CN210142193U - 一种测距装置、移动平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种测距装置、移动平台。所述测距装置包括：光发射电路，用于出射激光脉冲序列；激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲序列经物体反射回的至少部分激光序列，以及将接收到的所述激光脉冲序列转成电信号；运算电路，用于根据所述电信号计算所述物体与所述测距装置之间的距离；其中，所述激光接收电路包括光电转换电路和保护电路；所述光电转换电路用于接收所述至少部分激光脉冲序列，以及将所述至少部分激光脉冲信号转换为电信号；所述保护电路用于在所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电信号进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。

Description

一种测距装置、移动平台

技术领域

本实用新型涉及电路技术领域，尤其涉及一种测距装置、移动平台。

背景技术

激光雷达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。激光雷达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，从而得到激光雷达与目标物之间的距离信息。

在激光测距领域，某些场景下可能会出现多套设备同时工作的情况，比如在自动驾驶领域会有多台激光雷达共同工作，激光雷达在扫描过程中有几率存在两台雷达互相照射的情况，此时雷达将会收到很强的脉冲激光，可能会损坏雷达的接收电路。

因此，需要对目前的测距装置进行改进，以消除上述各种问题和弊端。

实用新型内容

本实用新型第一方面提供了一种测距装置，包括：

光发射电路，用于出射激光脉冲序列；

激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲序列经物体反射回的至少部分激光序列，以及将接收到的所述激光脉冲序列转成电信号；

运算电路，用于根据所述电信号计算所述物体与所述测距装置之间的距离；

其中，所述激光接收电路包括光电转换电路和保护电路；

所述光电转换电路用于接收所述至少部分激光脉冲序列，以及将所述至少部分激光脉冲信号转换为电信号；

所述保护电路用于在所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电信号进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。

可选地，所述保护电路包括限流元件，所述限流元件与所述光电转换电路串联连接，所述限流元件包括至少一个电阻或电感。

可选地，所述保护电路还包括储能电路，其中，所述储能电路与所述限流元件和所述光电转换电路串联连接。

可选地，所述储能电路包括至少一个电容。

可选地，所述保护电路包括充电电路，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。

可选地，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号等于或大于所述设定值时对所述光电转换电路供电。

可选地，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号小于所述设定值时，所述保护电路并不对所述光电转换电路供电。

可选地，所述光电转换电路的一端与所述限流元件的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述限流元件的另一端与所述储能电路的一端电连接，所述储能电路的另一端接地；或者；

所述光电转换电路的一端与所述储能电路的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述储能电路的另一端与所述限流元件的一端电连接，所述限流元件的另一端接地。

可选地，所述充电电路包括电源和第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端与所述保护电路电连接。

可选地，所述充电电路包括三极管、电压校准源、第一电阻和第二电阻；

其中，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的基极电连接；所述三极管的集电极与所述电源电连接，所述三极管的发射极与所述第二电阻的一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述保护电路电连接，所述电压校准源的一端与所述三极管的基极电连接，所述电压校准源的另一端与所述保护电路电连接。

可选地，所述充电电路中的电阻的阻值大于所述保护电路中的电阻的阻值。

可选地，所述光电转换电路包括光敏传感器，用于接收所述激光脉冲信号，以及将所述激光脉冲信号转换为电信号。

可选地，所述激光接收电路还包括放大电路，所述放大电路用于将从所述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。

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保护电路电连接，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。

可选地，所述光发射电路的数量和所述激光接收电路的数量分别为至少2个；

每个所述激光接收电路用于接收来自对应的光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分激光信号，以及将接收到的激光信号转成电信号。

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激光接收电路。

可选地，所述扫描模块还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，所述扫描模块还包括两个驱动器，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；

来自所述激光发射电路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。

本实用新型还提供了一种移动平台，包括：

上述的测距装置；和

平台本体，所述光发射电路安装在所述平台本体上。

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。

本实用新型通过提供上述测距装置以及移动平台，以实现APD对瞬态强光的快速响应，从而保护APD，在实现APD保护的同时不会对弱信号的响应产生影响，以解决目前雷达将会收到很强的脉冲激光会损坏雷达的接收电路的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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是现有技术中的一种测距装置中的激光接收电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种测距装置中的激光接收电路的结构示意图；

