环境光信号的强度；运算电路(160)用于根据环境光信号的强度，从触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据挑选出的时间信息进行运算。还提供了一种基于测距装置的时间测量方法。通过该测距装置，可以挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据挑选出的时间信息进行运算。

Description

一种测距装置以及基于测距装置的时间测量方法
技术领域
本发明涉及测距装置技术领域，尤其涉及一种测距装置以及基于测距装置的时间测量方法。
背景技术
测距装置是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。测距装置的光敏传感器可以将获取到的光脉冲信号转变为电信号，基于比较器获取该电信号对应的时间信息，从而得到测距装置与目标物之间的距离信息。
然而，测距装置工作的环境情况复杂，其获取的电信号的强度具有较大的动态变化范围，电信号中包括的噪声信号也或强或弱。基于比较器采集时间信息的方式，电压阈值固定不变，宽动态电信号中包括的噪声信号可能触发比较器，造成测量到的时间信息的失真。即使在使用中对阈值电压进行调整，当系统的采样速度越来越高时调整阈值是非常困难的。
发明内容
第一方面，本发明实施例提供了一种测距装置，至少包括环境光传感器、比较电路和运算电路，在所述比较电路中并行设置有多个预设阈值；
所述比较电路，用于接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
所述环境光传感器，用于获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
所述运算电路用于根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
可选地，所述运算电路具体用于比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若所述比较电路提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述比较电路提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
可选地，所述运算电路具体用于比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号包括有效光脉冲信号。
可选地，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息。
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值被触发的时间信息丢弃。
在本发明的一示例中，根据环境光信号的强度来确定要选择进行比较的预设阈值，例如当检测到外部的环境光比较弱时选取全部的预设阈值进行比较然后提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息，当检测到外部的环境光比较强时关闭部分数值较小的预设阈值，不再进行比较或不参与下一步的运算。在外部光线较强时，底部的阈值会触发一定的噪声，但是这些数据不被计算为信号，最终雷达输出的点云将不会包含噪点。
进一步，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息
作为示例，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则可以将全部的预设阈值与所述电信号进行比较，提取相应时间信息。其中，提取的全部时间信息中，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大的预设阈值产生的时间信息为有效电脉冲信号产生的时间信息，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的小的预设阈值产生的时间信息为有效电脉冲信号产生的时间信息和环境噪声产生的时间信息的重叠。
作为示例，当所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，为了提高时间信息提取效率，所述比较电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值丢弃，不再与所述电信号进行比较。即将有效电脉冲信号产生的时间信息和环境噪声产生的时间信息的重叠的数据丢弃，不再输出该时间信息。
可选地，所述测距装置还包括光电转换电路，
所述光电转换电路，用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号、将所述电信号输出；
所述比较电路用于接收来自所述光电转换电路的电信号。
可选地，所述测距装置还包括控制电路，用于根据所述环境光传感器输出的环境光信号的强度将较小的部分预设阈值关闭；和/或
用于调整所述光电转换电路的增益，或调整比较电路的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，所述比较电路包括多个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述电信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较的结果，其中，所述比较的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。
可选地，所述比较电路还包括时间数字转换器，所述时间数字转换器与所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。
可选地，所述比较电路包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述多个比较器的输出端分别与所述多个比较器一一对应的时间数字转换器电连接。
可选地，所述测距装置还包括发射电路；
所述发射电路用于发射光脉冲信号；
所述比较电路所接收的电信号，来自所述发射电路发射的光脉冲信号经物体反射回的至少部分信号经处理后得到的电信号。
可选地，所述测距装置还包括光电转换电路和放大电路；
所述光电转换电路用于接收所述发射电路发射的光脉冲信号经物体反射回的至少部分信号，以及将所述至少部分信号转换为电脉冲信号输出；
所述放大电路用于对所述电脉冲信号进行放大处理；
其中，所述比较电路所接收的电信号来自所述放大电路放大处理后的电信号；所述运算电路用于根据所述比较电路输出的时间信息确定所述物体与所述测距装置之间的距离。
本发明还提供了另外一种测距装置，其特征在于，至少包括光敏传感器、控制器和比较电路，
所述光敏传感器，用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号输出；
所述比较电路，用于将输入的电信号与预设阈值进行比较，提取与所述电信号对应的时间信息；
控制器，用于获取当前温度值，以及根据所述当前温度值调整所述光敏传感器的增益。
可选地，所述测距装置还包括放大电路；
所述放大电路用于，将从光敏传感器输入的电信号放大运算，并将放大运算后的电信号输出到比较电路；
其中，输入所述比较电路的电信号来自所述放大电路输出的电信号。
可选地，所述比较电路包括至少一个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较的结果，其中，所述比较的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。
可选地，所述比较电路还至少包括时间数字转换器，每个所述时间数字转换器与对应的所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。
可选地，控制器还用于：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。
可选地，所述测距装置还包括数模转换器，所述控制器通过所述数模转换器与所述比较器的第二输入端连接，并通过控制所述数模转换器的输出电压的大小来调整所述比较电路的预设阈值。
可选地，所述测距装置还包括比较阈值调整电路，所述比较阈值调整电路包括多个电阻，所述多个电阻的一端共同连接至所述比较器的第二输入端，多个电压信号输入到所述多个电阻的另一端，用于通过所述多个电阻向所述比较器的第二输入端提供所述预设阈值，通过调整所述多个电阻的组成结构，调整输入到所述比较电路的第二输入端的所述预设阈值。
可选地，所述测距装置还包括电源管理电路，所述电源管理电路与所述控制器及所述光敏传感器电连接，所述电源管理电路用于为所述光敏传感器提供工作电压，所述控制器通过控制所述电源管理电路改变所述工作电压来调整所述光敏传感器的增益。
可选地，所述光敏传感器包括雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管的阴极与所述电源管理电路电连接，用于从所述电源管理电路获取工作电压，所述雪崩光电二极管的阳极与所述放大电路的输入端连接，所述雪崩光电二极管用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号，并将所述电信号输出给所述放大电路。
可选地，所述光信号包括噪声信号，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号，控制器还用于获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度，并在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，所述控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，所述光信号包括噪声信号，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号，控制器还用于获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度，并在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，控制器还用于判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值。
可选地，所述控制器还用于：
获取所述测距装置生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述控制器根据所述从放大电路输入的电信号和调整前的预设阈值生成初始图像；
若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。
可选地，所述测距装置还包括均方根检波器，所述控制器通过所述均方根检波器与所述放大电路电连接，用于检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息，并将所述功率信息输出给所述控制器，所述控制器还用于：
判断所述均方根检波器输入的功率信息是否超过预设功率阈值；
若所述功率信息超过所述预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。
可选地，所述比较电路包括多个比较器以及多个时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述多个比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述多个比较器的第二输入端与所述控制器电连接，分别用于接收阈值；所述多个比较器的输出端分别通过与所述多个比较器一一对应连接的时间数字转换器与所述控制器电连接，所述比较器向所述时间数字转换器输出比较结果，所述时间数字转换器根据所述比较结果测量时间信息以及向所述控制器输出所述时间信息；所述控制器还用于：
计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；
若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。
可选地，所述控制器还用于：
选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。
可选地，所述控制器还用于：根据多个时间数字转换器测得的时间信息拟合输入所述比较器的电信号的波形，根据该拟合的波形计算该电信号对应的时间信息。
可选地，所述控制器内预存有在不同温度下所述光敏传感器的电压与增益的对应关系；
所述控制器用于根据所述当前温度值确定所述光敏传感器的电压与增益的对应关系，以及根据所述对应关系调整所述光敏传感器的电压。
可选地，所述测距装置还包括发射电路；
所述发射电路用于发射光脉冲信号；
所述光敏传感器所接收的光脉冲信号，来自所述发射电路发射的光脉冲信号经物体反射回的至少部分信号。
可选地，所述测距装置还包括运算电路，用于根据所述比较电路输出的时间信息确定所述物体与所述测距装置之间的距离。
本发明还提供了一种基于测距装置的时间测量方法，包括：
在所述测距装置中并行设置有多个预设阈值；
接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
可选地，比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
可选地，所述方法包括：比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号包括有效光脉冲信号。
可选地，所述方法包括：若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则至少将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值与所述电信号进行比较，提取相应时间信息。
可选地，所述方法包括：若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值丢弃，不再与所述电信号进行比较。
本发明还提供了另外一种基于测距装置的时间测量方法，包括：
接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号输出；
将输入的电信号与预设阈值进行比较，提取与所述电信号对应的时间信息；
获取当前温度值，以及根据所述当前温度值调整所述光敏传感器的增益。
可选地，所述方法包括：
将所述电信号进行放大运算；
调整所述光敏传感器的增益，或调整比较的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值；所述噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号；
将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较，并提取与所述电信号对应的时间信息。
可选地，所述调整比较的预设阈值包括：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。
可选地，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号；所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：
获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度；
在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；
在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：
获取放大运算后的电信号中噪声信号的强度；
在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；
在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。
可选地，所述将所述电信号进行放大运算之后，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较的预设阈值之前；所述方法还包括：
判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值；
在所述噪声信号高于所述预设阈值时，执行所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较的预设阈值的步骤。
可选地，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：
