CN109814082B - 光接收模块、及激光雷达*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光接收模块和激光雷达***，所述光接收模块包括：沿接收光路依次设置的光传输子模块和探测子模块；所述光传输子模块，适于接收、过滤、和传输光束，所述光束包括信号光；及所述探测子模块，适于接收和检测所述光传输子模块传输的光束；其中，所述光传输子模块和/或所述探测子模块包括吸收型基底，所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光。所述激光雷达***包括：光发射模块，适于向外界发射检测激光束；及所述光接收模块，适于接收和检测由外界反射所述检测激光束形成的激光束的回波信号。本发明实施例的光接收模块和激光雷达***能够抑制环境光，提高大角度斜入射信号光的强度，提高信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种光接收模块、及激光雷达***。
背景技术
激光雷达是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、能源安全检测、资源勘探等领域。
激光雷达的数据质量是衡量其性能高低的一个重要标准。激光雷达的数据会受到环境光的影响，为了抑制环境光，现有的激光雷达***通常使用透射式的窄带干涉滤光片，然而这一方案会带来一些问题，例如透射式干涉滤光片的透过率受入射角的影响大，大角度入射的信号光的透过率会很低，导致激光雷达接收不到大角度入射的信号，除非放宽透射式干涉滤光片的透过率带宽，但这又会增加环境光的影响。
因此，如何在抑制环境光的同时尽可能地降低对信号光的影响、提高信噪比是目前激光雷达应用中亟待解决的问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何抑制激光雷达应用中的环境光、提高信噪比。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种光接收模块，包括：沿接收光路依次设置的光传输子模块、和探测子模块；所述光传输子模块，适于接收、过滤、和传输光束，所述光束包括信号光；以及所述探测子模块，适于接收和检测所述光传输子模块传输的光束；其中，所述光传输子模块和/或所述探测子模块包括吸收型基底，所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光。
可选地，所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的滤光片、以及至少一片反射镜；所述滤光片包括所述吸收型基底、及镀在所述吸收型基底上与所述信号光波长对应的增透膜，其中所述吸收型基底适于透射所述信号光、以及吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光；所述至少一片反射镜适于反射所述信号光。
可选地，所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的至少一片反射镜，所述至少一片反射镜包括所述吸收型基底、以及镀于所述吸收型基底的光入射面上的反射膜；所述至少一片反射镜的反射膜适于增大所述信号光的反射率，所述至少一片反射镜的所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光。
可选地，所述光传输子模块还包括：滤光片，设置于所述接收光路上且位于所述至少一片反射镜的光路上游，所述滤光片包括所述吸收型基底、及镀在所述吸收型基底上与所述信号光波长对应的增透膜，其中所述吸收型基底适于透射所述信号光、以及吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光。
可选地，所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的第一反射镜和第二反射镜。
可选地，所述信号光波长范围以外的预设波段的光包括所述探测子模块能够响应的环境光。