图3是本实用新型另一实施例提供的一种测距装置中的激光接收电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种测距装置的示意性框架图；

图5是本实用新型实施例提供的测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

对于激光测距应用，激光器在扫描过程中会不断向空间中的各个方向发出激光，两个激光发射器有概率互相照射，此时接收系统将要承受很高脉冲激光能量，这可能会损坏接收系统中的光电转换电路。

如图1所示，为了避免光电转换电路损坏，现有的方案下主要是在光电转换电路的供电电源上放置小容量电容来限制单个脉冲的能量。但所述方案下存在以下矛盾：

如果电容取太大会导致光电转换电路无法快速响应强光脉冲，如果激光的能量足够强则单个脉冲即有可能损坏光电转换电路；如果电容取得过小会导致光电转换电路输出较大电流后电容的电压出现波动，在脉冲光之后光电转换电路两端的电压缓慢回升、会导致光电转换电路之后的读出电路出现很长的拖尾，影响光电转换电路本身的响应。

如果电容容量较小时，在经过脉冲电流后光电转换电路两端的电压会很快下跌，但在脉冲电流过后会出现很长的拖尾。一般该电容会取到nF级，但在这种容量下，光电转换电路在受到极强光线照射时会出现瞬时能量过高，电容两端的电压不能迅速变化导致光电转换电路损坏。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种测距装置，包括：

光发射电路，用于出射激光脉冲序列；

激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲序列经物体反射回的至少部分激光序列，以及将接收到的所述激光脉冲序列转成电信号；

运算电路，用于根据所述电信号计算所述物体与所述测距装置之间的距离；

其中，所述激光接收电路包括光电转换电路和保护电路；

所述光电转换电路用于接收所述至少部分激光脉冲序列，以及将所述至少部分激光脉冲信号转换为电信号；

所述保护电路用于在所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电信号进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。

在本实用新型的第一实施例中，激光接收电路如图2所示：

其中，所述激光接收电路包括电源、光电转换电路、和保护电路。

其中，电源为VCC_APD，作为保护电路的能量提供端，例如用于为所述保护电路进行充电。

其中，所述光电转换电路包括光敏传感器，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。当光电转换电路在接收光脉冲信号之后，将所述光脉冲信号转化为电脉冲信号，所述电脉冲信号包括电压脉冲信号或电流脉冲信号，并不局限于某一种。

可选地，所述光电转换电路包括APD(雪崩光电二极管)。

在本实用新型的一实施例中，当所述电脉冲信号为电压信号时，其中在第一时段内电脉冲信号为低电平，位于脉冲的波谷处；在第二时段内电脉冲信号为高电平，位于脉冲的峰值处。

其中，所述保护电路包括限流元件，当APD遇到强光产生较大电流时会在限流元件上产生比较高的压降，电压降低后APD的增益会出现下降，APD输出电流降低从而防止APD瞬间功率过大，从而避免APD会烧坏。

可选地，所述限流元件与所述光电转换电路串联连接

在本实用新型中的实施例中，所述限流元件包括至少一个电阻或电感，用于在所述光电转换电路接收的光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电流进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。需要说明的是，在本实用新型中所述限流元件并不局限于电阻或电感，其他能够起到限流作用的元件均可应用于本申请。

在第一实施例中，如图2所述，所述限流元件选用电阻R2，其中电阻R2与APD直接串联，限流电阻取小阻值电阻。

可选地，所述保护电路还包括储能电路，其中，所述储能电路与所述限流元件和所述光电转换电路串联连接。

其中，所述储能电路包括至少一个电容C1。

其中，所述电容与所述限流元件和所述光电转换电路串联的方式至少包括以下两种：

第一种：所述光电转换电路的一端与所述限流元件的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述限流元件的另一端与所述储能电路的一端电连接，所述储能电路的另一端接地；或者；

第二种：所述光电转换电路的一端与所述储能电路的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述储能电路的另一端与所述限流元件的一端电连接，所述限流元件的另一端接地。

进一步，所述保护电路包括充电电路，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。当所述光电转换电路件光脉冲信号转化为电脉冲信号时，在第一时段内电脉冲信号为低电平，位于脉冲的波谷处，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。