获取测距装置生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述测距装置根据所述放大运算后的电信号以及调整之前的预设阈值生成的；
若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。
可选地，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：
检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息；
若所述功率信息超过所述预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。
可选地，测距装置包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：
将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值进行比较，并通过所述多个时间数字转换器测量与所述多个比较器对应的时间信息；
计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；
若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。
可选地，判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值之后，所述调整比较的预设阈值之前，所述方法还包括：选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。
可选地，所述将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较，并提取与所述电信号对应的时间信息包括：
将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值分别进行比较，并通过所述多个时间数字转换器测量所述多个比较器对应的时间信息；
根据所述多个时间数字转换器测得的时间信息拟合所述放大运算后的电信号的波形，根据拟合的波形计算所述电信号对应的时间信息。
本发明实施例中测距装置通过比较电路接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息，同时通过环境光传感器获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度，所述运算电路用于根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。通过程序动态的选择有效的阈值参与计算，实现动态调整阈值的方案，所述方式下可调整阈值的精细程度取决于阈值的数量，当阈值较多时可以实现的级数就越多。
而且，测距装置可根据噪声信号的强度动态调节光敏传感器的增益或比较电路的预设阈值，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，时间测量的精确度高。在调节光敏传感器的增益时考虑了温度对光敏传感器的增益的影响，实现对APD的增益进行精确控制，从而在噪声和保护之前取得权衡。
本发明还提供了一种光发射装置，包括：电源、激光发射器、储能电路和控制电路，所述储能电路分别与所述电源和所述激光发射器连接，所述储能电路包括至少一个电容；所述控制电路用于在第一时段导通所述电源和所述储能电路，使得所述电源对所述储能电路中的电容进行充电，直至所述电容电压饱和；所述控制电路还用于在第二时段导通所述激光发射器和所述储能电路，使得所述储能电路对所述激光发射器供电，以使所述激光发射器出射光脉冲信号，直至所述电容的输出电流低于所述激光发射器的阈值电流。
进一步地，所述光发射装置还包括升压电路，所述升压电路用于对输入电压进行升压以适应不同所述激光发射器的需求。
进一步地，所述至少一个电容所存储的能量具有预设上限值。
进一步地，所述控制电路包括与所述激光发射器连接的开关电路，以及与所述开关电路连接的驱动电路；所述驱动电路用于在所述第二时段内接收第二驱动信号，以及根据所述第二驱动信号控制所述开关电路导通所述激光发射器和所述储能电路。
进一步地，所述驱动电路还用于在接收所述第一时段内接收第一驱动信号，以及根据所述第一驱动信号控制所述开关电路导通所述电源和所述储能电路。
进一步地，所述光发射装置出射激光脉冲信号。
进一步地，所述激光发射器包括激光二极管；所述激光二极管的第一端与所述储能电路连接，所述激光二极管的第二端与所述开关电路的第一端连接；所述驱动电路与所述开关电路的第二端连接，其中所述驱动电路对所述开关电路进行控制；所述开关电路的第三端接地连接。
进一步地，所述储能电路包括用于连接所述至少一个电容和所述电源的充电电路，所述电源在所述第一时段通过所述充电电路对所述至少一个电容进行充电。
进一步地，所述充电电路还包括至少一个电阻，所述至少一个电阻的一端连接于所述三极管的第三端，另一端连接于所述电容。
进一步地，所述充电电路包括至少两个电阻，所述至少两个电阻的一端连接于所述三极管的第三端，另一端连接于所述电容。
进一步地，所述电容的一端连接于所述电压校准源和所述充电电路，另一端连接于所述电源。
进一步地，还包括限压电路，用于对所述储能电路两端的电压进行限定，以防止储能电路两端的电压超出预定值。
进一步地，所述限压电路包括二极管，所述限压电路中的二极管的一端连接于所述电源，另一端连接于所述蓄能电路的接地端。
进一步地，所述充电电路进一步包括限流电路，所述限流电路用于保护所述充电电路以防止所述充电电路上的电流超过其额定值。
进一步地，所述限流电路包括电阻，电压校准源和三极管。
进一步地，所述限流电路中的电阻的一端连接于升压电路的输出端，另一端连接于电压校准源。
进一步地，所述三极管第一端连接于升压电路的输出端，第二端连接于所述限流电路的电阻的另一端，第三端连接于所述电容的一端。
进一步地，所述电压校准源的第一端连接于所述限流电路中的电阻和所述三极管的第二端，第二端连接于所述激光发射器的输入端，第三端连接于所述三极管的第三端。
进一步地，所述电源包括两个电源，分别为所述激光发射器和所述储能电路提供能量。
本发明实施例还提供了一种测距装置，包括：第一方面所述的光发射装置，用于依次出射激光脉冲信号；光电转换电路，用于接收所述光发射装置出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分光信号，以及将接收到的光信号转成电信号；采样电路，用于对来自所述光电转换电路的电信号进行采样，获得采样结果；运算电路，用于根据所述采样结果计算所述物体与所述测距装置之间的距离。
进一步地，所述光发射装置的数量和所述光电转换电路的数量分别为至少2个；每个所述光电转换电路用于接收来自对应的光发射装置出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分光信号，以及将接收到的光信号转成电信号。
进一步地，所述激光测距装置还包括扫描模块；所述扫描模块用于改变所述激光脉冲信号的传输方向后出射，经物体反射回的激光脉冲信号经过所述扫描模块后入射至所述光电转换电路。
进一步地，所述扫描模块包括驱动器和厚度不均匀的棱镜，所述驱动器用于带动所述棱镜转动，以将经过所述棱镜的激光脉冲信号改变至不同方向出射。
进一步地，所述扫描模块包括两个驱动器，以及两个并列设置的、厚度不均匀的棱镜，所述两个驱动器分别用于驱动所述两个棱镜以相反的方向转动；来自所述激光发射装置的激光脉冲信号依次经过所述两个棱镜后改变传输方向出射。
本发明实施例还提供了一种移动平台，所述移动平台包括第一方面所述的任一光发射装置以及平台本体，所述测距装置安装在所述平台本体。
进一步地，所述移动平台包括无人飞行器、汽车和遥控车中的至少一种。
本发明提供了一种激光发射装置，包括：包括发射电路、自检电路和控制电路：
所述发射电路包括激光发射器和驱动器，所述激光发射器用于在所述驱动器的驱动下发射激光脉冲信号；
所述自检电路，用于检测所述发射电路发射的激光脉冲信号的发射能量或发射功率；
所述控制电路用于在根据所述自检电路的检测结果确定所述激光脉冲信号的发射能量或发射功率变化时调整所述发射电路的发射功率，使得所述发射电路的发射的激光脉冲信号的功率保持在预置范围内；或者，所述控制电路用于根据所述自检电路的检测结果确定是否关闭所述发射电路。
可选地，所述自检电路包括：
光电转换电路，用于接收所述发射电路发射的激光脉冲信号的部分，并将所述部分激光脉冲信号转换为电脉冲信号；
脉冲展宽电路，用于将所述电脉冲信号进行展宽处理；
采样电路，用于对经过所述展宽处理后的电信号进行采样。
可选地，所述展宽处理后的电信号为电脉冲信号，且所述展宽处理后的电脉冲信号的占空比大于所述展宽处理前的电脉冲信号的占空比的至少3倍。
可选地，所述展宽处理后的电信号为电平信号。
可选地，所述脉冲展宽电路包括RC滤波电路。
可选地，所述RC滤波电路包括：
一阶RC滤波电路，包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻一端接收来自光电转换电路的电信号，另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端接地。
可选地，所述RC滤波电路包括高阶滤波电路。
可选地，所述自检电路还包括：
放大电路，用于对所述RC滤波电路输出的信号进行放大。
可选地，所述放大电路包括：
比例放大电路，包括第一运算放大器及第二电阻、第三电阻；所述第二电阻一端连接所述滤波电路，另一端连接所述第一运算放大器的负输入端；所述第一运算放大器的正输入端连接第一参考电源，输出端连接所述采样电路；所述第三电阻一端连接所述第一运算放大器的负输入端，另一端连接所述第一运算放大器的输入端。
可选地，所述自检电路还包括：
耦合电路，用于对所述光电转换电路和所述放大电路解耦。
可选地，所述耦合电路包括：
第二电容，所述第二电容一端接收来自光电转换电路的电信号，另一端连接所述RC滤波电路，以及第二参考电源。
可选地，所述自检电路包括：
光电转换电路，用于接收所述发射电路发射的激光脉冲信号的部分，并将所述部分激光脉冲信号转换为电脉冲信号；
峰值保持电路，用于保持所述电脉冲信号的峰值；
采样电路，用于对所述峰值保持电路的所保持的电脉冲信号的峰值进行采样。
可选地，所述峰值保持电路包括：
第一二极管，第四电阻和第一储能电路，其中，所述第一二极管的一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第一二极管的另一端连接所述第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端连接所述第一储能电路的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第一储能电路的另一端接第三参考电源；或
第二二极管，第五电阻和第二储能电路，其中，所述第二二极管的一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第二二极管的另一端与所述第五电阻的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第五电阻的另一端连接所述第二储能电路的一端，所述第二储能电路的另一端连接第四参考电源。
可选地，所述自检电路还包括：
第一解耦电路，位于所述光电转换电路和所述峰值保持电路之间，用于对所述光电转换电路和所述峰值保持电路进行解耦。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端接收来自光电转换电路的电信号，所述第二运算放大器的负输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述峰值保持电路。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第三运算放大器，所述第三运算放大器的正输入端接收所述光电转换电路的电信号，所述第三运算放大器的负输入端连接所述第二二极管与所述第五电阻连接的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二二极管的另一端。
可选地，所述峰值保持电路还包括：
所述第三运算放大器的正输入端还连接第五参考电源。
可选地，所述自检电路包括：
第二解耦电路，连接于所述采样电路和所述峰值保持电路之间，或所述采样电路之后，用于对所述第二解耦电路前后的电路进行解耦。
可选地，所述第二解耦电路包括：
第四运算放大器，第六电阻和第三二极管，其中，所述第四运算放大器的正输入端连接所述峰值保持电路或所述采样电路；所述第四运算放大器的负输入端连接所述第六电阻的一端，以及所述第三二极管的正极；所述第六电阻的另一端连接第六参考电源，所述第三二极管的负极连接所述第四运算放大器的输出端；或
第五运算放大器，所述第五运算放大器的正输入端连接所述峰值保持电路或所述采样电路；所述第五运算放大器的负输入端连接所述第五运算放大器的输出端。
可选地，所述自检电路还包括：复位电路，用于将所述峰值保持电路复位。
可选地，所述复位电路包括：
第一开关，第二开关和反相器，其中，所述开关一端接收所述光电转换电路的电信号，所述第一开关另一端连接于所述峰值保持电路或所述第一解耦电路；所述第二开关连接在所述第一储能电路或第二储能电路所述的两端；第一开关控制信号控制所述第一开关的通断，并经过反相器后生成第二开关控制信号控制所述第二开关的通断，使所述第一开关和第二开关的通断状态相反。
可选地，所述光电转换电路还包括：
第七电阻，所述第七电阻一端连接所述光电二极管的正极，另一端接地；
所述光电二极管的负极接工作电源VCC。
可选地，所述采样电路包括：低速ADC采样电路。
可选地，所述控制电路用于根据所述采样电路的采样电压值调整所述发射电路的发射功率或关闭所述发射电路。
可选地，所述控制电路用于根据所述自检电路的检测结果调整所述发射电路的发射功率，使得所述发射电路的发射的激光脉冲信号的功率保持在预置范围内。
可选地，当所述采样电压值超过预置电压上限时，控制电路减小所述发射电路的增益；和/或，
当所述采样电压值低于预置电压下限时，控制电路增大所述发射电路的增益；和/或，
当所述采样电压值为0或几乎为0时，关闭所述发射电路。
可选地，所述激光发射装置内存储有所述发射电路的发射功率与所述采样电路的采样值的对应关系，所述控制电路用于根据所述对应关系调整所述发射电路的发射功率。
本发明还提供了一种峰值保持电路，包括：
第一二极管，第四电阻和第一储能电路，其中，所述第一二极管的一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第一二极管的另一端连接所述第四电阻的一端；所述第四电阻的另一端连接所述第一储能电路的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第一储能电路的另一端接地；或
第二二极管，第五电阻和第二储能电路，其中，所述第二二极管的一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第二二极管的另一端与所述第五电阻的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第五电阻的另一端连接所述第二储能电路的一端，所述第二储能电路的另一端连接第四参考电源。
可选地，所述峰值保持电路还包括：
第一解耦电路，位于所述峰值保持电路之前，用于对所述峰值保持电路与所述峰值保持电路之前的电路进行解耦。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第二运算放大器，所述第二运算放大器的正输入端接收输入信号，所述第二运算放大器的负输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器的输出端连接所述第一二极管的一端或第二二极管的一端。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第三运算放大器，所述第三运算放大器的正输入端接收输入信号，所述第三运算放大器的负输入端连接所述第二二极管与所述第五电阻的一端，所述第三运算放大器的输出端连接所述第二二极管的另一端。
可选地，所述峰值保持电路还包括：
所述第三运算放大器的正输入端还连接第五参考电源。
可选地，所述峰值保持电路包括：
第二解耦电路，连接于所述峰值保持电路之后，用于对所述峰值保持电路及其之后的电路进行解耦。
可选地，所述第二解耦电路包括：
第四运算放大器，第六电阻和第三二极管，其中，所述第四运算放大器的正输入端连接所述峰值保持电路；所述第四运算放大器的负输入端连接所述第六电阻的一端，以及所述第三二极管的正极；所述第六电阻的另一端连接第六参考电源，所述第三二极管的负极连接所述第四运算放大器的输出端；或
