CN113625290A - 光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法 - Google Patents

光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法 Download PDF

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CN113625290A CN202010389963.0A CN202010389963A CN113625290A CN 113625290 A CN113625290 A CN 113625290A CN 202010389963 A CN202010389963 A CN 202010389963A CN 113625290 A CN113625290 A CN 113625290A
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Abstract

本申请实施例公开了一种光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法，其中该光电转换电路用于接收第一光信号并将该第一光信号转换为电信号，该光电转换电路包括n个光接收模组与电流控制电路，n大于1，其中该n个光接收模组用于接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为n路转换电流；该电流控制电路电性连接该n个光接收模组，用于根据m路转换电流生成该电信号，该m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，该电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。在光电测距场景下，通过设置电流控制电路，本申请实施例可以降低互阻放大器的损坏风险并保障光电测距设备的测量性能。

Description

光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法
技术领域
本发明涉及光电测距技术领域，尤其涉及一种光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法。
背景技术
光电测距电路通常包括激光器、光发射模组、光电探测器、放大器和信号处理电路，其中，激光器用于发射激光脉冲，光发射模组用于对该激光脉冲的光束做一定修正后将该激光脉冲以特定角度打到目标物上，光电探测器用于利用材料的光电效应，将输入的光信号转换为电信号输出给放大器进行放大，信号处理电路用于对放大后的电信号进行信号处理以提取目标物的距离信息。
由于放大器存在一定的线性工作区，当光电探测器接收了强脉冲光以至于放大器的输入信号较强时，会使得放大器偏离其线性工作区(或者说使得放大器饱和)。当放大器饱和时，一方面可能会对放大器芯片生成强冲击，造成芯片损坏，另一方面放大器的输出信号经信号处理电路处理后可能无法准确获取目标物的距离信息。
发明内容
本申请所要解决的技术问题在于，在光电测距场景下如何降低互阻放大器的损坏风险并保障光电测距设备的测量性能。
第一方面，本申请实施例了一种光电转换电路，用于接收第一光信号并将所述第一光信号转换为电信号，
该光电转换电路包括n个光接收模组与电流控制电路，n大于1，其中，
该n个光接收模组用于接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为n路转换电流；
该电流控制电路电性连接该n个光接收模组，用于根据m路转换电流生成该电信号，该m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，该电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。
在本申请实施例中，通过设置电流控制电路使得输入到互阻放大器的电流信号不超过使得该互阻放大器输出的转换电压饱和的峰值输入电流，一方面可以降低该互阻放大器因被大电流冲击而损坏的风险，另一方面可以保障包括该光电转换电路的光电测距设备的测量性能。
作为一种可选的实施方式，该电流控制电路还用于将n-m路转换电流泄放至接地端，该n-m路转换电流大于其对应的阈值电流。
作为另一种可选的实施方式，该电流控制电路还用于将n-m路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分泄放至接地端，该n-m路转换电流大于其对应的阈值电流。
作为一种可选的实施方式，该电流控制电路包括n-m个泄放电路，该n-m个泄放电路分别电性连接n-m个光接收模组，用于将该n-m路转换电流分别泄放至接地端。
作为另一种可选的实施方式，该电流控制电路包括n-m个泄放电路，该n-m个泄放电路分别电性连接n-m个光接收模组，用于将该n-m路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分分别泄放至接地端。
在上述两种实施方式下，该电信号用于输入互阻放大器进行放大以识别该待测物体的距离信息，该n路转换电流对应的阈值电流相同，且该阈值电流是根据该互阻放大器的特性确定的。
作为一种可选的实施方式，该电流控制电路还包括m个互阻放大器，其中，
该m个互阻放大器分别电性连接m个光接收模组，用于将该m路转换电流分别放大为m路转换电压；
该电流控制电路用于根据该m路转换电压生成该电信号。