可选地，所述滤光片的所述吸收型基底适于吸收波长为350nm至850nm的光、及透射波长为850nm以上的近红外和红外光，且所述滤光片的所述吸收型基底上镀有适于增大波长为875nm至940nm的光的透过率的增透膜。
可选地，所述光传输子模块还包括聚焦透镜组，所述滤光片设置于所述聚焦透镜组的光路上游、或下游，或设置于所述聚焦透镜组包含的透镜之间。
可选地，所述第一反射镜的所述吸收型基底上镀有增大第一波段的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜的所述吸收型基底上镀有增大第二波段的光的反射率的反射膜，所述第一波段与所述第二波段在所述信号光的波长范围内重合。
可选地，所述第一波段为875nm至1100nm，所述第二波段为350nm至940nm；或者所述第一波段为350nm至940nm，所述第二波段为875nm至1100nm。
可选地，所述第一反射镜的所述吸收型基底和所述第二反射镜的所述吸收型基底均适于吸收350nm至1100nm的光。
可选地，其特征在于，所述探测子模块包括具有吸收型基底的阵列孔光阑、和探测器阵列；所述阵列孔光阑上对应于所述探测器阵列的各探测器位置设置有多个通孔，所述阵列孔光阑的基底适于吸收与所述信号光同频段的环境光、及所述信号光波长范围以外的预设波段的光，所述阵列孔光阑的基底的光入射面镀有包含所述信号光波长在内的波段的增透膜。
可选地，所述阵列孔光阑的基底适于吸收350nm至1100nm的光，所述阵列孔光阑的基底的光入射面镀有600nm至1000nm的增透膜。
相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达***，包括光发射模块，适于向外界发射检测激光束；以及所述光接收模块，所述光接收模块适于接收和检测由外界反射所述检测激光束形成的激光束的回波信号。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例的光接收模块包括光传输子模块和探测子模块，由于所述光传输子模块和/或所述探测子模块包括吸收型基底，所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光，因而能够减弱非信号光波段的接收光对信号光的影响，增强了对环境光的抑制效果。
进一步地，所述光传输子模块包括沿接收光路依次设置的滤光片和两个反射镜，所述滤光片包括吸收型基底和镀在所述基底上的增透膜，所述基底适于吸收非信号光波段的环境光，所述增透膜适于增大信号光的透射率，因而能够提高信噪比；由于所述增透膜的膜层较薄，受光线入射角的影响不大，因而所述滤光片的透过率曲线的蓝移程度降低；此外，由于反射镜分担了大的入射角度，导致每个反射镜上入射角度的改变不大，入射角度对反射镜的反射率曲线的影响减小，反射率曲线的“蓝移”现象减弱。因此，本发明实施例的光接收模块能够抑制环境光、提高大角度斜入射信号光的强度，从而提高了信噪比。
进一步地，所述光传输子模块包括沿接收光路依次设置的两个反射镜，所述两个反射镜均包括吸收型基底、以及镀于所述基底的光入射面上的反射膜，由于所述反射膜能够增大信号光的反射率，而所述基底能够吸收非信号光波段的环境光，因此只有信号光以及与信号光同频段的环境光能够有较大的反射率被所述两个反射镜反射。所述两个具有吸收型基底的反射镜达成了滤光片的性能，增强了对非信号光波段的环境光的抑制，提高了大角度斜入射信号光的强度，从而提高了信噪比。
进一步地，所述光传输子模块包括沿接收光路依次设置的具有吸收型基底的滤光片、和两个具有吸收型基底的反射镜，所述滤光片还包括镀在其基底上的增透膜，所述两个反射镜还包括镀在其基底上的反射膜，即所述光接收模块的接收光分别经所述滤光片、和两个反射镜的多次过滤，更大程度地抑制了非信号光波段的环境光，提高了大角度斜入射信号光的强度，从而提高了信噪比。
进一步地，所述探测子模块包括具有吸收型基底的阵列孔光阑和探测器阵列，所述阵列孔光阑上对应于所述探测器阵列的位置设置有多个通孔，从两个反射镜出射的信号光、以及与信号光同频段的环境光中只有在所述探测器视场内的光能够通过阵列孔光阑的通孔，进入探测器，其它光则进入阵列孔光阑的基底材料被吸收，因而进一步增强了对环境光的抑制，提高了信噪比；此外，由于所述阵列孔光阑的基底上镀有增透膜，降低了光在介质膜表面反射、然后在接收腔内多次反射后进入探测器的可能性，从而减弱环境光的影响，在光接收腔内形成一个“暗”环境，减小所述光接收模块全天(白天和黑夜)性能的差异。