第五运算放大器，所述第五运算放大器的正输入端连接所述峰值保持电路；所述第五运算放大器的负输入端连接所述第五运算放大器的输出端。
本发明还提供了一种激光测距装置，包括第一方面所述的任一项的激光发射装置。
本发明还提供了一种激光测距装置，包括激光接收装置，所述激光接收装置包括第二方面所述的任一项的峰值保持电路。
本发明还提供了一种激光测距装置，包括：第一方面所述的任一项的激光发射电路，以及包括第二方面所述的峰值保持电路的激光接收装置。
本发明实施例提供了一种一种测距装置，包括：发射电路，用于出射光脉冲序列；光电转换电路，用于依次接收所述发射电路出射的光脉冲序列中的多个光脉冲分别经物体反射回的光脉冲信号，以及将所述接收的多个光脉冲信号依次转换成电脉冲信号；放大电路，包括运算放大器和钳位电路；所述钳位电路分别与所述运算放大器的输入端和输出端连接，用于依次对所述多个电脉冲信号进行钳位，所述多个电脉冲信号经过钳位后依次输入至所述运算放大器电路进行放大，其中，所述钳位电路用于使得所述多个电脉冲信号的大小位于一定范围内，以防止所述运算放大器电路饱和输出。
本发明实施例提供了一种放大电路，包括：运算放大器电路和钳位电路；
所述钳位电路分别与所述运算放大器的输入端和输出端连接，用于对所述放大电路的输入信号进行钳位，使得所述放大电路的输入信号经过钳位后，其大小在一定范围内波动以防止所述运算放大器电路饱和输出。
可选地，所述钳位电路包括二极管。
可选地，所述二极管是齐纳管或TVS管。
可选地，所述钳位电路还包括分压电阻。
可选地，所述分压电阻的一端连接于参考电压，另一端连接于所述运算放大器电路的输出端。
可选地，所述分压电阻包括至少两个电阻。
可选地，所述分压电阻中的两个电阻串联，所述两个电阻的相连端与所述二极管的一端相连，所述两个电阻中的其中一个电阻的另一端连接于参考电压，所述两个电阻中的另一个电阻的另一端连接至所述运算放大器的输出端。
可选地，所述钳位电路的二极管的一端连接于所述输入信号，另一端连接于所述运算放大器的输出端。
可选地，所述运算放大器电路为反相放大器电路或正向放大器电路。
可选地，所述放大电路还包括反馈电路，所述反馈电路用于对所述运算放大器电路的放大倍数进行调整。
可选地，所述反馈电路包括电阻、二极管、电容中的至少一项。
可选地，所述反馈电路的任一个二极管或任一个电容与所述反馈电路的若干个电阻并联连接。
可选地，所述反馈电路中的若干个电阻之间串联连接，以减小所述反馈电路中电阻上的寄生参数，从而实现高带宽。
可选地，所述反馈电路中包括三个电阻，所述三个电阻串联连接，其中，所述三个电阻中的第一个电阻与电容并联连接，所述三个电阻中的第二个电阻与二极管并联连接，所述三个电阻中的第三个电阻与二极管并联连接。
相较于现有技术，本发明提供的放大电路可以通过所述钳位电路用于对所述放大电路的输入信号进行钳位，使得所述放大电路的输入信号经过钳位后，其大小在一定范围内波动以防止所述运算放大器电路饱和输出。
本发明实施例提供了一种测距装置，包括:
发射电路，用于出射光脉冲序列；
光电转换电路，用于依次接收所述发射电路出射的光脉冲序列中的多个光脉冲分别经物体反射回的光脉冲信号，以及将所述接收的多个光脉冲信号依次转换成电脉冲信号；
上述任一项所述的放大电路，用于依次接收来自所述光电转换电路的多个电脉冲信号；
其中，所述钳位电路用于对所述多个电脉冲信号进行依次钳位，所述多个电脉冲信号经过钳位后依次输入至所述运算放大器电路进行放大，其中，所述钳位电路用于使得所述多个电脉冲信号的大小位于一定范围内，以防止所述运算放大器电路饱和输出。
可选地，所述测距装置还包括：
采样电路，用于对来自所述放大电路的电脉冲信号进行采样，获得采样结果；
运算电路，用于根据所述采样结果计算所述物体与所述测距装置之间的距离。
可选地，所述发射电路、光电转换电路和所述放大电路中，每个电路的数量为至少2个；
所述至少2个发射电路和所述至少2个光电转换电路一一对应，每个光电转换电路用于依次接收对应的发射电路出射的光脉冲序列中的多个光脉冲分别经物体反射回的光脉冲信号；
所述至少2个光电转换电路和所述至少2个放大电路一一对应，每个放大电路用于依次接收来自对应的光电转换电路的电脉冲信号。
可选地，所述测距装置还包括扫描模块；
所述扫描模块用于改变所述激光脉冲信号的传输方向后出射，经物体反射回的激光脉冲信号经过所述扫描模块后入射至所述光电转换电路。
可选地，所述扫描模块包括驱动器和厚度不均匀的棱镜，所述驱动器用于带动所述棱镜转动，以将经过所述棱镜的激光脉冲信号改变至不同方向出射。
可选地，所述扫描模块包括两个驱动器，以及两个并列设置的、厚度不均匀的棱镜，所述两个驱动器分别用于驱动所述两个棱镜以相反的方向转动；
来自所述激光发射装置的激光脉冲信号依次经过所述两个棱镜后改变传输方向出射。
本发明实施例还提供了一种移动平台，所述移动平台包括上述的任一测距装置以及平台本体，所述测距装置安装在所述平台本体。
可选地，所述移动平台包括无人飞行器、汽车和机器人中的至少一种。
通过该放大电路可以实现放大电路的钳位电路的参考电压根据输入信号的能量进行动态调整，起到更强的钳制作用，避免运放饱和。其应用的测距装置以及移动平台由于采用了该放大电路也可以实现更强的钳制作用，避免运放饱和。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种测距装置的示意性框架图；
图2A是本发明实施例提供的另一种测距装置的示意性框架图；
图2B是本发明实施例提供的又一种测距装置的示意性框架图；
图3是本发明实施例提供的第一种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图；
图4是本发明实施例提供的第二种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图；
图5是本发明实施例提供的一种时间提取方法的原理示意图；
图6是本发明实施例提供的调整预设阈值的第一种实现方式的电路示意图；
图7是本发明实施例提供的调整预设阈值的第二种种实现方式的电路示意图；
图8是本发明实施例提供的又一种测距装置的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种雪崩光电二极管APD增益的调整电路的电路示意图；
图10是本发明实施例提供的一种基于测距装置的时间测量方法的流程示意图；
图11是本发明实施例提供的另一种基于测距装置的时间测量方法的流程示意图；
图12是本发明本发明实施例提供的又一种时间提取方法的原理示意图；
图13是本发明本发明实施例提供的再一种测距装置的示意性框架图；
图14是现有技术中提供的一种激光发射装置连接方式的示意图；
图15A是本发明实施例提供的一种激光发射装置的第一结构示意图；
图15B是本发明实施例提供的一种激光发射装置的第一结构示意图；
图16是本发明实施例提供的一种激光发射装置的第二结构示意图；
图17是本发明实施例提供的一种激光发射装置的第三结构示意图；
图18是本发明实施例提供的一种充电电路的第一结构示意图；
图19是本发明实施例提供的一种充电电路的第二结构示意图；
图20是本发明实施例提供的一种储能电路的部分结构示意图；
图21是本发明实施例提供的第一种元件失效或短路的接线示意图；
图22是本发明实施例提供的第二种元件失效或短路的接线示意图；
图23是本发明实施例提供的第三种元件失效或短路的接线示意图；
图24是本发明实施例提供的第四种元件失效或短路的接线示意图；
图25是本发明实施例提供的第五种元件失效或短路的接线示意图；
图26是本发明实施例提供的第六种元件失效或短路的接线示意图；
图27是本发明实施例提供的第七种元件失效或短路的接线示意图；
图28是本发明实施例提供的第八种元件失效或短路的接线示意图；
图29是本发明实施例提供的一种激光发射装置的示意性框图；
图30是本发明实施例提供的一种自检电路的接线示意图；
图31是本发明实施例提供的一种自检电路中滤波前后的波形示意图；
图32是本发明实施例提供的一种自检电路中放大前后的波形示意图；
图33是本发明实施例提供的一种峰值保持电路的第一接线示意图；
图34是本发明实施例提供的一种峰值保持电路的第二接线示意图；
图35是本发明实施例提供的运算放大器的一种正、负输入端的信号波形；
图36是本发明实施例提供的一种放大电路的示意性框架图；
图37是本发明实施例提供的一种放大电路的第一接线示意图；
图38是本发明实施例提供的一种放大电路的第二接线示意图；
图39是本发明实施例提供的一种放大电路的第三接线示意图；
图40是本发明实施例提供的一种放大电路的第四接线示意图；
图41是本发明实施例提供的第一钳位模块的钳位前后的效果示意图；
图42是本发明实施例提供的一种放大电路的第五接线示意图；
图43是本发明实施例提供的一种放大电路的第六接线示意图；
图44是本发明实施例提供的一种放大电路的第七接线示意图；
图45是本发明实施例提供的第三钳位模块的钳位前后的效果示意图；
图46是本发明实施例提供的一种放大电路的第八接线示意图；
图47是本发明实施例提供的一种放大电路的第九接线示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方中案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种测距装置的示意性框架图。该测距装置可以包括：至少包括环境光传感器150、比较电路130和运算电路160等。其中，在所述比较电路130中并行设置有多个预设阈值。
可选地，所述测距装置还包括光电转换电路110，光电转换电路110的一端与比较电路130电连接；比较器电路的输出端与运算电路的一端电连接，运算电路的另一端与环境传感器电连接。
其中，所述比较电路，用于接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
所述环境光传感器，用于获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
所述运算电路用于根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
具体地，所述运算电路用于根据所述比较电路输出的时间信息确定所述物体与所述测距装置之间的距离。
可选地，在所述比较电路中并行设置有三个或三个以上的预设阈值，以在后续的步骤中所述比较电路在接收经光信号处理得到的电信号之后将所述电信号分别与所述多个预设阈值中的至少一部分进行比较，进而提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息。
其中，所述运算电路具体用于将所述环境光信号的强度作为判断提取的所述时间信息是否为有效光脉冲信号对应的时间信息的依据，来选取用于进行运算的预设阈值。
在本发明的一示例中，根据环境光信号的强度来确定要选择进行比较的预设阈值，例如当检测到外部的环境光比较弱时选取全部的预设阈值进行比较然后提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息，当检测到外部的环境光比较强时关闭部分数值较小的预设阈值，不再进行比较或不参与下一步的运算。在外部光线较强时，底部的阈值会触发一定的噪声，但是这些数据不被计算为信号，最终雷达输出的点云将不会包含噪点。
可选地，所述运算电路具体用于比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号包括有效光脉冲信号。
进一步，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息。
作为示例，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则可以将全部的预设阈值与所述电信号进行比较，提取相应时间信息。其中，提取的全部时间信息中，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大的预设阈值产生的时间信息为有效电脉冲信号产生的时间信息，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的小的预设阈值产生的时间信息，为有效电脉冲信号和环境噪声叠加的信号触发预设阈值所产生的时间信息。
作为示例，当所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，为了提高时间信息提取效率，所述运算电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值丢弃，不再与所述电信号进行比较。即将有效电脉冲信号产生的时间信息和环境噪声产生的时间信息的重叠的数据丢弃，不再输出该时间信息。
在后续的运算中，所述运算电路用于挑选全部的时间信息进行运算，或者仅挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息。
进一步，判断时间信息为有效电脉冲信号还是噪声的另一个方法为：所述运算电路具体用于比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若所述比较电路提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述比较电路提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
本发明一实施例中，如图2A所示，所述测距装置还包括控制电路140，用于根据所述环境光传感器输出的环境光信号的强度将较小的部分预设阈值关闭。实现方式至少包括以下两种方式：
第一，如果比较电路包括比较器和TDC，即可通过关闭掉较小的部分预设阈值对应的比较器和TDC，从而实现部分预设阈值关闭。
第二，如果比较电路包括包括ADC，即可通过关闭掉较小的部分预设阈值对应的ADC，从而实现部分预设阈值关闭。
本发明一实施例中，比较电路130包括至少一个比较器，请参阅图2B，图2B是本发明实施例提供的另一种测距装置的示意性框架图。如图2B所示，比较器1301的第一输入端用于接收从放大电路120输入的电信号，也即放大运算后的电信号，比较器1301的第二输入端用于接收预设阈值，比较器1301的输出端用于输出比较的结果，其中，比较的结果中包含与电信号对应的时间信息。可以理解，比较器1301的第二输入端接收的预设阈值可以是强度为预设阈值的电信号。比较的结果可以是放大运算后的电信号对应的数字信号。
可选地，比较电路130还包括时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)1302，时间数字转换器1302与比较器1301的输出端电连接，用于根据比较器1301输出的比较的结果，提取与电信号对应的时间信息。
作为示例，采用比较器实现信号采集时，为了获取更多的信息，可以采用多阈值比较方式。多阈值比较器采集脉冲信号，是指采用多路比较器，各比较器可以采用不同的电压阈值，以获得脉冲信号更多信息。
所述比较电路包括多个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述电脉冲信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较的结果，其中，所述比较的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。
可选地，所述比较电路还包括时间数字转换器，所述时间数字转换器与所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。
所述比较电路包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述多个比较器的输出端分别与所述多个比较器一一对应的时间数字转换器电连接。需要说明的是，一个所述时间数字转换器还可以对应两个及两个以上的比较器，用于根据两个及两个以上所述比较器输出的比较的结果，分别进行提取与所述电信号对应的时间信息。
在本发明的一具体实施方式中，以四阈值比较器采集电路为例，如图12所示，四个比较器分别设置不同的阈值，依次为Vf01、Vf02、Vf03和Vf04。四个比较器的输出的方波信号分别连接到四个TDC测量单元上，以获取脉冲信号对应的阈值时间信息。
可选地，所述测距装置还包括光电转换电路110，所述光电转换电路，用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号、将所述电信号输出。可选地，所述光电转换电路110可选用光敏传感器，但是并不局限于光敏传感器，其他可以实现本发明所述功能的元件均可以用于该测距装置，在此不再进行一一列举。
所述比较电路用于接收来自所述光电转换电路的电信号。其中，比较电路和光电转换电路可以直接相连，或者两者之间还设有放大电路，例如设置了一级放大电路和二级放大电路，光电转换电路输出的电信号经过两级放大后再输入到比较电路中。其中，放大电路可能和比较电路直接连接，也可能放大电路和比较电路之间还设置有其他处理电路，不做限制。