作为另一种可选的实施方式，该电流控制电路还包括n个互阻放大器，其中，
该n个互阻放大器分别电性连接该n个光接收模组，用于将该m路转换电流和n-m路阈值电流分别放大为n路转换电压，该n-m路阈值电流为该n-m路转换电流被泄放掉大于其对应的阈值电流后剩余的部分；
该电流控制电路用于根据该n路转换电压生成该电信号。
在上述两种实施方式下，至少两路转换电流对应的阈值电流互不相同。
作为一种可选的实施方式，该电流控制电路包括n个比较电路，该n个比较电路电性连接该n个光接收模组，用于将该n路转换电流分别与其对应的阈值电流进行比较得到n个比较结果，该n个比较结果分别用于指示该n路转换电流是否大于其对应的阈值电流。
作为一种可选的实施方式，该n个光接收模组包括n个光电探测器，该n个光电探测器用于接收该第一光信号并将该第一光信号转换为该n路转换电流。
作为一种可选的实施方式，该光电转换电路还包括接收透镜，其中，
该接收透镜，用于接收该第一光信号；
该n个光接收模组用于从该接收透镜接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为该n路转换电流。
相较于现有技术采用单个光电探测器进行光电转换，在上述可选的实施方式中，通过采用探测器阵列进行光电转换，本申请实施例一方面可以提高光电测距设备的接收端动态范围，另一方面使得单个光电探测器更不容易饱和，可以降低单个光电探测器因被强光冲击而损坏的风险。
此外，在上述可选的实施方式中，通过在探测器阵列前端设置接收透镜，本申请实施例还可以提高光电探测器的感光面占空比。
第二方面，本申请实施例提供了一种光电测距设备，该光电测距设备包括上述第一方面的光电转换电路。基于同一发明构思，由于该光电测距设备解决问题的原理以及有益效果可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式以及所带来的有益效果，因此该光电测距设备的实施可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式，重复之处不再赘述。
第三方面，本申请实施例提供了一种汽车，该汽车包括上述第二方面的光电测距设备。基于同一发明构思，由于该汽车解决问题的原理以及有益效果可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式以及所带来的有益效果，因此该汽车的实施可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式，重复之处不再赘述。
第四方面，本申请实施例提供了一种光电测距方法，应用于上述第一方面的光电转换电路，该光电测距方法包括：
接收第一光信号并将该第一光信号转换为n路转换电流；
根据m路转换电流生成电信号，其中，该m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，该电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。
基于同一发明构思，由于该光电测距方法解决问题的原理以及有益效果可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式以及所带来的有益效果，因此该光电测距方法的实施可以参见上述第一方面的光电转换电路和第一方面的各可能的实现方式，重复之处不再赘述。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种光电测距设备的框架示意图；
图2是本申请实施例提供的另一种光电测距设备的框架示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种光电测距设备的框架示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种光电测距设备的框架示意图；
图5是本申请实施例提供的一种光电测距方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例进行详细说明。
请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种光电测距设备的框架示意图。如图1所示，该光电测距设备10可以包括控制电路11、信号发生电路12、激光器13、光发射模组14、接收透镜15、光电转换电路16、互阻放大器(Trans-Impedance Amplifier，TIA)17和模数转换(AnalogtoDigital Converter，ADC)电路18。其中，该光电测距设备10可以包括但不限于激光雷达(Light Detection and Ranging，Lidar)、激光测距仪等。
在本申请实施例中，该控制电路11用于发送激光发生信号给该信号发生电路12，该信号发生电路12用于控制该激光器13发射第二光信号并向该控制电路11发送控制信号。该光发射模组14用于对该第二光信号进行修正，使得该第二光信号以特定角度打到待测物体上。该接收透镜15用于接收该待测物体反射的第三光信号，作为一种可选的实施方式，该接收透镜15例如可以为微透镜。该光电转换电路16用于从该接收透镜15接收第一光信号并将该第一光信号转换为电流信号Itotal。其中，该第三光信号包括该第一光信号，且该第三光信号的功率大于或等于该第一光信号的功率。该互阻放大器17用于将该电流信号Itotal放大为转换电压Vout，该转换电压Vout可以表示为Vout＝Itotal*Rf，其中Rf为该互阻放大器17的放大倍数。该模数转换电路18用于对该转换电压进行模数转换，该控制电路11根据该控制信号对该模数转换电路18输出的数字信号进行信号处理以获取该待测物体的信息。具体地，该控制电路11可以对接收波形的峰值位置、峰值强度、上升沿等分析可以获得该待测物体的信息。
