本申請涉及計量學領(lǐng)域，并且具體涉及激光雷達(LiDAR，光距離和范圍)傳感器以及相關(guān)裝置。

背景技術(shù)：

許多工業(yè)包括測量、建筑、娛樂(受電影和視頻游戲影響產(chǎn)生的角色)、建造、法醫(yī)和地理應(yīng)用對于用于在不接觸環(huán)境中的對象的情況下測量這些對象的距離和反射率值的處理都有很大興趣。歷史上，使用照相測量技術(shù)來獲得準確的距離和反射測量值，但是從立體圖像提取信息的處理既耗時又昂貴。在過去的幾十年中，光探測和測距(LiDAR)技術(shù)的進步已經(jīng)使得從業(yè)者能夠掃描大的區(qū)域表面并同時采集數(shù)十億計的數(shù)據(jù)點，每個數(shù)據(jù)點在本地(相對)坐標系統(tǒng)內(nèi)具有精確的緯度、經(jīng)度和高度(x，y，z)值。數(shù)十億計的數(shù)據(jù)點的集合稱為點云數(shù)據(jù)集。從業(yè)者隨后從點云中提取對象并且然后創(chuàng)建三維模型。然后，在許多應(yīng)用中使用那些模型。例如，在地理信息系統(tǒng)(GIS)工業(yè)中，從業(yè)者將全球定位系統(tǒng)(GPS)數(shù)據(jù)頻繁地綜合至點云中以使其“地理參考”到全局坐標系。地理參考點云中的每個數(shù)據(jù)點在地球表面上具有絕對的x，y和z位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

LiDAR——特別是基于飛行時間(time-of-fight)的LiDAR——是發(fā)射短激光脈沖(例如，約1納秒至10納秒的脈寬)并檢測反射光并且同時測量發(fā)射脈沖與反射脈沖之間的時間的距離范圍測量技術(shù)。從激光脈沖被發(fā)射的時間直到其反射回LiDAR儀器的激光脈沖飛行時間對應(yīng)于LiDAR傳感器與目標表面之間的距離。

由漫射(非反光)表面反射的光的分數(shù)是該表面的反射率。在給定至目標的測量距離的情況下，可以根據(jù)由LiDAR傳感器接收到的反射光與發(fā)射光之比來計算目標表面的反射率的估計。

可以使用旋轉(zhuǎn)鏡來掃描由激光器發(fā)射的光的方向，從而實現(xiàn)穿過角的范圍的測量。因此，可以在角的范圍上測量距各種對象的距離。

可以使用時間至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(“TDC”)或時間測量單元(“TMU”)來在兩個電事件(例如，脈沖沿)之間進行精確的時間測量，并且以數(shù)字電子格式報告該時間。在一些實施方式中，TDC芯片可以實現(xiàn)10皮秒(picosecond)的時間測量精度。TDC可以用于測量激光脈沖的飛行時間以用于LiDAR距離測量?？紤]到光速，約10皮秒的時間測量精度將對應(yīng)于約1.5毫米的距離測量精度。已經(jīng)發(fā)布了用于描述用低成本現(xiàn)場可編程門陣列芯片來實現(xiàn)TDC設(shè)計的白皮書(white paper)。而專用TDC芯片可以花費超過200美元，現(xiàn)場可編程門陣列芯片可以花費少于40美元。由Claudio Favi和Edoardo Charbon于2009年2月22日至24日在FPGA’09發(fā)布的A 17ps Time-to-Digital Converter Implemented in 65nm FPGA Technology中給出了可以在一些實施方式中使用的TDC芯片的一些示例，并且其通過引用并入本文中。

在一些實施方式中，LiDAR傳感器可以包括激光器、定向傳感器、窗口、電磁脈沖接收傳感器和處理器。激光器可以被配置成發(fā)射短且窄的電磁脈沖。另外，定向傳感器可以被配置成測量由激光器發(fā)射的短且窄的電磁脈沖的方向。發(fā)射的短且窄的電磁脈沖可以通過窗口。然后，脈沖至少被窗口和LiDAR傳感器外部的對象反射，從而產(chǎn)生至少兩個反射脈沖。電磁脈沖接收傳感器可以被配置成測量從激光器發(fā)射的短且窄的電磁脈沖產(chǎn)生的兩個反射脈沖。處理器可以被配置成從傳感器接收指示對象相對于LiDAR傳感器的位置的信息。另外，處理器可以被配置成測量由窗口反射的脈沖的強度。

在另一實施方式中，提供了一種考慮LiDAR傳感器上的不清潔或損壞的窗口的方法。電磁脈沖可以被發(fā)送通過窗口，并且可以接收來自窗口的由所述脈沖引起的反射。然后，可以測量該反射脈沖的強度。類似地，發(fā)射脈沖可以被外部對象反射。還可以接收所述對象反射脈沖并且測量所述對象反射脈沖的接收時間，以指示距外部對象的距離。

在另一實施方式中，LiDAR傳感器可以包括激光器、定向傳感器、電磁脈沖接收傳感器和處理器。激光器可以被配置成發(fā)射短且窄的電磁脈沖。另外，定向傳感器可以被配置成測量由激光器發(fā)射的短且窄的電磁脈沖的方向。然后，脈沖可以被LiDAR傳感器外部的對象反射，以產(chǎn)生反射脈沖。電磁脈沖接收傳感器可以被配置成測量該反射脈沖。然后，處理器可以被配置成根據(jù)脈沖的峰值強度的估計時間來確定反射脈沖的接收時間。峰值的估計時間可以是當反射脈沖的強度的時間導數(shù)下降到低于閾值比率時。該接收時間可以指示距對象的距離。

在另一實施方式中，提供了一種用于操作LiDAR傳感器的方法?？梢园l(fā)射電磁脈沖以引起反射電磁脈沖?？梢越邮辗瓷涿}沖并且可以生成指示脈沖強度的時間導數(shù)或斜率的信號。指示時間導數(shù)或斜率的信號可以與參考斜率進行比較，并且當指示時間導數(shù)或斜率的信號通過參考斜率時可以輸出峰值檢測信號?？梢詼y量峰值檢測信號的時間，以指示來自對象的反射電磁脈沖的接收相對于例如發(fā)射初始脈沖的時間的時間。另外，反射電磁脈沖的接收時間可以指示距對象的距離。

光電探測器

LiDAR傳感器通常使用某種形式的光器件來收集從目標表面反射的光并且將該光聚焦在光電探測器接收器上以轉(zhuǎn)換成電信號。雪崩光電二極管常常是光電探測器的好的選擇，這是因為雪崩光電二極管以高增益或倍增因子將入射光子轉(zhuǎn)換成電流。該高增益使得能夠檢測暗目標表面和/或遠的目標表面。在操作雪崩光電二極管時，在雪崩光電二極管上施加反向電壓或反向偏置，以使得陰極相對于陽極保持為正。該施加的偏置使得入射光子觸發(fā)碰撞電離，這是這些裝置中的增益機制。

雪崩光電二極管的增益與所施加的偏置具有密切的關(guān)系，并且該關(guān)系受雪崩光電二極管的溫度影響。雪崩光電二極管可以操作在多種模式下。在施加中等的反向偏置的情況下，雪崩光電二極管操作在線性模式下并且通過裝置的電流與入射光子的速率基本呈線性。在所施加的較高的偏置下，雪崩光電二極管操作在蓋革(Geiger)模式下并且通過裝置的電流響應(yīng)于單個光子快速地增大，而不需要另外的光子。這些模式之間的轉(zhuǎn)換可以是平滑的，但是雪崩光電二極管制造商將在不存在入射光子時通過裝置的電流超過某一固定值時電壓稱為擊穿電壓。擊穿電壓可以用作對線性模式的上限的客觀描述。在線性模式操作中，有益的是可以施加低于擊穿電壓的固定的小余量(例如，小于3伏)的偏置電壓，以實現(xiàn)高增益，但是還工作在擊穿電壓以下，在擊穿電壓處，輸出電流不管入射光如何而開始快速地增大。然而，雪崩光電二極管的增益可以如其隨擊穿電壓變化那樣隨著裝置的溫度而變化。因此，溫度的變化可以引起增益的不期望的變化。

對LiDAR傳感器而言有利的是，使其(一個或多個)雪崩光電二極管以恒定增益操作。例如，LiDAR傳感器可以使用由雪崩光電二極管提供的電脈沖的幅值來推斷與對象的目標表面有關(guān)的信息，該信息主要是關(guān)于表面的反射率。在處理之后，可以使用該幅值來幫助區(qū)分具有不同的反射率的目標對象。例如，可以基于其反射率來將車道標記和交通標志與其他對象區(qū)分開。增益的變化可以使得難以確定對象的真實的反射率，這是因為所得到的信號幅值將會是缺乏一致性的。另外，如果增益由于溫度增大而下降的過多，則可能根本無法檢測到在長距離處或具有小反射率的對象。最后，如果增益顯著地增大，甚至接近或超過擊穿電壓的增益，則來自雪崩光電二極管的寄生噪聲電流可能引起假的檢測事件。

在一些實施方式中，可以通過提供固定的偏置電壓并且使雪崩光電二極管保持恒定的溫度來使得雪崩光電二極管以恒定增益進行操作。然而，這可能對傳感器增加成本和復(fù)雜性。另外，在極端的環(huán)境溫度下或者當由裝置自身產(chǎn)生的熱難以控制時，這樣的實現(xiàn)可能難以進行。在其他實施方式中，可以測量雪崩光電二極管的溫度并且調(diào)節(jié)所施加的偏置電壓，以補償溫度引起的增益變化。該方法需要獲知雪崩光電二極管的增益與溫度的關(guān)系。如果該關(guān)系隨著傳感器的壽命而變化，則該方法的效用可能會減弱。該方法還需要對雪崩光電二極管的溫度進行良好的測量，但是溫度感測裝置例如熱敏電阻器或熱電偶可能難以放置在光電二極管上或者與光電二極管足夠接近。優(yōu)選的是在不依賴測量雪崩光電二極管的溫度的情況下控制其溫度變化的雪崩光電二極管的增益。

