[发明专利]激光雷达和使用激光雷达进行三维探测的方法

说明书

本发明提供一种激光雷达，包括：发射装置，配置成发射强度可调节的探测脉冲；接收装置，配置成可接收光信号，并被施加偏置电压，将所述光信号转换为电信号；和控制装置，配置成可控制所述探测脉冲的强度，向所述接收装置施加偏置电压，并可根据所述探测脉冲的发射时刻，将所述偏置电压从第一偏置电压切换输出第二偏置电压，其中所述接收装置在第一偏置电压下的探测性能低于在所述第二偏置电压下的探测性能。通过本发明可以提高抑制激光雷达内部杂散光干扰，抑制偏置电压切换时所产生的串扰同时能够较快恢复接收装置的探测能力，并基于探测脉冲的强度、障碍物距离、障碍物反射率和探测距离调节偏置电压可以避免接收装置饱和，扩大动态范围。

技术领域

本发明涉及光电探测领域，尤其涉及激光雷达和使用激光雷达进行三维探测的方法。

背景技术

激光雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、抗干扰能力强、体积小、质量轻等优点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达包括激光发射系统和探测接收系统，发射激光遇到目标后反射并被探测接收系统所接收，通过测量激光往返的时间可测量目标和激光雷达间的距离(飞行时间法)，当对整个目标区域扫描探测后，则最终可实现三维成像。

激光雷达的所述激光发射系统和探测接收系统中，除了设计的收发光路外，还存在激光雷达内部的杂散光传输路径。激光发射时存在内部杂散光入射到探测器上，会使得在发光时刻探测器受到干扰。随着SiPM(Silicon photomultiplier，硅光电倍增管)的工艺水平不断上升，多线激光雷达越来越多的采用SiPM阵列作为光接收器件。如图1所示，SiPM是一种采用多个单光子雪崩二极管SPAD组成的光接收器件。SiPM的工作过程如下：单个光子入射到SiPM中的像素(pixel)上时，若光子被像素探测到，会导致SiPM中的SPAD发生盖革雪崩，SPAD的结电容积累的电荷将会通过雪崩效应从P极流向N极，导致SPAD两端的偏压下降，SPAD盖革雪崩停止，通过快输出电容C将SPAD两端电压的改变量ΔV输出，之后经过淬灭电阻R向SPAD结电容两端充电，使其恢复到盖革模式，只有SPAD恢复到盖革模式，才能继续响应下一个光子，其中淬灭电阻R向SPAD结电容充电的时间为器件的恢复时间。

SiPM由于其采用有限个SPAD单元组成接收器件，对于强光输入存在着容易饱和现象。因此激光雷达内部的杂散光会使得大量SPAD单元被雪崩激发，导致其接收能力会下降，并需要一定时间才可以恢复。在此期间，信号基线会叠加杂散光，信号基线会偏离原有位置，从而使得信号基线因为响应杂散光而波动。综合来说，由于杂散光对SiPM造成干扰，从而造成近处探测能力会下降，并且强杂散光使未被激发的SPAD数量太少，导致识别不出回波信号，形成近距离盲区。

为了抑制杂散光对SiPM的干扰，一般通过降低SiPM被施加的偏置电压来降低光子探测效率(Photon Detection Efficiency，PDE)；或者降低发光功率，这样发光时杂散光就会变弱，对基线影响降低，SiPM中更少的SPAD单元被激发，从而减小SiPM饱和效应，但低响应度和低发光功率会带来激光雷达测远性能下降的问题。

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

针对现有技术中探测器受到内部杂散光的干扰而导致激光雷达近距离盲区或者影响近距离目标探测能力的问题，本发明提供一种激光雷达以及利用激光雷达进行三维探测的方法，以消除或者减轻内部杂散光的干扰和影响。

本发明提供一种激光雷达，包括：

发射装置，配置成发射强度可调节的探测脉冲；

接收装置，配置成可接收光信号，并被施加偏置电压，将所述光信号转换为电信号；和