其中，该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号均为脉冲光。该待测物体的信息可以包括但不限于该待测物体的距离、反射率、外形尺寸等信息。
在本申请实施例中，该光电转换电路16可以包括n个光接收模组161和电流控制电路162。其中，该n个光接收模组161用于接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为n路转换电流，n为大于1的整数。具体地，第i个光接收模组161用于接收第i路光信号并将第i路光信号转换为第i路转换电流，1≤i≤n，该n个光接收模组161分别接收的n路光信号叠加起来即为该第一光信号。该n路转换电流中的m路转换电流小于或等于预设的阈值电流，其余n-m路转换电流大于该阈值电流，m小于或等于n。该电流控制电路162电性连接该n个光接收模组161，用于根据该m路转换电流生成上述电流信号Itotal。
作为一种可选的实施方式，如图2所示，该n个光接收模组161可以包括相同类型相同尺寸的n个光电探测器1611，该n个光电探测器1611可以拼接成探测器阵列。在这种情形下，该接收透镜15还用于将该第三光信号扩展为面光束照射到该n个光电探测器1611的感光面。该n个光电探测器1611用于利用材料的光电反应，将接收到的第一光信号进行光电转换分别得到n路转换电流。具体地，任意一个光接收模组161包括一个光电探测器1611。
该光电探测器1611对接收的光信号进行光电转换得到的转换电流I可以表示为：I＝R*P*M。其中，R表示该光电探测器1611的响应度，P表示该光信号的功率，M表示该光电探测器1611的增益。
在本申请实施例中，该n个光电探测器1611采用后离焦接收，即该n个光电探测器1611的感光面与焦平面(Focal Plane)平行但位于光学系统焦点(包括前焦点或后焦点)远离该接收透镜15的一侧。其中，焦平面是指经过光学系统焦点且垂直于系统主光轴的平面。由于受待测物体表面信息不确定的影响(如待测物体表面各处反射率不同或待测物体表面存在高低起伏)，各个光电探测器1611接收到的视场可能不一样，因此各个光电探测器1611接收到的光信号的功率可能不同。
举例来说，当该光电转换电路16包括4个光电探测器1611时，该4个光电探测器1611接收的光信号的功率可以分别为P1、P2、P3和P4，从而该4个光电探测器1611转换得到的4路转换电流分别为I1＝R1*P1*M1，I2＝R2*P2*M2，I3＝R3*P3*M3和I4＝R4*P4*M4。
通常在系统达到稳定时，该光电探测器1611工作在固定偏压下，因此该光电探测器1611的响应度与增益相对稳定，该光电探测器1611转换得到的转换电流与接收的光信号的功率成正比。
在本申请实施例中，该n个光电探测器1611可以包括但不限于雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)、PIN光电二极管或SiPM硅光电倍增管(SiliconPhotomultiplier，SiPM)。
作为一种可选的实施方式，如图2所示，该电流控制电路162可以包括n个电流控制子电路1621，该n个电流控制子电路1621分别电性连接该n个光电探测器1611。通过精确控制各个光电探测器1611的接收光程及引线长度相同，多个电流控制子电路1621的输出信号可以在时间轴上同一时刻线性叠加。其中，任意一个电流控制子电路1621可以包括一个比较电路162a和一个开关电路162b，从而该电流控制电路162包括n个比较电路162a和n个开关电路162b。
该n个比较电路162a分别电性连接该n个光电探测器1611，具体地，第i个比较电路162a电性连接第i个光电探测器1611。该n个比较电路162a用于将该n个光电探测器1611输出的转换电流分别与该阈值电流进行比较得到n个比较结果，该n个比较结果分别用于指示该n路转换电流是否大于该阈值电流。具体地，第i个比较结果用于指示第i路转换电流是否大于该阈值电流。其中，第i路转换电流是否大于该阈值电流可以理解为第i路转换电流的峰值是否大于该阈值电流。在本申请实施例中，该n个比较结果用于指示该n路转换电流中的m路转换电流小于或等于预设的阈值电流，其余n-m路转换电流大于该阈值电流，m≤n。
在本申请实施例中，该阈值电流是根据该互阻放大器17的特性确定的。作为一种可选的实施方式，该阈值电流可以是根据使得该互阻放大器17输出的转换电压饱和的峰值输入电流确定的，且n个阈值电流之和不大于该峰值输入电流。
举例来说，若使得该互阻放大器17的输出电压饱和的峰值输入电流为Is，且该光电转换电路16包括4个光电探测器1611，那么该阈值电流可以设置为Is/4。
该n个开关电路162b分别电性连接该n个比较电路162a，具体地，第i个开关电路162b电性连接第i个比较电路162a。该n个开关电路162b分别用于接收该n个比较结果，具体地，第i个开关电路162b用于接收第i个比较结果。
当第i个比较结果指示第i路转换电流小于该阈值电流时，第i个开关电路162b关断，第i个光电探测器1611电性连接该互阻放大器17，用于将第i路转换电流输出到该互阻放大器17。
当第i个比较结果指示第i路转换电流大于或等于该阈值电流时，第i个开关电路162b导通，第i个光电探测器1611电性连接第i个开关电路162b，用于将第i路转换电流输出到该第i个开关电路162b。
