CN112098973A - 用于激光雷达的光接收装置、光接收装置的动态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于激光雷达的光接收装置及动态调节该光接收装置的方法，包括：硅光电倍增管，配置成接收光子并转化为输出电信号；电压源，配置成向所述硅光电倍增管提供偏置电压；和调节单元，分别与所述电压源和所述硅光电倍增管耦接，配置成根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。本发明提供的光接收装置包括动态调节电路，该动态调节电路可根据环境光的强度调节硅光电倍增管的光子探测效率，从而实现在强环境光条件下，降低光子探测效率；在弱环境光条件下，提高光子探测效率，从而提高了激光雷达的测远能力。

Description

用于激光雷达的光接收装置、光接收装置的动态调节方法

技术领域

本发明涉及激光探测领域，尤其涉及一种用于激光雷达的光接收装置以及动态调节该光接收装置的方法。

背景技术

激光雷达目前被广泛应用在无人驾驶领域，其中硅光电倍增管(SiPM)作为接收端的光电传感器，相比于雪崩二极管(APD)，其制作工艺与CMOS工艺兼容，而且读取电路更简单，易于集成，是激光雷达接收端的理想传感器。

硅光电倍增管(SiPM)是由多个像素单元组成的阵列，所述像素单元为工作在盖革模式下的单光子雪崩二极管(SPAD)与其串联的淬灭电阻构成，其中每一个单光子雪崩光电二极管(SPAD)都与一个淬灭电阻串联。当有光子被单光子雪崩二极管接收后，形成电子空穴对，在空间电荷区内电子被加速得到足够的动能，通过碰撞电离形成二次电子空穴对，最终触发一个自永续电离级联，使得硅导电，从而产生电流。

在单光子雪崩二极管产生电流后，串联在单光子雪崩二极管的淬灭电阻会获得较高的分压使得单光子雪崩光电二极管两端的电压降低到击穿电压以下，从而阻止雪崩，随后单光子雪崩二极管重新充电恢复到击穿前的状态，进而又可以进行光子探测。

这个工作过程就决定了一个单光子雪崩二极管在探测到光子后会有一段恢复时间。而由单光子雪崩二极管(SPAD)与淬灭电阻串联构成的像素单元也具有这样的特性。

所述恢复时间会导致在环境光信号较强时，硅光电倍增管中的大部分像素单元会持续处于雪崩状态以及充电恢复过程中，而不能正常工作，这将严重影响使用其作为接收端的激光雷达的正常使用。

公开的技术中，通过一些特殊的处理来克服上述缺陷，例如：通过增加光阑来缩小接收视场。但光阑的使用会在旁轴光路中抑制激光雷达测量近距离目标的能力，并且在生产中会导致光学安装和对准更加困难；用作光阑的小孔在抑制激光雷达接收环境光的同时也会抑制激光雷达接收回波信号，从而降低激光雷达在弱环境光条件下的测远能力。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

为了解决硅光电倍增管在强环境光条件下，多个像素单元持续雪崩的问题，同时提升激光雷达在弱环境光条件下的测远能力，本发明提供一种用于激光雷达的光接收装置，包括：

硅光电倍增管，配置成接收光子并转化为输出电信号；

电压源，配置成向所述硅光电倍增管提供偏置电压；和

调节单元，分别与所述电压源和所述硅光电倍增管耦接，配置成根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述调节单元根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的偏置电压，从而调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述调节单元包括：

第一电阻单元，串接在所述电压源与所述硅光电倍增管之间，根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的电压；