本发明实施例的激光雷达***包括光发射模块和所述光接收模块，由于所述光接收模块能够抑制环境光，提高大角度斜入射信号光的强度，提高信噪比，因而所述激光雷达***的数据质量得以大幅度提升，所述激光雷达***全天(白天和黑夜)性能的差异减小。
附图说明
图1是一种干涉滤光片的透过率曲线随入射角变化图；
图2是一种激光雷达线数分布图示意图；
图3是本发明一个实施例的激光雷达***10的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的阵列孔光阑124a的结构示意图；
图5是本发明另一个实施例的激光雷达***20的结构示意图；
图6是本发明另一个实施例的激光雷达***30的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
如背景技术所述，现有的透射式干涉滤光片用于抑制环境光会存在一些问题。参考图1，图1是一种干涉滤光片的透过率曲线随入射角变化图，具体分别示出了入射角为6度、20度、30度、40度时干涉滤光片的透过率曲线。由图1可知，所述干涉滤光片的透过率曲线随着入射角度的增大向短波长方向移动。这一特性引发的问题在于：激光雷达工作时，由于温度升高，激光器的波长会增加即发生“红移”。特别地，对于多线(多激光器)激光雷达，较小的体积不利于散热，升温现象更加明显。如图2所示，是一种激光雷达线数分布图示意图，当激光器的波长增加后，大角度入射光，即对应激光雷达出射至近处地面的线束或出射至上方视场的线束到达透射式干涉滤光片时，透过率会变得很低，导致探测器可能接收不到信号，除非增大透射式滤光片的透过率带宽，但这又会增加环境光的影响。
为了有效地抑制环境光、提高大角度斜入射信号光的强度、进而提高信噪比，本发明实施例提供一种光接收模块和激光雷达***，所述光接收模块包括：沿接收光路依次设置的光传输子模块和探测子模块；所述光传输子模块适于接收、过滤、和传输光束，所述光束包括信号光；以及所述探测子模块适于接收和检测所述光传输子模块传输的光束；其中，所述光传输子模块和/或所述探测子模块包括吸收型基底，所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光。所述激光雷达***包括光发射模块和所述光接收模块，所述光发射模块适于向外界发射检测激光束，所述光接收模块适于接收和检测由外界反射所述检测激光束形成的激光束的回波信号。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，下面结合附图对本发明实施例的光接收模块和激光雷达***的结构加以详细的说明。
结合参考图3，图3是本发明一个实施例的激光雷达***10的结构示意图。所述激光雷达***10包括：
转子和定子，所述转子内部被隔离成发射腔11和接收腔12，所述发射腔11和所述接收腔12通过隔板13隔离，所述转子和定子是本领域的现有技术，此处不再赘述。
光发射模块，设置于所述发射腔11内，适于向外界发射检测激光束。在一些实施例中，所述光发射模块包括激光器111、前反射镜112、后反射镜113、和光出射器件114。所述激光器111可以是呈阵列式排布的多个激光器，所述光出射器件114可以是准直透镜(组)。所述激光器111发出的检测激光束依次经过所述前反射112和后反射镜113的反射、以及所述光出射器件114的透射照射到外界。
光接收模块，设置于所述接收腔12内，适于接收和检测由外界物18反射所述检测激光束形成的激光束的回波信号。在一些实施例中，所述光接收模块可以包括：沿接收光路依次设置的光传输子模块、和探测子模块124，所述光传输子模块适于接收、过滤、和传输光束，所述光束可以包括信号光和环境光，所述探测子模块124适于接收和检测所述光传输子模块传输的光束。
在一些实施例中，所述光传输子模块可以包括沿所述接收光路依次设置的滤光片121、第一反射镜122和第二反射镜123。其中，所述滤光片121可以包括吸收型基底、及镀在所述吸收型基底上与所述信号光波长对应的增透膜，所述吸收型基底适于透射所述信号光、以及吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光，所述增透膜适于增加所述信号光的透射率；所述第一反射镜122和第二反射镜123适于反射所述信号光。
