激光发射装置、距离测量装置以及电子设备的制作方法

1.本技术涉及测量领域，尤其涉及一种激光发射装置、距离测量装置以及电子设备。


背景技术：

2.直接时间飞行(direct time of flight，dtof)技术已大量应用于距离测量的系统中。如图1所示，在dtof中，由发送端的光源发射一组激光脉冲到被检测物体上，只要是非完全吸收或者透过，激光脉冲将被部分(反射率相关)反射回到接收端中。从发送端射激光脉冲的发送时刻到接收端接收到被反射的激光脉冲的接收时刻之间的时间间隔，被称为激光脉冲的飞行时间(time of flight)。通过距离＝速度
×
时间
÷
2的关系，就可以得到目标物体的距离。
3.目标物体的距离是根据激光脉冲的速度以及从发送端射激光脉冲的发送时刻到接收端接收到被反射的激光脉冲的接收时刻之间的时间间隔求出的，由于激光脉冲的速度非常快，即使时间间隔出现极小的误差，也会导致测量精度出现很大的降低，因此，如何提高dtof的测量精度是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种激光发射装置、距离测量装置以及电子设备，能够有效提高距离测量的精度。
5.第一方面，提供了一种距离测量装置，包括：
6.发送端，用于向目标物体发出的激光脉冲；
7.接收端，用于接收所述目标物体反射的激光脉冲；
8.其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖的之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
9.在上述方案中，当发送端与目标物体的距离比较近，或者，目标物体是高反射物体时，接收端的接收器件很可能被第一脉冲激发，接收器件就会进入死区时间，即使目标物体反射的第二脉冲的能量再高，接收器件也不会被激发，而，第一脉冲的能量比较小，所以，即使发送端与目标物体的距离比较近，接收器件被激发的概率被不会太高而导致测量的精度下降。当发送端与目标物体的距离比较远，或者，目标物体是低反射物体时，接收端的接收器件很可能不会被第一脉冲激发，此时，被目标物体反射的第二脉冲可以激发接收器件，而，发送端与目标物体的距离比较远，即使第二脉冲的能量比较大，接收器件被激发的概率被不会太高而导致测量的精度下降。
10.在一些可能的设计中，所述接收端还用于在多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率大于阈值的情况下，丢弃所述多个脉冲周期中所述目
标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率。
11.在上述方案中，可以将所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率丢弃，从而简化计算的复杂度。
12.在一些可能的设计中，所述接收端还用于将多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率和所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率输入融合算法，从而得到融合结果。
13.在上述方案中，可以综合利用多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率以及多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率，从而提升测量的准确度。
14.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第三脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量。
15.上述方案中，可以使得不同的距离分别采用不同的三个脉冲中其中一个脉冲进行测量，使得测量的准确度更加准确。
16.在一些可能的设计中，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔。
17.上述方案中，第一脉冲、第二脉冲以及第三脉冲均匀设置，可以使得发送端的激光发生器的稳定性更好。
18.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第四脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第四脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量。
19.第二方面，提供了一种激光发射装置，包括：
20.发送端，用于向目标物体发出激光脉冲，其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
21.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第三脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量。
22.在一些可能的设计中，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔。
23.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第四脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第四脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量。
24.第三方面，提供了一种距离测量方法，包括：
25.向目标物体发出激光脉冲；