第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

根据本发明的一个方面，所述调节单元包括：

电流检测单元，与所述电压源耦接，配置成检测经过所述硅光电倍增管的电流；

控制单元，与所述电流检测单元耦接，配置成根据所述电流输出控制信号；

电压调节单元，耦接在所述控制单元和所述硅光电倍增管之间，配置成可根据所述控制信号动态调节所述硅光电倍增管上的偏置电压。

根据本发明的一个方面，所述电流检测单元包括：

第二电阻单元，配置成其一端与所述电压源耦接，其另一端与所述电压调节单元的输入端耦接；

运算放大器，配置成两端与所述第二电阻单元耦接。

根据本发明的一个方面，所述光接收装置还包括第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

根据本发明的一个方面，所述硅光电倍增管配置成：接收环境光并转化为输出电信号。

根据本发明的一个方面，所述调节单元配置成：

当所述环境光的强度不小于所述第一阈值时，降低所述硅光电倍增管的光子探测效率；

当所述环境光的强度不大于所述第二阈值时，增大所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述第一阈值和第二阈值配置成可根据环境光强度的标准正态分布来确定。

根据本发明的一个方面，所述电压调节单元包括：可调节电阻值的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)中任一种。

根据本发明的一个方面，所述电压调节单元包括：低压差线性稳压器(LDO)，所述低压差线性稳压器(LDO)用于控制输出到所述硅光电倍增管的电压。

本发明还提供一种可动态调节如上所述的光接收装置的方法，包括：

通过所述硅光电倍增管接收光子并转化为输出电信号；

根据环境光的强度，通过所述调节单元调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述方法还包括：

根据环境光的强度，通过所述调节单元调节所述硅光电倍增管的偏置电压，从而调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述光接收装置还包括：第一电阻单元，串接在所述电压源与所述硅光电倍增管之间，第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，所述方法还包括：

通过第一电阻单元，根据环境光的强弱调节所述硅光电倍增管上的电压；

通过第一电容单元，在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

根据本发明的一个方面，所述光接收装置还包括：电流检测单元，与所述电压源耦接；控制单元，与所述电流检测单元耦接；电压调节单元，耦接在所述控制单元和所述硅光电倍增管之间，其中所述方法还包括：

通过所述电流检测单元检测经过所述硅光电倍增管的电流；

通过所述控制单元，根据所述电流输出控制信号；

通过所述电压调节单元，根据所述控制信号，动态调节所述硅光电倍增管上的偏置电压。

根据本发明的一个方面，所述光接收装置还包括：第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定，所述方法还包括：

当所述环境光的强度不小于所述第一阈值时，降低所述硅光电倍增管的光子探测效率；

当所述环境光的强度不大于所述第二阈值时，增大所述硅光电倍增管的光子探测效率。

根据本发明的一个方面，所述第一阈值和第二阈值可根据环境光强度的标准正态分布来确定。

本发明的优选实施例提供了一种具有动态调节电路的光接收装置，以及动态调节该光接收装置的方法，该动态调节电路可根据环境光的强度调节硅光电倍增管的光子探测效率，从而实现在强环境光条件下，降低光子探测效率，减少持续雪崩的像素单元个数；在弱环境光条件下，提高光子探测效率，从而提高激光雷达的测远能力。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示意性地示出了硅光电倍增管的结构；

图2示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光接收装置；

图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光接收装置；

图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光接收装置；

图5示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的光接收装置；

图6示出了根据本发明的一个优选实施例动态调节光接收装置的方法流程图；

图7示出了根据本发明的一个优选实施例根据双阈值动态调节光接收装置的方法流程图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，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"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"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。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

硅光电倍增管(SiPM)11的内部结构如图1所示，硅光电倍增管11最基础的单元是由工作在盖革模式下的单光子雪崩二极管(SPAD)111和串联的淬灭电阻112构成的像素单元(Pixel)(图中虚线框所示)。多个像素单元在二维方向上排列组成硅光电倍增管11。硅光电倍增管11的光子探测效率(Photon Detection Efficiency)是指硅光电倍增管11探测到的光子数量与入射光子数量的比值，即硅光电倍增管11将光信号转换为电信号的效率(例如：100个光子入射到硅光电倍增管11上，其中硅光电倍增管11探测到90个光子并转换为电信号，则硅光电倍增管11的光子探测效率为90％)。光子探测效率越高，表示硅光电倍增管对光子的敏感性越强；光子探测效率越弱，表示硅光电倍增管对光子的敏感性越弱。