在本文中所描述的實施方式中，LiDAR傳感器可選地可以直接確定雪崩光電二極管的增益與其偏置電壓的關(guān)系并且使得雪崩光電二極管的增益保持恒定。這可以在不測量雪崩二極管的溫度并且不中止LiDAR傳感器的范圍測量的情況下來完成。

在一些實施方式中，LiDAR傳感器可以包括激光器、探測器子系統(tǒng)、分光器、用于將激光作為基本平行的光線投射至外部目標并且將從外部目標反射的光線聚焦在探測器上的光器件以及處理器。激光器可以被配置或控制成發(fā)射短光脈沖作為光線。分光器可以被配置成接收來自激光器的光脈沖并且將其分成多個脈沖，朝向傳感器外部的目標向外引導激光的至少一個外部脈沖并且直接朝向探測器引導至少一個校準脈沖。來自分光器的用于外部脈沖的輸出可以被布置在光器件之后，以使得其朝向外部目標投射的光線可以經(jīng)由光器件保持基本平行。來自分路器的用于校準脈沖的輸出可以被引導朝向雪崩光電二極管并且被布置成足夠接近雪崩光電二極管，以使得可以忽略光器件因素例如聚焦或?qū)?。探測器子系統(tǒng)可以包括雪崩光電二極管以及可以被配置成提供偏置電壓和放大來自雪崩光電二極管的信號的支持電子電路。處理器可以被配置成接收來自探測器子系統(tǒng)的信號，測量從激光脈沖發(fā)射至反射脈沖接收的時間，將該經(jīng)過的飛行時間轉(zhuǎn)換成目標距離，以及測量所接收的脈沖信號的強度。另外，處理器可以被配置成根據(jù)所測量的校正脈沖的強度來調(diào)節(jié)偏置電壓，以在不測量雪崩光電二極管的溫度的情況下對雪崩光電二極管的溫度變化進行補償。

本文中所提及的測量來自雪崩光電二極管的脈沖的強度可以應(yīng)用于如下任何電子技術(shù)：用于響應(yīng)于光脈沖來確定或估計通過光電二極管的電流脈沖的幅值或幅值的積分的電子技術(shù)。該脈沖可以采用能夠與雪崩光電二極管的靜態(tài)電流狀態(tài)區(qū)分的任何時變電流信號的形式，靜態(tài)電流包括在未接收激光脈沖的情況下存在的任何DC電流和噪聲電流。這樣的電子技術(shù)可以包括將通過雪崩光電二極管的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號以便于處理和測量。根據(jù)這樣的脈沖強度測量值進行計算并且使用這些計算來控制施加至雪崩光電二極管的偏置電壓可以包括使用各種類型的處理器和接口電路比如其數(shù)字接口連接至嵌入式處理器、微控制器、DSP、FPGA或CPLD的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。可選地，一些實施方式可以包括提供電壓信號的峰值保持的接口電路，該電壓信號隨后可以被具有至其數(shù)字接口的類似連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣。

根據(jù)另一特征，分光器可以被配置成使得可以在由最近的外部目標反射的脈沖之前由雪崩光電二極管接收朝向雪崩光電二極管引導的校準脈沖。

根據(jù)另一特征，分光器可以被配置成接收來自激光器的光脈沖并且將其分成三個光脈沖。在本文中稱為第一校準脈沖的一個這樣的脈沖可以沿最小延遲路徑被引導朝向雪崩光電二極管。稱為第二校準脈沖的第二脈沖可以以另外的延遲被引導朝向雪崩光電二極管。稱為外部脈沖的第三脈沖可以在更長的延遲之后被向外引導朝向外部目標。這些延遲可以被配置成允許在隨后的脈沖到達之前測量每個脈沖的強度。

根據(jù)另一特征，分光器可以可選地包括自由空間光器件例如一個或更多個分束器。采用這樣的分束器的情況下，由于自由空間路徑長度的差異，校準脈沖將自然會在目標反射脈沖之前到達雪崩光電二極管。可以在分束器之后通過使用鏡來對例如外部脈沖的路徑增加另外的延遲，以延長其光束路徑。

根據(jù)另一特征，激光脈沖可以可選地在光纖內(nèi)被引導。分光器可以包括一個或更多個光纖耦合器。分光器的延遲功能可以通過使光脈沖通過各種長度的光纖來實現(xiàn)。在電信工業(yè)以及本文中，光纖耦合器也稱為光纖分光器，這是因為其提供兩個互補的功能。

在另一實施方式中，LiDAR可以包括激光器、雪崩光電二極管、分路器和處理器。激光器可以被配置成發(fā)射窄電磁脈沖。雪崩光電二極管可以被配置成接收一個或更多個電磁脈沖并且響應(yīng)于所述脈沖輸出響應(yīng)信號。光電二極管還可以被放置成接收由激光器產(chǎn)生并且由LiDAR傳感器外部的對象反射的至少一個反射脈沖。雪崩光電二極管還可以被施加有影響響應(yīng)信號的偏置電壓。分路器可以被放置成接收窄電磁脈沖并且將其分成朝向LiDAR傳感器外部的對象引導的至少一個外部脈沖以及朝向光電二極管引導的至少一個校準脈沖。朝向光電二極管引導的校準脈沖可以在由對象反射的脈沖之前被光電二極管接收。處理器可以被配置成接收來自光電二極管的響應(yīng)信號。另外，處理器可以被配置成根據(jù)由校準脈沖引起的響應(yīng)信號來調(diào)節(jié)偏置電壓，以補償光電二極管的溫度變化。

在另一實施方式中，提供了一種用于測量反射電磁脈沖的方法。電磁脈沖可以被發(fā)射并且至少被劃分成外部脈沖和校準脈沖。校準脈沖可以被朝向雪崩光電二極管引導，并且外部脈沖可以被朝向要測量的對象引導(引起來自對象的反射脈沖)。可以對光電二極管施加初始偏置電壓，并且光電二極管可以在處于初始偏置電壓下時接收校準脈沖。來自光電二極管的由校準脈沖引起的響應(yīng)可以被測量并且用于對光電二極管施加期望偏置電壓，以針對光電二極管的溫度變化進行調(diào)節(jié)。光電二極管還可以接收反射脈沖并且由其引起的響應(yīng)可以被測量。

在另一實施方式中，LiDAR傳感器可以包括激光器、雪崩光電二極管和分路器。激光器可以被配置成發(fā)射窄電磁脈沖。雪崩光電二極管可以被配置成接收一個或更多個電磁脈沖并且響應(yīng)于所述脈沖輸出響應(yīng)信號。另外，光電二極管可以被放置成接收由激光器引起并且由LiDAR傳感器外部的對象反射的至少一個反射脈沖。雪崩光電二極管還可以具有影響響應(yīng)信號的偏置電壓。分路器可以被放置成接收窄電磁脈沖并且將其分成朝向LiDAR傳感器外部的對象引導的至少一個外部脈沖以及朝向光電二極管引導的至少一個校準脈沖。朝向光電二極管引導的校準脈沖可以在由對象反射的脈沖之前被光電二極管接收。LiDAR傳感器還可以包括用于調(diào)節(jié)偏置電壓以在不測量溫度的情況下考慮溫度變化的裝置。

附圖說明

以下參照優(yōu)選實施方式的附圖描述了本文中所公開的發(fā)明的這些及其他特征、方面和優(yōu)點，優(yōu)選實施方式意在例示本發(fā)明并且不意在限制本發(fā)明。另外，在附圖中，使用相同的附圖標記來指示所示實施方式的相同的部件。以下是對附圖中的每個附圖的簡要描述。

圖1圖示了實施方式位置感測裝置。

圖2圖示了可以與位置感測裝置一起使用的實施方式LiDAR傳感器。

圖3圖示了具有發(fā)射脈沖的圖2中的LiDAR傳感器。

圖4圖示了具有第一反射脈沖的圖3中的LiDAR傳感器。

圖5圖示了具有擴展的發(fā)射脈沖的圖2中的LiDAR傳感器。

圖6圖示了具有第二反射脈沖的圖2中的LiDAR傳感器。

圖7圖示了與圖2中的LiDAR傳感器關(guān)聯(lián)的實施方式電子器件。

圖8圖示了用于記錄脈沖的時間和峰值強度的實施方式方法。

圖9圖示了用于向用戶警告不清潔或損壞的窗口的實施方式方法。

圖10圖示了包括將發(fā)射的激光脈沖分成一個校準脈沖和一個外部脈沖的分光器的實施方式LiDAR傳感器。

圖11圖示了包括將發(fā)射的激光脈沖分路成兩個校準脈沖和一個外部脈沖的分光器的實施方式LiDAR傳感器。

圖12圖示了包括用于LiDAR傳感器中的雪崩光電二極管的電路圖。

具體實施方式

圖1圖示了實施方式位置感測裝置1。在被圖示為有圍墻的房間內(nèi)的任意環(huán)境內(nèi)示出位置感測裝置。然而，應(yīng)當理解，可以在其他環(huán)境例如工地、礦井、實驗室或其他室內(nèi)和室外環(huán)境中使用位置感測裝置1。位置感測裝置1可以被配置成測量至少一個點，或者進一步測量環(huán)境的一部分例如房間內(nèi)的對象6的至少一個空間圖。例如，在房間的場景下，由位置感測裝置1測量的對象6可以為房間的一個或更多個墻壁。在一些實施方式中，位置感測裝置1可以測量單獨的且離散的點的特定集合，而在另外的實施方式中，位置感測裝置1可以測量連續(xù)范圍的點，如以下進一步描述。可以使用(以下進一步描述的)短且窄的電磁脈沖20例如光脈沖來進行測量。例如，脈沖20可以是紫外與遠紅外之間的電磁能量。另外，脈沖可以具有10納米與1毫米之間的波長。然而，應(yīng)當理解，可以使用其他機制例如沿電磁光譜的其他脈沖以及其他形式的定向能量。脈沖20可以被對象6反射以形成對象反射脈沖22，該對象反射脈沖22可以由傳感器2使用以根據(jù)反射脈沖22的相對于初始脈沖20的時間的到達時間來確定對象6的位置。