在这种情形下，作为一种可选的实施方式，该第i个开关电路162b作为泄放电路，用于将该第i路转换电流全部泄放至接地端。在该实施方式下，该电流控制电路162具体用于将小于或等于该阈值电流的m路转换电流叠加为该电流信号Itotal并将该电流信号Itotal输出到该互阻放大器17。
举例来说，当该阈值电流为Is/4时，若该光电转换电路16包括4个光电探测器1611，且该4个光电探测器1611转换得到的4路转换电流分别为I1、I2、I3和I4，其中I1<Is/4、I2<Is/4、I3>Is/4、I4<Is/4时，那么该光电转换电路16转换得到的电流信号Itotal可以表示为Itotal＝I1+I2+I4。
作为另一种可选的实施方式，该第i个开关电路162b作为泄放电路，用于将该第i路转换电流中大于该阈值电流的部分泄放至接地端，该第i个光电探测器1611还电性连接该互阻放大器17，用于将一路阈值电流输出到该互阻放大器17，该路阈值电流为该第i路转换电流泄放掉大于该阈值电流的部分后剩余的部分，也就是说，该路阈值电流即为第i路转换电流对应的阈值电流。在该实施方式下，该电流控制电路162具体用于将小于该阈值电流的m路转换电流和n-m路阈值电流叠加为该电流信号Itotal并将该电流信号Itotal输出到该互阻放大器17。
举例来说，当该阈值电流为Is/4时，若该光电转换电路16包括4个光电探测器1611，且该4个光电探测器1611转换得到的4路转换电流分别为I1、I2、I3和I4，其中I1<Is/4、I2<Is/4、I3>Is/4、I4<Is/4时，那么该光电转换电路16转换得到的电流信号Itotal可以表示为Itotal＝I1+I2+Is/4+I4。
由于该n路转换电流中的n-m路转换电流大于该阈值电流，因此该n个开关电路162b中的n-m个开关电路162b可以作为泄放电路，即该电流控制电路162可以包括n-m个泄放电路。
作为一种可选的实施方式，该电流控制电路162和该互阻放大器17可以集成在同一芯片中。
作为另一种可选的实施方式，该电流控制电路162和该n个探测器1611拼接成的探测器阵列可以集成封装在管壳内，构成探测器模组。
在光电测距场景下，相较于现有技术采用单个光电探测器进行光电转换，本申请实施例通过采用相同类型相同尺寸的n个光电探测器1611拼接成探测器阵列(如相同尺寸的n个APD或相同尺寸的n个PIN或相同尺寸的n个SiPM)进行光电转换，可以将该光电测距设备10的接收端动态范围提高n倍。也就是说，在本申请实施例中，探测器阵列的规模越大(即该探测器阵列包括的光电探测器越多)，该光电测距设备10的接收端动态范围越高。其中，该光电测距设备10的接收端动态范围是指该n个光电探测器1611支持的最高光功率与最低光功率的比值。
其次，本申请实施例采用探测器阵列接收该第一光信号，将该第一光信号分散到n个光电探测器1611上，有效降低了单个光电探测器1611接收的光信号，一方面使得单个光电探测器1611更不容易饱和，有助于该光电测距设备10获得更准确的入射光强度信息，另一方面可以降低单个光电探测器1611因被强光冲击而损坏的风险。
再次，在本申请实施例中，通过设置电流控制电路162使得输入到互阻放大器17的电流信号不超过使得该互阻放大器17输出的转换电压饱和的峰值输入电流，一方面可以降低该互阻放大器17因被大电流冲击而损坏的风险，另一方面可以保障该光电测距设备10的测量性能，如测量待测物体的距离、反射率、外形尺寸等信息的性能。
此外，通过在n个光电探测器1611前端设置接收透镜15，本申请实施例还可以提高该n个光电探测器1611的感光面占空比，即可以提高该n个光电探测器1611接收的第一光信号的功率。理论上，该n个光电探测器1611接收的第一光信号的功率可以等于该接收透镜15接收的第三光信号的功率。
请参见图3，图3是本申请实施例提供的另一种光电测距设备的框架示意图。如图3所示，该光电测距设备20可以包括控制电路21、信号发生电路22、激光器23、光发射模组24、接收透镜25、光电转换电路26和模数转换电路27。其中，该光电测距设备20包括但不限于Lidar、激光测距仪等。
在本申请实施例中，该控制电路21用于发送激光发生信号给该信号发生电路22，该信号发生电路22用于控制该激光器23发射第二光信号并向该控制电路21发送控制信号。该光发射模组24用于对该第二光信号进行修正，使得该第二光信号以特定角度打到待测物体上。该接收透镜25用于接收该待测物体反射的第三光信号，作为一种可选的实施方式，该接收透镜25例如可以为微透镜。该光电转换电路26用于从该接收透镜25接收第一光信号并将该第一光信号转换为电压信号Vtotal。其中，该第三光信号包括该第一光信号，且该第三光信号的功率大于或等于该第一光信号的功率。该模数转换电路27用于对该电压信号Vtotal进行模数转换，该控制电路21根据该控制信号对该模数转换电路27输出的数字信号进行信号处理以获取该待测物体的信息。具体地，该控制电路21可以对接收波形的峰值位置、峰值强度、上升沿等分析可以获得该待测物体的信息。
其中，该第一光信号、该第二光信号和该第三光信号均为脉冲光。该待测物体的信息可以包括但不限于该待测物体的距离、反射率、外形尺寸等信息。