在第二时段内电脉冲信号为高电平，位于脉冲的峰值处，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号等于或大于所述设定值时对所述光电转换电路供电，消耗储能电路上的能量，使电容两端的电压降低。当电容两端的电压降低时APD的内部增益会下降从而使其输出电流降低，形成负反馈，APD则不会持续输出大电流导致自身损害，从而对APD起到保护作用。当光电转换电路接收的激光脉冲信号特别强烈时，储能电路对所述光电转换电路供电，直至所述储能电路的能量耗尽，以使所述光电转换电路断路。在所述第二时段内当所述光电转换电路接收的光脉冲信号小于设定值时，所述储能电路并不对所述光电转换电路供电。

其中，所述设定值的大小根据实际需要进行设定，其中常规的接收所述光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分光信号，以及环境光信号均小于该设定值，并且激光器直接发射的光脉冲信号的大小肯定大于该设定值，以保证当激光器互相照射时会触发所述所述保护电路对所述光电转换电路供电，从而保护APD不会损坏。

在本实用新型的第一实施例的示例中，如图2所示，所述充电电路包括电源VCC_APD和第一电阻R1，所述第一电阻R1的一端与所述电源VCC_APD电连接，所述第一电阻R1的另一端与所述保护电路电连接。

所述保护电路包括限流元件，所述限流元件为限流电阻R2，其中，所述储能电路包括电容C1，所述光电转换电路为雪崩光电二极管APD，其中，所述雪崩光电二极管APD的一端与所述限流电阻R2的一端电连接，所述雪崩光电二极管APD的另一端与读取电路电连接，所述限流电阻R2的另一端与所述储能电路的电容C1的一端电连接，所述储能电路的电容C1的另一端接地。

如图2所示，其中，所述第一电阻R1取比较大的阻值，在脉冲的间隙(第一时段)时，所述雪崩光电二极管APD为关断状态，并不会产生电流，又由于所述第一电阻R1的阻值较大，所述激光接收电路中没有明显的电流，因此在第一时段电源VCC_APD通过第一电阻R1为储能电路的电容C1充电。

在第二时段时，雪崩光电二极管APD接收光脉冲信号并将光脉冲信号转化为电信号，其中，在第二时段所述激光接收电路的工作方式可以分为以下两种：

第一，当所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号小于设定值时，激光接收电路此时正常工作，此时所述激光接收电路中的电流为较小的正常电流，由于限流电阻R2的阻值较小，因此限流电阻R2的两端的电压也很小即限流电阻R2的分压很小，APD两端的电压在收到脉冲光时变化不大，不会对APD本身的响应产生影响。此外，由于电容C1的取值相对较大，在接收的所述激光脉冲信号为弱信号时电容释放的电荷较少电压波动极小，也不会对APD的响应产生影响，激光接收电路不会受到任何影响，正常工作，其中，储能电容上的电压几乎没有变化，APD的电流响应正常。

第二，当APD遇到强烈的激光脉冲信号时，比如激光脉冲信号的强度大于设定值，强烈的激光脉冲信号产生较大电流，此时会在限流电阻R2上产生比较高的压降，使得APD两端的电压降低，电压降低后APD的增益会出现下降(由于APD本身是存在内部增益的(光电转换具有倍增效应)，APD的增益随电压变化，当电压降低时APD的增益会下降)，从而使输出电流降低，APD输出电流降低从而防止APD瞬间功率过大，避免输出很大的电流导致APD损坏。

进一步，在某些状态下APD会受到异常强的光照，例如激光器对照，(此时输出电流会非常大比如超过100mA)，在该情况下限流阻值R2上的压降有限，APD依然会输出很大的电流导致损坏。此时，为了避免所述情况，储能电容C1会持续为APD提供能量并将自身的电荷耗尽，以最终形成断路，即使APD持续受到强光照射或无法恢复高阻状态，APD两端的电压也会降低到0V，从而实现对APD的保护。

综上两种工作方式可以看到，在正常使用时该保护电路并不会对APD的工作产生影响，而在受到强光时首先由限流电阻快速响应限制APD的最大电流，随后通过将电容的电荷耗尽实现对APD的熄灭，进而对所述APD进行保护，防止电流过大损坏。