硅光电倍增管11的工作过程为：单个光子入射到一个像素单元上时，若该光子被像素单元探测到，会导致像素单元中的单光子雪崩二极管111发生雪崩，单光子雪崩二极管111的结电容(图1未示出)积累的电荷从阳极流向阴极，单光子雪崩二极管111两端的偏压下降，雪崩停止，通过快输出电容113将单光子雪崩二极管111两端的电压变化量ΔV输出，之后通过淬灭电阻112向单光子雪崩二极管112的结电容充电，使其恢复到盖革模式，只有单光子雪崩二极管111恢复到盖革模式，才能继续响应下一个光子，其中淬灭电阻112向单光子雪崩二极管111的结电容充电的时间为单光子雪崩二极管111的恢复时间。

多个光子入射到不同的像素单元上时，将会导致多个单光子雪崩二极管111发生雪崩，这样与多个雪崩的光电二极管111相连的多个快输出电容113会将各个单光子雪崩二极管111的电压变化量输出，多个单光子雪崩二极管111输出的电压变化量相累加并输出总电压变化量ΔV，其中发生雪崩的单光子雪崩二极管111的数量越多，累加输出的总电压变化量ΔV越大；发生雪崩的单光子雪崩二极管111的数量越多，通过淬灭电阻对单光子雪崩二极管111中结电容充电的电荷数量就越多，即产生的充电电流越大。

由于硅光电倍增管能够探测单个光子，当持续的环境光较强时，硅光电倍增管中的大部分像素单元探测到环境光信号而持续处于雪崩及充电恢复过程中，这样的特性导致硅光电倍增管无法进行后续的探测。本发明提供一种具有动态调节电路的硅光电倍增管，所述动态调节电路能够根据环境光的强度调节硅光电倍增管的光子探测效率，从而实现在强环境光条件下，降低光子探测效率，减少持续雪崩的像素单元个数；在弱环境光条件下，提高光子探测效率，来提高激光雷达的测远能力。

根据本发明的一个优选实施例，如图2所示，本发明提供一种用于激光雷达的光接收装置10，包括：硅光电倍增管11、电压源12和调节单元13。硅光电倍增管11配置成接收光子并转化为输出电信号(总电压变化量ΔV)，该输出电信号可以是输出电压，用作探测信号，用以计算目标物的距离和/或反射率。电压源12配置成向硅光电倍增管11提供偏置电压，可通过调节该偏置电压调节硅光电倍增管11的光子探测效率。调节单元13分别与电压源12和硅光电倍增管11耦接，配置成根据环境光的强度调节硅光电倍增管11的光子探测效率。

根据本发明的一个优选实施例，硅光电倍增管11的光子探测效率由硅光电倍增管11两端的偏置电压决定，当硅光电倍增管11两端的偏置电压越大时，光子探测效率越高；当硅光电倍增管11两端的偏置电压越小时，光子探测效率越低。调节单元13根据环境光的强度可以主动或被动地调节硅光电倍增管11两端的偏置电压，从而调节硅光电倍增管11的光子探测效率。其中环境光的强度根据硅光电倍增管11的探测结果得出，环境光强度的变化使硅光电倍增管11中像素单元发生雪崩的个数改变，导致硅光电倍增管11产生的电流也相应地发生变化，由此可以根据经过硅光电倍增管11的电流变化，来动态调节硅光电倍增管11上的偏置电压。

根据本发明的一个优选实施例，如图3所示，光接收装置10的调节单元13包括：第一电阻单元131和第一电容单元132。第一电阻单元131串接在电压源12与硅光电倍增管11之间，根据环境光的强度调节硅光电倍增管11的偏置电压，当环境光升高时，第一电阻单元131使硅光电倍增管11的偏置电压下降，当环境光降低时，第一电阻单元131使硅光电倍增管11的偏置电压上升。第一电容单元132与硅光电倍增管11并联，配置成在接收信号光时使硅光电倍增管11上的偏置电压保持稳定。