26.接收所述目标物体反射的激光脉冲；
27.其中，所述向目标物体发出的激光脉冲的其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
28.在一些可能的设计中，在多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率大于阈值的情况下，丢弃所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率。
29.在一些可能的设计中，将多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率和所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率输入融合算法，从而得到融合结果。
30.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第三脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量。
31.在一些可能的设计中，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔。
32.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第四脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第四脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量。
33.第四方面，提供了一种电子设备，包括：
34.距离测量装置，用于向目标物体发出激光脉冲，以及，接收所述目标物体反射的激光脉冲；
35.其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
36.在一些可能的设计中，所述距离测量装置还用于在多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率大于阈值的情况下，丢弃所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率。
37.在一些可能的设计中，所述距离测量装置还用于将多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率和所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率输入融合算法，从而得到融合结果。
38.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第三脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量。
39.在一些可能的设计中，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔。
40.在一些可能的设计中，所述其中一个脉冲周期还包括第四脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第四脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量。
附图说明
41.为了更清楚地说明本技术实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本技术实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
42.图1是本技术涉及的一种dtof系统的结构示意图；
43.图2是本技术涉及的被反射到接收端的激光脉冲划分为多个时间段的示意图；
44.图3是本技术涉及的被反射到接收端的激光脉冲在各个时段内激发接收器件的概率分布图；
45.图4是根据图3所示的概率分布图得到的概率分布函数的示意图；
46.图5是本技术涉及的接收端接收的光能量较大与光能量较小时的概率分布函数对比图；
47.图6是本技术提供的一种发送端的结构示意图；
48.图7是本技术提供的一种接收端的结构示意图；
49.图8a-图8c是本技术提供的一些发送端产生的脉冲周期内包括两个脉冲的激光脉冲的示意图；
50.图9a-图9b是本技术提供的一些发送端产生的脉冲周期内包括三个脉冲的激光脉冲的示意图；
51.图10是本技术提供的另一种发送端产生的脉冲周期内包括三个脉冲的激光脉冲的示意图；
52.图11是本技术提供的又一种发送端产生的脉冲周期内包括三个脉冲的激光脉冲的示意图；
53.图12是本技术提供的一种距离测量方法的流程示意图。
具体实施方式
54.飞行时间的测量是否准确对目标物体的距离的测量有着重大的影响。假设目标物体的实际距离为1米，飞行时间的测量的时间误差为2纳秒，根据目标物体的距离的计算公式可以得出：距离＝速度
×
时间
÷
2＝3.0
×
108米/秒
×2×
10-9秒
÷
2＝0.3米，偏差率为0.3米
÷
1米＝30％。由此可见，由于光飞行的速度非常快，即使飞行时间的测量出现了极小的时间误差都会导致目标物体的距离测量发生巨大的偏差。但是，由于接收端中采用的接收器件的特性，会导致飞行时间的测量出现误差。
55.为了提高探测距离的能力，接收端会选用单光子雪崩二极管(single photo avalanche detector，spad)作为接收器件。作为其他的实施例，也可以使用其他类型光电转换器件，例如，p型半导体-杂质-n型半导体(positive-intrinsic-negative，pin)探测器，雪崩二极管(avalanche photodiode，apd)等等作为接收器件。