本实用新型的第二实施例中，光发射装置如图3所示：

其中，所述激光接收电路包括电源、光电转换电路、和保护电路。其中，所述激光接收电路包括电源、光电转换电路、和保护电路。

其中，电源为VCC_APD，作为保护电路的能量提供端，例如用于为所述保护电路进行充电。

其中，所述光电转换电路包括光敏传感器，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。当光电转换电路在接收光脉冲信号之后，将所述光脉冲信号转化为电脉冲信号，所述电脉冲信号包括电压脉冲信号或电流脉冲信号，并不局限于某一种。

可选地，所述光电转换电路包括APD(雪崩光电二极管)。

在本实用新型第二实施例的一示例中，当所述电脉冲信号为电压信号时，其中在第一时段内电脉冲信号为低电平，位于脉冲的波谷处；在第二时段内电脉冲信号为高电平，位于脉冲的峰值处。

其中，所述保护电路包括限流元件，当APD遇到强光产生较大电流时会在限流元件上产生比较高的压降，电压降低后APD的增益会出现下降，APD输出电流降低从而防止APD瞬间功率过大，从而避免APD会烧坏。

可选地，所述限流元件与所述光电转换电路串联连接

在本实用新型中的实施例中，所述限流元件包括至少一个电阻或电感，用于在所述光电转换电路接收的光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电流进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。需要说明的是，在本实用新型中所述限流元件并不局限于电阻或电感，其他能够起到限流作用的元件均可应用于本申请。

示例性地，如图3所述，所述限流元件选用电阻R3，其中电阻R3与APD直接串联，限流电阻取小阻值电阻。

可选地，所述保护电路还包括储能电路，其中，所述储能电路与所述限流元件和所述光电转换电路串联连接。

其中，所述储能电路包括至少一个电容C1，所述电容C1与所述限流元件和所述光电转换电路串联连接。

其中，所述电容与所述限流元件和所述光电转换电路串联的方式至少包括以下两种：

第一，所述光电转换电路的一端与所述限流元件的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述限流元件的另一端与所述储能电路的一端电连接，所述储能电路的另一端接地；或者；

所述光电转换电路的一端与所述储能电路的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述储能电路的另一端与所述限流元件的一端电连接，所述限流元件的另一端接地。

进一步，所述保护电路包括充电电路，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。当所述光电转换电路件光脉冲信号转化为电脉冲信号时，在第一时段内电脉冲信号为低电平，位于脉冲的波谷处，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。

在第二时段内电脉冲信号为高电平，位于脉冲的峰值处，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号等于或大于所述设定值时对所述光电转换电路供电，消耗储能电路上的能量，使电容两端的电压降低。当电容两端的电压降低时APD的内部增益会下降从而使其输出电流降低，形成负反馈，APD则不会持续输出大电流导致自身损害，从而对APD起到保护作用。当光电转换电路接收的激光脉冲信号特别强烈时，储能电路对所述光电转换电路供电，直至所述储能电路的能量耗尽，以使所述光电转换电路断路。在所述第二时段内当所述光电转换电路接收的光脉冲信号小于设定值时，所述储能电路并不对所述光电转换电路供电。

其中，常规的接收所述光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分光信号，以及环境光信号均小于该设定值，并且激光器直接发射的光脉冲信号的大小肯定大于该设定值，以保证当激光器互相照射时会触发所述所述保护电路对所述光电转换电路供电，从而保护APD不会损坏。

在本实用新型的第一实施例的示例中，如图3所示，所述充电电路包括电源VCC_APD、第一电阻R1、第二电阻R2，三极管Q1、电压校准源Q2，其中，所述第一电阻R1的一端与所述电源VCC_APD电连接，所述第一电阻R1的另一端与所述三极管Q1NPN的基极电连接；所述三极管NPN的集电极与所述电源VCC_APD电连接，所述三极管NPN的发射极与所述第二电阻R2的一端电连接，所述第二电阻R2的另一端与电容C1的一端电连接，所述电压校准源Q2的一端与所述三极管NPN的基极电连接，所述电压校准源Q2的另一端与所述电容C1电连接。

在该实施例中，由第一电阻R1、第二电阻R2，三极管Q1、电压校准源Q22组成的充电电路为C1进行充电，其中，所述第一电阻R1的电阻值较大，在充电电路中用于限制充电电路中的电流，起到限流的作用。

其中，稳压管Q2其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，通过额定电流时两端产生的稳定电压值，以用于输出稳定的电压对所述电容C1进行充电。