具体地，在硅光电倍增管11和电压源12之间串联第一电阻单元131，在强环境光条件下，入射的光子数越多，发生雪崩的像素单元个数也越多，经过硅光电倍增管11的电流越大，经过第一电阻单元131的电流增加，从而使第一电阻单元131两端的电压上升，硅光电倍增管11的阳极和阴极之间的偏置电压下降，光子探测效率下降，发生雪崩的像素单元个数减少。而在弱环境光条件下，入射的光子数越少，发生雪崩的像素单元个数越少，经过硅光电倍增管11的电流越小，经过第一电阻单元131的电流减少，从而使第一电阻单元131两端的电压下降，硅光电倍增管11的阳极和阴极之间的偏置电压升高，光子探测效率上升，发生雪崩的像素单元个数增多。

第一电容单元132能够保证硅光电倍增管11在短时间内接收到激光脉冲时器件两端的偏置电压变化不大。当硅光电倍增管11探测到信号光时，由于信号光的持续时间很短(比如脉宽为3ns)，会使硅光电倍增管11的阳极和阴极之间的偏置电压下降很快，导致第一电容单元132释放比较少的电荷，由于第一电容单元132所存储的电荷量远大于所述释放的电荷量，所以第一电容单元132的总电荷量基本保持不变，因此硅光电倍增管11的阳极和阴极之间的偏置电压基本稳定；而当硅光电倍增管11探测到持续的环境光时，由于环境光的持续时间很长，导致第一电容单元132持续释放电荷，从而第一电容单元132两端电压持续下降，导致硅光电倍增管11两端的偏置电压持续下降，当第一电容单元132两端电压达到电压源12的电压与第一电阻单元131两端电压之差时，所述第一电容单元132停止释放电荷。

因此，第一电容单元132和第一电阻单元131的组合能够实现在有环境光的情况下，调节硅光电倍增管11的偏置电压，从而调节光子探测效率；在有信号光入射的情况下，稳定硅光电倍增管11的偏置电压，从而保证信号光被探测到，本领域技术人员容易理解，第一电阻单元和第一电容单元可以是电阻器件和电容器件，也可以是其他实现第一电阻单元和第一电容单元功能的器件。

根据本发明的一个优选实施例，如图4所示，光接收装置10的调节单元13包括：电流检测单元137、控制单元134和电压调节单元135。电流检测单元137与电压源12耦接，配置成检测经过硅光电倍增管11的电流。控制单元134与电流检测单元137耦接，配置成根据检测到的电流输出控制信号。电压调节单元135耦接在控制单元134和硅光电倍增管11之间，配置成可根据控制信号动态调节硅光电倍增管11上的偏置电压。

在硅光电倍增管11和电压源12之间串联电压调节单元135，电压调节单元135可以是可调节电阻值的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET),双极结型晶体管(BJT),也可以是低压差线性稳压器(LDO)等电压控制器件。电流检测单元137检测经过硅光电倍增管11的电流，控制单元134基于从电流检测单元137检测到的电流，对电压调节单元135进行控制，从而动态调节硅光电倍增管11阳极和阴极之间的偏置电压。在强环境光条件下，入射光子数越多，发生雪崩的像素单元个数越多，导致硅光电倍增管11电流增大，电压调节单元135调节硅光电倍增管11阳极和阴极之间的偏置电压，使偏置电压下降，光子探测效率下降，发生雪崩的像素单元个数减少。在弱环境光条件下，入射光子数越少，发生雪崩的像素单元个数越少，硅光电倍增管11的电流减小，电压调节单元135调节硅光电倍增管11的阳极和阴极之间的偏置电压，使偏置电压上升，光子探测效率上升，发生雪崩的像素单元个数增多。