如進一步所示，位置感測裝置1可以包括安裝在基座4上的傳感器2。基座4被描述為三腳架。在許多實施方式中，期望使用基本穩(wěn)定的基座4，這是因為定位裝置1在操作期間的移動可以對由位置感測裝置1提供的測量增加誤差。在其他實施方式中，傳感器2可以安裝在其他對象例如交通工具(例如，汽車、飛機、自行車)、人攜帶的對象(例如，頭盔、背包或手柄)等上。另外，應(yīng)當理解，傳感器2可以與基座4或其他底座單獨的使用。例如，傳感器2的一些實施方式可以包括平底，使得其可以直接被放置在地面、桌子或其他表面上。傳感器2的其他實施方式可以被配置成直接由用戶握持。

如上所述，傳感器2可以被配置成測量連續(xù)范圍的點。在一些實施方式中，這可以最佳地被描述為相對于傳感器2的角范圍。例如，在一些實施方式中，傳感器2可以具有可旋轉(zhuǎn)元件，以使其可以順序地在角度的范圍上進行測量。在一些實施方式中，該角度范圍可以由繞單個主旋轉(zhuǎn)軸8的旋轉(zhuǎn)限定。如圖1所示，該旋轉(zhuǎn)軸8可以與基座4基本上垂直和對準。傳感器2可以被配置成繞該旋轉(zhuǎn)軸8旋轉(zhuǎn)，從而沿角范圍測量距一個或更多個對象6的距離。在另外的實施方式中，傳感器2還可以在垂直于旋轉(zhuǎn)軸8的平面外部豎直旋轉(zhuǎn)的角范圍中進行測量。在傳感器2可以沿在兩個方向的角范圍進行測量的實施方式中，傳感器2潛在地能夠基本上測量其環(huán)境中的所有的對象6，基本上在每個角的組合處進行測量。然而，應(yīng)當理解，能夠由傳感器2測量的角范圍可以受可以產(chǎn)生盲點的傳感器自身的特定部件的限制。然而，在這樣的實施方式中，基本上所有的環(huán)境仍然可以由傳感器2來測量。

圖2圖示了被配置成測量位置的傳感器2的實施方式。傳感器2被圖示為包括可以容納傳感器的各種部件的殼體10。例如，光纖激光器30可以安裝至殼體10的例如底部位置處。光纖激光器30可以被配置成發(fā)射激光束，但是也可以使用各種其他形式的能量(如上所述)。激光束可以從光纖激光器30發(fā)射為基本上短且離散的能量脈沖。可以由電力和通信線纜32來提供光纖激光器30的功率。該線纜可以另外地提供與光纖激光器30的通信，從而可以控制由光纖激光器30發(fā)射的脈沖的定時和形式。注意，可使用其他類型的激光器而不是光纖激光器。例如，也可以使用二極管激光器或q開關(guān)激光器，并且可以將其發(fā)射的電磁能量耦合至光纖中。

在一些實施方式中，來自光纖激光器30的發(fā)射脈沖可以直接被引出傳感器2，并且朝向所測量的對象6被引導至外部環(huán)境中。然而，在其他實施方式中，可以期望在傳感器2中對發(fā)射脈沖重定向和/或使其變形，以實現(xiàn)傳感器2中的部件的封裝和功能的更大的靈活性。例如，在所描述的實施方式中，來自光纖激光器30的發(fā)射脈沖在輸出傳感器2之前被重定向和分割。

參照圖2，在一些實施方式中，從激光器30發(fā)射的光脈沖可以耦合至光纖光纜34中。激光器可以是各種類型的激光器例如其中光纖內(nèi)發(fā)生放大并且其輸出自然地在光纖中傳輸?shù)墓饫w激光器或者光學上耦合至光纖光纜的固態(tài)激光器例如激光二極管。

如圖2所示，激光器30將發(fā)射脈沖輸出至對發(fā)射脈沖重定向的光纖光纜34。然后，發(fā)射脈沖可以進入光纖分光器36。光纖分光器36可以將發(fā)射脈沖分離成分別具有發(fā)射脈沖的可控部分的強度的多個單獨的脈沖。在本實施方式中，脈沖可以被分成兩個單獨的脈沖并且可以引入延遲路徑38例如光纖光纜延遲環(huán)路以確保外部脈沖在由脈沖接收傳感器60可以接收到校準脈沖之前不離開傳感器2。脈沖接收傳感器60可以被配置成在接收到校準脈沖24時產(chǎn)生信號。例如，在一些實施方式中，脈沖接收傳感器60可以為光電變換器例如圖7所示的雪崩光電二極管(“APD”)。另外，在一些實施方式中，可以例如使用跨阻放大器來放大來自脈沖接收傳感器60的輸出。然而，應(yīng)當理解，可以使用其他脈沖接收傳感器60例如光電倍增管或其他類型的光電二極管?？梢匀缫韵逻M一步描述的那樣處理來自脈沖接收傳感器60的輸出。

如圖3所示，來自光纖激光器30的發(fā)射脈沖的一個部分可以為校準脈沖24。校準脈沖24可以從光纖分光器36被引導至雪崩光電二極管60。在一些實施方式中，校準脈沖可以例如使用透鏡40B比如使光束準直的準直透鏡另外地朝向雪崩光電二極管60聚集。

在一些實施方式中，光纖分光器36可以被配置成使得校準脈沖24比輸出脈沖20小得多。例如，在一些實施方式中，校準脈沖24可以為發(fā)射脈沖的大約1％，并且輸出脈沖20可以為發(fā)射脈沖的大約99％。這樣比率的分路器通常為可用的光纖部件。在其他實施方式中，校準脈沖24可以更小例如不大于激光脈沖的0.01％。校準脈沖24可以在非常接近雪崩光電二極管60處發(fā)射并且其僅需要從雪崩光電二極管60激勵中等強度的信號，并且因此，校準脈沖的強度可以基本上較小。

在一些實施方式中，在光纖分光器之后，可以在校準脈沖的路徑中放置光濾波器，以進一步減小校準脈沖的強度。該濾波器可以用于防止測量脈沖強度的電路的飽和。因此，如果光纖分光器沒有充分地減小校準脈沖強度以防止飽和，則還可以使用濾波器來進一步減小校準脈沖的強度。

如圖3中進一步所示，來自光纖激光器30的發(fā)射脈沖的第二部分可以為輸出脈沖20。輸出脈沖20可以根據(jù)期望使用用于重定向、重新變形和延遲外部脈沖的一個或更多個元件從光纖分光器36被引導至外部環(huán)境。例如，在所描述的實施方式中，輸出脈沖20可以首先經(jīng)過光纖光纜延遲環(huán)路38。光纖光纜延遲環(huán)路38可以包括形成脈沖20要經(jīng)過的延長路徑的光纜的纏繞長度。這可以有利地延長輸出脈沖20的行進時間。該延長的行進時間可以有利地提供校準脈沖24和窗口反射脈沖26與對象反射脈沖22之間的延遲(以下進一步描述)。該脈沖之間的延長時間可以允許在接收到窗口反射脈沖或?qū)ο蠓瓷涿}沖之前檢測和測量校準脈沖。在一些實施方式中，可以進一步延長延遲的長度以允許在接收到目標反射脈沖22之前改變施加到雪崩光電二極管的偏置電壓。

在光纖光纜延遲環(huán)路38之后，輸出脈沖20可以經(jīng)過被配置成將輸出脈沖準直成窄光束的主準直透鏡40A。然后，從準直透鏡40A開始，輸出脈沖可以被一系列鏡重定向。如所示出的，輸出脈沖20初始可以被豎直地被引導，直到其從第一固定鏡42A被反射為止。固定鏡42A可以朝向第二固定鏡42B水平地重定向輸出脈沖20。然后，第二固定鏡42B可以朝向旋轉(zhuǎn)鏡50向后豎直地重定向輸出脈沖20。

旋轉(zhuǎn)鏡50可以被配置成朝向外部窗口44重定向輸出脈沖20。然后，輸出脈沖20可以前進通過窗口44到達外部環(huán)境并且被反射，如以下進一步被描述。旋轉(zhuǎn)鏡可以連接至被配置成使鏡50繞主旋轉(zhuǎn)軸8旋轉(zhuǎn)的鏡電機54。然后，旋轉(zhuǎn)鏡50可以使得輸出脈沖20繞主旋轉(zhuǎn)軸8旋轉(zhuǎn)。有利地，外部窗口44可以基本上為圓形，以使得輸出脈沖20可以隨著旋轉(zhuǎn)鏡50以不同的角度重定向輸出脈沖而通過窗口。如所示出的，輸出脈沖20可以關(guān)于相對于感測裝置1的水平面被重定向。因此，輸出脈沖20可以允許由傳感器2沿繞位置感測裝置1的360度弧進行測量。在另外的實施方式中，旋轉(zhuǎn)鏡50可以被配置成繞副軸旋轉(zhuǎn)，使得輸出脈沖20能夠相對于感測裝置1被豎直地引導，使得傳感器2能夠?qū)旧纤械姆较蜻M行測量。

旋轉(zhuǎn)鏡50可以另外地包括角度傳感器例如編碼器52。角度傳感器52可以(例如，通過測量電機54的位置)測量旋轉(zhuǎn)鏡50的角位置。該角位置可以由角度傳感器52輸出，以指示由輸出脈沖20提供的測量值的角位置，如以下進一步討論?？梢匝冂R電機和通信線纜56提供來自傳感器52的輸出。線纜可以例如從處理器70對鏡電機54另外地提供功率和控制。