如图3所示，其中，所述第一电阻R1取比较大的阻值，在脉冲的间隙(第一时段)时，所述雪崩光电二极管APD为关断状态，并不会产生电流，又由于所述第一电阻R1的阻值较大，所述激光接收电路中没有明显的电流，因此在第一时段电源VCC_APD通过第一电阻R1为储能电路的电容C1充电。此外，由于稳压管Q2的设置，可以使所述充电的电压更加稳定和高效。第一电阻的设置还可以用于限制电流的大小。

在第二时段时，雪崩光电二极管APD接收光脉冲信号并将光脉冲信号转化为电信号，其中，在第二时段所述激光接收电路的工作方式可以分为以下两种：

第一，当所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号小于设定值时，激光接收电路此时正常工作，此时所述激光接收电路中的电流为较小的正常电流，由于限流电阻R2的阻值较小，因此限流电阻R2的两端的电压也很小即限流电阻R2的分压很小，APD两端的电压在收到脉冲光时变化不大，不会对APD本身的响应产生影响。此外，由于电容C1的取值相对较大，在接收的所述激光脉冲信号为弱信号时电容释放的电荷较少电压波动极小，也不会对APD的响应产生影响，激光接收电路不会受到任何影响，正常工作，其中，储能电容上的电压几乎没有变化，APD的电流响应正常。

第二，当APD遇到强烈的激光脉冲信号时，比如激光脉冲信号的强度大于设定值，强烈的激光脉冲信号产生较大电流，此时会在限流电阻R2上产生比较高的压降，使得APD两端的电压降低，电压降低后APD的增益会出现下降(由于APD本身是存在内部增益的(光电转换具有倍增效应)，APD的增益随电压变化，当电压降低时APD的增益会下降)，从而使输出电流降低，APD输出电流降低从而防止APD瞬间功率过大，避免输出很大的电流导致APD损坏。

进一步，在某些状态下APD会受到异常强的光照，例如激光器对照，(此时输出电流会非常大比如超过100mA)，在该情况下限流阻值R2上的压降有限，APD依然会输出很大的电流导致损坏。此时，为了避免所述情况，储能电容C1会持续为APD提供能量并将自身的电荷耗尽，以最终形成断路，即使APD持续受到强光照射或无法恢复高阻状态，APD两端的电压也会降低到0V，从而实现对APD的保护。

综上两种工作方式可以看到，在正常使用时该保护电路并不会对APD的工作产生影响，而在受到强光时首先由限流电阻快速响应限制APD的最大电流，随后通过将电容的电荷耗尽实现对APD的熄灭，进而对所述APD进行保护，防止电流过大损坏。

进一步，所述激光接收电路还包括放大电路，所述放大电路用于将从所述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。其中，所述放大电路的具体结构可以选用本领域常用的结构。

进一步地，所述光发射装置的数量为至少2个。

在另一个实施例中，本实用新型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。进一步地，所述移动平台包括载人飞行器、无人飞行器、汽车、机器人和遥控车中的至少一种。

本实用新型各个实施例提供的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，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4所示的测距装置100对测距的工作流程进行举例描述。

如图4所示，测距装置100可以包括发射电路110、接收电路120、采样电路130和运算电路140。

发射电路110可以发射光脉冲序列(例如激光脉冲序列)。接收电路120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130。采样电路130可以对电信号进行采样，以获取采样结果。运算电路140可以基于采样电路130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150，该控制电路150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4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，用于出射一路光束进行探测，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，用于沿相同方向或分别沿不同方向出射至少两路光束；其中，该至少两束光路可以是同时出射，也可以是分别在不同时刻出射。一个示例中，该至少两个发射电路中的发光芯片封装在同一个模块中。例如，每个发射电路包括一个激光发射芯片，该至少两个发射电路中的激光发射芯片中的die封装到一起，容置在同一个封装空间中。

一些实现方式中，除了图4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至少一路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110、接收电路120、采样电路130和运算电路140的模块，或者，包括发射电路110、接收电路120、采样电路130、运算电路140和控制电路150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。例如，发射电路出射的至少一路激光脉冲序列经扫描模块改变传播方向出射后，经探测物反射回来的激光脉冲序列经过扫描模块后入射至接收电路。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。图5示出了本实用新型的测距装置采用同轴光路的一种实施例的示意图。