根据本发明的一个优选实施例，控制单元134配置成：当环境光的强度不小于第一阈值时，控制所述电压调节单元135来调节偏置电压，降低硅光电倍增管11的光子探测效率；当环境光的强度不大于第二阈值时，控制所述电压调节单元135来调节偏置电压，增大硅光电倍增管11的光子探测效率。其中所述第一阈值和第二阈值可以根据环境光强度历史数据的标准正态分布来确定，比如根据环境光强度的标准正态分布，在距离环境光强度平均值的2个标准差来确定第一阈值和第二阈值，其中第一阈值为距离环境光强度平均值的2个正标准差的光强值；而第二阈值为距离环境光强度平均值的2个负标准差的光强值。同时，在信号光入射时，电压调节单元135也起到稳定偏置电压的作用。本领域技术人员容易理解，控制单元134所比较的对象可以是环境光的强度与第一阈值/第二阈值，也可以是流过硅光电倍增管11的当前电流与第一电流阈值/第二电流阈值，其中环境光的强度对应于当前电流，第一阈值对应于第一电流阈值，第二阈值对应于第二电流阈值。在探测电路设计完成之后，通过仿真或者实验，可以确定环境光为第一阈值时所对应的第一电流阈值，以及环境光为第二阈值时所对应的第二电流阈值，从而用于控制单元134的控制逻辑。

优选地，电压调节单元135可以通过瞬态增强型LDO电路实现，用于控制输出到所述硅光电倍增管的电压。

根据本发明的一个优选实施例，如图4所示，所述电流检测单元137包括第二电阻单元136，配置成其一端与所述电压源12耦接，其另一端与所述电压调节单元135的输入端耦接；运算放大器133，配置成两端与所述第二电阻单元136耦接。

根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，光接收装置10的调节单元13包括电流检测单元137、控制单元134、电压调节单元135和第一电容单元132。

电流检测单元137与电压源12耦接，配置成检测经过硅光电倍增管11的电流，其中所述电流检测单元137包括第二电阻单元136，配置成其一端与所述电压源12耦接，其另一端与所述电压调节单元135的输入端耦接；运算放大器133，配置成两端与所述第二电阻单元136耦接。控制单元134与电流检测单元137耦接，配置成根据电流输出控制信号。电压调节单元135耦接在控制单元134和硅光电倍增管11之间，配置成可根据控制信号动态调节硅光电倍增管11上的偏置电压。第一电容单元132与硅光电倍增管11并联，配置成在接收信号光时使硅光电倍增管11上的偏置电压保持稳定。

图5的实施例可以实现主动调节模式和被动调节模式的切换。在主动模式中，开关138断开，在硅光电倍增管11和电压源12之间串联第二电阻单元136和电压调节单元135，电压调节单元135可以是可调节电阻值的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT)。电流检测单元137检测经过硅光电倍增管11的电流，控制单元134基于从电流检测单元137检测到的电流，对电压调节单元135进行动态调节，从而动态调节硅光电倍增管11阳极和阴极之间的偏置电压。同时，在信号光入射时，电压调节单元135也起到稳定偏置电压的作用。在被动模式中，控制单元134关断，并使电压调节单元135保持不变(例如恒定电阻的状态)，开关138闭合，第二电阻单元136串接在电压源12与硅光电倍增管11之间，根据环境光的强度调节硅光电倍增管11的偏置电压。第一电容单元132与硅光电倍增管11并联，配置成在接收信号光时使硅光电倍增管11上的偏置电压保持稳定，本领域技术人员容易理解，第二电阻单元和第一电容单元可以是第二电阻和第一电容，也可以是其他实现第二电阻和第一电容功能的器件。其中所述环境光可以由所述硅光电倍增管接收并转换为输出电信号，输出的电信号可表征环境光的强度。

该双模式电路可以在主动模式和被动模式之间进行选择，主动模式的动态调节范围更大、响应速度快、调节精度高、可实现温度补偿，适用于检测更大的环境光范围、更高精度调节以及更大的工作温度范围等应用场景；被动模式相对节约功耗，适用于无需控制的应用场景，应用更简便。