在一些实施例中，所述信号光可以是所述激光雷达***10发射的检测激光束经所述外界物18反射后形成的激光束的回波信号，所述信号光波长范围以外的预设波段的光可以包括所述探测子模块能够响应的环境光。例如：所述探测子模块124能够检测的非信号光波段的环境光。
具体地，所述滤光片121的基底材料可以适于吸收波长为350nm至850nm的光、以及透射波长为850nm以上的近红外和红外光，所述滤光片的基底上还可以镀有适于增大波长为875nm至940nm的光的透过率的增透膜，所述滤光片121的基底可以是有色玻璃或塑料滤光片；所述第一反射镜122和第二反射镜123的基底可以是普通材料，例如K9光学玻璃或浮法玻璃，即所述第一反射镜122和第二反射镜123的基底无吸收性能，所述第一反射镜122和第二反射镜123的光入射面上可以镀有与所述信号光波长对应的反射膜，所述反射膜适于增大所述信号光的反射率。
在一些实施例中，所述光接收模块还可以包括接收镜头125，所述接收镜头125可以包括聚焦透镜组，所述滤光片121可以设置于所述聚焦透镜组的光路上游、或下游，或设置于所述聚焦透镜组包含的透镜之间。
在一些实施例中，所述探测子模块124可以包括具有吸收型基底的阵列孔光阑124a、和探测器阵列124b。
结合参考图4，图4是本发明一个实施例的探测子模块124的阵列孔光阑124a的结构示意图。所述阵列孔光阑124a上对应于所述探测器阵列124b的各探测器位置上可以设置有多个通孔1241，所述阵列孔光阑124a的基底可以适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光。
在一些实施例中，所述激光雷达***10可以被配置为：信号光通过所述接收镜头125聚焦至所述探测器阵列124b，则所述阵列孔光阑124a的基底可以适于吸收与所述信号光同频段的环境光、以及所述信号光波长范围以外的预设波段的光。这样将所述阵列孔光阑124a置于所述探测器阵列124b的光路上游，可以进一步滤除所述信号光频段的环境光。
在一些实施例中，所述阵列孔光阑124a的基底的光入射面上还镀有包含所述信号光波长在内的波段的增透膜。
具体地，所述阵列孔光阑124a的基底可以适于吸收350nm至1100nm的光，所述阵列孔光阑124a的基底的光入射面镀有600nm至1000nm的增透膜。
在一些实施例中，所述阵列孔光阑124a上的通孔1241可以用激光加工或电脑数控(Computer Numerical Control,CNC)加工的方式形成。
需要说明的是，介质膜的透过率或反射率曲线会随入射角发生蓝移，膜层数越多，蓝移现象越明显。现有的透射式干涉滤光片因膜层较厚，其透过率受光线入射角的影响大，而本发明实施例的滤光片121上的增透膜、以及所述阵列孔光阑124a上的增透膜的膜层均较薄，其透过率受光线入射角的影响不大，即所述滤光片121和阵列孔光阑124a的透过率曲线的蓝移程度降低，从而提高了大角度斜入射信号光的强度。
这里以波长范围是875nm至940nm的信号光为例对所述激光雷达***10的光接收模块的工作过程加以说明：
所述光接收模块接收的信号光和环境光通过所述接收镜头125，其中波长小于850nm的光会被所述滤光片121的吸收型基底所吸收，波长大于850nm的光能够透射所述滤光片121，在这部分透射光中波长为875nm至940nm的信号光和与所述信号光同频段的环境光具有较高的透过率，再分别经过所述第一反射镜122和所述第二反射镜123反射后到达所述探测子模块124的阵列孔光阑124a，其中只有信号光、和位于所述探测器阵列124b视场内的与所述信号光同频段的环境光能够通过所述阵列孔光阑124a上的通孔1241，进入所述探测器阵列124b，其它光则入射所述阵列孔光阑124a的基底被吸收。所述光接收模块接收的信号光和环境光经过所述滤光片121和所述阵列孔光阑124a的多次吸收，抑制了环境光，提高了信噪比。
由于所述阵列孔光阑124a的基底上还镀有增透膜，能够降低光在所述阵列孔光阑124a表面反射、然后在所述接收腔12内多次反射后进入所述探测器阵列124b的可能性，即消除多次反射后进入所述探测器阵列124b的杂散光，在所述接收腔12内形成一个“暗”环境，减弱了环境光的影响，减小所述光接收模块全天(白天和黑夜)性能的差异。