测距装置200包括测距模块210，测距模块210包括发射器203(可以包括上述的发射电路)、准直元件204、探测器205(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206。测距模块210用于发射光束，且接收回光，将回光转换为电信号。其中，发射器203可以用于发射光脉冲序列。在一个实施例中，发射器203可以发射激光脉冲序列。可选的，发射器203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204设置于发射器的出射光路上，用于准直从发射器203发出的光束，将发射器203发出的光束准直为平行光出射至扫描模块。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204可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。

在图5所示实施例中，通过光路改变元件206来将测距装置内的发射光路和接收光路在准直元件204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，也可以是发射器203和探测器205分别使用各自的准直元件，将光路改变元件206设置在准直元件之后的光路上。

在图5所示实施例中，由于发射器203出射的光束的光束孔径较小，测距装置所接收到的回光的光束孔径较大，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发射器203的出射光，反射镜用于将回光反射至探测器205。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。

在图5所示实施例中，光路改变元件偏离了准直元件204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204的光轴上。

测距装置200还包括扫描模块202。扫描模块202放置于测距模块210的出射光路上，扫描模块202用于改变经准直元件204出射的准直光束219的传输方向并投射至外界环境，并将回光投射至准直元件204。回光经准直元件204汇聚到探测器205上。

在一个实施例中，扫描模块202可以包括至少一个光学元件，用于改变光束的传播路径，其中，该光学元件可以通过对光束进行反射、折射、衍射等等方式来改变光束传播路径。例如，扫描模块202包括透镜、反射镜、棱镜、振镜、光栅、液晶、光学相控阵(OpticalPhased Array)或上述光学元件的任意组合。一个示例中，至少部分光学元件是运动的，例如通过驱动模块来驱动该至少部分光学元件进行运动，该运动的光学元件可以在不同时刻将光束反射、折射或衍射至不同的方向。在一些实施例中，扫描模块202的多个光学元件可以绕共同的轴209旋转或振动，每个旋转或振动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202的多个光学元件可以以不同的转速旋转，或以不同的速度振动。在另一个实施例中，扫描模块202的至少部分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202包括第一光学元件214和与第一光学元件214连接的驱动器216，驱动器216用于驱动第一光学元件214绕转动轴209转动，使第一光学元件214改变准直光束219的方向。第一光学元件214将准直光束219投射至不同的方向。在一个实施例中，准直光束219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214的转动而变化。在一个实施例中，第一光学元件214包括相对的非平行的一对表面，准直光束219穿过该对表面。在一个实施例中，第一光学元件214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214包括楔角棱镜，对准直光束219进行折射。

在一个实施例中，扫描模块202还包括第二光学元件215，第二光学元件215绕转动轴209转动，第二光学元件215的转动速度与第一光学元件214的转动速度不同。第二光学元件215用于改变第一光学元件214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217连接，驱动器217驱动第二光学元件215转动。第一光学元件214和第二光学元件215可以由相同或不同的驱动器驱动，使第一光学元件214和第二光学元件215的转速和/或转向不同，从而将准直光束219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218控制驱动器216和217，分别驱动第一光学元件214和第二光学元件215。第一光学元件214和第二光学元件215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216和217可以包括电机或其他驱动器。

在一个实施例中，第二光学元件215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215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215包括楔角棱镜。

一个实施例中，扫描模块202还包括第三光学元件(图未示)和用于驱动第三光学元件运动的驱动器。可选地，该第三光学元件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，第三光学元件包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第三光学元件包括楔角棱镜。第一、第二和第三光学元件中的至少两个光学元件以不同的转速和/或转向转动。

扫描模块202中的各光学元件旋转可以将光投射至不同的方向，例如投射的光211的方向和方向213，如此对测距装置200周围的空间进行扫描。当扫描模块202投射出的光211打到探测物201时，一部分光被探测物201沿与投射的光211相反的方向反射至测距装置200。探测物201反射的回光212经过扫描模块202后入射至准直元件204。

探测器205与发射器203放置于准直元件204的同一侧，探测器205用于将穿过准直元件204的至少部分回光转换为电信号。

一个实施例中，各光学元件上镀有增透膜。可选的，增透膜的厚度与发射器203发射出的光束的波长相等或接近，能够增加透射光束的强度。

一个实施例中，测距装置中位于光束传播路径上的一个元件表面上镀有滤光层，或者在光束传播路径上设置有滤光器，用于至少透射发射器所出射的光束所在波段，反射其他波段，以减少环境光给接收器带来的噪音。