根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，本发明还提供一种可动态调节如上所述的光接收装置10的方法20，包括：

在步骤S201中，通过硅光电倍增管11接收光子并转化为输出电信号，该输出电信号可以是输出电压，用作探测信号，用以计算目标物的距离和/或反射率。

在步骤S202中，根据环境光的强度，通过调节单元13调节硅光电倍增管11的光子探测效率。

根据本发明的一个优选实施例，调节方法20还包括：

根据环境光的强度，通过调节单元13调节硅光电倍增管11的偏置电压来调节硅光电倍增管11的光子探测效率。硅光电倍增管11的光子探测效率由硅光电倍增管11两端的偏置电压决定，当硅光电倍增管11两端的偏置电压越大时，光子探测效率越高；当硅光电倍增管11两端的偏置电压越小时，光子探测效率越低。调节单元13根据环境光的强度主动或被动地调节硅光电倍增管11上的偏置电压，从而调节硅光电倍增管11的光子探测效率。其中环境光强度的变化使硅光电倍增管11中像素单元发生雪崩的个数改变，导致硅光电倍增管11产生的电流也相应地发生变化，由此可以根据经过硅光电倍增管11的电流变化，来动态调节硅光电倍增管11上的偏置电压。

根据本发明的一个优选实施例，光接收装置10还包括：第一电阻单元131，串接在电压源12与硅光电倍增管11之间，第一电容单元132，与硅光电倍增管11并联，方法20还包括：

通过第一电阻单元131根据环境光的强弱调节硅光电倍增管11上的电压。

通过第一电容单元132在接收信号光时使硅光电倍增管11上的偏置电压保持稳定。

第一电容单元132和第一电阻单元131的组合能够实现在有环境光的情况下，调节硅光电倍增管11的偏置电压，从而调节光子探测效率；在有信号光入射的情况下，稳定硅光电倍增管11的偏置电压，从而保证信号光被探测到。

根据本发明的一个优选实施例，光接收装置10还包括：电流检测单元137，与电压源12耦接；控制单元134，与电流检测单元137耦接；电压调节单元135，耦接在控制单元134和硅光电倍增管11之间，方法20还包括：

通过电流检测单元137检测经过硅光电倍增管11的电流；

通过控制单元134根据检测到的电流输出控制信号；

通过电压调节单元135，根据该控制信号动态调节硅光电倍增管11上的偏置电压。

根据本发明的一个优选实施例，光接收装置10还包括：第一电容单元132，与硅光电倍增管11并联，配置成在接收信号光时使硅光电倍增管11上的偏置电压保持稳定，如图7所示，方法20的步骤S202具体包括：

在步骤S1中：检测环境光，可以通过硅光电倍增管的探测结果。

在步骤S2中：判断环境光的强度是否大于第一阈值。其中：

当环境光的强度大于第一阈值时，判断为强环境光，进入步骤S31-S33：认定检测到强环境光，降低硅光电倍增管两端的偏压，从而降低硅光电倍增管的光子探测效率。

当环境光的强度小于等于第一阈值时，进入步骤S4：判断环境光的强度是否小于第二阈值。其中：

当环境光的强度小于第二阈值时，判断为弱环境光，进入步骤S51-S53：认定检测到弱环境光，提高硅光电倍增管两端的偏压，从而提高硅光电倍增管的光子探测效率。

本发明的优选实施例提供了一种具有动态调节电路的光接收装置，以及动态调节该光接收装置的方法，该动态调节电路可根据环境光的强度调节硅光电倍增管的光子探测效率，从而实现在强环境光条件下，降低光子探测效率，减少持续雪崩的像素单元个数；在弱环境光条件下，提高光子探测效率，来提升激光雷达的测远能力。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种用于激光雷达的光接收装置，包括：