此外，所述第一反射镜122和第二反射镜123分担了大的入射角度，导致每个反射镜上入射角度的改变不大，反射率曲线的“蓝移”现象减弱，从而提高了大角度斜入射信号光的强度，也有助于提高信噪比。关于这一点可以举例说明：所述激光雷达***10发射的检测激光束经所述外界物18反射后返回0度至25度的入射光，根据计算在所述第一反射镜122上对应45度至51度的入射角，在所述第二反射镜123上对应39度至45度的入射角，即每个反射镜上入射光的角度变化减小，光线入射角度对反射镜的反射率曲线的影响减小，反射率曲线的“蓝移”被减小。因此，即使所述激光雷达***10由于工作时温度升高导致激光器的波长增加，大角度斜入射信号光的强度也不会降低，避免了光斑劣化。
在一些实施例中，所述探测器阵列124b可以为光电传感器。所述光电传感器适于将其接收的光信号转换为电信号。具体地，所述光电传感器可以是PIN光电传感器、雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)、或盖革模式雪崩光电二极管(Geiger-modeAvalanche Photodiode,GM-APD)等。
在一些实施例中，所述激光雷达***10还可以包括处理模块，适于处理所述探测子模块124b检测到的电信号，并通过计算等程序获取所述外界物18的信息。所述外界物18的信息可以是其位置、形状、或速度等。
参考图5，图5是本发明另一实施例的激光雷达***20的结构示意图。本实施例的激光雷达***20也包括：转子和定子，所述转子内部被隔离成发射腔21和接收腔22；光发射模块，设置于所述发射腔21内；光接收模块，设置于所述接收腔22内。各模块的结构和功能可参照前一实施例，此处不再赘述。这里仅对本实施例与前一实施例的区别加以详细描述。
本实施例与图3所示实施例的区别在于：所述第一反射镜222和所述第二反射镜223还包括吸收型基底，所述吸收型基底的光入射面上镀有反射膜，所述第一反射镜222的基底和所述第二反射镜223的基底均适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光，所述第一反射镜222的反射膜和所述第二反射镜223的反射膜均适于增大所述信号光的反射率。
在一些实施例中，所述第一反射镜222的基底和所述第二反射镜223的基底可以均适于吸收所述信号光、以及所述信号光波长范围以外的预设波段的光，这样使得所述非信号光波段的接收光可以经过所述两个反射镜222和223的两次吸收，抑制环境光的效果得以增强；所述第一反射镜222的基底上可以镀有适于反射第一波段的反射膜，所述第二反射镜223的基底上可以镀有适于反射第二波段的反射膜，所述第一波段与所述第二波段可以在所述信号光的波长范围内重合。具体地，所述信号光的波长范围是875nm至940nm，所述第一波段与所述第二波段在875nm至940nm重合。
在一些实施例中，所述第一反射镜222的基底材料和所述第二反射镜223的基底材料可以均适于吸收波长为350nm至1100nm的光，所述第一反射镜222的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜223的基底上可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜。
在其它实施例中，所述第一反射镜222的基底材料可以适于吸收波长为350nm至875nm的光，所述第二反射镜223的基底材料可以适于吸收波长为940nm至1100nm的光，所述第一反射镜222的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜223的基底上可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜。
这里仍以波长范围是875nm至940nm的信号光为例对本实施例的激光雷达***20的光接收模块的工作过程说明如下：