例如，光电转换电路110的一端与放大电路120的第一端电连接，光电转换电路110的另一端与控制电路140电连接；放大电路120的第二端分别与比较电路130与控制电路140电连接；控制电路140与比较电路130电连接。放大电路120用于，将从光电转换电路110输入的电信号放大运算，并将放大运算后的电信号输出到比较电路130。
在本发明的一示例中，控制电路140还用于调整光电转换电路110的增益，或调整比较电路130的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值。
可以理解，电信号中包括噪声，进而放大运算后的电信号中也包括噪声信号。上述测距装置通过调整光电转换电路110的增益或调整比较电路130的预设阈值，避免在噪声信号大于预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真。
可以通过两种方式来避免噪声信号触发比较电路130。方法一：通过调节比较电路的预设阈值，即比较器的预设阈值。方法二：通过调整光敏传感器(比如APD)的增益来调节电信号的强度，使得从放大电路输入的电信号，即放大运算后的电信号中噪声信号的强度低于预设阈值。
在一些实现方式中，在“运算电路根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算”的情况下，就无需采用方法一来调整比较电路的预设阈值。
下面对方法一和方法二进行具体解释。
方法一
请参阅图3，图3是本发明实施例提供的第一种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图。输入到比较器第一输入端的电信号310包括电脉冲信号U1以及噪声信号U2，当预设阈值为阈值V1时，噪声信号的强度超过阈值V1，噪声信号触发比较器输出高电平信号，导致比较器输出信号的失真，进一步导致提取的时间信息的错误；可以增大预设阈值，如将该预设阈值调整为阈值V2，噪声信号的强度小于阈值V1，进而避免噪声信号U2触发比较器。
本发明一实施例中，在第一种避免噪声信号触发到预设阈值方法中，控制电路140还用于：根据噪声信号的强度调节预设阈值，使得预设阈值小于噪声信号的强度，可以实现在宽动态光脉冲信号下，根据放大运算后的电信号中噪声信号的强度动态调节比较电路的预设阈值。
请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种时间提取方法的原理示意图。如图5，所示，输入比较电路的电信号510与预设阈值V1进行比较，获得如虚线所示的第一方波信号520，第一方波信号520的跳变沿的时间T1可以认为是电信号510穿越比较器时的时间。同理，输入比较电路的电信号510与预设阈值V2进行比较，获得如虚线所示的第二方波信号530，第二方波信号530的跳变沿的时间T2可以认为是电信号510穿越比较器时的时间，而T0是电信号510穿越比较器时的真实时间，可见，预设阈值越小，跳变沿时间更接近放大运算后的电信号穿越比较器时的真实时间。
可选地，控制电路140还用于：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得预设阈值高于噪声信号且预设阈值与噪声信号的最大值之差不大于预设值，比如0.1V、0.2A等，实现测距装置根据噪声信号的强度确定比较电路130的最合适的预设阈值，在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得比较电路130提取的时间信息更接近从放大电路输入的电信号穿越比较电路130时的真实时间，避免信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高。
本发明一实施例中，调整预设阈值的第一种实现方式可以参阅图6，图6是本发明实施例提供的调整预设阈值的第一种实现方式的电路示意图。测距装置还可以包括数模转换器150，如图6所示，控制电路140可以通过数模转换器150与比较电路130的第二输入端连接，并通过控制数模转换器150的输出电压的大小来调整比较电路的预设阈值。
本发明一实施例中，调整预设阈值的第二种实现方式可以是：测距装置还可以包括比较阈值调整电路，比较阈值调整电路包括多个电阻，多个电阻的一端连接至比较器的第二输入端，多个电压信号输入到多个电阻的另一端，用于通过多个电阻向比较器的第二输入端提供预设阈值，通过调整多个电阻的组成结构，调整输入到比较电路的第二输入端的预设阈值。
例如，请参阅图7，图7是本发明实施例提供的调整预设阈值的第二种实现方式的电路示意图。该比较阈值调整电路160包括多个电阻，比如第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等。其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等第一端共同连接比较器1301的第二输入端，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等另一端分别与控制电路140的多个同一输入输出接口1601一一对应连接，控制电路140通过控制多个同一输入输出接口1601输出电平的高低来调整比较电路130的预设阈值。
方法二：
请参阅图4，图4是本发明实施例提供的第二种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图。实线所示的电信号410为在调整光敏传感器的增益前输入到比较器第一输入端的电信号，电信号410包括电脉冲信号U1以及噪声信号U2，当预设阈值为阈值V1时，噪声信号的强度超过阈值V1，噪声信号触发比较器输出高电平信号，导致比较器输出信号的失真。此时，可以降低光敏传感器的增益，光敏传感器的增益降低后，调整光敏传感器的增益后输入到比较器第一输入端的电信号(即虚线所示的电信号420)相对于电信号410同比例降低，电信号420中电脉冲信号U1’以及噪声信号U2’的强度降低，使得噪声信号U2’小于预设阈值V1，进而避免噪声信号U2’触发比较器。
请参阅图8，图8是本发明实施例提供的又一种测距装置的结构示意图。测距装置还可以包括电源管理电路170，电源管理电路170与控制电路140及光电转换电路110电连接，电源管理电路170用于为光电转换电路110提供工作电压，控制电路140通过控制电源管理电路170改变工作电压来调整光电转换电路110的增益。
例如，请参阅图图9，图9是本发明实施例提供的一种雪崩光电二极管APD增益的调整电路的电路示意图。光电转换电路110包括雪崩光电二极管1101，雪崩光电二极管1101的阴极与电源管理电路170电连接，用于从电源管理电路170获取工作电压，雪崩光电二极管1101的阳极与放大电路的输入端连接，雪崩光电二极管1101用于接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，并将电信号输出给放大电路120。
可以理解，工作电压越大APD的增益越大，APD获取的光光脉冲信号和噪声信号越大。可选地，控制电路140还可以根据噪声信号的强度确定光电转换电路110的工作电压。可以理解，大的噪声信号对应较小的工作电压，相反，第一噪声信号对应较高的工作电压。
需要说明的是，测距装置可以选择采用方法一或方法二来避免噪声信号触发到预设阈值。可以理解，该噪声信号可以包括电子噪声信号以及光噪声信号。
本发明实施例中，控制电路140还用于获取并比较光噪声信号的强度和电子噪声信号的强度，并在光噪声信号的强度小于电子噪声信号的强度时，即电子噪声占主导时，通过上述方法一，即调整比较电路130的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在光噪声信号的强度大于电子噪声信号的强度时，即光噪声占主导时，通过上述方法二，即调整光电转换电路110的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。
可以理解，对于既定的电子设备，电子学噪声的强度比较稳定，而光噪声的强度受环境影响较大，环境中光强度越高，光噪声的强度越高。因此可以测定噪声信号的强度来表征光噪声的强度。
其中，对于TDC测量方案希望APD的增益是稳定的或者APD的增益是已知的，但是APD的增益同时与温度有关，也存在较大的个体差异。为了保持增益稳定可以对APD进行校准，该实施例中所述测距装置中所述控制器用于获取当前温度值，以及根据所述当前温度值调整所述光敏传感器的增益。
可选地，控制器还用于：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。
由于APD的增益与温度有关，为了准确的控制APD增益，首先在不同温度、不同电压下测量增益与温度、电压的值，通过计算将会得到三者的曲线。在实际使用过程中，与上述实施例不同之处还在于，所述控制器内预存有在不同温度下所述光敏传感器的电压与增益的对应关系；控制器首先读取APD当前的温度值，并通过校准曲线计算得到不同增益下的电压值。然后通过对高压电源的控制实现对APD的增益进行精确控制，从而在噪声和保护之前取得权衡。
相应地，本发明实施例中，还提供一种基于测距装置的时间测量方法，如图11所示，包括：
步骤S2010：接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号输出；
步骤S2020：将输入的电信号与预设阈值进行比较，提取与所述电信号对应的时间信息；
步骤S2030：获取当前温度值，以及根据所述当前温度值调整所述光敏传感器的增益。
在该实施例中，在调节光敏传感器的增益时考虑了温度对光敏传感器的增益的影响，实现对APD的增益进行精确控制，从而在噪声和保护之前取得权衡。
本发明实施例中，控制电路140也可以在检测到噪声信号触发比较电路130时，触发通过上述方法一对的预设阈值进行调整或通过上述方法二对的光电转换电路110的增益进行调整。
其中，控制电路140还可以用于判断噪声信号是否高于预设阈值，在噪声信号高于预设阈值时，触发控制器调整光电转换电路110的增益，或调整比较电路130的预设阈值；否者，控制电路140不进行光电转换电路110的增益或比较电路130的预设阈值的调整。
控制电路140判断噪声信号是否高于预设阈值的第一种实施方式可以是：控制电路140获取测距装置生成的初始图像中的随机噪点数，并判断随机噪点数是否高于预设噪点数阈值，初始图像为控制电路140根据从放大电路输入的电信号和调整前的预设阈值生成初始图像，若随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断噪声信号高于预设阈值；否则判断噪声信号低于预设阈值。
控制电路140判断噪声信号是否高于预设阈值的第二种实施方式可以是：测距装置还包括均方根检波器，控制电路140通过均方根检波器与放大电路120电连接，用于检测噪声信号在预设频率范围内的功率信息，并将功率信息输出给控制电路140，控制电路140还用于：判断均方根检波器输入的功率信息是否超过预设功率阈值，若功率信息超过预设功率阈值，则判断噪声信号高于预设阈值；否则判断噪声信号低于预设阈值。
控制电路140判断噪声信号是否高于预设阈值的第三种实施方式可以是：比较电路130包括多个比较器与多个TDC，其中TDC与比较器一一对应连接，多个比较器的第一输入端用于接收从放大电路120输入的电信号，多个比较器的第二输入端控制电路140电连接，分别用于接收阈值；多个比较器的输出端分别通过TDC与控制器(控制电路140可包括一个或一个以上的控制器)电连接，比较器向TDC输出比较结果，TDC根据比较结果测量时间信息以及向控制器输出时间信息；控制电路140还用于：计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。
可选地，在测距装置包括多个比较器以及多个TDC时，控制电路140还用于：选定高于噪声信号的阈值中最小的阈值作为预设阈值，进而，获取高于噪声信号的阈值中最小的阈值与从放大电路输入的电信号通过比较电路输出的时间信息，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得比较电路130提取的时间信息更接近从放大电路120输入的电信号穿越比较电路130时的真实时间，减少信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高
可选地，在测距装置包括多个比较器以及多个TDC时，多个比较器的阈值可以相同，控制电路140还用于：根据多个TDC测得的时间信息计算电信号对应的时间信息，比如，取该TDC测得的时间信息的平均值作为电信号对应的时间信息，进而对电信号对应的时间信息进行校准，使得测量的时间精度更高。
可选地，在测距装置包括多个比较器以及多个TDC时，多个比较器的阈值可以不同，控制器还用于：根据多个TDC测得的时间信息拟合输入比较器的电信号的波形，根据该拟合的波形计算该电信号对应的时间信息，可参见图5，T0可以认为是电信号对应时间信息，进而更加精确的测量时间。
需要说明的是，光脉冲信号可以由其他设备发射，也可以是本发明的测距装置发射的。在光脉冲信号由其他设备(比如测距装置绑定的激光器)时，该激光器可以与测距装置进行通信，以使得测距装置可以获知激光发射器的发射功率、发射激光的波长、发射方向等控制参数中的至少一种，并基于该控制参数而获知与障碍物的方向等信息。
与上述技术方案一致的，请参阅图10，图10是本发明实施例提供的一种基于测距装置的时间测量方法的流程示意图。需要注意的是，虽然本方法实施例公开的信号处理方法能够基于图1、图2或图8所示的测距装置实现，但上述示例测距装置不构成对本发明方法实施例公开的信号处理方法的唯一限定。该信号处理方法可以包括如下步骤：
步骤S1010：在所述测距装置中并行设置有多个预设阈值；
步骤S1020：接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
步骤S1030：获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
步骤S1040：根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
在所述步骤S1040中，所述运算至少包括根据所述比较电路输出的时间信息确定所述物体与所述测距装置之间的距离。
可以理解，步骤S1040之后，测距装置还可以包含其他步骤，本发明不作限制。
在所述步骤S1010中，并行设置有三个或三个以上的预设阈值，以在后续的步骤中比较电路在接收经光信号处理得到的电信号之后将所述电信号分别与所述多个预设阈值中的至少一部分进行比较，进而提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息。
在所述步骤S1030中，将所述环境光信号的强度作为判断提取的所述时间信息是否为有效光脉冲信号对应的时间信息的依据，来选取用于进行运算的预设阈值。
在步骤S1020中，所述方法包括：比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号包括有效光脉冲信号。
其中，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息。
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值被触发的时间信息丢弃。
在本发明的一示例中，根据环境光信号的强度来确定要选择进行比较的预设阈值，例如当检测到外部的环境光比较弱时选取全部的预设阈值进行比较然后提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息，当检测到外部的环境光比较强时关闭部分数值较小的预设阈值，不再进行比较或不参与下一步的运算。在外部光线较强时，底部的阈值会触发一定的噪声，但是这些数据不被计算为信号，最终雷达输出的点云将不会包含噪点。
进一步，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息
作为示例，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则可以将全部的预设阈值与所述电信号进行比较，提取相应时间信息。其中，提取的全部时间信息中，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大的预设阈值产生的时间信息为有效电脉冲信号产生的时间信息，比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的小的预设阈值产生的时间信息为有效电脉冲信号产生的时间信息和环境噪声产生的时间信息的重叠。