如以下將進一步描述的，圖4和圖6中圖示了由輸出脈沖20引起的反射脈沖22、26。反射脈沖22、26可以返回通過窗口44或者從窗口44朝向旋轉(zhuǎn)鏡50。然后，旋轉(zhuǎn)鏡50可以朝向脈沖接收傳感器60向下重定向反射脈沖22、26。在一些實施方式中，旋轉(zhuǎn)鏡50可以基本上大于第二固定鏡42B。另外，如所示的，固定鏡42B可以被定位在旋轉(zhuǎn)鏡50與脈沖接收傳感器60之間。應(yīng)當理解，脈沖20、22、26的寬度在其飛行時間期間可以逐漸擴展，以使得反射脈沖22、26可以寬于輸出脈沖20。在所描述的實施方式中，反射脈沖22、26可以足夠?qū)?，以使得足夠比例的反射脈沖不會被較窄的第二固定鏡42B遮擋。光學透鏡46可以被布置在旋轉(zhuǎn)鏡50與脈沖接收傳感器60之間，以朝向傳感器聚焦較寬的反射脈沖22、26。然后，傳感器可以沿線纜62響應(yīng)于這些反射脈沖22、26(或校準脈沖24)來輸出信號。

現(xiàn)在參照圖2至圖9來描述測量位置的處理。如圖2所描述以及上述進一步描述的，光纖激光器30可以響應(yīng)于通過相關(guān)的電力和通信線纜32提供的指令來發(fā)射脈沖。在一些實施方式中，電力和通信線纜32可以通信地鏈接至處理器比如圖7中示意性圖示的處理器70。處理器70可以被配置成控制光纖激光器30以控制發(fā)射脈沖的時間和性質(zhì)。

在一些實施方式中，處理器70可以是通用計算機上的一個或更多個電部件，其可以(例如，使用有線連接或無線連接)操作地連接至位置感測裝置1。在其他實施方式中，處理器70可以為設(shè)置在位置感測裝置上(例如傳感器殼體10內(nèi)的傳感器2上)的一個或更多個電部件。另外，在一些實施方式中，處理器70可以包括一個或更多個印刷電路板上的一個或更多個電部件。應(yīng)當理解，處理器70可以被配置成提供除了本文中所明確描述的功能之外的額外功能。

如圖2所示以及以上所討論的，發(fā)射脈沖可以被光纖分光器36分成兩個單獨的脈沖：校準脈沖24和輸出脈沖20。校準脈沖24可以基本上直接被發(fā)送至雪崩光電二極管60。因此，校準脈沖24可以首先到達雪崩光電二極管60，提供指示脈沖從光纖激光器30初始被發(fā)射的時間的參考時間。LiDAR傳感器的飛行時間測量值可以是該校準脈沖24的接收與對象反射脈沖22的接收之間的經(jīng)過時間。

在另外的實施方式中，可以由光纖分光器36生成兩個校準脈沖，每個脈沖可以用于指示脈沖從光纖激光器初始被發(fā)射的時間。事實上，兩個校準脈沖從光纖激光器脈沖發(fā)射起可以具有固定的延遲并且可以對兩個校準脈沖被檢測到的時間進行平均，以減少飛行時間測量中的抖動或不確定性。

如以上另外所討論的，在一些實施方式中，光纖分光器36可以被配置成使得校準脈沖24比輸出脈沖20小得多。例如，在一些實施方式中，校準脈沖24可以為發(fā)射脈沖的大約1％，并且輸出脈沖20可以為發(fā)射脈沖的大約99％。在其他實施方式中，可以使得校準脈沖24僅大約如發(fā)射脈沖的被脈沖接收傳感器60和關(guān)聯(lián)的部件可靠地檢測到所需的比例那樣大，如本文中所討論。

如圖7所示，脈沖接收傳感器60可以在接收到校準脈沖24時輸出信號100。在一些實施方式中，來自傳感器60的信號100可以為模擬電信號，比如來自光電二極管的輸出。然而，在其他實施方式中，信號可以采取其他形式比如數(shù)字信號。該校準脈沖24的接收可以表示為如圖8所圖示的框200。

來自脈沖接收傳感器60的信號100可以由微分器72接收。微分器72可以是被配置成輸出來自脈沖接收傳感器60的信號100的時間導數(shù)的模擬微分電路。該信號100可以具有可以指示所接收的校準脈沖24的強度的強度(例如，幅值、電壓等)。因此，微分器72的輸出可以指示校準脈沖24的強度的時間導數(shù)。指示校準脈沖24的強度的時間導數(shù)(或斜率)的信號的產(chǎn)生可以表示為如圖8所圖示的框202。

微分器72的輸出可以是例如本文中所描述的其他信號的斜率信號102，其可以是模擬信號、數(shù)字信號、電信號等。斜率信號102可以由比較器74接收。比較器74可以是比較器電路例如模擬比較器電路。在一些實施方式中，比較器74可以被配置成當輸入(例如，斜率信號102)下降至參考強度(對應(yīng)于參考斜率)以下時輸出高強度信號。如以上所討論，斜率信號102的強度可以指示校準脈沖24的強度的時間導數(shù)。因此，比較器74可以在校準脈沖24的強度的時間導數(shù)下降至特定值比如參考強度(對應(yīng)于參考斜率)以下時輸出高強度信號。

在一些實施方式中，比較器74可以被設(shè)置成當校準脈沖24的強度的時間導數(shù)指示已經(jīng)達到校準脈沖24的峰值強度或最大強度時輸出高強度信號。例如，比較器74可以指示時間導數(shù)何時達到約零，這指示可能的峰值。在其他實施方式中，比較器74可以指示時間導數(shù)何時稍微下降至零以下，這防止信號中的一些噪聲指示當強度實際上仍然上升時的假峰值。是否已經(jīng)滿足這些條件(例如，如果已經(jīng)滿足參考強度)的分析可以表示為如圖8中所圖示的框204。如果未滿足參考強度，則可以由微分器72繼續(xù)輸出斜率并且由比較器74進行處理。

因此，微分器72與比較器74的組合可以組合成形成能夠輸出指示校準脈沖24的最大強度或峰值強度的時間的信號的元件(例如，全部為模擬電路)。該最大強度或峰值強度的時間可以限定脈沖的到達時間。在其他實施方式中，可以使用可替選的元件來識別脈沖的到達時間。例如，在一些實施方式中，處理單元可以測量脈沖的整個波形并且通過對脈沖的全部波形形式進行分析來計算特定時間(例如，峰值時間)。然而，這些元件比其他實施方式中所使用的那些元件可能更昂貴。作為另一替選方式，可以通過測量脈沖的強度何時經(jīng)過特定閾值來識別脈沖的到達時間。如果在脈沖期間達到閾值，則脈沖將會初始升高經(jīng)過閾值并且然后下降再次經(jīng)過閾值。然后，可以將峰值時間計算為經(jīng)過閾值的兩次時間之間的時間。然而，這些元件可能丟失未到達閾值的低強度脈沖。應(yīng)當理解，這些分析方法中的任何方法可以與其他電部件一起使用。例如，在一些實施方式中，通用計算機可以以類似的方式計算斜率并且將其與參考強度進行比較。

然后，校準脈沖24的時間和峰值強度可以如以下描述的那樣被記錄并且表示在圖8的框206中。指示校準脈沖24的到達時間的輸出信號可以是第一峰值檢測信號106A。在一些實施方式中，第一峰值檢測信號106A可以直接被發(fā)送至被配置成記錄校準脈沖24的到達時間的電子定時模塊。然而，在所描述的實施方式中，可以間接提供到達時間。如圖7所示，第一峰值檢測信號106A可以被提供至第一信號D型觸發(fā)器(“DFF”)76A。圖7另外指示第一峰值檢測信號106A還可以提供至第二DFF 76B和第三DFF 76C。然而，處理器70可以被配置成使得第一峰值檢測信號106A不激活第二DFF 76B和第三DFF 76C，如以下進一步描述的。

第一DFF 76A可以另外接收第一脈沖使能信號104。第一脈沖使能信號104可以用作至第一DFF 76A的D輸入并且第一峰值檢測信號106A可以用作時鐘輸入。第一脈沖使能信號104可以從被配置成在期望的時間使能第一DFF 76A的子級處理器80比如現(xiàn)場可編程門陣列(“FPGA”)提供。例如，在一些實施方式中，第一DFF 76A將僅在光纖激光器30(還可以由子級處理器80經(jīng)由光纖激光器的電力和通信線纜32控制，連接未在圖7中示出)發(fā)射時被使能。因此，如果與來自光纖激光器30的發(fā)射脈沖在定時上不一致，則由傳感器2接收的外生脈沖可以被忽略。

因此，當?shù)谝籇FF 76A使用其D輸入處的第一脈沖使能信號104(例如，由子級處理器80)使能時，第一峰值檢測信號106A在時鐘輸入處的接收可以使得第一DFF 76A連續(xù)輸出第一脈沖檢測信號108A。注意，該第一脈沖檢測信號108A在第一峰值檢測信號106A已經(jīng)消散之后可以繼續(xù)保持。第一脈沖檢測信號108A可以由時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(“TDC”)78接收。在一些實施方式中，TDC 78可以被配置成以高精度記錄時間(例如，以亞納秒分辨率、以約1皮秒至10皮秒的分辨率或者以亞皮秒的分辨率)。另外，在一些實施方式中，TDC可以使用第一脈沖檢測信號108A作為開始信號，開始時鐘的定時。如以下進一步描述的，TDC 78可以隨后接收指示其他脈沖的到達時間的信號，并且測量其相對于開始信號的時間的到達時間。因此，在所描述的實施方式中，TDC 78可以用作相對時鐘，記錄每個脈沖相對于校準脈沖24的時間的時間，如由第一脈沖檢測信號108A所表示的。然而，在其他實施方式中，可以使用絕對時鐘系統(tǒng)，其中，可以將校準脈沖24的時間記錄為絕對時間，并且將其與其他脈沖的絕對時間進行比較。另外，在一些實施方式中，不使用校準脈沖并且光纖激光器30的發(fā)射時間(例如，如由光纖激光器被子級處理器80命令發(fā)射的時間所表示的)可以用作與校準脈沖24類似的參考時間。