所述光接收模块接收的信号光和环境光通过接收镜头225，其中波长小于850nm的光会被所述滤光片221吸收，波长大于850nm的光能够透射所述滤光片221，在这部分透射光中波长为875nm至940nm的信号光和与所述信号光同频段的环境光具有较高的透过率到达所述第一反射镜222，其中波长小于875nm的光在所述第一反射镜222上因具有较低的反射率，进入第一反射镜222的基底材料被吸收，波长大于940nm的光在所述第二反射镜223上具有较低的反射率，进入所述第二反射镜223的基底材料被吸收，因此只有波长为875nm-940nm的信号光和与所述信号光同频段的环境光因具有较大的反射率而被所述第一反射镜的222和所述第二反射镜223反射，到达所述探测子模块224的阵列孔光阑224a；其中，只有信号光、和位于所述探测器阵列224b视场内的与所述信号光同频段的环境光能够通过所述阵列孔光阑224a上的通孔，进入所述探测器阵列224b，其它光则进入所述阵列孔光阑224a的基底被吸收。本实施例中，所述光接收模块接收到的光分别经过所述滤光片221、两个反射镜222和223、及阵列孔光阑224a各自的吸收型基底的多次过滤，更大程度地抑制了环境光，提高了信噪比。
此外，由于所述阵列孔光阑224a的基底上还镀有增透膜，能够降低光在所述阵列孔光阑224a表面的反射、消除多次反射后进入所述探测器阵列224b的杂散光，在所述接收腔22内形成一个“暗”环境，减弱了环境光的影响，减小所述光接收模块全天(白天和黑夜)性能的差异；并且，由于所述第一反射镜222和第二反射镜223分担了大的入射角度，导致每个反射镜上入射角度的改变不大，入射角度对反射率曲线的影响减小，反射率曲线的“蓝移”现象减弱，从而提高了大角度斜入射信号光的强度，也有助于提高信噪比。
本发明并不仅限于以上的实施例，在一些实施例中，所述第一反射镜222的基底材料和所述第二反射镜223的基底材料可以均适于吸收波长为350nm至1100nm的光，所述第一反射镜222的基底上也可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜，而所述第二反射镜223的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜。
在其它实施例中，所述第一反射镜222的基底材料也可以适于吸收波长为940nm至1100nm的光，所述第二反射镜223的基底材料可以适于吸收波长为350nm至875nm的光，所述第一反射镜222的基底上可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜，而所述第二反射镜223的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜。
参考图6，图6是本发明另一实施例的激光雷达***30的结构示意图。本实施例的激光雷达***30也包括：转子和定子，所述转子内部被隔离成发射腔31和接收腔32；光发射模块，设置于所述发射腔31内；光接收模块，设置于所述接收腔32内。各模块的结构和功能可参照前一实施例，此处不再赘述。这里仅对本实施例与前一实施例的区别加以详细描述。
本实施例与图5所示实施例的区别在于：本实施例中未设置滤光片，即所述光接收模块包括沿所述接收光路依次设置的接收镜头325、第一反射镜322、第二反射镜323、及探测子模块324，所述两个反射镜322和323以及所述探测子模块324的结构和功能均与图5所示实施例类似。
在一些实施例中，所述第一反射镜322的基底材料和所述第二反射镜323的基底材料均适于吸收波长为350nm至1100nm的光，所述第一反射镜322的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜323的基底上可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜；所述阵列孔光阑324a的基底可以适于吸收350nm至1100nm的光，所述阵列孔光阑324a的基底的光入射面上镀有600nm至1000nm的增透膜。
这里仍以波长范围是875nm至940nm的信号光为例对本实施例的激光雷达***30的光接收模块的工作过程说明如下：