作为示例，当所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，为了提高时间信息提取效率，所述比较电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值丢弃，不再与所述电信号进行比较。即将有效电脉冲信号产生的时间信息和环境噪声产生的时间信息的重叠的数据丢弃，不再输出该时间信息。
进一步，判断时间信息为有效电脉冲信号还是噪声的另一个方法为：所述运算电路具体用于比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若所述比较电路提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述比较电路提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
通过程序动态的选择有效的阈值参与计算，实现动态调整阈值的方案，所述方式下可调整阈值的精细程度取决于阈值的数量，当阈值较多时可以实现的级数就越多，可以进一步提高时间信息提取效率。
本发明实施例中，步骤S1030可以包括：测距装置获取并比较光噪声信号的强度和电子噪声信号的强度；在光噪声信号的强度小于电子噪声信号的强度时，测距装置调整比较的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在光噪声信号的强度大于电子噪声信号的强度时，测距装置调整光敏传感器的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。
本发明实施例中，步骤S1030可以包括：测距装置获取放大运算后的电信号中噪声信号的强度；在噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，测距装置调整比较的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，测距装置调整光敏传感器的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。
本发明实施例中，步骤S1020之后，步骤S1030之前；方法还包括：测距装置判断噪声信号是否高于预设阈值；在噪声信号高于预设阈值时，测距装置执行步骤S1030；否者，测距装置不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。
其中，测距装置判断噪声信号是否高于预设阈值的第一种实施方式可以是：测距装置获取测距装置生成的初始图像中的随机噪点数，并判断随机噪点数是否高于预设噪点数阈值，该初始图像为测距装置根据放大运算后的电信号以及调整之前的预设阈值生成的，若随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断噪声信号高于预设阈值，测距装置可以执行步骤S1030；否者，测距装置不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。
测距装置判断噪声信号是否高于预设阈值的第二种实施方式可以是：测距装置检测噪声信号在预设频率范围内的功率信息，若功率信息超过预设功率阈值，则判断噪声信号高于预设阈值，测距装置可以执行步骤S1030，否则，测距装置不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。
测距装置判断噪声信号是否高于预设阈值的第三种实施方式可以是：测距装置可以包括多个比较器以及多个TDC，其中TDC与比较器一一对应连接，测距装置将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值进行比较，并提取多个TDC测得的时间信息，计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。测距装置可以执行步骤S1030，否则，测距装置不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。
可选地，判断噪声信号是否高于预设阈值之后，调整比较的预设阈值之前，该方法还包括：选定高于噪声信号中最小的阈值作为预设阈值，进而，获取高于噪声信号中最小的阈值与放大运算后的电信号通过比较电路输出的时间信息，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得通过比较算法提取的时间信息更接近放大运算后的电信号获取的真实时间，避免信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高。
可选地，当测距装置包括多个比较器以及多个TDC，且TDC与比较器一一对应连接时，多个比较器的阈值可以相同，步骤S1040可以包括：测距装置将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值进行比较，并提取多个TDC测得的时间信息(比如，t1、t2、t3、t4、t5)；根据该多个TDC测得的时间信息计算电信号对应的时间信息，计算的方法可以是取t1、t2、t3、t4、t5的平均值作为电信号对应的时间信息。
可选地，当测距装置包括多个比较器以及多个TDC，且TDC与比较器一一对应连接时，多个比较器的阈值可以不同，步骤S1040可以包括：测距装置将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值分别进行比较，并通过所述多个TDC测量所述多个比较器对应的时间信息，比如，(v1，t1)、(v2，t3)、(v3，t3)、(v4，t4)、(v5，t5)，进而根据多个TDC测得的时间信息拟合放大运算后的电信号的波形，根据该拟合的波形计算电信号对应的时间信息，可参见图5，T0可以认为是电信号对应时间信息。
上文中提到，比较电路之前可以设置有放大电路，放大电路对电信号进行放大之后再输入到比较电路中。实际应用中，放大电路的结构可以有多种。
在一些电子设备中，如激光雷达往往会涉及对信号采集以及对采集的信号进行放大处理，然而激光雷达采集的信号的能量通常具有较宽的范围，即：当障碍物距离激光雷达较近时，激光雷达通过接收管获取到的信号的能量较大；当障碍物距离激光雷达较远时，通过接收管获取到的信号的能量较小。当放大电路输入的电信号过大时，可能造成放大电路的运放饱和，饱和会造成输出信号的失真，进而影响激光雷达对距离的测量；而且，饱和后激光雷达恢复到正常需要一定的时间，使得激光雷达不能连续响应而产生测量盲区。本发明实施例中还提供一些放大电路，可以解决上述提到的问题。
请参阅图36，图36是本发明实施例提供的一种放大电路的示意性框架图。如图36所示，该放大电路可以包括：运算放大器模块21和调整模块22；所述调整模块22位于所述运算放大器模块21的前级电路、后级电路或反馈电路中的至少一处，用于对所述放大电路的输入信号的放大倍数进行调整，使得所述放大电路以调整后的放大倍数对所述输入信号的能量进行放大后输出。
可以理解，放大电路的放大倍数等于放大电路的输出信号与放大电路的输入信号的比值。
可以理解，所述调整模块22对所述放大倍数的调整，使得当所述放大电路的输入信号的能量大于阈值时，所述输入信号的能量越大，所述放大电路对所述输入信号的放大倍数越小。
本发明的第一实施例中，所述调整模块22包括第一钳位模块，所述第一钳位模块位于所述运算放大器模块21的前级电路上，所述第一钳位模块连接所述运算放大器模块21的第一输入端；所述运算放大器模块21的第二输入端可以连接第三参考电平REF3；所述第一钳位模块用于对所述运算放大器模块21的输入信号进行调整，并通过所述运算放大器模块21的输出端输出信号。
可选地，当放大电路的输入信号为电压信号时，第一钳位模块可以包括第一二极管。请参阅图37，图37是本发明实施例提供的一种放大电路的第一接线示意图。图37以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图37所示，在电压信号为正电压信号时，所述第一二极管D1的正极连接运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端)；所述第一二极管D1的负极连接第一参考电平REF1；所述放大电路的输入信号Uin通过所述第一二极管D1的正极与运算放大器IC的反向输入端的公共端输入；运算放大器IC的输出端即为放大电路的输出端Uout。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第一参考电平REF3。
当输入放大电路的电压信号超过了第一二极管D1的导通压降时，第一二极管D1导通，进而将输入运算放大器模块21的电压信号限制在第一二极管D1的导通电压附近，避免输入运算放大器模块21的饱和。
可以理解，当放大电路的输入信号为负电压信号时，第一二极管的正负极的连接方式与图37所示的放大电路中第一二极管D1的正负极的连接方式相反。
可选地，当放大电路的输入信号为电流信号时，第一钳位模块可以包括第一二极管以及第一电阻。请参阅图38，图38是本发明实施例提供的一种放大电路的第二接线示意图。图38以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系。如图38所示，在电流信号为正电流信号时，所述第一二极管D1的正极通过所述第一电阻R1连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端)；所述第一二极管D1的负极连接第一参考电平REF1；所述放大电路的输入信号Uin通过所述第一二极管D1的正极与所述第一电阻2212的公共端输入；运算放大器IC的输出端即为放大电路的输出端Uout。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。
当输入放大电路的电流信号增大时，第一电阻R1上产生的压降增大，当第一电阻R1上产生的压降超过了第一二极管D1的导通压降时，第一二极管D1导通，进而降低将输入到运算放大器模块21的电流信号，避免输入运算放大器模块21的饱和。
可以理解，当放大电路的输入信号为负电流信号时，第一二极管的正负极的连接方式与图38所示的放大电路中第一二极管D1的正负极的连接方式相反。
本发明的第二实施例中，所述调整模块22包括第二钳位模块；所述第二钳位模块位于所述运算放大器模块21的后级电路上，所述第二钳位模块连接所述运算放大器模块21的输出端；所述第二钳位模块用于对所述运算放大器模块21的输出信号进行调整。可以理解，所述放大电路的输入信号可以输入到所述运算放大器模块的第一输入端；也可以通过所述第一钳位模块输入到所述运算放大器模块21的第一输入端；所述运算放大器模块的第二输入端连接第三参考电平REF3。
可选地，当放大电路的输入信号为电压信号时，第二钳位模块可以包括第二二极管。请参阅图39，图39是本发明实施例提供的一种放大电路的第三接线示意图。图39以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图39所示，在电压信号为正电压信号时，所述第二二极管D2的正极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端)；所述第二二极管D2的负极连接第二参考电平REF2；所述放大电路的输出信号Uout从所述第二二极管D2与所述运算放大器IC的输出端的公共端输出。
当输出放大器模块21的电压信号超过了第二二极管D2的导通压降时，第二二极管D2导通，进而将输入后级运放的电压信号限制在第二二极管D2的导通电压附近，避免后记运放的饱和。
可以理解，当放大电路的输入信号为负电压信号时，第二二极管的正负极的连接方式与图39所示的放大电路中第二二极管D2的正负极的连接方式相反。
可选地，当放大电路的输入信号为电流信号时，所述第二钳位模块可以包括：第二二极管以及第二电阻。请参阅图40，图40是本发明实施例提供的一种放大电路的第四接线示意图。图40以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图40所示，在电流信号为正电流信号时，所述第二二极管D2的正极通过所述第二电阻R2连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端)；所述第二二极管D2的负极连接第二参考电平REF2；所述放大电路的输出信号Uout从所述第二二极管D2与所述第二电阻R2的公共端输出。
当输出运算放大器模块21的电流信号增大时，第二电阻R2上产生的压降增大，当第二电阻R2上产生的压降超过了第二二极管D2的导通压降时，第二二极管D2导通，进而降低将输出的电流信号，避免后记运放的饱和。
可以理解，当放大电路的输入信号为负电流信号时，第二二极管的正负极的连接方式与图40所示的放大电路中第二二极管D2的正负极的连接方式相反。
可以理解，在图39或图40所示的放大电路接线示意图中，所述放大电路的输入信号Uin可以直接输入到运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端)，运算放大器IC的同向输入端连接第三参考电平REF3。
请参阅图41，图41是本发明实施例提供的第一钳位模块的钳位前后的效果示意图。图41中实线为实际信号，虚直线表示第一二极管D1的导通电压，虚曲线表示钳位后的信号。同理，第二钳位模块的钳位前后的效果也如图41所示。
本发明的第三实施例中，所述调整模块22包括第三钳位模块；所述第三钳位模块位于所述运算放大器模块21的反馈电路上；所述运算放大器模块21的第一输入端连接所述第三钳位模块的第一端口；所述运算放大器模块21的输出端连接所述第三钳位模块的第二端口；所述第三钳位模块具体用于：在输入所述运算放大器模块21的信号的能量信息大于第一阈值时，减小所述运算放大器模块21对所述运算放大器模块21的输入信号的放大倍数。
可以理解，所述放大电路的输入信号可以输入到所述运算放大器模块21的第一输入端；也可以通过所述第一钳位模块连接所述运算放大器模块21的第一输入端；所述运算放大器模块21的第二输入端可以连接第三参考电平REF3。
可选地，第三钳位模块可以包括第三二极管以及第五电阻。请参阅图42，图42是本发明实施例提供的一种放大电路的第五接线示意图。图42以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图42所示，所述第三二极管D3的正极连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端)；所述第三二极管D3的负极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端)。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端；运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时，第三二极管D3两端的电压较小，第三二极管D3不导通，第三二极管的电阻RD3较大，此时，运算放大器模块21的放大倍数为RD3/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大；当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时，第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压，第三二极管D3导通，第三二极管的电阻RD3较小，此时，运算放大器模块21的放大倍数RD3/R5减小，减小输出运算放大器模块21的信号的能量，进而减小放大电路的放大倍数。
可选地，第三钳位模块可以包括第三二极管、第三电阻以及第五电阻。请参阅图43，图43是本发明实施例提供的一种放大电路的第六接线示意图。图43以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图43所示，所述第三二极管D3的正极连接所述运算放大器模块21的第一输入端(即运算放大器IC的反向输入端)；所述第三二极管D3的负极连接所述运算放大器模块21的输出端(即运算放大器IC的输出端)；所述第三电阻R3与所述第三二极管D3并联。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端；运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时，第三二极管D3两端的电压较小，第三二极管D3不导通，第三二极管D3的电阻RD3较大，第三二极管D3与第三电阻R3并联的等效电阻R等较大，此时，运算放大器模块21的放大倍数为R等/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大；当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时，第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压，第三二极管D3导通，第三二极管的电阻RD3较小，R等减小，此时，运算放大器模块21的放大倍数R等/R5减小，减小输出运算放大器模块21的信号的能量，进而减小放大电路的放大倍数。