第一脈沖檢測信號108A可以另外在第二DFF 76B的D輸入處接收，從而使能DFF 76B?，F(xiàn)在，第二DFF 76B可以測量圖4中所圖示的窗口反射脈沖26的時間。如圖4所示，窗口反射脈沖26可以在外部窗口44處產(chǎn)生。窗口44可以不完全透明，使得不是所有的輸出脈沖20直接前進通過窗口。輸出脈沖20的一部分可以被窗口44吸收，并且輸出脈沖的另一部分可以被窗口反射回以作為窗口反射脈沖26。

注意，窗口反射脈沖26的強度可以隨著窗口44的質(zhì)量和狀況來變化。例如，不清潔、刮擦、有凹痕或劣化的窗口44通常具有較高強度的反射脈沖26。窗口44的這樣的劣化還可以減小對象反射脈沖22的強度，對象反射脈沖22從輸出脈沖(例如，由于窗口的劣化減小)產(chǎn)生并且在其返回至傳感器2時經(jīng)過窗口(再次減小強度)。因此，如以下進一步描述的，窗口反射脈沖26的強度可以用于校準對象反射脈沖22的強度的測量值并且還向用戶指示窗口44的狀況。

窗口反射脈沖26可以從旋轉(zhuǎn)鏡50反射并且經(jīng)過光學透鏡46以到達脈沖接收傳感器60，如以上所描述以及圖4中圖示的。然后，可以以與校準脈沖24的到達時間類似的方式表示鏡反射脈沖26的到達時間，如以上所述。因此，第二峰值檢測信號106B可以由比較器74輸出。類似第一峰值檢測信號106A，第二峰值檢測信號106B可以由DFF 76中的每個DFF 76接收。然而，第一DFF 76A可能已經(jīng)被激活，并且因此可以基本上不受第二峰值檢測信號106B影響。另外，第三DFF 76C可以在其D輸入處被禁用，并且因此可以不受第二峰值檢測信號106B的影響。然而，第二DFF 76B可以由第一脈沖檢測信號108A在其D輸入處使能。因此，在第二DFF 76B的時鐘輸入處接收第二峰值檢測信號106B可以使得第二DFF連續(xù)地輸出第二脈沖檢測信號108B。

第二脈沖檢測信號108B可以由TDC 78接收。然后，TDC 78可以輸出或記錄第二脈沖檢測信號108B的時間。例如，時間可以為相對時間，這是因為由第一脈沖檢測信號108A提供開始信號，如上所述。可替選地，時間可以是絕對時間，如上所述。

第二脈沖檢測信號108B可以在第三DFF 76C的D輸入處被另外地接收，因此使能DFF 76C。第三DFF 76C現(xiàn)在可以用于測量對象反射脈沖22的時間，如圖5和圖6所圖示。如圖5所示以及以上所討論的，輸出脈沖20的大部分可以前進通過窗口44到達對象6。對象6可以具有使得對象反射脈沖22通過窗口44返回至傳感器2的反射率，如圖6所示。然后，對象反射脈沖22可以到達脈沖接收傳感器60并且以與上述關(guān)于校準脈沖24和窗口反射脈沖26類似的方式產(chǎn)生第三峰值檢測信號106C。

第三峰值檢測信號106C可以由DFF 76中的每個DFF接收。然而，第一DFF 76A和第二DFF 76B可以基本上不受影響，這是因為他們已經(jīng)被激活。第三DFF 76C可以由第二脈沖檢測信號108B使能。因此，第三峰值檢測信號106C可以使得第三DFF 76C輸出第三脈沖檢測信號108C。第三脈沖檢測信號108C可以由TDC 78接收，TDC 78可以以與上述關(guān)于第二脈沖檢測信號108B類似的方式記錄或輸出時間(例如，相對于第一脈沖檢測信號108A，或者絕對時間)。在一些實施方式中，第三脈沖檢測信號108C的接收可以使得TDC輸出其數(shù)據(jù)并且重置。

由TDC 78輸出的數(shù)據(jù)可以指示傳感器2與對象6之間的距離。例如，脈沖20、22、24、26可以以已知的速度(例如，光速)行進。因此，脈沖到達對象并且反射回所花費的時間(例如，由輸出脈沖20和對象反射脈沖22所花費的時間)可以與傳感器2和對象6之間的距離成比例。接收到校準脈沖24的時間可以提供輸出脈沖20的近似參考開始時間，其少至少光纖光纜延遲環(huán)路38的長度除以光纖光纜延遲環(huán)路中的光速的固定時間偏移。在一些實施方式中，該時間比當光纖激光器30被命令發(fā)射脈沖(在一些實施方式中，還可以被記錄)的時間更可靠。傳感器2(例如，處理器70)可以進一步被校準以考慮由校準脈沖24的時間(與對象反射脈沖22的時間相比)提示的距離與距對象6的實際距離之間的任何偏移。類似的操作可以使用窗口反射脈沖26的時間來校準傳感器2，窗口反射脈沖26應(yīng)當在校準脈沖24之后以一致的時間接收。

在另外的實施方式中，可以以相似的方式添加另外的DFF，以提供用于更多的信號。例如，在一些實施方式中，例如在以下關(guān)于圖10和圖11所描述的實施方式中，可以使用另外的校準脈沖24。每個DFF可以用信號通知不同的脈沖的到達，以使得添加另外的DFF可以提供另外的脈沖的接收。另外，至TDC的輸入可以變化。例如，在一些實施方式中，可以不測量窗口反射脈沖26的接收時間，這是因為該時間應(yīng)當為基本上恒定的。另外，在一些實施方式中，TDC可以被配置成測量兩個對象反射脈沖22的接收時間。因此，傳感器2可以檢測輸出脈沖20何時到達對象6的邊緣，并且因此產(chǎn)生來自所述對象邊緣以及其之后的另外的對象的反射。因此，可以使用一個輸出脈沖20測量兩個距離。另外，DFF可以用信號通知每個脈沖的到達，以用于測量其幅值或峰值強度(如以下進一步描述的)，即使每個脈沖到達的時間沒有被TDC測量。

有利地，子級處理器80比如FPGA可以提供另外的功能。例如，如所示的，子級處理器80可以接收脈沖檢測信號108中的每個脈沖檢測信號。在一些實施方式中，子級處理器80可以在接收到脈沖檢測信號108中的每個脈沖檢測信號時接收來自TDC 78的時間數(shù)據(jù)112。在其他實施方式中，子級處理器80可以被配置成僅在接收到第三脈沖檢測信號108C時接收來自TDC 78的時間數(shù)據(jù)112。在另外的實施方式中，子級處理器80可以被配置成在接收到第三脈沖檢測信號108C時請求來自TDC 78的時間數(shù)據(jù)112。另外，在一些實施方式中，子級處理器80可以在接收到第三脈沖檢測信號108C時使用TDC控制信號114來重置TDC 78。另外，子級處理器80可以將脈沖檢測重置信號110提供給DFF 76中的每個DFF，以將DFF重置成去激活狀態(tài)，以使其可以接收新的脈沖集合。例如，可以在旋轉(zhuǎn)鏡50被鏡電機54旋轉(zhuǎn)至新的角度之后從光纖激光器30提供發(fā)射脈沖。

如以上所示的，子級處理器80可以經(jīng)由電力和通信線纜32另外地通信地連接至光纖激光器30。因此，子級處理器80可以控制光纖激光器30何時發(fā)射脈沖。在一些實施方式中，子級處理器80可以在使得光纖激光器30發(fā)射脈沖時使能第一DFF 76A。

另外，子級處理器80可以通信地連接至一個或更多個峰值測量元件比如峰值測量電路。峰值測量元件可以通信地連接至脈沖接收傳感器60，以接收來自傳感器的指示所接收的脈沖的強度的信號。當接收到信號時，峰值測量元件可以存儲表示信號的峰值強度的數(shù)據(jù)。這樣的峰值強度數(shù)據(jù)可以用于各種目的。例如，對象反射脈沖22的峰值強度可以指示對象6的反射屬性比如對象6的材料、平滑度、形狀等。特別地，對象反射脈沖22的峰值強度與校準脈沖24的峰值強度之比可以被校準以提供對對象6的表面反射率的估計。

另外，可以使用窗口反射脈沖26來校正和改進該反射率估計。如以上所討論，窗口44的瑕疵可以減小由脈沖接收傳感器60接收時的對象反射脈沖22的強度。可以通過測量窗口反射脈沖26的強度來至少部分地測量窗口44上的這些瑕疵的程度。然后，可以使用窗口反射脈沖26的強度來校準所測量的對象反射脈沖的強度(以及所估計的對象6的反射率)。例如，在一些實施方式中，如由對象反射脈沖22的強度測量的所估計的對象6的反射率可以根據(jù)窗口反射脈沖26的強度而成比例增大。

另外，如以上所討論，窗口反射脈沖26的強度可以指示窗口44的狀況。如果窗口44變得過度不清潔或被損壞，則傳感器2的準確度和可靠性減小。在一些實施方式中，當接收到窗口反射脈沖26(圖9中的框250)時，可以確定該脈沖的峰值強度(圖9中的框252)。可以將峰值強度與閾值水平或強度進行比較(圖9中的框254)。當窗口反射脈沖26的強度達到閾值水平時，傳感器2可以向用戶提供警告(圖9中的框256)。該警告可以具有各種形式比如視覺顯示(LED燈、監(jiān)視器上的文本消息等)、可聽聲音或通過將輸出數(shù)據(jù)標記為可能不準確。然后，該警告可以潛在地促進用戶檢查窗口44并且可能清潔或替換窗口。