56.以spad为例，当spad接收到光子的能量足够大时，spad内部发生雪崩效应，spad内部将会产生极大的瞬时电流，此时，可以称之为spad被激发。由于其独特的设计，具有非常高的响应度和弱光探测能力。理论上来说，spad可能被激光脉冲的任何一段所激发，如图2所示，假设将被反射到接收端的激光脉冲的总脉冲宽度为2纳秒，分成t1至t4总共4个时间段，则，接收端的spad可能在t1时间段被激发，可能在t2时间段被激发，可能在t3时间段被激发，也可能在t4时间段被激发。但是，在spad被激发的时候，spad内部将会产生极大的瞬时电流。为了避免长时间的大电流引起对spad的热损伤，一般电路设计中，spad在一次激发响应后，内部电路会对其进行一次复位操作，spad将会进入一段长度为几个～几百纳秒的淬灭时间(又称为，死区时间)，这个时间段spad不会响应进入的光子。spad在t1至t4被激发的概率受该时间段内激光脉冲的光子的能量所影响，通常来说，该时间段内激光脉冲的光子的能量越大，被激发的概率越高，反之，则激发的概率越低。由于死区时间的存在，spad在各时间段被激发的概率还受之间时间段的影响，如果spad在t1时间段内没有被激发，则spad才可能在t2、t3或者t4被激发，如果spad在t1以及t2时间段内均没有被激发，则spad才可能在t3或者t4被激发，如果spad在t1至t3时间段内均没有被激发，则spad才可能在t4被激发。因此，spad在t1至t4各个时间段被激发的概率可以表示为：
57.p1＝f(e1)；
58.p2＝(1-p1)f(e2)；
59.p3＝(1-p1)(1-p2)f(e3)；
60.p4＝(1-p1)(1-p2)(1-p3)f(e4)；
61.其中，p1为spad在t1时间段内被激发的概率，e1为spad在t1时间段内接收到的光子的能量，f(e1)为spad在e1的光子的能量下被激发的概率，p2为spad在t2时间段内被激发的概率，e2为spad在t2时间段内接收到的光子的能量，f(e2)为spad在e2的光子的能量下被激发的概率，p3为spad在t3时间段内被激发的概率，e3为spad在t3时间段内接收到的光子的能量，f(e3)为spad在e3的光子的能量下被激发的概率。
62.但是，spad是无法确定具体是哪个时间段被激发的。假设估计激光脉冲的中心时刻为激发时刻，那么，当激光脉冲的实际激发时刻为t1时间段或者t4时间段，则飞行时间的
测量误差可以达到2纳秒，目标物体的距离的测量误差也将有0.3米(计算过程见上文)，是完全没法接受的。为了减少测量误差，可以重复进行多次测量，并根据重复多次测量的结果估计spad被激发的时间。如图3以及图4所示，假设进行多次测量后，spad在t1至t4各个时间段被激发的概率分布如图，则可以根据spad在t1至t4各个时间段被激发的概率分布确定概率分布函数，并估计概率分布函数的对称中心线所在的时刻为spad的激发时刻。通过上述方式可以大大减少各种偶然误差，提高目标物体的距离测量的准确性。
63.但是，如图5中实线所示，只有当spad在各个时间段被激发的概率都非常小时，(1-pn)约等于1，其中，n＝1，2，3，4。此时，spad在各个时间段被激发的概率只与当前的时间段的光子的能量有关，这样spad探测到的spad在各个时间段被激发的概率与原始的发送端的激光脉冲分布相同，可以较好的利用已知的发送端的激光脉冲分布特征，进行飞行时间估算，而当f(en)约等于1时，如图5中虚线所示，后面的时间段被激发的概率会被大大的降低，引起spad在各个时间段被激发的概率分布畸变。这种畸变主要是由于返回的光能量较高引起，容易出现在目标物体的距离较近或者高反射的目标物体上，f(en)越高，畸变越大，引起的误差也越大，且补偿难度越大，降低测量的精度。
64.为了解决上述问题，本技术提出了一种距离测量装置，用于对目标物体进行测距。其中，目标物体可以是一切能够反射光线的物体，例如，可以是光滑的物体，可以是粗糙的物体，可以是形状规则的物体，可以是形状不规则的物体，可以是有生命的物体，可以是没有生命的物体，可以是静止的物体，可以是运动的物体，可以是坚硬的物体，可以是柔软的物体，可以是固体，可以是液体等等。
65.所述距离测量装置，通常包括：发送端以及接收端。其中，发送端和接收端可以集中设置在同一个电子设备中，也可以分别设置在两个电子设备中，此处不作具体限定。
66.发送端，用于向目标物体发出激光脉冲。如图6所示，该发送端包括两个发射单元110、控制模块120、第一准直模块130和第二准直模块140。每个发射单元110包括用于发射激光的激光器和用于驱动激光器的驱动电路，控制模块120与两个发射单元110的驱动电路均相连，以根据控制指令控制驱动电路驱动相应的激光器按照设定工作模式发射激光，第一准直模块130可对每个发射单元110发射的激光进行快轴方向准直，并将准直后的激光形成合束激光，第二准直模块140可对合束激光进行慢轴方向准直。第一准直模块130可包括两个非球面镜131、偏振合束器132和半波片133，两个非球面镜131分别设置在每个发射单元110发射激光的路径上，以对激光进行快轴方向和慢轴方向准直。其中，非球面镜131主要对激光的快轴方向进行准直，对慢轴方向只进行了初步准直，避免了光束进入偏振合束器132时慢轴方向的入射角度太大，从而影响合束效果。偏振合束器132可透射两个发射单元110中的第一部分发射单元发射的激光和改变两个发射单元110中的第二部分发射单元发射的激光的方向，以形成合束激光。半波片133位于对应第二部分发射单元设置的非球面镜131与偏振合束器132之间，以调整方向发生改变的第二部分发射单元发射的激光的偏振态。也就是说，第二部分发射单元发射的激光在经过偏振合束器132改变方向前需先经过半波片133调整激光的偏振态，而偏振合束器132透射的第一部分发射单元发射的激光(经过偏振合束器方向未改变的激光)无需经过半波片133调整激光的偏振态。第二准直模块140可包括沿着合束激光的路径方向依次间隔设置以用于对合束激光进行慢轴方向准直的负光焦度柱透镜141和正光焦度柱透镜142。其中，负光焦度柱透镜141和正光焦度柱透镜142