可选地，第三钳位模块包括第三二极管、第三电阻、第四电阻以及第五电阻；请参阅图44，图44是本发明实施例提供的一种放大电路的第七接线示意图。图44以运算放大器模块21为运算放大器IC为例来说明放大电路的连接关系，如图44所示，所述第三二极管D3的正极通过所述第三电阻R3连接至所述运算放大器模块21的第一输入端，所述第三二极管D3的负极连接至所述运算放大器模块21的输出端，所述第四电阻R4与所述第三二极管D3并联。运算放大器模块21的第二输入端(即运算放大器IC的同向输入端)连接第三参考电平REF3。所述放大电路的输入信号Uin可以通过第五电阻R5输入到运算放大器IC的反向输入端；运算放大器IC的反向输入端即为放大电路的输出端Uout。
当输入运算放大器模块21的信号的能量较小时，第三二极管D3两端的电压较小，第三二极管D3不导通，第三二极管D3的电阻RD3较大，第三二极管D3与第三电阻R4并联在与R3串联的等效电阻R等较大，此时，运算放大器模块21的放大倍数为R等/R5,运算放大器模块21对输入运算放大器模块21的信号进行放大；当输入运算放大器模块21的信号的能量较大时，第三二极管D3两端的电压大于第三二极管D3的导通电压，第三二极管D3导通，第三二极管的电阻RD3较小，R等减小，此时，运算放大器模块21的放大倍数R等/R5减小，减小输出运算放大器模块21的信号的能量，进而减小放大电路的放大倍数。
需要说明的是，在图42、图43以及图44所示的实施例中，第五电阻R5不是第三钳位模块必须的元件，对于运放稳定的运算放大器IC，放大电路的输入信号Uin也可以直接输入到运算放大器IC的反向输入端。
可以理解，在图42、图43以及图44所示的实施例中，放大电路的输入信号为正电流信号或正电压信号，当放大电路的输入信号为负电压信号或负电流信号时，第三二极管的正负极的连接方式分别与图42、图43以及图44所示的放大电路中第三二极管D3的正负极的连接方式相反。
请参阅图45，图45是本发明实施例提供的第三钳位模块的钳位前后的效果示意图。图45中实线为实际信号，虚线表示钳位后的信号。当信号的能量较小时，如图45右边曲线所示，第三钳位模块对输入的信号进行放大处理；当信号的能量较大时，如图46右边曲线所示，运算放大器模块21的放大倍数减小，以使其输出信号不超过第三二极管D3的导通电压。
本发明的第四实施例中，放大电路可以同时包括第一钳位模块第二钳位模块以及第三钳位模块。请参阅图46，图46是本发明实施例提供的一种放大电路的第八接线示意图。详细的描述可以参见上述第一钳位模块第二钳位模块以及第三钳位模块中的相关描述，此处不再赘述。
请参阅图47，图47是本发明实施例提供的一种放大电路的钳位电路连接示意图。其中包括：运算放大器电路和钳位电路；所述钳位电路用于对所述放大电路的输入信号进行钳位，使得所述放大电路的输入信号经过钳位后，其大小在一定范围内波动以防止所述运算放大器电路饱和输出。
如图47所示，第一二极管D1的正极与信号输入端Signal in连接，第一二极管D1的负极通过电阻R5与运算放大器的输出端连接，第一二极管的负极还通过电阻R6与参考电压CLAP_REF连接，即R5,R6构成分压电阻，该分压电阻可以调整具体阈值的触发位置，当然，在其他实施例中，第一二极管的负极可以直接与运算放大器的输出端连接；其中R2,R3,R4串联构成了反馈电路，R2的两端并联一个电容C1，R3、R4的两端分别并联二极管D3，D4，上述反馈电路采用分级导通电路，当然，在其他实施例中，反馈电路中的电阻个数可以是2、4、5或者更多，每个电阻上可以选择并联电容或二极管，如此设置可以减小所述反馈电路中电阻上的寄生参数，使得反馈电阻上的寄生电容更小，从而实现高带宽。在反馈电阻上串联电容，电容可以补偿反馈电阻，保证反馈系统稳定。当然，在其他实施例中，可以不包含上述反馈电路。第五二极管D5的正极通过所述第七电阻R7连接至所述运算放大器模块的输出端，所述第五二极管D5的负极连接至参考电压CLAP_REF_01，当然，在其他实施例中，可以不包含第五二极管D5和第七电阻R7。
当输入运算放大器模块的信号的能量较小时，第一二极管D1两端的电压较低，运算放大器模块对输入运算放大器模块的信号进行放大，由于输入信号进入反相输入端，则输出信号较大，此时分压到第一二极管负极的电压也较高，第一二极管的两端的电压变高输入信号可以获得更高的范围而不致第一二极管导通；当输入运算放大器模块的信号的能量较大时，第一二极管D1两端的电压较高，使得该第一二极管导通，电流会通过第一二极管流到CLAP_REF上，而不会流到运算放大器上被放大。运算放大器模块对输入运算放大器模块的信号进行放大，由于输入信号进入反相输入端，则输出信号较小，此时分压到第一二极管负极的电压也较低，第一二极管的导通压差变小，输入信号稍微升高，将导致第一二极管导通，因此，可以将输入电压的高值限定在一个较小的范围内。
根据图47所示的电路结构，第一二极管D1的参考电压是随信号波动的，当信号较强时，其输出低电平，此时第一二极管D1的参考电压会随之向下摆动，使第一二极管D1在信号稍大时即可导通，起到更强的钳制作用。
当然，图47中的反相放大器也可以选择正向放大器，通过对电路的调整也可以获得相应的强钳制作用。
需要说明的是，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4以及第五二极管D5也可以采用齐纳二极管或者TVS二极管，此时，二极管的导通电压为齐纳二极管或者TVS二极管的击穿电压。
还需要说明的是，本发明各个实施例中，第一参考电平、第二参考电平以及第三参考电平用于区分参考电平，其中第一参考电平、第二参考电平或第三参考电平可以相同，也可以不同。
相较于现有技术，本发明提供的放大电路包括运算放大器电路和钳位电路；所述钳位电路用于对所述放大电路的输入信号进行钳位，使得所述放大电路的输入信号经过钳位后，其大小在一定范围内波动以防止所述运算放大器电路饱和输出。通过该放大电路可以实现放大电路的钳位电路的参考电压根据输入信号的能量进行动态调整，起到更强的钳制作用，避免运放饱和。
在一些应用领域(例如激光雷达、激光测距等领域)，由于产品直接在现实生活场景中使用，那么激光存在直接射入人眼的风险，因此Accessible Emission Limit(AEL)规定了激光发射不能超过安全规定的辐射值，同时，当系统发生单一故障时，激光发射功率也不能超过安全规定的值。因此，本发明实施例还提供一种符合人眼安全规定的激光发射方案，当系统发生单一故障时，保护电路可以保证激光辐射值不超过安规值。
请参阅图14，现有的方案采用脉冲驱动的设计的光发射装置，其中包括电源、光源和控制电路，其中电源为VCC_LD，光源为脉冲激光二极管，控制电路包括驱动电路和开关电路NMOS，当脉冲信号为高电平的时候，驱动输出高电压和大电流，迅速打开MOS管，脉冲激光二极管的阴极接地，阳极接电源VCC_LD，存在压差，此时激光二极管导通发光，当脉冲信号为低电平的时候，MOS管截止，从而激光二极管也截止。因此，通过控制脉冲信号的占空比和频率，即可以控制激光二极管的发光的时长和频率，进而控制激光二极管的辐射量。
但该方案存在的问题在于，如果系统存在单一故障，例如：(1)软件上存在bug，脉冲信号的脉宽过大；(2)MOS管失效，直接短路；(3)电源有故障，VCC_LD过高，当出现第(1)种故障时，脉冲宽度过大将导致激光二极管发光时间过长，如此将导致总的辐射量超出预定值，将超过人眼安全的规定值，当出现第(2)种故障时，MOS管失效将导致激光二极管一直处于发光状态，如此将导致总的辐射量超出预定值，将超过人眼安全的规定值，当出现第(3)中情况时，电源电压过高，将导致激光功率过大，超出人眼安全的规定值，由此可见，只要出现前述三种情况中的某一个故障，都会导致激光二极管发光辐射量或发光功率超过人眼安全的规定值，对人眼造成伤害。
本发明的第一实施例中，光发射电路如图15A所示：
光发射装置包括电源、光源、控制电路和储能电路。电源为VCC_LD，作为光源的能量提供端，光源为脉冲激光二极管，控制电路包括驱动电路和开关电路NMOS，储能电路包括电阻R和电容C，其中蓄能电路为电容C，充电电路为电阻R。
电压控制信号可以设置BOOST升压电路的输出值，从而调整激光二极管的工作电压VCC_LD；当脉冲信号为低电平的时候，MOS管截止，从而激光二极管也截止，此时通过电阻R给电容C充电，直到电容电压为VCC_LD；
当脉冲信号为高电平的时候，驱动输出高电压和大电流，迅速打开MOS管，电容C通过激光二极管和MOS管进行放电，从而激光二极管导通发光；即控制电路用于在第一时段导通VCC_LD和所述电容C，使得所述电源对电容C进行充电，直至所述电容电压饱和；所述控制电路还用于在第二时段导通激光二极管和电容C，使得电容C对激光二极管供电，以使所述光源出射光脉冲信号，直至所述电容的输出电流低于所述激光发射器的阈值电流。储能电路所存储的能量具有上限值，该上限值由电容C的电容值和工作电压VCC_LD确定。
本实施例中，激光二极管的发射功率与电容的电荷量相关，当电容的输出电流低于激光二极管的阈值电流后，激光二极管则停止发光。由于激光二极管的发光功率以及发光时间仅与电容C有关，即使出现上述第(1)种故障，软件上存在bug，脉冲信号的脉宽过大，此时MOS管长时间导通，但是激光二极管的发光功率主要与电容的电荷量相关，与脉冲信号无关；因此一次发光后，电容电荷量不足以激发二极管发光，则即使MOS管导通，也不会继续发光；出现第(2)种故障，2)MOS管失效，直接短路，同(1)的情况，激光二极管进行一次发光后，不会继续发光。
可选的，如图15B所示：光发射电路还包括与电容C并联的稳压二极管，用于保护电容C的电压不超过预设值，即使发射电压过高，稳压二极管可以导通分流。这样，出现第(3)中故障，激光二极管的功率也不会超过预定值，因此，本实施例能够解决由上述三种故障导致的二极管输出超过安规值的问题。
本发明的第二实施例中，光发射装置如图16所示：
光发射装置包括电源、光源、控制电路和储能电路。电源为VCC_LD，作为光源的能量提供端，光源为脉冲激光二极管，控制电路包括驱动电路和开关电路NMOS，储能电路包括蓄能电路、充电电路，所述储能两路电路包括电阻R2，R3和电容C，其中蓄能电路包括电容C。充电电路包括电阻R2，R3，其中充电电路还进一步包括限流电路、限压电路。所述限流电路包括R1、电压校准源D1和三极管，其保护R2、R3上的电流不超过电阻的额定功率值，防止超额使用发热失效。所述限压电路包括D2，其保护VCC_LD不会超过设计的限定值。
在本实施例中，电压控制信号可以设置BOOST升压电路的输出值，从而调整激光二极管的工作电压VCC_LD；当脉冲信号为低电平的时候，MOS管截止，从而激光二极管也截止，此时通过电阻R2，R3给电容C充电，直到电容电压接近于VCC_LD；
当脉冲信号为高电平的时候，驱动输出高电压和大电流，迅速打开MOS管，电容C通过激光二极管和MOS管进行放电，从而激光二极管导通发光；
本实施例中，激光二极管的发射功率与电容的电荷量相关，当电容的输出电流低于激光二极管的阈值电流后，激光二极管则停止发光。由于激光二极管的发光功率以及发光时间仅与电容C有关，即使出现上述第(1)种故障，软件上存在bug，脉冲信号的脉宽过大，此时MOS管长时间导通，但是激光二极管的发光功率主要与电容的电荷量相关，与脉冲信号无关；因此一次发光后，电容电荷量不足以激发二极管发光，则即使MOS管导通，也不会继续发光；出现第(2)种故障，2)MOS管失效，直接短路，同1)的情况，激光二极管进行一次发光后，不会继续发光；因此，本实施例能够解决由上述第一种和第二种故障导致的二极管输出超过安规值的问题。除此之外，本实施例还能解决如下问题：电源有故障，VCC_LD过高，此时齐纳管或者TVS管D2导通，从而保护VCC_LD不会超过设计的限定值；电阻R2或R3失效短路，如果只是单一故障的话，由于两个电阻串联，即使其中一个失效，电路仍然正常工作，只会加快电容C的充电时间，不影响电容C的电荷量，从而保证激光发射功率不改变。本实施例使得光发射装置更加可靠，从而避免其由于故障导致输出超过安规值。
本发明的第三实施例中，光发射装置如图17所示：在第三实施例中，设置了两个电源电路VCC_LD和VCC_HV，其中VCC_LV连接于激光二极管，VDD_LD连接于限压电路D2和电压基准源D1。限流电路中的三极管的第一端通过电阻R4与VCC_HV连接，其他与第二实施例相同的部件及内容在此不再赘述。
当系统出现以下某一故障时，本发明可以保护激光二极管发光功率或辐射量不超过额定功率值及额定辐射量：
(1)软件上存在bug，脉冲信号的脉宽过大，此时MOS管长时间导通，但是激光二极管的发光功率主要与电容的电荷量相关，与脉冲信号无关；因此一次发光后，电容电荷量不足以激发二极管发光，则即使MOS管导通，也不会继续发光；
(2)MOS管失效，直接短路，同(1)的情况，激光二极管进行一次发光后，不会继续发光；
(3)电源有故障，VCC_LD过高，此时齐纳管或者TVS管D2导通，从而保护VCC_LD不会超过设计的限定值；
(4)电路中各种部分都存在着失效或者短路的可能，而本发明能够针对各种失效或短路情况，对光发射装置的安规值进行保证，具体情况可以参见如下描述：
如果电阻R1失效开路，三极管T1截止，系统不工作，从而激光不发光，如图21A所示；而R1失效短路，三级管T1正常导通，考虑到D1的保护，整个充电电路可以正常工作，不影响激光二极管正常发光，如图21B所示。
如果R4失效开路，D1截止，从而充电电路不工作，激光二极管不发光，如图22A所示；而电阻R4失效短路，整个充电电路可以正常工作，不影响激光管正常发光，如图22B所示；
如果T1失效开路，D1截止，系统不工作，从而激光二极管不发光，如图23A所示；三极管T1基极与发射极短路，R1,D1,R2,R3仍然构成正常的充电电路，不影响激光二极管正常发光，如图23B所示。
如果三级管T1三个极两两短路，那么R1,R2,D1,R3,R4仍然组成正常的充电电路，不影响激光二极管正常发光，如图24所示。
基准稳压源D1失效开路，稳压电路D2可以保证VCC_LD不超过设计值，从而保证电容C的储蓄电能不超过涉及的限定值，如图25A所示；基准稳压源D1失效短路，那么充电电路相当于只有R1，仍能满足充电电路正常工作，如图25B所示。
电阻R2或R3失效开路，稳压电路D2可以保证VCC_LD不超过设计值，从而保证电容C的储蓄电能不超过涉及的限定值，如图26A所示；电阻R2或R3失效短路，如果只是单一故障的话，由于两个电阻串联，即使其中一个失效，电路仍然正常工作，不影响电容C的电荷量，从而保证激光发射功率不改变，如图26B所示。
蓄能电路C失效开路，MOS管导通的时候，激光二极管的压差瞬间缩减接近0V，无法导通发光，如图27A所示；储能电路C失效短路，激光二极管两端均为GND，无法导通发光，如图27B所示。
稳压电路D2失效开路，充电电路设计保证电容C的储蓄电能不超过设计的限定值，如图28A所示，稳压电路D2失效短路，D1截止，充电电路不工作，如图28B所示。
其中，电阻R1/R2/R3/R4、三极管T1、电压校准源D1是充电电路；电容C是储能电路；D2是稳压电路。
其中充电电路的核心是电阻R2,R3，其他电路是为了限制R2,R3的电流，起保护充电电路的作用。正常情况下，通过R1的电流I1导通三极管，从而电流I2流经三极管T1的发射极和集电极，在经过R3和R4的，但如果VCC_HV设置偏大，那么I2变大，电阻R3和R4的压降升高，当升高到一定阈值后，D1导通，把I2电流进行分流I3流经电压基准源D1，从而保证流经R2和R3的电流不超过额定值，如图18所示。
充电电路不限于前述的实现方式，下面提供其他的实现方式：
第二种实现方式基于稳压二极管D1和三极管T1，即使VCC_HV变化时，可以保证R2和R3的压降稳定在设计值，那么对于蓄能电路也产生相应的限制，从而保证电容C蓄能值，如图19所示。
稳压电路作为冗余的设计，保证蓄能电路C上的压降不超过设计值，稳压电路也可以采用其他的实现方式，如图20所示：如果电压偏高，那么稳压二极管T1导通，从而保证电容C的压降不超过设计值，保证电容C两端的电压。
如上所述各个元件的失效或短路均不会导致光发射装置的输出超出安规值，因此，上述电路能够有效的保证光发射装置的输出符合人眼安全规定。
相较于现有技术，本发明提供的光发射装置可以达到符合人眼安全规定的激光发射方案，当系统发生单一故障时，上述装置中的电路可以保证激光辐射值不超过安规值，从而保证激光装置的使用安全。
在一些应用场景中(例如在激光雷达、光纤通信等领域)，激光二极管作为信号源，根据具体应用场合，发射特定范围波长、光功率的激光信号。为了保证系统性能的良好，激光的特性必须保持稳定。但是在激光驱动电路不改变的前提下，激光二极管光功率随着环境温度的改变而发生偏移；另外，激光二极管或者驱动电路在使用过程中可能失效。本发明实施例中还提供一种激光发射装置，能够实时检测激光而激光的发射功率或发射能量。