在本申请实施例中，该光电转换电路26可以包括n个光接收模组261和电流控制电路262。其中，该n个光接收模组261用于接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为n路转换电流，n为大于1的整数。具体地，第i个光接收模组261用于接收第i路光信号并将第i路光信号转换为第i路转换电流，1≤i≤n，该n个光接收模组261分别接收的n路光信号叠加起来即为该第一光信号。该n路转换电流中的m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，其余n-m路转换电流大于其对应的阈值电流，m小于或等于n。该电流控制电路262电性连接该n个光接收模组261，用于根据该m路转换电流生成上述电压信号Vtotal。
作为一种可选的实施方式，如图4所示，该n个光接收模组261可以包括n个光电探测器2611，该n个光电探测器2611可以拼接成探测器阵列。其中，该n个光电探测器2611的尺寸相同但类型不完全相同，即该n个光电探测器2611中存在至少两个光电探测器2611，其类型互不相同。在这种情形下，该接收透镜25还用于将该第三光信号扩展为面光束照射到该n个光电探测器2611的感光面。该n个光电探测器2611用于利用材料的光电反应，将接收到的第一光信号进行光电转换分别得到n路转换电流。具体地，任意一个光接收模组261包括一个光电探测器2611。
该光电探测器2611对接收的光信号进行光电转换得到的转换电流I可以表示为：I＝R*P*M。其中，R表示该光电探测器2611的响应度，P表示该光信号的功率，M表示该光电探测器2611的增益。
在本申请实施例中，该n个光电探测器2611采用后离焦接收，即该n个光电探测器2611的感光面与焦平面平行但位于光学系统焦点(包括前焦点或后焦点)远离该接收透镜25的一侧。其中，焦平面是指经过光学系统焦点且垂直于系统主光轴的平面。由于受待测物体表面信息不确定的影响(如待测物体表面各处反射率不同或待测物体表面存在高低起伏)，各个光电探测器2611接收到的视场可能不一样，因此各个光电探测器2611接收到的光信号的功率可能不同。
举例来说，当该光电转换电路26包括4个光电探测器2611时，该4个光电探测器2611接收的4路光信号的功率可以分别为P1、P2、P3和P4，从而该4个光电探测器2611转换得到的4路转换电流分别为I1＝R1*P1*M1，I2＝R2*P2*M2，I3＝R3*P3*M3和I4＝R4*P4*M4。
通常在系统达到稳定时，该光电探测器2611工作在固定偏压下，因此该光电探测器2611的响应度与增益相对稳定，该光电探测器2611转换得到的转换电流与接收的光信号的功率成正比。
在本申请实施例中，该n个光电探测器2611可以包括但不限于APD、PIN或SiPM。其中，APD、PIN和SiPM三者的增益、探测极限和饱和光功率如表1所示。
表1 APD、PIN和SiPM的特性对比
PIN APD SiPM
增益 1 1-10<sup>3</sup> 10<sup>5</sup>-10<sup>6</sup>
探测极限 ～10<sup>8</sup>-10<sup>9</sup>ph.e. ～100ph.e. ～1ph.e.
饱和光功率 高 中 低
作为一种可选的实施方式，如图4所示，该电流控制电路262可以包括n个电流控制子电路2621，该n个电流控制子电路2621分别电性连接该n个光电探测器2611。通过精确控制各个光电探测器2611的接收光程及引线长度相同，多个电流控制子电路2621的输出信号可以在时间轴上同一时刻线性叠加。其中，任意一个电流控制子电路2621可以包括一个比较电路262a、一个开关电路262b和一个互阻放大器263c，从而该电流控制电路262包括n个比较电路262a、n个开关电路262b和n个互阻放大器263c。
其中，该n个互阻放大器263c与该n个光电探测器2611一一对应，即第i个互阻放大器263c与第i个光电探测器2611对应。此外，第i个互阻放大器263c的放大倍数可以是根据第i个光电探测器2611的类型确定的。例如，当第i个光电探测器2611为PIN时，由于PIN无增益特性，输出的第i路转换电流较小，因此第i个电流控制子电路2621中可以设置放大倍数较大的TIA作为第i个互阻放大器263c。又例如，当第i个光电探测器2611为SiPM时，由于SiPM增益较高，输出的第i路转换电流较大，因此第i个电流控制子电路2621中可以设置放大倍数较小的TIA作为第i个互阻放大器263c。
该n个比较电路262a分别电性连接该n个光电探测器2611，具体地，第i个比较电路262a电性连接第i个光电探测器2611。该n个比较电路262a用于将该n个光电探测器2611输出的转换电流分别与其对应的阈值电流进行比较得到n个比较结果，该n个比较结果分别用于指示该n路转换电流是否大于其对应的阈值电流。具体地，第i个比较结果用于指示第i路转换电流是否大于其对应阈值电流。其中，第i路转换电流是否大于其对应的阈值电流可以理解为第i路转换电流的峰值是否大于其对应的阈值电流。在本申请实施例中，该n个比较结果用于指示该n路转换电流中的m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，其余n-m路转换电路大于其对应的阈值电流，m≤n。
在本申请实施例中，第i路转换电流对应的阈值电流可以是根据使得第i个互阻放大器263c输出的转换电压饱和的峰值输入电流确定的。作为一种可选的实施方式，第i路转换电流对应的阈值电流可以为使得第i个互阻放大器263c输出的转换电压饱和的峰值输入电流。
该n个开关电路262b分别电性连接该n个比较电路262a，具体地，第i个开关电路262b电性连接第i个比较电路262a。该n个开关电路262b分别用于接收该n个比较结果，具体地，第i个开关电路262b用于接收第i个比较结果。