硅光电倍增管，配置成接收光子并转化为输出电信号；

电压源，配置成向所述硅光电倍增管提供偏置电压；和

调节单元，分别与所述电压源和所述硅光电倍增管耦接，配置成根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

2.如权利要求1所述的光接收装置，其中所述调节单元根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的偏置电压，从而调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

3.如权利要求2所述的光接收装置，其中所述调节单元包括：

第一电阻单元，串接在所述电压源与所述硅光电倍增管之间，根据环境光的强度调节所述硅光电倍增管的电压；

第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

4.如权利要求2所述的光接收装置，其中所述调节单元包括：

电流检测单元，与所述电压源耦接，配置成检测经过所述硅光电倍增管的电流；

控制单元，与所述电流检测单元耦接，配置成根据所述电流输出控制信号；

电压调节单元，耦接在所述控制单元和所述硅光电倍增管之间，配置成可根据所述控制信号动态调节所述硅光电倍增管上的偏置电压。

5.如权利要求4所述的光接收装置，其中所述电流检测单元包括：

第二电阻单元，配置成其一端与所述电压源耦接，其另一端与所述电压调节单元的输入端耦接；

运算放大器，配置成两端与所述第二电阻单元耦接。

6.如权利要求5所述的光接收装置，还包括第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

7.如权利要求1-6中任一项所述的光接收装置，其中所述硅光电倍增管配置成接收环境光并转化为输出电信号。

8.如权利要求1-7中任一项所述的光接收装置，其中所述调节单元配置成：

当所述环境光的强度不小于所述第一阈值时，降低所述硅光电倍增管的光子探测效率；

当所述环境光的强度不大于所述第二阈值时，增大所述硅光电倍增管的光子探测效率。

9.如权利要求8所述的光接收装置，其中所述第一阈值和第二阈值配置成可根据环境光强度的标准正态分布来确定。

10.如权利要求4-6中任一项所述的光接收装置，其中所述电压调节单元包括：可调节电阻值的金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和双极结型晶体管(BJT)中任一种。

11.如权利要求4-6中任一项所述的光接收装置，其中所述电压调节单元包括：低压差线性稳压器(LDO)，所述低压差线性稳压器(LDO)用于控制输出到所述硅光电倍增管的电压。

12.一种可动态调节如权利要求1-11中任一项所述的光接收装置的方法，包括：

通过所述硅光电倍增管接收光子并转化为输出电信号；

根据环境光的强度，通过所述调节单元调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

13.如权利要求12所述的方法，还包括：

根据环境光的强度，通过所述调节单元调节所述硅光电倍增管的偏置电压，从而调节所述硅光电倍增管的光子探测效率。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述光接收装置还包括：第一电阻单元，串接在所述电压源与所述硅光电倍增管之间，第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，所述方法还包括：

通过第一电阻单元，根据环境光的强弱调节所述硅光电倍增管上的电压；

通过第一电容单元，在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定。

15.如权利要求13所述的方法，其中所述光接收装置还包括：电流检测单元，与所述电压源耦接；控制单元，与所述电流检测单元耦接；电压调节单元，耦接在所述控制单元和所述硅光电倍增管之间，其中所述方法还包括：

通过所述电流检测单元检测经过所述硅光电倍增管的电流；

通过所述控制单元，根据所述电流输出控制信号；

通过所述电压调节单元，根据所述控制信号，动态调节所述硅光电倍增管上的偏置电压。

16.如权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述光接收装置还包括：第一电容单元，与所述硅光电倍增管并联，配置成在接收信号光时使所述硅光电倍增管上的偏置电压保持稳定，所述方法还包括：

当所述环境光的强度不小于所述第一阈值时，降低所述硅光电倍增管的光子探测效率；

当所述环境光的强度不大于所述第二阈值时，增大所述硅光电倍增管的光子探测效率。

17.如权利要求16所述的方法，所述第一阈值和第二阈值可根据环境光强度的标准正态分布来确定。

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