可组成倒置伽利略望远系统，来对合束激光进行慢轴方向准直。可以理解，上述发送端仅仅作为具体的实施例，在其他的实施方式中，可以包括更多或者更少的发射单元，更多或者更少的非球面镜以及更多或者更少的准直模块等等，此处不作具体限定。
67.接收端，用于接收所述目标物体反射的光能量。如图7所示，接收端包括相互电性连接的接收器件210、跨阻放大器(trans-impedance amplifier，tia)220以及泄放电路230，其中，接收器件210与跨阻放大器220电性连接。
68.接收器件210用于接收目标物体反射的激光脉冲，并转换为电流信号。具体地，接收器件210接收激光脉冲后产生脉冲电流，所述脉冲电流即为电流信号，所述电流信号自接收器件210的激光转换输出端输出，对于不同距离探测物体或者相同距离的不同反射率的目标物体，反射的激光脉冲的强度不同，产生对应的电流信号的大小也不同。tia220包括放大输入端与放大输出端，tia 220的放大输入端电性连接于接收器件210的激光转换输出端，且通过放大输入端自接收器件210接收到的电流信号，并且将所述电流信号转化为电压信号以及自放大输出端输出，并且可以依据需要调整将电流信号转换为电压信号的增益比例。泄放电路230用于针对接收器件210产生脉冲电流中超过阈值范围的电流进行动态泄放，以保证提供至tia 220的电流处于较为稳定的范围内，防止tia 220的输入信号达到饱和，以使得针对激光脉冲以及电流信号的动态范围较大。
69.发送端连续地发送多个脉冲周期的激光脉冲。其中，激光脉冲的波形可以是矩形、正弦波形、三角波形、钟型等等，此处不作具体限定。
70.发送端发送的激光脉冲满足以下条件：激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
71.第一脉冲的半径为第一脉冲的脉冲宽度的一半。第一脉冲的宽度可以为脉冲强度的最大值的一半处所对应的宽度。第一脉冲的宽度还可以采用其他的定义方式，此处不作具体限定。第二脉冲的半径的定义与第一脉冲的半径的定义相类似，此处不再展开描述。
72.当目标物体的距离比较近或者目标物体是具有高反射的物体时，返回激光脉冲的光子的数量比较多，足够激发接收端的接收器件，接收端的接收器件很可能会被目标物体反射的第一脉冲的所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间。由于第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于接收端的接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第二脉冲的光子的数量非常多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。只有在接收器件没有被目标物体反射的第一脉冲的光子激发时，接收器件可以被目标物体反射的第二脉冲的光子激发。举个例子进行说明，在1000次的实验中，有900次接收器件是被第一脉冲所激发，导致第二脉冲无法激发接收器件，有100次接收器件没有被第一脉冲所激发，第二脉冲可以激发接收器件。这里，高反射的物体是对光的反射能力比较强的物体，例如，镜面等等。
73.当目标物体的距离比较远或者目标物体是具有低反射的物体时，返回激光脉冲的光子的数量比较少，目标物体反射的第一脉冲的光子数量通常不足以激发接收器件，因此，
接收器件不会进入死区时间，接收器件就可以被目标物体反射的第二脉冲的光子所激发。只有在少数时候，接收端的接收器件可能会被目标物体反射的第一脉冲的光子所激发，进入死区时间，导致被目标物体反射的第二脉冲的光子无法激发接收端的接收器件。举个例子进行说明，在1000次的实验中，有900次接收器件没有被第一脉冲所激发，第二脉冲可以激发接收器件，有100次接收器件被第一脉冲所激发，导致第二脉冲无法激发接收器件。这里，低反射的物体是对光的反射能力比较弱的物体，例如，布料等等。
74.综合上述，该距离测量装置无论是测量近距离的目标物体，或者，具有高反射的目标物体，或者，远距离的目标物体，或者，具有低反射的目标物体都能有较好的测量精度。
75.下面将详细介绍发送端发出的一些激光脉冲的实现方式。下面将结合图8a至图8c，对所述激光脉冲的实现方式进行详细的介绍。
76.如图8a所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第二脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔等于第一脉冲的半径和第二脉冲的半径之和，且，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔小于接收器件的死区时间。
77.如图8b所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第二脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔大于第一脉冲的半径和第二脉冲的半径之和，且，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔小于接收器件的死区时间。
