脉冲激光驱动器及延时校准方法、激光雷达及测距方法与流程

本发明涉及激光器技术领域，具体为一种脉冲激光驱动器及延时校准方法、激光雷达及测距方法。

背景技术：

基于光子飞行时间(timeofflight，tof)的激光雷达技术可以实现实时、高精度、高分辨率的测距功能，因此越来越广泛地应用于激光雷达、3d成像、3d传感器、3d检测系统、自动驾驶、手势识别、机器视觉等领域。

基于tof的激光雷达由发射端和接收端组成。发射端可产生脉冲调制的激光信号。接收端检测从目标物体反射回来的光信号，并根据光子飞行的时间来计算目标物体的距离。

在激光雷达的发射端，由于激光驱动器芯片的非理想效应，从开启信号到输出光信号存在纳秒级的延时，且延时可随温度、电源电压等因素的变化而改变。此延时可导致激光雷达测距结果产生不定的误差。若应用于3d检测系统，可导致3d图像的质量受到影响。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种脉冲激光驱动器、一种脉冲激光驱动器的延时校准方法、一种用于测距的激光雷达、以及一种激光雷达的测距方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种脉冲激光驱动器，包括：延时器，用于在接收控制信号后输出经过延时的所述控制信号，所述延时器接收所述控制信号到输出经过延时的所述控制信号的时间为第一延时；脉冲激光驱动器本体，与所述延时器连接，用于在接收所述延时器输出的所述经过延时的所述控制信号后产生电流脉冲信号，所述延时器接收所述控制信号到所述脉冲激光驱动器本体产生所述电流脉冲信号的时间为第二延时；控制器，分别与所述延时器和所述脉冲激光驱动器本体连接，用于获取所述第二延时并根据所述第二延时调整所述第一延时，使调整后的所述第二延时与预设总延时相等。

可选的，所述控制器包括时间数字转换器，所述时间数字转换器的输入端分别连接所述延时器的输入端、所述脉冲激光驱动器本体的输出端，所述时间数字转换器的输出端和所述延时器的控制端连接，所述时间数字转换器用于获取所述第二延时，将所述第二延时转换为数字编码，根据所述数字编码调整所述第一延时。

可选的，所述控制器还包括处理器，所述处理器分别连接所述时间数字转换器的输出端和所述延时器的控制端，用于接收所述时间数字转换器输出的所述数字编码，将所述数字编码减少一预设参考码后发送给所述延时器的控制端。

根据本发明的另一方面，提供了一种脉冲激光驱动器的延时校准方法，所述方法包括：在接收控制信号后输出经过延时的所述控制信号，接收所述控制信号到输出经过延时的所述控制信号的时间为第一延时；在接收所述经过延时的所述控制信号后产生电流脉冲信号，接收所述控制信号到产生所述电流脉冲信号的时间为第二延时；获取所述第二延时并根据所述第二延时调整所述第一延时，使调整后的所述第二延时与预设总延时相等。

可选的，所述获取所述第二延时并根据所述第二延时调整所述第一延时具体为：获取所述第二延时，将所述第二延时转换为数字编码，根据所述数字编码调整所述第一延时。

可选的，所述方法还包括：将所述数字编码减少一预设参考码。

根据本发明的再一方面，提供了一种激光雷达，用于测距，包括发射单元、接收单元、以及计算单元；所述发射单元包括脉冲激光驱动器和激光器，所述脉冲激光驱动器为上述的脉冲激光驱动器，所述激光器与所述脉冲激光驱动器连接，用于根据所述电流脉冲信号发射激光脉冲到测距对象；所述接收单元用于接收被所述测距对象反射回的所述激光脉冲；所述计算单元分别与所述发射单元、所述接收单元连接，用于获取测距时间，所述测距时间为所述延时器接收所述控制信号到所述接收单元接收所述激光脉冲的时间，将所述测距时间减少所述预设总延时，根据减少的所述测距时间计算所述测距对象的距离。

根据本发明的又一方面，提供了一种激光雷达的测距方法，包括：在接收控制信号后输出经过延时的所述控制信号，接收所述控制信号到输出经过延时的所述控制信号的时间为第一延时；在接收所述经过延时的所述控制信号后产生电流脉冲信号，接收所述控制信号到产生所述电流脉冲信号的时间为第二延时；获取所述第二延时并根据所述第二延时调整所述第一延时，使调整后的所述第二延时与预设总延时相等；根据所述电流脉冲信号发射激光脉冲到测距对象；接收被所述测距对象反射回的所述激光脉冲；获取测距时间，所述测距时间为接收所述控制信号到接收所述激光脉冲的时间，将所述测距时间减少所述预设总延时，根据减少的所述测距时间计算所述测距对象的距离。

可选的，所述获取所述第二延时并根据所述第二延时调整所述第一延时具体为：获取所述第二延时，将所述第二延时转换为数字编码，根据所述数字编码调整所述第一延时。

可选的，所述方法还包括：将所述数字编码减少一预设参考码。

本发明提供了一种脉冲激光驱动器及延时校准方法，有助于克服温度、电源电压等因素对脉冲激光驱动器延时的影响。本发明还提供了一种激光雷达及测距方法，有助于得到不受温度、电源电压等因素影响的、无误差的测距距离。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明第一实施例脉冲激光驱动器的电路方框图；