應(yīng)該理解，校準脈沖24的強度可以提供診斷信息。例如，如果校準脈沖24的強度下降至閾值水平以下，則這可以指示一個或更多個內(nèi)部部件比如激光器30、光纜34、光纖分光器36、雪崩光電二極管60或脈沖強度測量電路出現(xiàn)問題。因此，處理器可以被配置成監(jiān)視校準脈沖24的強度并且在檢測到錯誤狀況時進行指示。

如以上所示，子級處理器80可以通信地連接至一個或更多個峰值測量元件。在一些實施方式中，可以提供兩個或更多個峰值測量元件。第一峰值測量元件可以首先被子級處理器80使能，以接收第一脈沖(例如，校準脈沖24)并且存儲其峰值強度。在接收到第一脈沖檢測信號(例如，第一脈沖檢測信號108A)時，子級處理器80可以從第一峰值測量元件讀取峰值測量強度并且使能第二峰值測量元件。然后，第二峰值測量元件可以接收并存儲第二脈沖(例如，窗口反射脈沖26)的峰值強度。子級處理器80可以從第二峰值測量元件以類似的方式讀取峰值測量強度并且在接收到第二脈沖檢測信號(例如，第二脈沖檢測信號108B)時重置并使能第一峰值測量元件。在接收到第三脈沖檢測信號時，可以使用類似的處理來獲得第三脈沖(例如，對象反射脈沖22)的強度。

使用如以上所描述的替選方法中的兩個峰值測量元件可以有利地使得單個觸發(fā)事件既能夠讀取來自一個峰值測量元件的數(shù)據(jù)還能夠重置/使能另一峰值測量元件。在一些實施方式中，使用單個峰值測量元件可能需要更復(fù)雜的控制方法。另外，在一些實施方式中，可以在每個脈沖之間的非常短的時間的情況下接收脈沖。因此，可能難以足夠快速地重置和讀取單個峰值測量元件，以確保其及時準備好接收隨后的脈沖。在另外的實施方式中，對于峰值測量元件中的任意峰值測量元件在必須測量下一個脈沖之前進行重置/使能而言，脈沖可能到達過快。因此，在一些實施方式中，可以針對給定輸出脈沖20要接收的每個預(yù)期的脈沖提供峰值測量元件。在另外的實施方式中，可能需要為多于一個的輸出脈沖20提供足夠的峰值測量元件。

另外，如上所述，子級處理器80可以通過鏡電機和通信線纜56通信地連接至鏡電機54和角度傳感器52。然后，子級處理器80可以接收指示旋轉(zhuǎn)鏡50的角度的數(shù)據(jù)并且使用電機54來控制所述角度。因此，如上所述，子級處理器80可以使得旋轉(zhuǎn)鏡50旋轉(zhuǎn)通過角度的范圍。另外，子級處理器80可以將根據(jù)脈沖22、24、26的定時估計的距離與所測量的角度進行組合來限定所測量的對象6相對于傳感器2的相對位置。

處理器70還可以(例如，通過有線連接或無線連接)與外部計算裝置通信。在一些實施方式中，處理器70然后可以被配置成將所測量的數(shù)據(jù)輸出至外部計算裝置。在一些實施方式中，輸出數(shù)據(jù)可以為所接收的原始數(shù)據(jù)(例如，每個脈沖的時間和強度以及旋轉(zhuǎn)鏡的對應(yīng)角度)。在其他的實施方式中，輸出數(shù)據(jù)可以為處理數(shù)據(jù)例如所估計的位置以及對象6在各個角度處的反射率。在另外的實施方式中，處理器70可以從外部計算裝置接收可以可選地用于控制傳感器2的操作指令。

圖10至圖12圖示了其中校準脈沖(例如，校準脈沖24)可以用于校準脈沖接收傳感器60的靈敏度的另外的LiDAR傳感器實施方式。如以上所討論的，在一些實施方式中，脈沖接收傳感器60可以包括光電二極管比如雪崩光電二極管。注意，來自光電二極管的信號的幅值或強度可以取決于由光電二極管接收的電磁脈沖的幅值或強度。另外，來自雪崩光電二極管的信號的強度可以具有顯著的非線性響應(yīng)特性。更具體地，來自光電二極管的響應(yīng)的強度可以最終按指數(shù)規(guī)律增長，特別是在達到擊穿電平時。然而，非常低的強度的脈沖可以低于光電二極管檢測所需的閾值。

對于LiDAR傳感器，期望閾值水平足夠低，以使得LiDAR傳感器可以檢測低強度反射脈沖22。例如，較暗的對象6可以反射較低強度的脈沖。另外，遠離傳感器2的對象6可以反射在其到達傳感器2之前過度地分散的脈沖，使得傳感器2處的脈沖的強度較低。另外，在朦朧的狀況下，也可以減少反射脈沖的強度。

然而，還期望閾值水平足夠高以防止假的讀數(shù)。例如，如果環(huán)境光線足夠強，則傳感器2可以在實際上不存在對象6時檢測到反射光。理想的脈沖強度的閾值水平是足夠低以檢測相對弱的脈沖，同時不會過高以得到假的讀數(shù)。

來自光電二極管60的信號的強度還可以用于測量所接收的脈沖的強度。較強的強度反射脈沖22會引起來自光電二極管的較強的信號。因此，可以根據(jù)信號的強度來估計脈沖的強度。

然而，來自雪崩光電二極管的響應(yīng)可以對溫度敏感。例如，隨著溫度上升，光電二極管的靈敏性降低，使得輸出電流下降至給定脈沖強度以下。這有效地使得光電二極管的閾值強度水平增大。因此，可以期望補償光電二極管60的溫度變化，使得閾值水平(以及光電二極管通常的響應(yīng))保持基本上恒定。在一些實施方式中，可以沿與光電二極管的極性相反的方向施加偏置電壓。該偏置電壓影響需要多強的脈沖來達到光電二極管60的擊穿點(例如，閾值水平)。類似地，偏置電壓還可以影響響應(yīng)的強度。因此，溫度波動可以影響光電二極管60的響應(yīng)，并且這些變化可以通過調(diào)節(jié)偏置電壓來進行補償。

針對這樣的溫度變化進行調(diào)節(jié)的一個方法是測量光電二極管60的溫度并且根據(jù)所測量的溫度來調(diào)節(jié)偏置電壓。然而，溫度讀數(shù)可以包括溫度傳感器本征的誤差。另外，可能難以直接測量光電二極管60的溫度。因此，可能需要測量與光電二極管60相鄰的對象的溫度而非光電二極管60自身的溫度，這引入額外的誤差。另外，針對給定溫度估計正確的偏置電壓也會增加誤差，特別是光電二極管可能會隨時間劣化。

因此，可以優(yōu)選的是使用不同于光電二極管60的溫度的測量值來調(diào)節(jié)偏置電壓。例如，可以優(yōu)選的是，在已知偏置電壓和脈沖強度的情況下測量來自雪崩光電二極管60的響應(yīng)。如果在不同的溫度下這些變量與來自光電二極管60的響應(yīng)之間的關(guān)系是已知的，則可以根據(jù)已知的變量來推斷溫度。然后，可以使用溫度來估計理想的偏置電壓?？商孢x地，在一些實施方式中，可以在不明確確定溫度的情況下估計理想的偏置電壓。然后，所估計的理想的偏置電壓可以用于明確地確定期望的偏置電壓或者用作對先前的偏置電壓的所期望的調(diào)節(jié)。通常，所期望的偏置電壓與所估計的理想的偏置電壓將會相同，雖然一些情形下所期望的偏置電壓與所估計的理想的偏置電壓可以不同。

圖10中圖示了LiDAR傳感器的可以測量來自雪崩光電二極管的響應(yīng)以估計理想的偏置電壓的實施方式元件。應(yīng)該理解，可以可選地添加這些元件或者將這些元件與上述例如圖2至圖6的實施方式進行組合。如所示出的，激光器30可以連接至可以引導至光纖分光器例如上述光纖分光器36的光纜34。如以上所討論的，光纖分光器36可以朝向要測量的對象6引導輸出脈沖20，并且朝向雪崩光電二極管60引導校準脈沖24。雖然校準脈沖24被描述為提供如上所述的定時功能以及此處所描述的偏置電壓測量，其他實施方式也可能是不同的。例如，在一些實施方式中，可以針對這兩個目的使用單獨的校準脈沖，這是因為激光器的初始脈沖可以進一步被分割，或者激光器可以發(fā)射多個脈沖。

當校準脈沖24到達雪崩光電二極管60時，由光電二極管生成取決于校準脈沖、初始偏置電壓和光電二極管的溫度的第一響應(yīng)信號。然后，該信號可以被引導朝向以下進一步描述的模擬或數(shù)字處理器，模擬或數(shù)字處理器可以估計偏置電壓的理想變化。該變化可以使得在接收到反射脈沖20之前使偏置電壓成為估計的理想偏置電壓。注意，由于估計處理中的誤差或者接收校準脈沖24與接收反射脈沖20之間的溫度或其他狀況的另外的變化，在接收到反射脈沖20的時刻處的“真實的”理想偏置電壓可能與估計的理想偏置電壓不同。另外，在一些實施方式中，雖然可以在一個校準脈沖反射脈沖周期內(nèi)調(diào)節(jié)偏置電壓，但是在其他實施方式中，可以在響應(yīng)于校準脈沖24調(diào)節(jié)偏置電壓之前接收多個反射脈沖20。在一些特定實施方式中，在正常操作狀況期間，裝置可以將所施加的偏置電壓保持在距理想偏置電壓的特定范圍內(nèi)。在一些實施方式中，所施加的偏置電壓可以在理想偏置電壓的約50mV內(nèi)。在另外的實施方式中，所施加的偏置電壓可以在理想偏置電壓的約25mV內(nèi)。在又一些另外的實施方式中，所施加的偏置電壓可以在理想偏置電壓的約10mV內(nèi)。