请参阅图29，图29是本发明实施例提供的一种激光发射装置的示意性框架图。该激光发射装置1可包括：发射电路11、自检电路12、控制电路13。其中，发射电路11包括激光发射器111和驱动器112，所述激光发射器111用于在所述驱动器112的驱动下发射激光脉冲信号；自检电路12，用于检测所述发射电路发射的激光脉冲信号的发射能量或发射功率；控制电路13用于根据所述自检电路的检测结果确定所述激光脉冲信号的发射能量或发射功率变化时调整所述发射电路的发射功率，使得所述发射电路的发射的激光脉冲信号的功率保持在预置范围内；或者，所述控制电路用于根据所述自检电路的检测结果确定是否关闭所述发射电路。
其中，可以理解，所述自检电路检测激光脉冲信号的发射能量或发射功率包括：检测激光脉冲信号的发射能量进而换算为发射功率，或检测激光脉冲信号的发射功率进而换算为发射能量，然后根据发射功率或发射能量的变化来调整发射电路的发射功率。
本发明一实施例中，图30是本发明实施例提供的一种自检电路的接线示意图。如图30所示，自检电路30包括：
光电转换电路21，用于接收所述发射电路发射的激光脉冲信号的部分，并将所述部分激光脉冲信号转换为电脉冲信号；
脉冲展宽电路22，用于将所述电脉冲信号进行展宽处理；
采样电路23，用于对经过所述展宽处理后的电信号进行采样。
可以理解，所述展宽处理后的电信号为电脉冲信号或者电平信号。其中，如果展宽处理后的电信号是电脉冲信号，那么，可选地，所述展宽处理后的电脉冲信号的占空比大于所述展宽处理前的电脉冲信号的占空比的至少3倍。
可选地，所述脉冲展宽电路22包括RC滤波电路。
可选地，所述RC滤波电路包括：
一阶RC滤波电路，包括第一电阻R2和第一电容C2，所述第一电阻R2一端接收来自光电转换电路的电信号，另一端连接所述第一电容C2的一端，所述第一电容C2的另一端接地。
可以理解，接收来自光电转换电路的电信号包括RC滤波电路直接和光电转换电路连接；也可以是RC滤波电路和光电转换电路之间还设置了其他电路。
可选地，所述RC滤波电路包括高阶滤波电路。
可选地，所述自检电路2还包括：
放大电路24，用于对所述RC滤波电路输出的信号进行放大。
可选地，所述放大电路24包括：
比例放大电路，包括第一运算放大器U1及第二电阻R3、第三电阻R4；所述第二电阻R3一端连接所述RC滤波电路，另一端连接所述第一运算放大器U1的负输入端；所述第一运算放大器U1的正输入端连接第一参考电源，输出端连接所述采样电路；所述第三电阻R4一端连接所述第一运算放大器U1的负输入端，另一端连接所述第一运算放大器U1的输入端。
可选地，所述自检电路2还包括：
耦合电路25，用于对所述光电转换电路21和所述放大电路24解耦。
可选地，所述耦合电路25包括：
第二电容C1，所述第二电容C1一端接收来自光电转换电路21的电信号，另一端连接所述RC滤波电路，以及第二参考电源。
可选地，所述光电转换电路21包括：
第七电阻R1，所述第七电阻R1一端连接所述光电二极管的正极，另一端接地；
所述光电二极管的负极接工作电源VCC。
继续参见图30，图30所示的自检电路的工作原理如下：
首先,光电转换电路21的光电二极管接收激光发射器中激光二极管发射的光脉冲信号后，光电二极管导通；所述光电二极管与电阻R1的连接点产生电信号，即所述光电转换电路将光脉冲信号转换为该电信号；
接着，经过包括电阻R2和电容C2的一阶RC滤波电路，将所述电信号展宽得到了近似直流或者低频信号，波形如图31所示；其中，经过RC滤波电路展宽的波形取决于RC滤波电路的时间常数τ＝R2*C2，时间常数τ取值越小，脉宽展开越小；
接着，所述滤波后的电信号经过比例放大器进行放大，其中比例放大器中电阻R3、R4的比值可以用来调整放大倍数，具体的放大倍数取决于设计需要和实际情况，放大后的电信号(即进行采样的电信号)如图32所示；
最后，对经过所述比例放大器的电信号进行采样。
实际应用中，激光常用高频窄脉冲的驱动方式，因此如果直接用ADC采样获取激光发射功率的话，ADC采样率非常高，从而成本昂贵。而本发明采用RC滤波的方式将高频窄脉冲展宽为低频甚至近乎直流的信号，经过放大器放大后再采用低采样率的ADC进行采样，从而大幅降低功率检测的成本。
此外，考虑到激光脉冲的占空比非常小，因此直接经过RC滤波后得到的直流或者低频信号电压非常小，难以直接通过一般的放大器进行信号放大，因此，还可以选择将光电转换电路所输出的电信号通过耦合电路25中的电容C1进行交流耦合到第二参考电源上，再经过放大器放大，从而实现低速的ADC采样信号值，同时电容C1也起到隔离前后电路的作用。需要说明的是，耦合电路可以根据需要选择设置或不设置。
本发明另一实施例中，所述自检电路包括：
光电转换电路，用于接收所述发射电路发射的激光脉冲信号的部分，并将所述部分激光脉冲信号转换为电脉冲信号；
峰值保持电路，用于保持所述电脉冲信号的峰值；
采样电路，用于对所述峰值保持电路的所保持的电脉冲信号的峰值进行采样。
本实施例中的自检电路与图30中所述的自检电路区别在于采样峰值保持电路代替图30中所述的脉冲展宽电路。
图33是本发明实施例提供的一种峰值保持电路的第一接线示意图。如图33所示，所述峰值保持电路包括：
第一二极管D1，第四电阻R5和第一储能电路C3，其中，所述第一二极管的D1一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第一二极管D1的另一端连接所述第四电阻R5的一端；所述第四电阻R5的另一端连接所述第一储能电路C3的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第一储能电路C3的另一端接第三参考电源。
图34是本发明实施例提供的一种峰值保持电路的第二接线示意图。如图34所示，所述峰值保持电路包括：
第二二极管D3，第五电阻R7和第二储能电路C4，其中，所述第二二极管D3的一端接收来自光电转换电路的电信号，所述第二二极管D3的另一端与所述第五电阻R7的一端，以及向所述采样电路输出信号；所述第五电阻R7的另一端连接所述第二储能电路C4的一端，所述第二储能电路C4的另一端连接第四参考电源。
可选地，所述自检电路还包括：
第一解耦电路，位于所述光电转换电路和所述峰值保持电路之间，用于对所述光电转换电路和所述峰值保持电路进行解耦。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第二运算放大器U2，所述第二运算放大器U2的正输入端接收来自光电转换电路的电信号，所述第二运算放大器U2的负输入端连接所述第二运算放大器的输出端，所述第二运算放大器U2的输出端连接所述峰值保持电路。
可选地，所述第一解耦电路包括：
第三运算放大器U4，所述第三运算放大器U4的正输入端接收所述光电转换电路的电信号，所述第三运算放大器U4的负输入端连接所述第二二极管与所述第五电阻连接的一端，所述第三运算放大器U4的输出端连接所述第二二极管的另一端。
可选地，所述峰值保持电路还包括：
所述第三运算放大器U4的正输入端还连接第五参考电源。
可选地，所述自检电路包括：
第二解耦电路，连接于所述采样电路和所述峰值保持电路之间，或所述采样电路之后，用于对所述第二解耦电路前后的电路进行解耦。
可选地，所述第二解耦电路包括：
第四运算放大器U3，第六电阻R6和第三二极管D2，其中，所述第四运算放大器U3的正输入端连接所述峰值保持电路或所述采样电路；所述第四运算放大器U3的负输入端连接所述第六电阻R6的一端，以及所述第三二极管D2的一端；所述第六电阻的另一端连接第六参考电源，所述第三二极管的另一端连接所述第四运算放大器U3的输出端；或
第五运算放大器U5，所述第五运算放大器U5的正输入端连接所述峰值保持电路或所述采样电路；所述第五运算放大器U5的负输入端连接所述第五运算放大器U5的输出端。
继续参见图33，图33所示的峰值保持电路的工作原理如下：
首先，光电转换电路的输出信号Singal_in输入运算放大器U2的正输入端，运算放大器U2的负输入端与运算放大器U2的输出端连接，形成电压跟随，以对所述光电转换电路和所述峰值保持电路进行解耦，运算放大器U2的输出端输出的信号与所述光电转换电路的输出信号Singal_in相同；
然后所述运算放大器U2的输出端输出的信号，当该信号上升或下降，使得二极管两端的电压超过二极管D1的阈值电压，则二极管D1导通，运算放大器U2的输出信号经过二极管D1和电阻R5对电容C3进行充电，此时电容C3的电压波形随着运算放大器U2的输出信号变化，经过峰值后下降或上升，当二极管两端的电压小于过二极管D1的阈值电压时，二极管D1关断，不再对电容C3继续充电；在这一过程中，通过电容C3的电压波形即检测并保持所述运算放大器U2的输出信号的峰值。
然后，电容C3的电信号输出至运算放大器U3的正输入端，所述运算放大器U3的负输入端连接电阻R6的一端，以及二极管D2的一端，电阻R6的另一端连接第六参考电源，二极管D2的另一端连接运算放大器U3的输出端，所述运算放大器U3、电阻R6和二极管D2构成第二解耦电路，即另一个电压跟随器，以对所述峰值保持电路及其他电路之间解耦。可以理解，该位于峰值保持电路之后的第二解耦电路还可以位于采样电路之后。
图33中的二极管D2位于运算放大器U1的反馈路径之外，电容C1保持的峰值相对Signal_in存在一个压降，而为了这个压降消除，那么必须保证二极管D2的电压与二极管D1的压降相同，即二极管D2和D1必须相同才能保证Signal_out保持的峰值与Signal_in一致。在精度要求满足的情况下，上述峰值保持电路没有问题，但是在精度要求非常高的时候，但实际上电子元器件存在个体差异性，基本不可能保证二极管D2和D1上的电压完全相等。
因此，本发明实施例提供了另一中峰值检测电路，参见图34，图34所示的峰值检测电路的工作原理如下：
首先，光电转换电路的输出信号Singal_In输入运算放大器U4的正输入端，运算放大器U4的负输入端与二极管D3的一端连接，二极管D3的另一端与运算放大器U2的输出端连接，以对所述光电转换电路和所述峰值保持电路进行解耦；
然后，同理，二极管D3导通，运算放大器U4的输出信号经过二极管D3和电阻R7对电容C4进行充电，此时电容C4的电压波形随着运算放大器U4的输出信号变化，经过峰值后下降或上升，当二极管两端的电压小于过二极管D3的阈值电压时，二极管D3关断，不再对电容C4继续充电；在这一过程中，通过电容C4的电压波形即检测并保持所述运算放大器U2的输出信号的峰值；
其中，二极管D3放在运算放大器U4的反馈回路中，那么运算放大器U5的正输入端与运算放大器U4的负输入端电压一致，从而保证运算放大器U5的输出端信号Signal_Out保持的峰值与所述光电转换电路的输出信号Signal_In的峰值一致，改进了上一实施例中峰值保持电路的二极管不匹配的问题，所以在峰值保持电路之后的第二解耦电路中即可不需要二极管或要与前面的第一解耦电路中的二极管相同。
然后，二极管D3和电阻R7的连接端输出信号至第二解耦电路，所述第二解耦电路可以采用上一实施例中第一或第二解耦电路的电路结构，在此不再赘述。可以理解，所述该位于峰值保持电路之后的第二解耦电路还可以位于采样电路之后。
需要说明的是，本发明的实施例中，所述第一解耦电路、峰值检测电路和第二解耦电路均包括至少一种形式，可以理解，三者之间可以根据设计需要和实际应用情况选择使用或不使用，以及互相配合设置，因此，除了本发明图中所述的电路设置，上述三者的相互之间配合设置的其它变化也均属于本发明的范围。
此外，在现有的峰值保持电路中，只在保持电容两端增加开关信号进行电荷的释放，但是当出现意外情况，例如当电荷释放的时候，由于运算放大器U4的正输入端电压值为Vref，负输入端还没恢复到Vref电压时，此时，如图35所示运算放大器U4的正、负输入端的信号波形，如果正输入端有微弱的干扰信号输入的话，运算放大器U4会进入深度饱和的状态，则电路无法响应，导致系统无法正常工作。因此，本发明在运算放大器U4正输入端加入开关S1，以防止其它信号的干扰。
可选地，所述自检电路还包括：复位电路，用于将所述峰值保持电路复位。
可选地，所述复位电路包括：
第一开关，第二开关和反相器，其中，所述开关一端接收所述光电转换电路的电信号，所述第一开关另一端连接于所述峰值保持电路或所述第一解耦电路；所述第二开关连接在所述第一储能电路或第二储能电路所述的两端；第一开关控制信号控制所述第一开关的通断，并经过反相器后生成第二开关控制信号控制所述第二开关的通断，使所述第一开关和第二开关的通断状态相反。
继续参见图34，所述复位电路包括开关S1、S2，和反相器；开关S2串联于输入信号与运算放大器U4的正输入端之间，开关S2并联与电容C4两端，以开关信号控制开关S1，且经过反相器后控制开关S2，这样即可保证开关S1和S2开闭的状态相反；当S2闭合时，电容C4进行电荷泄放，此时S1打开，从而保证微弱干扰信号无法进入U1的同相输入端，当整个放大器系统进入新的稳态后，S2打开，S1闭合，此时系统可以正常响应输入的脉冲信号。
可选地，所述控制电路13用于根据所述自检电路的检测结果调整所述发射电路的发射功率，使得所述发射电路的发射的激光脉冲信号的功率保持在预置范围内。
可选地，所述控制电路13用于根据所述采样电路的采样电压值调整所述发射电路的发射功率或关闭所述发射电路。
可选地，当所述采样电压值超过预置电压上限时，控制电路减小所述发射电路的增益；和/或，
当所述采样电压值低于预置电压下限时，控制电路增大所述发射电路的增益；和/或，
当所述采样电压值为0或几乎为0时，关闭所述发射电路。
可选地，所述激光发射装置内存储有所述发射电路的发射功率与所述采样电路的采样值的对应关系，所述控制电路用于根据所述对应关系调整所述发射电路的发射功率。
可以理解，存储的发射电路的发射功率与所述采样电路的采样值的对应关系可以是发射电路的电压和采样值的对应关系，或者是增益和采样值的对应关系，或者是其他对其调整时可以影响发射电路的发射功率的参数与采样值的对应关系。
具体来说，在实际应用场景中，激光发射频率在某一时间内处于恒定值。此时展宽脉冲的峰值与窄脉冲的峰值成一一对应关系；如果展宽电路直接把脉宽展宽为直流信号，那么直流信号的幅值与窄脉冲的能量值成一一对应关系。
因此，对于不同的发射功率，如果以相同的倍数放大，得到的直流信号幅值或者展宽脉冲峰值不一样；发射功率越大，ADC采样电压值越大，从而根据数据拟合，可以得到发射功率与ADC采样值的映射关系。那么可以根据ADC采样电压值反推发射功率，例如环境温度上升，发射功率相应下降，当功率检测电路发现功率下降时，反馈给系统从而提高发射电压，最终保持发射功率的稳定性。
还需要说明的是，本发明各个实施例中，第一参考电源至第六参考电源用于区分参考电源，其中第一参考电源至第六参考电源的电平可以相同，也可以不同。
还需要说明的是，本发明各个实施例中，第一电阻至第七电阻包括至少一个电阻及其串并联形式，第一电容至第第二储能电路包括至少一个电容及其串并联形式。
还需要说明的是，本发明各个实施例中，第一二极管至第三二极管的极性连接根据激光的正脉冲信号或负脉冲信号进行设置。
相较于现有技术，本发明提供的激光发射装置可以通过自检电路检测发射的激光脉冲信号的功率，及时反馈功率的相对变化或者激光发射的失效，并根据反馈的所述检测结果确定调整或关闭所述激光脉冲信号，从而保证在不同场景下激光波发射功率保持恒定，以及实现系统的失效自检的功能。
本发明各个实施例提供的各种电路可以应用于测距装置，该测距装置可以是激光雷达、激光测距设备等电子设备。在一种实施方式中，本发明各个实施例提供测距装置用于感测外部环境信息，例如，环境目标的距离信息、方位信息、反射强度信息、速度信息等。一种实现方式中，测距装置可以通过测量测距装置和探测物之间光传播的时间，即光飞行时间(Time-of-Flight，TOF)，来探测探测物到测距装置的距离。或者，测距装置也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置的距离，例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法，或者基于频率移动(frequency shift)测量的测距方法，在此不做限制。
为了便于理解，以下将结合图13所示的测距装置100对测距的工作流程进行举例描述。
测距装置100可以包括发射电路、接收电路、采样电路(TDC)和运算电路。其中，所述发射电路为上述实施例中所述发射电路，所述采样电路包括上述实施例中所述的放大电路等。
发射电路可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。接收电路可以接收经过被探测物反射的光脉冲序列，并对该光脉冲序列进行光电转换，以得到电信号，再对电信号进行处理之后可以输出给采样电路。采样电路可以对电信号进行采样，以获取采样结果。运算电路可以基于采样电路的采样结果，以确定测距装置100与被探测物之间的距离。
可选地，该测距装置100还可以包括控制电路，该控制电路可以实现对其他电路的控制，例如，可以控制各个电路的工作时间和/或对各个电路进行参数设置等。