图2示出了本发明第一实施例脉冲激光驱动器中脉冲激光驱动器本体102的电路图；

图3示出了本发明第二实施例脉冲激光驱动器的电路方框图；

图4示出了本发明第三实施例脉冲激光驱动器的电路方框图；

图5示出了本发明第四实施例脉冲激光驱动器的延时校准方法的流程图；

图6示出了本发明第五实施例激光雷达的结构框图；

图7示出了本发明第五实施例激光雷达中发射单元601的结构框图；

图8示出了本发明第六实施例激光雷达的测距方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1是本发明第一实施例脉冲激光驱动器的电路方框图。如图1所示，该脉冲激光驱动器包括延时器101、脉冲激光驱动器本体102、以及控制器103。

延时器101用于在接收控制信号后输出经过延时的控制信号。延时器101接收控制信号到输出经过延时的控制信号的时间为第一延时，也即延时器101的延时。本实施例中，延时器101为可编程延时电路，其延时可根据控制字在一定范围内调节。

脉冲激光驱动器本体102与延时器101连接，用于在接收延时器101输出的经过延时的控制信号后产生电流脉冲信号。延时器101接收控制信号到脉冲激光驱动器本体102产生电流脉冲信号的时间为第二延时，也即延时器101和脉冲激光驱动器本体102的总延时。

图2是本发明第一实施例脉冲激光驱动器中脉冲激光驱动器本体102的电路图。如图2所示，脉冲激光驱动器本体102由四级反相器串联而成。本实施例中，由于温度、电源电压等因素的影响，脉冲激光驱动器本体102的延时在0.5纳秒上下波动，如0.3至0.7纳秒。

控制器103分别与延时器101和脉冲激光驱动器本体102连接，用于获取第二延时并根据第二延时调整第一延时，使调整后的第二延时与预设总延时相等，也即根据获取的延时器101和脉冲激光驱动器本体102的总延时调整延时器101的延时，使调整后的总延时与预设总延时相等。该预设总延时的值可根据实际情况设置。本实施例中，设置预设总延时为1纳秒。初始时，脉冲激光驱动器本体102的延时为0.5纳秒，则设置延时器101的延时为0.5纳秒，使总延时为1纳秒。若由于温度变化，脉冲激光驱动器本体102的延时变为0.6纳秒，导致总延时变为1.1纳秒。此时，控制器103将调节延时器101，使其延时变为0.4纳秒，总延时仍为1纳秒。

在本发明实施例中，通过控制调节延时器的延时，使接收发射激光脉冲的控制信号到输出电流脉冲信号的延时恒定不变，有助于克服温度、电源电压等因素对脉冲激光驱动器延时的影响。

图3是本发明第二实施例脉冲激光驱动器的电路方框图。如图3所示，该脉冲激光驱动器包括延时器301、脉冲激光驱动器本体302、以及时间数字转换器303。

时间数字转换器303的输入端分别连接延时器301的输入端、脉冲激光驱动器本体302的输出端。时间数字转换器303的输出端和延时器301的控制端连接。时间数字转换器303用于获取第二延时，将第二延时转换为数字编码，根据数字编码调整第一延时。本实施例中，时间数字转换器303的步长为0.1纳秒。对于1纳秒的预设总延时，时间数字转换器303的输出的数字编码或输出码为10，即1纳秒除以步长0.1纳秒。若总延时变为1.1纳秒，则时间数字转换器303的输出码变为11。此时，延时器301将改变其延时，使总延时仍为1纳秒。

图4是本发明第三实施例脉冲激光驱动器的电路方框图。如图4所示，该脉冲激光驱动器包括延时器401、脉冲激光驱动器本体402、时间数字转换器403、以及处理器404。

处理器404分别连接时间数字转换器403的输出端和延时器401的控制端，用于接收时间数字转换器403输出的数字编码，将数字编码减少一预设参考码后发送给延时器401的控制端。本实施例中，脉冲激光驱动器本体402的延时为0.5纳秒左右，预设总延时为1纳秒，时间数字转换器403的步长为0.1纳秒。预设参考码为10，即等于预设总延时经过时间数字转换器403转换的数字编码。初始时，延时器401和脉冲激光驱动器本体402的延时均为0.5纳秒，总延时为1纳秒。对于1纳秒的总延时，时间数字转换器403的输出码为10。处理器404收到编码10后将其减去预设参考码10，输出编码0。对于编码0，延时器401不会改变其自身延时。若由于电源电压的波动，脉冲激光驱动器本体402的延时变为0.6纳秒，则总延时变为1.1纳秒，时间数字转换器403的输出码变为11，处理器404减去预设参考码10后输出编码1，延时器401收到编码1后，将其自身延时减少0.1纳秒，即其延时由0.5纳秒变为0.4纳秒，延时器401的延时0.4纳秒与脉冲激光驱动器本体402的延时0.6纳秒之和为1纳秒，即总延时仍为1纳秒。