当第i个比较结果指示第i路转换电流小于其对应的阈值电流时，第i个开关电路262b关断，第i个光电探测器2611电性连接第i个互阻放大器263c，用于将第i路转换电流输出到该第i个互阻放大器263c。
当第i个比较结果指示第i路转换电流大于或等于其对应的阈值电流时，第i个开关电路262b导通，第i个光电探测器2611电性连接第i个开关电路262b，用于将第i路转换电流输出到该第i个开关电路262b。
在这种情形下，作为一种可选的实施方式，该第i个开关电路262b作为泄放电路，用于将该第i路转换电流全部泄放至接地端。在该实施方式下，小于或等于其对应的阈值电流的m路转换电流对应的m个互阻放大器263c用于将该m路转换电流放大为m路转换电压，该电流控制电路262具体用于将该m路转换电压叠加为该电压信号Vtotal并将该电压信号Vtotal输出到该模数转换电路27。
举例来说，当该光电转换电路26包括4个光电探测器2611和4个互阻放大器263c，该4个光电探测器2611转换得到的4路转换电流分别为I1、I2、I3和I4，I1、I2、I3和I4对应的阈值电流分别为Is1、Is2、Is3和Is4，且该4个互阻放大器263c的放大倍数分别为Rf1、Rf2、Rf3和Rf4时，若I1<Is1、I2<Is2、I3>Is34、I4<Is4，那么该光电转换电路26转换得到的电压信号Vtotal可以表示为Vtotal＝I1*Rf1+I2*Rf2+I4*Rf4。
作为另一种可选的实施方式，该第i个开关电路262b作为泄放电路，用于将该第i路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分泄放至接地端，该第i个光电探测器2611还电性连接该第i个互阻放大器263c，用于将一路阈值电流输出到该第i个互阻放大器263c，该路阈值电流为该第i路转换电流泄放掉大于其对应的阈值电流的部分后剩余的部分，也就是说，该路阈值电流即为第i路转换电流对应的阈值电流。在该实施方式下，小于或等于其对应的阈值电流的m路转换电流对应的m个互阻放大器263c用于将该m路转换电流放大为m路转换电压，大于其对应的阈值电流的n-m路转换电流对应的n-m个互阻放大器263c用于将n-m路阈值电流放大为n-m路转换电压，该电流控制电路262具体用于将n路转换电压叠加为该电压信号Vtotal并将该电压信号Vtotal输出到该模数转换电路27。
举例来说，当该光电转换电路26包括4个光电探测器2611和4个互阻放大器263c，该4个光电探测器2611转换得到的4路转换电流分别为I1、I2、I3和I4，I1、I2、I3和I4对应的阈值电流分别为Is1、Is2、Is3和Is4，且该4个互阻放大器263c的放大倍数分别为Rf1、Rf2、Rf3和Rf4时，若I1<Is1、I2<Is2、I3>Is3、I4<Is4，那么该光电转换电路26转换得到的电压信号Vtotal可以表示为Vtotal＝I1*Rf1+I2*Rf2+Is3*Rf3+I4*Rf4。
由于该n路转换电流中的n-m路转换电路大于其对应的阈值电流，因此该n个开关电路262b中的n-m个开关电路262b可以作为泄放电路，即该电流控制电路262可以包括n-m个泄放电路。
在具体实施过程中，该电流控制电路262和该n个探测器2611拼接成的探测器阵列可以集成封装在管壳内，构成探测器模组。
在光电测距场景下，相较于现有技术采用单个APD进行光电转换，本申请实施例通过采用相同尺寸的n个光电探测器2611拼接成探测器阵列进行光电转换，且该n个光电探测器2611中包括PIN和/或SiPM。如表1所示，SiPM的探测极限(即SiPM支持的最低光功率)相较于APD提高了102倍。由于光电探测器的饱和光功率P＝I/(R*M)与增益M成反比，且PIN和APD的响应度R接近，因此PIN的饱和光功率P(即PIN支持的最高光功率)相较于APD提高了约102倍。可以理解，若该n个光电探测器2611中仅包括x个PIN或SiPM，则该光电测距设备20的接收端动态范围可以提高约x*102倍，若该n个光电探测器2611中同时包括x个PIN和y个SiPM，则该光电测距设备20的接收端动态范围可以提高约x*y*104倍。
其次，本申请实施例采用探测器阵列接收该第一光信号，将该第一光信号分散到n个光电探测器2611上，有效降低了单个光电探测器2611接收的光信号，一方面使得单个光电探测器2611更不容易饱和，有助于该光电测距设备20获得更准确的入射光强度信息，另一方面可以降低单个光电探测器2611因被强光冲击而损坏的风险。
再次，在本申请实施例中，通过设置该电流控制电路262使得输入到任意一个互阻放大器263c的电流信号不超过使得该互阻放大器263c输出的转换电压饱和的峰值输入电流，一方面可以降低各个互阻放大器263c因被大电流冲击而损坏的风险，另一方面可以保障该光电测距设备20的测量性能，如测量待测物体的距离、反射率、外形尺寸等信息的性能。
此外，通过在n个光电探测器2611前端设置接收透镜25，本申请实施例还可以提高该n个光电探测器2611的感光面占空比，即可以提高该n个光电探测器2611接收的第一光信号的功率。理论上，该n个光电探测器2611接收的第一光信号的功率可以等于该接收透镜25接收的第三光信号的功率。
请参看图5，图5是本申请实施例提供的一种光电测距方法的流程示意图。其中，该光电测距方法可以应用于前述任一实施例所示的光电测距设备(即图1至图4所示的光电测距设备)，该光电测距方法包括：
S31：接收第一光信号并将该第一光信号转换为n路转换电流。