78.如图8c所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第二脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔大于第一脉冲的半径和第二脉冲的半径之和，且，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔等于接收器件的死区时间。
79.应理解，上述例子仅仅是激光脉冲的一些具体的实施例，在其他的实施方式中，激光脉冲还可以是其他的实施方式，此处不作具体限定。
80.在上述的实施例中，均以脉冲周期t内只包括两个脉冲为例，在实际应用中，激光还可以包括三个或者更多的脉冲，此处不作具体限定。下面将以三个脉冲为例进行详细说明。
81.如图9a所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第二脉冲，能量最大(图中最高)的脉冲为第三脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ1，以第二脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的距离为第二脉冲和第三脉冲之间的间隔τ2。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量，所述第二脉冲
的能量大于所述第一脉冲的能量，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔略小于、等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔τ1等于第二脉冲和第三脉冲之间的间隔τ2。
82.如图9b所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第二脉冲，能量最大(图中最高)的脉冲为第三脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ1，以第二脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的距离为第二脉冲和第三脉冲之间的间隔τ2。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖的之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的间隔τ1不等于第二脉冲和第三脉冲之间的间隔τ2。
83.当目标物体的距离比较近或者目标物体是具有高反射的物体时，返回激光脉冲的光子数量比较多，目标物体反射的第一脉冲的光子足够激发接收端的接收器件，接收器件很可能会被目标物体反射的第一脉冲的光能量所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间。由于第一脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第二脉冲以及第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。少数时候，接收器件并没有被目标反射的第一脉冲的光子所激发，此时，接收器件可以被第二脉冲的光子所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间，由于第二脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。在极少数情况下，接收器并没有被目标反射的第一脉冲以及第二脉冲的光子所激发，此时，接收器件可以被第三脉冲的光子所激发。举个例子进行说明，在1000次的实验中，有900次接收器件被第一脉冲所激发，导致第二脉冲以及第三脉冲无法激发接收器件，有90次接收器件没有被第一脉冲所激发，第二脉冲激发接收器件，导致第三脉冲没法激发接收器件，有10次接收器件没有被第一脉冲以及第二脉冲所激发，第三脉冲可以激发接收器件。
84.当目标物体的距离比较适中或者目标物体是具有中反射的物体时，返回激光脉冲的光子数量比较多，目标物体反射的第一脉冲的光子通常不足以激发接收器件，因此，接收器件不会进入死区时间，接收器件就可以被目标物体反射的第二脉冲的光子所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间。由于第一脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收端的接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。少数时候，接收器件并没有被目标反
射的第一脉冲以及第二脉冲的光子所激发，此时，接收器件可以被第三脉冲的光子所激发。在极少数时候，接收器件被目标反射的第一脉冲的光子所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间，由于第一脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第二脉冲和第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。举个例子进行说明，在1000次的实验中，有900次接收器件没有被第一脉冲所激发，第二脉冲可以激发接收器件，导致第三脉冲无法激发接收器件，有90次接收器件没有被第一脉冲以及第二脉冲所激发，第三脉冲可以激发接收器件。