圖10和圖11圖示了基于光纖耦合器或分路器的分光器的實施方式。在一些優(yōu)選實施方式中，光纖分光器36是熔融拉錐型光纖耦合器。然而，在其他實施方式中，分路器36可以是其他類型的分路器比如平面光波電路(PLC)分路器或光纖耦合自由空間分路器。

圖10圖示了用于根據(jù)從激光器發(fā)射的光脈沖生成一個校準脈沖和外部脈沖的實施方式LiDAR傳感器。校準脈沖沿朝向雪崩光電二極管60的短路徑被引導，并且外部脈沖在朝向目標對象6被引導之前由光纖環(huán)38延遲。

圖11示出了與圖10中的類似的可以測量來自雪崩光電二極管的響應(yīng)以估計理想的偏置電壓的LiDAR傳感器的另一組實施方式元件。再次，應(yīng)該理解，可以可選地添加這些元件或者將這些元件與上述實施方式進行組合。與圖10不同的是，圖11中圖示的實施方式可以包括兩個另外的光纖光纜分路器36a、36b。校準脈沖24可以由第二分路器36b分割成兩個校準脈沖。然后，一個分割的校準脈沖可以由光纜直接引導至第二光纜分路器36b。第二校準脈沖可以例如由光纖光纜延遲環(huán)路38b延遲。注意，第二光纖光纜分路器36b可以用于將兩個校準脈沖組合在可以在不同的時間輸出至雪崩光電二極管60的單個光纜上。在其他實施方式中，多個光纜可以對準光電二極管60，使得可以可選地去除第二光纖光纜分路器36b。

因此，雪崩光電二極管60可以在不同的時間接收兩個校準脈沖。這允許兩個單獨且不同的光電二極管響應(yīng)的測量。另外，應(yīng)該理解，分路器36a、36b可以是對稱的或非對稱的。在非對稱的實施方式中，校準脈沖中之一可以比另一個明顯更大，以使得雪崩光電二極管60對每個脈沖提供具有可區(qū)分的強度的響應(yīng)。通過光電二極管60提供多個響應(yīng)強度可以允許更準確的測量光電二極管溫度和/或理想的偏置電壓。另外，通過光電二極管60的改變的響應(yīng)強度可以有助于校準傳感器2中的以下進一步描述的其他元件。

圖12圖示了供LiDAR傳感器使用的包括雪崩光電二極管的實施方式電路圖。應(yīng)該理解，可以可選地添加這些元件或者將這些元件與上述實施方式組合。如所示的，可以對光電二極管60的陰極施加偏置電壓(V_bias)以反向偏置光電二極管并且增大光電二極管的增益?？梢詼y量光電二極管60的陽極以提供可以測量為電壓、電流等的信號(V_signal)。應(yīng)該理解，來自光電二極管60的信號可以與上述以及圖7中圖示的信號100相似。

光電二極管的陽極還可以連接至可以影響來自光電二極管60的測量信號的另外的電路。如所示的，光電二極管60的陽極可以并聯(lián)地連接至下游電阻器(R)和下游二極管(D)。該另外的電路可以將光電二極管的陰極與較低的電勢比如地電勢分隔開。對于低信號強度而言，二極管(D)可以具有相當高的電阻器值。因此，來自光電二極管的基本所有的電流可以經(jīng)過電阻器(R)，電阻器(R)提供電壓與電流之間的基本線性的響應(yīng)。該線性響應(yīng)在低信號強度下期望進行高精度測量時是有利的。

當來自光電二極管60的信號變得更強時，與電阻器(R)相比，二極管可以以相對低的電阻器值流過電流。這可以使得來自光電二極管60的信號電壓相對于電流增大得慢得多，在達到雪崩光電二極管的擊穿電壓時電流可以急劇地增大。因此，針對來自光電二極管60的較強的信號而言，可以輸出基本上對數(shù)形式的響應(yīng)，從而使測量結(jié)果提高大的數(shù)量級。

另外，如上所討論，可以提供不同的強度下的多個校準脈沖24。這些不同的強度的脈沖可以引起來自光電二極管60的不同的強度輸出，這可以導致至二極管(D)和電阻器(R)的不同的強度輸入。在一些實施方式中，在光電二極管處所接收的脈沖強度(發(fā)光度)與輸出電流之比相對于脈沖的強度可以基本上恒定。因此，如果脈沖的相對強度也是恒定的，則來自光電二極管60的輸出的相對強度也應(yīng)當是基本恒定的。因此，來自下游二極管(D)和電阻器(R)的兩個響應(yīng)可以提供針對這些元件的校準信息，這是因為他們可以響應(yīng)于溫度或其他變量而變化。

應(yīng)該理解，對于圖12圖示的實施方式而言，可以存在另外的變化。例如，在一些實施方式中，可以期望提供例如與二極管(D)串聯(lián)以及與電阻器(R)并聯(lián)的另外的電阻器。另外，可以包括另外的輸出和輸入。

在使用時，校準脈沖24(和/或其他校準脈沖)可以用于設(shè)置對應(yīng)于雪崩光電二極管60的理想增益的估計的理想偏置電壓。雪崩光電二極管在特定偏置電壓處的增益可以被確定為雪崩光電二極管在該偏置電壓處在給定的入射光量下的輸出電流除以雪崩光電二極管在相同的入射光下但是與單位增益對應(yīng)的偏置電壓處的輸出電流的比率。當所施加的偏置電壓足以運走光生電荷載流子，但是不足以使負電荷載流子加速至裝置內(nèi)引起碰撞電離的點時發(fā)生單位增益。單位增益對應(yīng)于光電二極管的光生電流保持恒定或在偏置電壓具有小的變化的情況下光生電流接近恒定的非零偏置電壓或者電壓范圍。在其他非零電壓下，雪崩光電二極管的光生電流將隨所施加的偏置以非線性的關(guān)系變化。

可以測量雪崩光電二極管在各種偏置電壓下響應(yīng)于校準脈沖的輸出強度，并且可以在LiDAR傳感器處于基本恒定的溫度的情況下測量雪崩光電二極管的擊穿電壓。假定使得測量基本上快于雪崩光電二極管和脈沖強度測量電路的熱時間常數(shù)，則可以認為溫度是基本恒定的。使用這些測量中的一個或兩個，可以針對其在LiDAR傳感器中的操作指定最佳增益設(shè)置。與指定的增益對應(yīng)的偏置電壓可以與擊穿電壓具有固定的偏移。溫度的變化通常引起這兩個電壓的大致相同的偏移，所以最佳增益設(shè)置可以等效地被指定為擊穿電壓以下的偏移。例如在制造時或者在出售或使用之前可以進行一次該最佳增益的指定，并且將其存儲在LiDAR傳感器中以供隨后的操作期間進行參考。可替選地，可以例如在LiDAR傳感器的(例如在現(xiàn)場或就地)操作期間更頻繁地確定最佳增益。用于選擇最佳增益的基礎(chǔ)可以是例如在對固定目標對象的范圍測量中最小化隨機變化。一個這樣的固定目標可以是LiDAR傳感器外部的具有均勻反射率且相對于傳感器穩(wěn)固地放置的平坦表面?？商孢x地，分路器可以被配置成生成在時間上分離的兩個校準脈沖，并且第二校準脈沖可以用作與第一校準脈沖具有固定的時間偏移量的這樣的固定目標。用于選擇最佳增益的另一基礎(chǔ)可以是在不允許靜態(tài)電流或電流噪聲超過閾值的情況下增益最大。用于保持雪崩光電二極管的恒定增益的優(yōu)選方式可以取決于激光器和脈沖強度測量電路相對于LiDAR傳感器中的預(yù)期的溫度變化的穩(wěn)定性。

在接收校準脈沖24之前，雪崩光電二極管60可以被設(shè)置成接收低于或高于預(yù)期的理想偏置電壓的偏置電壓。設(shè)置較低的初始偏置電壓可以潛在地有助于防止光電二極管60對校準脈沖24的可能例如在對數(shù)響應(yīng)區(qū)域中不能準確地測量的強信號響應(yīng)。另外，如以上所討論，在一些實施方式中，可以接收具有潛在不同的脈沖強度的多個校準脈沖24。在另外的實施方式中，可以在一個或更多個第一校準脈沖之后將偏置電壓調(diào)節(jié)成所估計的理想偏置電壓，并且然后在一個或更多個第二校準脈沖之后再次調(diào)節(jié)成更精確地估計的理想偏置電壓。

如果激光器可以提供足夠穩(wěn)定的輸出，使得每個發(fā)射脈沖具有基本相同的峰值輸出強度，并且脈沖強度測量電路保持恒定的增益，則校準脈沖的測量強度可以用于使雪崩光電二極管的增益保持恒定?；跒榱耸构怆姸O管響應(yīng)于校準脈沖的輸出強度保持恒定所需要的，單個校準脈沖強度測量可以足以指示偏置電壓所需要的增大或減小以及所需要的變化的近似幅值。即使沒有所需要的校正的準確幅值，也可以使用校準脈沖強度的連續(xù)的測量以及偏置電壓校正的應(yīng)用來朝向指定增益重復(fù)地調(diào)節(jié)雪崩光電二極管。

如果激光輸出隨時間變化，使得在短時間量級上接近發(fā)射脈沖之間的時間，則脈沖強度基本上變化，但是在跨許多激光脈沖的長時間量級上，平均發(fā)射脈沖強度基本上不變化，可以將校準脈沖的強度的許多測量值平均在一起，并且可以使用該平均脈沖強度使雪崩光電二極管的增益基本保持恒定。在這種情況下，平均校準脈沖強度可以指示偏置電壓的期望增大或減小以及所需要的變化的近似幅值。再次，可以使用對校準脈沖強度的連續(xù)測量以及偏置電壓校正的應(yīng)用來朝向指定增益重復(fù)地調(diào)節(jié)雪崩光電二極管。