应理解，虽然图1示出的测距装置中包括一个发射电路、一个接收电路、一个采样电路和一个运算电路，但是本申请实施例并不限于此，发射电路、接收电路、采样电路、运算电路中的任一种电路的数量也可以是至少两个。
一些实现方式中，除了图1所示的电路，测距装置100还可以包括扫描模块，用于将发射电路出射的激光脉冲序列改变传播方向出射。
其中，可以将包括发射电路、接收电路、采样电路和运算电路的模块，或者，包括发射电路、接收电路、采样电路、运算电路和控制电路的模块称为测距模块，该测距模块可以独立于其他模块，例如，扫描模块。
测距装置中可以采用同轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内共用至少部分光路。或者，测距装置也可以采用异轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内分别沿不同的光路传输。
测距装置100包括光收发装置，光收发装置包括光源103(包括上述的发射电路)、准直元件104、探测器105(可以包括上述的接收电路、采样电路和运算电路)和光路改变元件106。光收发装置121用于发射光束，且接收回光，将回光转换为电信号。光源103用于发射光束。在一个实施例中，光源103可发射激光束。可选的，光源103发射出的激光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。准直元件104设置于光源的出射光路上，用于准直从光源103发出的光束，将光源103发出的光束准直为平行光。准直元件还用于会聚经探测物反射的回光的至少一部分。该准直元件104可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。
如图13所示，通过光路改变元件106来将测距装置内的发射光路和接收光路在准直元件104之前合并，使得发射光路和接收光路可以共用同一个准直元件，使得光路更加紧凑。在其他的一些实现方式中，也可以光源103和探测器105分别使用各自的准直元件，将光路改变元件106设置在准直元件之后。
在图13所示实施例中，由于光源103出射的光束的光束发散角较小，测距装置所接收到的回光的光束发散角较大，所以光路改变元件可以采用小面积的反射镜来将发射光路和接收光路合并。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以采用带通孔的反射镜，其中该通孔用于透射光源103的出射光，反射镜用于将回光反射至探测器105。这样可以减小采用小反射镜的情况中小反射镜的支架会对回光的遮挡的情况。
在图13所示实施例中，光路改变元件偏离了准直元件104的光轴。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以位于准直元件104的光轴上。
测距装置100还包括扫描模块102。扫描模块102放置于光收发装置121的出射光路上，扫描模块102用于改变经准直元件104出射的准直光束119的传输方向并投射至外界环境，并将回光投射至准直元件104。回光经准直元件104汇聚到探测器105上。
在一个实施例中，扫描模块102可以包括一个或多个光学元件，例如，透镜、反射镜、棱镜、光栅、光学相控阵(Optical Phased Array)或上述光学元件的任意组合。在一些实施例中，扫描模块102的多个光学元件可以绕共同的轴109旋转，每个旋转的光学元件用于不断改变入射光束的传播方向。在一个实施例中，扫描模块102的多个光学元件可以以不同的转速旋转。在另一个实施例中，扫描模块102的多个光学元件可以以基本相同的转速旋转。
在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是绕不同的轴旋转。在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是以相同的方向旋转，或以不同的方向旋转；或者沿相同的方向振动，或者沿不同的方向振动，在此不作限制。
在一个实施例中，扫描模块102包括第一光学元件114和与第一光学元件114连接的驱动器116，驱动器116用于驱动第一光学元件114绕转动轴109转动，使第一光学元件114改变准直光束119的方向。第一光学元件114将准直光束119投射至不同的方向。在一个实施例中，准直光束119经第一光学元件改变后的方向与转动轴109的夹角随着第一光学元件114的转动而变化。在一个实施例中，第一光学元件114包括相对的非平行的一对表面，准直光束119穿过该对表面。在一个实施例中，第一光学元件114包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第一光学元件114包括楔角棱镜，对准直光束119进行折射。在一个实施例中，第一光学元件114上镀有增透膜，增透膜的厚度与光源103发射出的光束的波长相等，能够增加透射光束的强度。
在一个实施例中，扫描模块102还包括第二光学元件115，第二光学元件115绕转动轴109转动，第二光学元件115的转动速度与第一光学元件114的转动速度不同。第二光学元件115用于改变第一光学元件114投射的光束的方向。在一个实施例中，第二光学元件115与另一驱动器117连接，驱动器117驱动第二光学元件115转动。第一光学元件114和第二光学元件115可以由不同的驱动器驱动，使第一光学元件114和第二光学元件115的转速不同，从而将准直光束119投射至外界空间不同的方向，可以扫描较大的空间范围。在一个实施例中，控制器118控制驱动器116和117，分别驱动第一光学元件114和第二光学元件115。第一光学元件114和第二光学元件115的转速可以根据实际应用中预期扫描的区域和样式确定。驱动器116和117可以包括电机或其他驱动装置。
在一个实施例中，第二光学元件115包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第二光学元件115包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第二光学元件115包括楔角棱镜。在一个实施例中，第二光学元件115上镀有增透膜，能够增加透射光束的强度。
扫描模块102旋转可以将光投射至不同的方向，例如方向111和113，如此对测距装置100周围的空间进行扫描。当扫描模块102投射出的光111打到探测物101时，一部分光被探测物101沿与投射的光111相反的方向反射至测距装置100。扫描模块102接收探测物101反射的回光112，将回光112投射至准直元件104。
准直元件104会聚探测物101反射的回光112的至少一部分。在一个实施例中，准直元件104上镀有增透膜，能够增加透射光束的强度。探测器105与光源103放置于准直元件104的同一侧，探测器105用于将穿过准直元件104的至少部分回光转换为电信号。
在一些实施例中，光源103可以包括激光二极管，通过激光二极管发射纳秒级别的激光。例如，光源103发射的激光脉冲持续10ns。进一步地，可以确定激光脉冲接收时间，例如，通过探测电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间确定激光脉冲接收时间。如此，测距装置100可以利用脉冲接收时间信息和脉冲发出时间信息计算TOF，从而确定探测物101到测距装置100的距离。
测距装置100探测到的距离和方位可以用于遥感、避障、测绘、建模、导航等。
在一种实施方式中，本发明实施方式的测距装置可应用于移动平台，测距装置可安装在移动平台的平台本体。具有测距装置的移动平台可对外部环境进行测量，例如，测量移动平台与障碍物的距离用于避障等用途，和对外部环境进行二维或三维的测绘。在某些实施方式中，移动平台包括无人飞行器、汽车、遥控车、机器人、相机中的至少一种。当测距装置应用于无人飞行器时，平台本体为无人飞行器的机身。当测距装置应用于汽车时，平台本体为汽车的车身。该汽车可以是自动驾驶汽车或者半自动驾驶汽车，在此不做限制。当测距装置应用于遥控车时，平台本体为遥控车的车身。当测距装置应用于机器人时，平台本体为机器人。当测距装置应用于相机时，平台本体为相机本身。
本发明实施例中所使用的技术术语仅用于说明特定实施例而并不旨在限定本发明。在本文中，单数形式“一”、“该”及“所述”用于同时包括复数形式，除非上下文中明确另行说明。进一步地，在说明书中所使用的用于“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件。
在所附权利要求中对应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤以及功能元件的等同形式(如果存在的话)旨在包括结合其他明确要求的元件用于执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于实施例和描述的目的被给出，但并不旨在是穷举的或者将被发明限制在所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，多种修改和变形对于本领域的一般技术人员而言是显而易见的。本发明中所描述的实施例能够更好地揭示本发明的原理与实际应用，并使本领域的一般技术人员可了解本发明。
本发明中所描述的流程图仅仅为一个实施例，在不偏离本发明的精神的情况下对此图示或者本发明中的步骤可以有多种修改变化。比如，可以不同次序的执行这些步骤，或者可以增加、删除或者修改某些步骤。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种测距装置，其特征在于，至少包括环境光传感器、比较电路和运算电路，在所述比较电路中并行设置有多个预设阈值；
所述比较电路，用于接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
所述环境光传感器，用于获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
所述运算电路用于根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
2.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述运算电路具体用于比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若所述比较电路提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述比较电路提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
3.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述运算电路具体用于比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则确定所述光信号包括有效光脉冲信号。
4.如权利要求3所述的测距装置，其特征在于，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于至少挑选比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值被触发的时间信息。
5.如权利要求4所述的测距装置，其特征在于，若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则所述运算电路用于将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值被触发的时间信息丢弃。
6.如权利要求1至5任一项所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括光电转换电路，
所述光电转换电路，用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号、将所述电信号输出；
所述比较电路用于接收来自所述光电转换电路的电信号。
7.如权利要求6所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括控制电路，用于根据所述环境光传感器输出的环境光信号的强度将较小的部分预设阈值关闭；和/或
用于调整所述光电转换电路的增益，或调整比较电路的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值。
8.如权利要求1至5任一项所述的测距装置，其特征在于，所述比较电路包括多个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述电信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较的结果，其中，所述比较的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。
9.如权利要求8所述的测距装置，其特征在于，所述比较电路还包括时间数字转换器，所述时间数字转换器与所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。
10.如权利要求9所述的测距装置，其特征在于，所述比较电路包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述多个比较器的输出端分别与所述多个比较器一一对应的时间数字转换器电连接。
11.如权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括发射电路；
所述发射电路用于发射光脉冲信号；
所述比较电路所接收的电信号，来自所述发射电路发射的光脉冲信号经物体反射回的至少部分信号经处理后得到的电信号。
12.如权利要求11所述的测距装置，其特征在于，所述测距装置还包括光电转换电路和放大电路；
所述光电转换电路用于接收所述发射电路发射的光脉冲信号经物体反射回的至少部分信号，以及将所述至少部分信号转换为电脉冲信号输出；
所述放大电路用于对所述电脉冲信号进行放大处理；
其中，所述比较电路所接收的电信号来自所述放大电路放大处理后的电信号；所述运算电路用于根据所述比较电路输出的时间信息确定所述物体与所述测距装置之间的距离。
13.一种基于测距装置的时间测量方法，特征在于，包括：
在所述测距装置中并行设置有多个预设阈值；
接收经光信号处理得到的电信号，提取所述电信号所触发的预设阈值的时间信息；
获取所述时间信息所在时段内的环境光信号的强度；
根据所述环境光信号的强度，从所述触发的预设阈值的时间信息中，挑选出至少部分触发的预设阈值的时间信息，以及根据所述挑选出的所述时间信息进行运算。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括：比较所述比较电路提取的时间信息的数目以及与所述环境光信号的强度所能触发的阈值的数目；
若提取的时间信息的数目不大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号为噪声信号；和/或，
若提取的时间信息的数目大于所述环境光信号产生的时间信息的数目，则该光信号包括有效光脉冲信号。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法包括：比较所述电信号所触发的最大预设阈值与所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值的大小；
若所述电信号所触发的最大预设阈值不大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号为噪声信号；和/或，
若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则该光信号包括有效光脉冲信号。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括：若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则至少将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值大的预设阈值与所述电信号进行比较，提取相应时间信息。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括：若所述电信号所触发的最大预设阈值大于所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值，则将比所述环境光信号的强度对应的最大预设阈值小的预设阈值丢弃，不再与所述电信号进行比较。
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