85.当目标物体的距离比较远或者目标物体是具有高反射的物体时，返回激光脉冲的光子数量比较少，目标物体反射的第一脉冲以及第二脉冲的光子数量通常不足以激发接收器件，因此，接收器件不会进入死区时间，接收器件就可以被目标物体反射的第三脉冲的光子所激发。少数时候，接收器件并没有被目标反射的第一脉冲的光子所激发，此时，接收器件可以被第二脉冲的光子所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间，由于第二脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。在极少数时候，接收器件被目标反射的第一脉冲的光子所激发，一旦接收器件被激发，接收器件就会进入死区时间，由于第一脉冲的峰尖和第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于接收器件的死区时间，即使被目标物体反射的第二脉冲和第三脉冲的光子数量很多，也无法激发已经进入死区时间的接收器件。举个例子进行说明，在1000次的实验中，有900次接收器件没有被第一脉冲以及第二脉冲所激发，第三脉冲可以激发接收器件，有90次接收器件没有被第一脉冲所激发，第二脉冲可以激发接收器件，导致第三脉冲无法激发接收器件，有10次接收器件被第一脉冲所激发，导致第二脉冲和第三脉冲无法激发接收器件。
86.综合上述，该直接飞行时间测量系统无论是测量近距离的目标物体，或者，具有高反射的目标物体，或者，适中距离的目标物体，或者，具有中反射的目标物体，或者，远距离的目标物体，或者，具有低反射的目标物体都能有较好的测量精度。
87.激光脉冲还可采用如图10所示的设置方式。如图10所示，假设脉冲周期t中，能量较小(图中较矮)的脉冲为第一脉冲，能量最大(图中最高)的脉冲为第二脉冲，能量较大(图中较高)的脉冲为第四脉冲，以第一脉冲的峰尖和第二脉冲的峰尖之间的距离为第一脉冲和第二脉冲之间的间隔τ1，以第二脉冲的峰尖和第四脉冲的峰尖之间的距离为第二脉冲和第三脉冲之间的间隔τ2。调节发送端的激光脉冲，使得第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间。
88.接收端统计多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率以及多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率，并基于多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率以及多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率确定发送端发出激
光脉冲的时刻至接收端接收目标物体反射的激光脉冲的时刻之间的时间间隔，进而确定发送端至目标物体之间的距离。当目标物体的距离比较近或者目标物体是具有高反射的物体时，如果多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率大于阈值，可以不使用多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率，丢弃所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率。其中，阈值可以是根据经验设置的，即，根据经验，采用该阈值时距离测量的精确度能够满足要求。又或者，当目标物体的距离比较近或者目标物体是具有高反射的物体时，所述接收端将多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率和所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率输入融合算法，从而得到第一融合结果，并根据第一融合结果确定目标物体的距离。其中，融合算法可以是加权算法，平均算法、人工智能算法等等。
89.此外，发送端发出的激光脉冲还可采用如图11所示的设置方式。如图11所示，发送端发出的激光脉冲包括多个脉冲周期。多个脉冲周期被分成第一组脉冲、第二组脉冲以及第三组脉冲，其中，第一组脉冲的能量、第二组脉冲的能量以及第三组脉冲的能量均不相同。为了简便起见，以第一组脉冲的能量最小，第二组脉冲的能量中等，第三组脉冲的能量最大为例进行说明。第一组脉冲中的脉冲的峰尖和脉冲的峰尖之间的时间间隔为第一间隔τ1，第二组脉冲中的脉冲的峰尖和脉冲的峰尖之间的时间间隔为第二间隔τ2，第三组脉冲中的脉冲的峰尖和脉冲的峰尖之间的时间间隔为第三间隔τ3。在一具体的实施例中，第一组脉冲的脉冲之间的第一间隔τ1、第二组脉冲的脉冲之间的第二间隔τ2和第三组脉冲的脉冲之间的第三间隔τ3均相等。在另一具体的实施例中，当第一组脉冲的能量最小的时候，第一组脉冲的脉冲之间的第一间隔τ1可以设置得较短；当第二组脉冲的能量中等的时候，第二组脉冲的脉冲之间的第二间隔τ1可以设置得中等，当第三组脉冲的能量最大的时候，第三组脉冲的脉冲之间的第三间隔τ1可以设置得较长。相对应地，在目标物体与距离测量装置的距离比较近时，接收端可以选择接收器件被第一组脉冲反射的光子激发的概率进行距离测量；在目标物体与距离测量装置的距离中等时，接收端可以选择接收器件被第二组脉冲反射的光子激发的概率进行距离测量；在目标物体与距离测量装置的距离比较远时，接收端可以选择接收器件被第三组脉冲反射的光子激发的概率进行距离测量。此外，接收端也可以将接收器件被第一组脉冲反射的光子激发的概率、接收器件被第二组脉冲反射的光子激发的概率、接收器件被第三组脉冲反射的光子激发的概率输入融合算法，得到第二融合结果，并根据第二融合结果确定目标物体的距离。
90.如图12所示，图12是本技术提供的一种距离测量方法的流程示意图。如图12所示，所述方法包括如下步骤：
91.s101：向目标物体发出激光脉冲；其中，所述向目标物体发出的激光脉冲的其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。