如果激光器的輸出在發(fā)射脈沖之間變化，但是其平均發(fā)射脈沖強度基本恒定，而隨后的脈沖強度測量電路受如由溫度的變化引起的增益漂移的影響，則可以使用不同的方法來保持雪崩光電二極管的增益。可以在比測量電路可能受溫度的變化的不利影響的更短的時間內(nèi)進行在不同的偏置電壓下重復(fù)的對校正脈沖的一系列測量。因此，可以使用多個校準脈沖測量值來確定在單位增益下對校準脈沖的響應(yīng)的強度。然后，可以逐步調(diào)節(jié)偏置電壓，以使得對校準脈沖的響應(yīng)強度變成單位增益強度的指定增益倍。這可以實現(xiàn)雪崩光電二極管在指定增益下的操作。

如果激光器輸出在長時間量級和短時間量級上均變化，則分路器可以被配置成向雪崩光電二極管提供通過足夠的延遲而在時間上分離的兩種校準脈沖，以進行對每個脈沖的不同的脈沖強度測量。在接收到第一校準脈沖之后并且在接收到第二校準脈沖之前，可以改變施加至雪崩光電二極管的偏置電壓。這兩個校準偏置電壓之間的電壓偏移可以保持恒定?？梢垣@得來自光電二極管的在不同的偏置電壓下的針對這兩個校準脈沖強度的輸出的比值。只要兩個校準偏置電壓中的每個校準偏置電壓與對應(yīng)于指定增益的偏置電壓保持固定的偏移，則這兩個校準偏置電壓的比值將保持恒定。由于雪崩光電二極管的增益與偏置電壓具有非線性關(guān)系，所以如果校準偏置電壓(例如，由于溫度的變化)改變其與針對指定增益的偏置電壓的偏移，則該比值將會不同。由于雪崩光電二極管將會操作在線性模式下，則該比值將不取決于發(fā)射激光脈沖的絕對強度。該比值也不受脈沖強度測量電路的線性增益的變化的影響，這是因為該增益通過獲得強度測量的比值而被抵消。可以選擇校準偏置電壓之間具有足夠的偏移量的校準偏置電壓，以產(chǎn)生對增益變化的良好的靈敏度。還可以有利的是，將第二校準偏置電壓設(shè)置成LiDAR傳感器的范圍測量的當前操作偏置電壓，使得第二校準脈沖與從最近的目標表面反射的脈沖之間所需要的延遲不需要另外地適應(yīng)被施加給雪崩光電二極管的偏置電壓的其他變化。當指定最佳增益時測量的比值可以存儲且用作參考值。隨后測量的比參考值更接近于單位值的比值指示校準偏置電壓相對于生成指定增益的偏置電壓已經(jīng)負向移動并且應(yīng)當增大操作偏置電壓。隨后測量的比如參考值更遠離單位值的比值指示校準偏置電壓相對于生成指定增益的偏置電壓已經(jīng)正向移動并且應(yīng)當減小操作偏置電壓。連續(xù)的測量和校正可以驅(qū)動操作偏置電壓以匹配當指定最佳增益時所測量的比值并且實現(xiàn)雪崩光電二極管在指定增益處的操作。

可以有利的是，使用非對稱光纖分光器來配置分光器，以生成具有不同的光脈沖強度的兩個校準脈沖。這可以用于減小在光電二極管處于兩個不同的偏置電壓下時來自光電二極管的由兩個校準脈沖引起的信號強度的差異。例如，如果在兩個不同的偏置電壓的情況下使用對稱分路器，則兩個校準脈沖可以生成來自光電二極管的極其不同(例如，10倍至100倍不同)從而難以比較的信號響應(yīng)?？商孢x地，非對稱分路器可以使得較強的校準脈沖與較小的偏置電壓組合，并且較弱的校準脈沖與較大的偏置電壓組合。因此，可以選擇非對稱分路器，以使得來自光電二極管的從兩個校準脈沖得到的信號輸出基本相似(例如，在標準操作下具有不大于10倍、5倍或2倍的不同)。與在兩個校準脈沖使得光電二極管輸出跨多個量級的輸出信號強度的情況相比，這可以允許對校準脈沖強度進行更準確的測量。

在接收對象反射脈沖22之前，可以由雪崩光電二極管60接收校準脈沖24。在一些實施方式中，接收最后的校準脈沖24與對象反射脈沖22之間的時間可以為大約10納秒、至少10納秒、大約100納秒或小于100納秒。接收所述脈沖之間的時間可以使得光電二極管60以及其他電路和處理元件在接收下一個脈沖之前終止且重置。可以選擇由光纖光纜延遲環(huán)路38延遲的長度，以確保有足夠的時間來終止和重置相關(guān)部件。在一些實施方式中，在該時間期間，可以減小或完全去除偏置電壓，以便于雪崩光電二極管60的終止。

類似地，可以在多個校準脈沖24之間設(shè)置時間間隙。例如，在一些實施方式中，接收校準脈沖之間的時間可以為約10納秒、至少10納秒、約100納秒或小于100納秒。再次，在該時間期間，可以可選地減小或斷開偏置電壓，以便于雪崩光電二極管60的終止，并且可以選擇光纖光纜延遲環(huán)路38b的長度，以確保足夠的時間。對于許多實施方式而言，LiDAR傳感器的測量周期可以具有約1微秒和約10微秒之間的時間段。用于常見的LiDAR傳感器內(nèi)部的附帶的變熱和冷卻的熱時間常數(shù)常常大于1秒。因此，與控制雪崩光電二極管的增益有關(guān)的連續(xù)的測量和校正——其被進行為測量周期的一部分——將會例如以基本上快于雪崩光電二極管的溫度在正常操作條件下波動的速率的速率基本上實時發(fā)生。

當光電二極管60已經(jīng)接收一個或更多個校準脈沖24時，可以將偏置電壓設(shè)置成最終的理想偏置電壓。如以上所討論的，在一些實施方式中，理想的偏置電壓可以被選擇成使得雪崩光電二極管60的由具有在傳感器2的操作范圍內(nèi)的給定強度或光強度的檢測脈沖引起的電流增益保持基本恒定。更具體地，在一些實施方式中，可以調(diào)節(jié)偏置電壓，以使得在傳感器2的操作范圍內(nèi)雪崩光電二極管的偏置電壓與擊穿電壓(或在單位增益下的偏置電壓)之間的偏移保持恒定。在另外的實施方式中，調(diào)節(jié)偏置電壓，以考慮引起雪崩光電二極管60的電流增益的變化的溫度變化。

可以由處理器接收所得到的來自光電二極管60的信號。然后，處理器可以可選地使用該信號的強度來估計光電二極管60的溫度，并且使用該溫度來估計理想偏置電壓?？蛇x地，在一些實施方式中，如上所討論的，不需要直接估計溫度，而是可以根據(jù)校準信號直接估計理想偏置電壓(或電壓的理想變化)。然后，處理器可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)至光電二極管的偏置電壓。因此，可以例如以基本上快于雪崩光電二極管在正常操作條件下波動的速率的速率來基本上實時地調(diào)節(jié)偏置電壓。另外，在一些實施方式中，如上所討論的，處理器還可以終止光電二極管和其他元件。

如上所討論的，在一個或更多個校準脈沖24之后，可以對雪崩光電二極管60施加估計的理想偏置電壓。然后，光電二極管60可以接收來自外部對象6的反射脈沖22。然后，光電二極管60可以輸出可以由相同或不同的處理器接收并且用于估計反射脈沖的強度的信號。然后，反射脈沖的強度與距對象6的估計距離(如上所述)組合可以用于估計對象6的反射率。該反射率可以提供關(guān)于對象6的信息比如其顏色、材料、表面紋理等。

在一些實施方式中，可以優(yōu)選的是，在一般使用之前測量光電二極管60的特定特性以及其對各種脈沖強度的響應(yīng)。例如，LiDAR傳感器可以朝向具有已知反射率的一個或更多個對象生成脈沖，以測量來自校準脈沖24的響應(yīng)的強度與來自反射脈沖22的響應(yīng)的強度之間的關(guān)系。這樣的先前的測量可以考慮個體的光電二極管60、分路器36、36a、36b、激光器30等之間的變化。

除非具體指出或者在如所使用的上下文中將理解的，本文中所使用的條件語言例如“可以(can)”、“可以(could)”、“可以(might)”、“可以(may)”、“例如(e.g.)”通常意在表達特定實施方式包括而其他實施方式不包括特定特征、元件和/或狀態(tài)。因此，這樣的條件語言通常不意在暗示一個或更多個實施方式以任何方式需要這些特征、元件和/或狀態(tài)，或者一個或更多個實施方式一定包括用于在或不在作者輸入或者提示的情況下用于確定是否包括或執(zhí)行這些特征、元件和/或狀態(tài)的邏輯。

雖然以上詳細描述已經(jīng)示出、描述和指出了應(yīng)用于各種實施方式的新穎特征，但是可以理解，可以在不背離本公開內(nèi)容的精神的情況下做出對包括所示的傳感器部件、邏輯塊、模塊和處理的地面接觸感測系統(tǒng)的形式和細節(jié)的各種省略、替換和變化。如可以識別的，本文中描述的系統(tǒng)的特定實施方式可以在不提供本文中所提及的所有的特征和益處的形式內(nèi)實施，這是因為一些特征可以與其他特征單獨地使用或?qū)嵺`。另外，結(jié)合一個實施方式所描述的特征可以結(jié)合至所公開的實施方式中的另一實施方式中，即使本文中沒有明確討論，并且具有特征的組合的修改裝置仍然落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。