其中，该光电测距设备包括光电转换电路，用于接收第一光信号并将该第一光信号转换为电信号。其中，该电信号可以包括电流信号Itotal或电压信号Vtotal。
具体地，该光电转换电路包括n个光接收模组与电流控制电路，n大于1。其中，该n个光接收模组用于接收该第一光信号并将该第一光信号分别转换为n路转换电流。
在本申请实施例中，该n个光接收模组可以包括n个光电探测器，该n个光电探测器可以拼接成探测器阵列。该n个光电探测器用于利用材料的光电反应，将接收到的第一光信号进行光电转换分别得到n路转换电流。
作为一种可选的实施方式，该n个光电探测器的尺寸和类型均相同。
作为另一种可选的实施方式，该n个光电探测器的尺寸相同但类型不完全相同。
S32：根据m路转换电流生成电信号。
具体地，该电流控制电路电性连接该n个光接收模组，用于根据该n路转换电流中的m路转换电流生成该电信号。其中，该m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，该电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。
在本申请实施例中，该电流控制电路可以包括n个电流控制子电路，该n个电流控制子电路分别电性连接该n个光电探测器。通过精确控制各个光电探测器的接收光程及引线长度相同，多个电流控制子电路的输出信号可以在时间轴上同一时刻线性叠加。
当该n个光电探测器的尺寸和类型均相同时，该电流控制电路包括n个比较电路和n个开关电路。其中，该n个比较电路分别电性连接该n个光电探测器，用于将该n个光电探测器输出的转换电流分别与阈值电流进行比较得到n个比较结果。该n个开关电路分别电性连接该n个比较电路，分别用于接收该n个比较结果。
当第i个比较结果指示第i路转换电流小于该阈值电流时，第i个开关电路关断，第i个光电探测器电性连接互阻放大器，用于将第i路转换电流输出到该互阻放大器。在本申请实施例中，该阈值电流是根据该互阻放大器的特性确定的。
当第i个比较结果指示第i路转换电流大于或等于该阈值电流时，第i个开关电路导通，第i个光电探测器电性连接第i个开关电路，用于将第i路转换电流输出到该第i个开关电路。
在这种情形下，作为一种可选的实施方式，该第i个开关电路作为泄放电路，用于将该第i路转换电流全部泄放至接地端。在该实施方式下，该电流控制电路具体用于将小于或等于该阈值电流的m路转换电流叠加为该电流信号Itotal并将该电流信号Itotal输出到互阻放大器。作为另一种可选的实施方式，该第i个开关电路作为泄放电路，用于将该第i路转换电流中大于该阈值电流的部分泄放至接地端，该第i个光电探测器还电性连接该互阻放大器，用于将一路阈值电流输出到该互阻放大器，该路阈值电流为该第i路转换电流泄放掉大于该阈值电流的部分后剩余的部分。在该实施方式下，该电流控制电路具体用于将小于该阈值电流的m路转换电流和n-m路阈值电流叠加为该电流信号Itotal并将该电流信号Itotal输出到该互阻放大器。
当该n个光电探测器的尺寸相同但类型不完全相同时，该电流控制电路包括n个比较电路、n个开关电路和n个互阻放大器。其中，该n个比较电路分别电性连接该n个光电探测器，用于将该n个光电探测器输出的转换电流分别与其对应的阈值电流进行比较得到n个比较结果。该n个开关电路分别电性连接该n个比较电路，分别用于接收该n个比较结果。在本申请实施例中，第i路转换电流对应的阈值电流是根据第i个互阻放大器的特性确定的。
当第i个比较结果指示第i路转换电流小于其对应的阈值电流时，第i个开关电路关断，第i个光电探测器电性连接第i个互阻放大器，用于将第i路转换电流输出到该第i个互阻放大器。
当第i个比较结果指示第i路转换电流大于或等于其对应的阈值电流时，第i个开关电路导通，第i个光电探测器电性连接第i个开关电路，用于将第i路转换电流输出到该第i个开关电路。
在这种情形下，作为一种可选的实施方式，该第i个开关电路作为泄放电路，用于将该第i路转换电流全部泄放至接地端。在该实施方式下，小于或等于其对应的阈值电流的m路转换电流对应的m个互阻放大器用于将该m路转换电流放大为m路转换电压，该电流控制电路具体用于将该m路转换电压叠加为该电压信号Vtotal并将该电压信号Vtotal输出到模数转换电路。
作为另一种可选的实施方式，该第i个开关电路作为泄放电路，用于将该第i路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分泄放至接地端，该第i个光电探测器还电性连接该第i个互阻放大器，用于将一路阈值电流输出到该第i个互阻放大器，该路阈值电流为该第i路转换电流泄放掉大于其对应的阈值电流的部分后剩余的部分。在该实施方式下，小于或等于其对应的阈值电流的m路转换电流对应的m个互阻放大器用于将该m路转换电流放大为m路转换电压，大于其对应的阈值电流的n-m路转换电流对应的n-m个互阻放大器用于将n-m路阈值电流放大为n-m路转换电压，该电流控制电路具体用于将n路转换电压叠加为该电压信号Vtotal并将该电压信号Vtotal输出到模数转换电路。
基于同一发明构思，本申请实施例中提供的光电测距方法解决问题的原理以及有益效果与本申请图1至图4所示的光电测距设备实施例相似，因此该光电测距方法的实施可以参见如图1至图4所示的光电测距设备的实施，重复之处不再赘述。
本申请实施例还提供一种汽车，该汽车包括前述实施例所示的光电测距设备。例如，该汽车可以包括但不限于安装有上述光电测距设备的小轿车、公共汽车、出租车、消防车、救护车等。
以上对本申请实施例所提供的光电转换电路、光电测距设备、汽车及光电测距方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (16)