92.s102：接收所述目标物体反射的激光脉冲。
93.上述方法中的步骤s101可以通过图6所示的距离测量装置中的发送端执行，步骤s102可以通过图7所示的距离测量装置中的介绍端执行。具体请参见图6、图8a-图8c、图9a-图9b、图10对应的相关实施例的描述，此处不在展开赘述。
94.本技术还提供了一种激光发送装置，所述激光发送装置包括如图6、图8a-图8c、图9a-图9b、图10对应的相关实施例所述的发送端。具体请参见图6、图8a-图8c、图9a-图9b、图10对应的相关实施例的描述，此处不在展开赘述。
95.本技术还提供了一种电子设备。所述电子设备可以包括如图6、图7、图8a-图8c、图9a-图9b、图10、图11对应的相关实施例所述的距离测量装置。具体请参见图6、图8a-图8c、图9a-图9b、图10、图11对应的相关实施例的描述，此处不在展开赘述。其中，电子设备可以是一切需要进行距离测量的设备，例如，可以是自动驾驶设备、人脸识别设备、增强现实(augmented reality，ar)设备、虚拟现实(virtual reality，vr)设备、智能手机、平板电脑、手势识别设备、客流统计设备、行为识别设备、体感交互设备、工业测量设备以及定位感知设备等等。
96.在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、存储盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态存储盘solid state disk(ssd))等。

技术特征：
1.一种距离测量装置，其特征在于，包括：发送端，用于向目标物体发出的激光脉冲；接收端，用于接收所述目标物体反射的激光脉冲；其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖的之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收端还用于在多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率大于阈值的情况下，丢弃所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收端还用于将多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第一脉冲激发所述接收器件的概率和所述多个脉冲周期中所述目标物体反射所述第二脉冲激发所述接收器件的概率输入融合算法，从而得到融合结果。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述其中一个脉冲周期还包括第三脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第三脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第三脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第三脉冲的能量大于所述第二脉冲的能量。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于所述第二脉冲的峰尖和所述第三脉冲的峰尖之间的时间间隔。6.根据权利要求1至3任一权利要求所述的装置，其特征在于，所述其中一个脉冲周期还包括第四脉冲，所述第二脉冲的发送时间早于所述第四脉冲的发送时间，所述第二脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第二脉冲的半径和所述第四脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第四脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第四脉冲的能量。7.一种激光发射装置，其特征在于，包括：发送端，用于向目标物体发出激光脉冲，其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。8.一种距离测量方法，其特征在于，包括：向目标物体发出激光脉冲；
接收所述目标物体反射的激光脉冲；其中，所述向目标物体发出的激光脉冲的其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。9.一种电子设备，其特征在于，包括：距离测量装置，用于向目标物体发出激光脉冲，以及，接收所述目标物体反射的激光脉冲；其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。

技术总结
本申请涉及一种激光发射装置、距离测量装置以及电子设备。所述装置包括：发送端，用于向目标物体发出的激光脉冲；接收端，用于接收所述目标物体反射的激光脉冲；其中，所述向目标物体发出的激光脉冲在其中一个脉冲周期内包括第一脉冲以及第二脉冲，所述第一脉冲的发送时间早于所述第二脉冲的发送时间，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖的之间的时间间隔等于或者大于所述第一脉冲的半径和所述第二脉冲的半径之和，所述第一脉冲的峰尖和所述第二脉冲的峰尖之间的时间间隔小于或者等于所述接收端的接收器件的死区时间，所述第二脉冲的能量大于所述第一脉冲的能量。上述方法能够有效提高距离测量的精度。能够有效提高距离测量的精度。能够有效提高距离测量的精度。


技术研发人员：王传彪 刘欢 崔振威
受保护的技术使用者：华为技术有限公司
技术研发日：2022.01.29
技术公布日：2023/8/9