图5是本发明第四实施例脉冲激光驱动器的延时校准方法的流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤s501：在接收控制信号后输出经过延时的控制信号，接收控制信号到输出经过延时的控制信号的时间为第一延时。

本步骤可由前述实施例脉冲激光驱动器中的延时器执行。

步骤s502：在接收经过延时的控制信号后产生电流脉冲信号，接收控制信号到产生电流脉冲信号的时间为第二延时。

本步骤可由前述实施例脉冲激光驱动器中的脉冲激光驱动器本体执行。

步骤s503：获取第二延时并根据第二延时调整第一延时，使调整后的第二延时与预设总延时相等。

本步骤可由前述第一实施例脉冲激光驱动器中的控制器、或第二实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器、或第三实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器和处理器执行。

在本发明实施例中，通过控制调节延时器的延时，使接收发射激光脉冲的控制信号到输出电流脉冲信号的延时恒定不变，有助于克服温度、电源电压等因素对脉冲激光驱动器延时的影响。

在一些实施例中，获取第二延时并根据第二延时调整第一延时具体为：获取第二延时，将第二延时转换为数字编码，根据数字编码调整第一延时。本步骤可由前述第二、第三实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器执行。

在一些实施例中，该方法还包括：将数字编码减少一预设参考码。本步骤可由前述第三实施例脉冲激光驱动器中的处理器执行。

图6是本发明第五实施例激光雷达的结构框图。如图6所示，激光雷达60包括发射单元601、接收单元602以及计算单元603。

图7是本发明第五实施例激光雷达中发射单元601的结构框图。如图7所示，发射单元601包括脉冲激光驱动器6011和激光器6012。本实施例中，脉冲激光驱动器6011为前述第三实施例脉冲激光驱动器。在一些实施例中，脉冲激光驱动器6011也可以是前述第一、第二实施例脉冲激光驱动器。激光器6012与脉冲激光驱动器6011连接，用于根据脉冲激光驱动器6011输出的电流脉冲信号发射激光脉冲到测距对象。

请同时参考图6所示。接收单元602用于接收被测距对象反射回的激光脉冲。

计算单元603分别与发射单元601、接收单元602连接，用于获取测距时间，测距时间为延时器401接收控制信号到接收单元602接收激光脉冲的时间，将测距时间减少预设总延时，根据减少的测距时间计算测距对象的距离。本实施例中，测距时间为11纳秒，减去预设总延时1纳秒，得到的10纳秒即为光子飞行时间，可算出测距对象的距离为1.5米。或者，测距时间对应的数字编码为110，减去预设参考码10得到编码100，换算为时间10纳秒，算出测距对象的距离为1.5米。在一些实施例中，计算单元603可在接收单元602内部。

在本发明实施例中，获取激光雷达发出发射激光脉冲的控制信号的时间到接收反射回的激光脉冲的时间，将该时间减去固定的延时得到正确的光子飞行时间，有助于得到不受温度、电源电压等因素影响的、无误差的测距距离。

图8是本发明第六实施例激光雷达的测距方法的流程图。如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤s801：在接收控制信号后输出经过延时的控制信号，接收控制信号到输出经过延时的控制信号的时间为第一延时。

本步骤可由前述实施例脉冲激光驱动器中的延时器执行。

步骤s802：在接收经过延时的控制信号后产生电流脉冲信号，接收控制信号到产生电流脉冲信号的时间为第二延时。

本步骤可由前述实施例脉冲激光驱动器中的脉冲激光驱动器本体执行。

步骤s803：获取第二延时并根据第二延时调整第一延时，使调整后的第二延时与预设总延时相等。

本步骤可由前述第一实施例脉冲激光驱动器中的控制器、或第二实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器、或第三实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器和处理器执行。

步骤s804：根据电流脉冲信号发射激光脉冲到测距对象。

本步骤可由前述第五实施例激光雷达中的发射单元执行。

步骤s805：接收被测距对象反射回的激光脉冲。

本步骤可由前述第五实施例激光雷达中的接收单元执行。

步骤s806：获取测距时间，测距时间为接收控制信号到接收激光脉冲的时间，将测距时间减少预设总延时，根据减少的测距时间计算测距对象的距离。

本步骤可由前述第五实施例激光雷达中的计算单元执行。

在本发明实施例中，获取激光雷达发出发射激光脉冲的控制信号的时间到接收反射回的激光脉冲的时间，将该时间减去固定的延时得到正确的光子飞行时间，有助于得到不受温度、电源电压等因素影响的、无误差的测距距离。

在一些实施例中，获取第二延时并根据第二延时调整第一延时具体为：获取第二延时，将第二延时转换为数字编码，根据数字编码调整第一延时。本步骤可由前述第二、第三实施例脉冲激光驱动器中的时间数字转换器执行。

在一些实施例中，该方法还包括：将数字编码减少一预设参考码。本步骤可由前述第三实施例脉冲激光驱动器中的处理器执行。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。