1.一种光电转换电路，用于接收第一光信号并将所述第一光信号转换为电信号，其特征在于，
所述光电转换电路包括n个光接收模组与电流控制电路，n大于1，其中，
所述n个光接收模组用于接收所述第一光信号并将所述第一光信号分别转换为n路转换电流；
所述电流控制电路电性连接所述n个光接收模组，用于根据m路转换电流生成所述电信号，所述m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，所述电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。
2.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路还用于将n-m路转换电流泄放至接地端，所述n-m路转换电流大于其对应的阈值电流。
3.根据权利要求1所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路还用于将n-m路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分泄放至接地端，所述n-m路转换电流大于其对应的阈值电流。
4.根据权利要求2所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路包括n-m个泄放电路，所述n-m个泄放电路分别电性连接n-m个光接收模组，用于将所述n-m路转换电流分别泄放至接地端。
5.根据权利要求3所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路包括n-m个泄放电路，所述n-m个泄放电路分别电性连接n-m个光接收模组，用于将所述n-m路转换电流中大于其对应的阈值电流的部分分别泄放至接地端。
6.根据权利要求4或5所述的光电转换电路，其特征在于，所述电信号用于输入互阻放大器进行放大以识别所述待测物体的距离信息，所述n路转换电流对应的阈值电流相同，且所述阈值电流是根据所述互阻放大器的特性确定的。
7.根据权利要求4所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路还包括m个互阻放大器，其中，
所述m个互阻放大器分别电性连接m个光接收模组，用于将所述m路转换电流分别放大为m路转换电压；
所述电流控制电路用于根据所述m路转换电压生成所述电信号。
8.根据权利要求5所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路还包括n个互阻放大器，其中，
所述n个互阻放大器分别电性连接所述n个光接收模组，用于将所述m路转换电流和n-m路阈值电流分别放大为n路转换电压，所述n-m路阈值电流为所述n-m路转换电流被泄放掉大于其对应的阈值电流后剩余的部分；
所述电流控制电路用于根据所述n路转换电压生成所述电信号。
9.根据权利要求7或8所述的光电转换电路，其特征在于，至少两路转换电流对应的阈值电流互不相同。
10.根据权利要求1至9任一项所述的光电转换电路，其特征在于，所述电流控制电路包括n个比较电路，所述n个比较电路电性连接所述n个光接收模组，用于将所述n路转换电流分别与其对应的阈值电流进行比较得到n个比较结果，所述n个比较结果分别用于指示所述n路转换电流是否大于其对应的阈值电流。
11.根据权利要求1至9任一项所述的光电转换电路，其特征在于，所述n个光接收模组包括n个光电探测器，所述n个光电探测器用于接收所述第一光信号并将所述第一光信号转换为所述n路转换电流。
12.根据权利要求1至9任一项所述的光电转换电路，其特征在于，所述光电转换电路还包括接收透镜，其中，
所述接收透镜，用于接收所述第一光信号；
所述n个光接收模组用于从所述接收透镜接收所述第一光信号并将所述第一光信号分别转换为所述n路转换电流。
13.一种光电测距设备，其特征在于，所述光电测距设备包括控制电路、信号发生电路、互阻放大器、模数转换电路以及权利要求1至6任一项所述的光电转换电路，其中，
所述控制电路用于向所述信号发生电路发送激光发生信号；
所述信号发生电路用于根据所述激光发生信号发射第二光信号，并向所述控制电路发送控制信号；
所述互阻放大器用于对所述电信号进行放大；
所述模数转换电路用于对所述互阻放大器的输出信号进行模数转换；
所述控制电路还用于根据所述控制信号对所述模数转换电路的输出信号进行信号处理以识别所述待测物体的距离信息。
14.一种光电测距设备，其特征在于，所述光电测距设备包括控制电路、信号发生电路、模数转换电路以及权利要求7至9任一项所述的光电转换电路，其中，
所述控制电路用于向所述信号发生电路发送激光发生信号；
所述信号发生电路用于根据所述激光发生信号发射第二光信号，并向所述控制电路发送控制信号；
所述模数转换电路用于对所述所述电信号进行模数转换；
所述控制电路还用于根据所述控制信号对所述模数转换电路的输出信号进行信号处理以识别所述待测物体的距离信息。
15.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求13或14所述的光电测距设备。
16.一种光电测距方法，其特征在于，包括：
接收第一光信号并将所述第一光信号转换为n路转换电流；
根据m路转换电流生成电信号，其中，所述m路转换电流小于或等于其对应的阈值电流，所述电信号用于识别待测物体的距离信息，m小于或等于n。
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