在一些实施例中，发射器203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脉冲。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200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201到测距装置200的距离。

测距装置200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，本实用新型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。

本实用新型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实用新型。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。本实用新型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实用新型限制在所公开的形式。在不偏离本实用新型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。本实用新型中所描述的实施例能够更好地揭示本实用新型的原理与实际应用，并使本领域的一般技术人员可了解本实用新型。

本实用新型中所描述的流程图仅仅为一个实施例，在不偏离本实用新型的精神的情况下对此图示或者本实用新型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，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种测距装置，其特征在于，包括：

光发射电路，用于出射激光脉冲序列；

激光接收电路，用于接收所述光发射电路出射的激光脉冲序列经物体反射回的至少部分激光序列，以及将接收到的所述激光脉冲序列转成电信号；

运算电路，用于根据所述电信号计算所述物体与所述测距装置之间的距离；

其中，所述激光接收电路包括光电转换电路和保护电路；

所述光电转换电路用于接收所述至少部分激光脉冲序列，以及将所述至少部分激光脉冲信号转换为电信号；

所述保护电路用于在所述光电转换电路接收的所述激光脉冲信号大于设定值时对所述光电转换电路中的电信号进行限流，以防止所述光电转换电路损坏。

2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述保护电路包括限流元件，所述限流元件与所述光电转换电路串联连接，所述限流元件包括至少一个电阻或电感。

3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，所述保护电路还包括储能电路，其中，所述储能电路与所述限流元件和所述光电转换电路串联连接。

4.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述储能电路包括至少一个电容。

5.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述保护电路包括充电电路，所述充电电路用于在第一时段内对所述储能电路进行充电，直至所述储能电路的电压饱和。

6.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号等于或大于所述设定值时对所述光电转换电路供电。

7.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述储能电路还用于在第二时段内当所述光电转换电路接收的激光脉冲信号小于所述设定值时，所述保护电路并不对所述光电转换电路供电。

8.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于，所述光电转换电路的一端与所述限流元件的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述限流元件的另一端与所述储能电路的一端电连接，所述储能电路的另一端接地；或者；

所述光电转换电路的一端与所述储能电路的一端电连接，所述光电转换电路的另一端与读取电路电连接，所述储能电路的另一端与所述限流元件的一端电连接，所述限流元件的另一端接地。

9.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述充电电路包括电源和第一电阻，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端与所述保护电路电连接。

10.根据权利要求9所述的测距装置，其特征在于，所述充电电路包括三极管、电压校准源、第一电阻和第二电阻；

其中，所述第一电阻的一端与所述电源电连接，所述第一电阻的另一端与所述三极管的基极电连接；所述三极管的集电极与所述电源电连接，所述三极管的发射极与所述第二电阻的一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述保护电路电连接，所述电压校准源的一端与所述三极管的基极电连接，所述电压校准源的另一端与所述保护电路电连接。

11.根据权利要求5所述的测距装置，其特征在于，所述充电电路中的电阻的阻值大于所述保护电路中的电阻的阻值。

12.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光电转换电路包括光敏传感器，用于接收所述激光脉冲信号，以及将所述激光脉冲信号转换为电信号。

13.根据权利要求12所述的测距装置，其特征在于，所述激光接收电路还包括放大电路，所述放大电路用于将从所述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。

14.根据权利要求13所述的测距装置，其特征在于，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保护电路电连接，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。

15.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，所述光发射电路的数量和所述测距装置的数量分别为至少2个；

每个所述激光接收电路用于接收来自对应的光发射电路出射的激光脉冲信号经物体反射回的至少部分激光信号，以及将接收到的激光信号转成电信号。

16.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于，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激光接收电路。

17.根据权利要求16所述的测距装置，其特征在于，所述扫描模块还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。

18.根据权利要求17所述的测距装置，其特征在于，所述扫描模块还包括两个驱动器，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；

来自所述光发射电路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。

19.一种移动平台，其特征在于，包括：

权利要求1至18任一项所述的测距装置；和

平台本体，所述光发射电路安装在所述平台本体上。

20.根据权利要求19所述的移动平台，其特征在于，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。

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