所述光接收模块接收的信号光和环境光通过所述接收镜头325到达所述第一反射镜322，其中波长小于875nm的光在所述第一反射镜322上具有较低的反射率，进入第一反射镜322的基底材料被吸收，波长大于940nm的光在所述第二反射镜323上具有较低的反射率，进入所述第二反射镜323的基底材料被吸收，因此只有波长为875nm至940nm的信号光和与所述信号光同频段的环境光具有较大反射率、经所述两个反射镜322和323反射到达所述探测子模块324的阵列孔光阑324a；其中，只有信号光、和位于所述探测器阵列324b视场内的与所述信号光同频段的环境光能够通过所述阵列孔光阑324a上的通孔，进入所述探测器阵列324b，其它光则进入所述阵列孔光阑324a的基底被吸收。
本实施例中，所述两个具有吸收型基底的反射镜322和323达成了图3和图5实施例中的滤光片121和221的功能，其优点是不仅能够抑制环境光、还能够提高大角度斜入射信号光的强度。由于所述光接收模块的接收光分别经过所述两个反射镜322和323、及阵列孔光阑324a各自的吸收型基底的多次过滤，极大地抑制了环境光，提高了信噪比；由于所述阵列孔光阑324a的基底上还镀有增透膜，能够降低光在所述阵列孔光阑324a表面的反射、消除多次反射后进入所述探测器阵列324b的杂散光，减弱了环境光的影响，减小所述光接收模块全天(白天和黑夜)性能的差异；将所述具有吸收型基底的阵列孔光阑324a设置于所述探测器阵列324b前面，还可以进一步滤除所述信号光频段的环境光。
本发明并不限于以上实施例，在一些实施例中，所述第一反射镜322的基底材料和所述第二反射镜323的基底材料均适于吸收波长为350nm至1100nm的光，所述第一反射镜322的基底上也可以镀有适于增大波长为350nm至940nm的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜323的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至1100nm的光的反射率的反射膜；所述阵列孔光阑324a的基底可以适于吸收350nm至1100nm的光，所述阵列孔光阑324a的基底的光入射面上镀有600nm至1000nm的增透膜。
此外，本发明并不限于发射腔和接收腔均具有两片反射镜的情况。在一些实施例中，所述光接收模块的光传输子模块可以仅具有一片反射镜，接收镜头所接收到的信号光及环境光通过一次反射被传输到所述探测子模块。该反射镜的基底适于吸收波长为350nm至1100nm的光，且该反射镜的基底上可以镀有适于增大波长为875nm至940nm的信号光的反射率的反射膜，由于此时反射镜已分担了大的入射角度，入射角改变不大，反射率曲线的“蓝移”现象不明显，因此能够抑制环境光、提高大角度斜入射信号光的强度，从而提高了信噪比。
本发明实施例还提供一种车辆，包括：车辆本体、以及本发明前述实施例的激光雷达***，所述激光雷达***安装在所述车辆本体上，适于探测所述车辆周围物体的信息。
具体地，所述激光雷达***可以安装在所述车辆的顶部。所述车辆周围物体的信息可以包括所述车辆周围的障碍物的距离、速度或方位等信息。
综上所述，本发明实施例的光接收模块通过设置具有吸收型基底的光传输子模块和/或探测子模块，具体可以是具有吸收型基底的滤光片、反射镜、及探测子模块的多种组合、以及镀在所述滤光片和阵列孔光阑的基底上的增透膜，以此替代现有的透射式干涉滤光片实现对环境光的抑制，克服了现有的透射式干涉滤光片因介质膜的膜层较厚导致光线的透过率受入射角影响大、蓝移现象明显的技术问题；另一方面，本发明实施例通过采用两个具有吸收型基底的反射镜能够实现滤光片的功能，并且反射镜分担了大的入射角度，降低了入射角对反射镜的反射率曲线的影响，反射率曲线的蓝移程度降低，因此即使所述激光雷达由于工作过程中温度升高导致激光器的波长增大，大角度斜入射光的强度也不会降低，避免了光斑劣化。
本发明实施例的激光雷达***包括光发射模块和所述光接收模块，由于所述光接收模块能够抑制环境光，提高大角度斜入射信号光的强度，提高信噪比，因而所述激光雷达***的数据质量得以大幅度提升，所述激光雷达***全天(白天和黑夜)性能的差异减小。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (13)
1.一种光接收模块，其特征在于，包括：沿接收光路依次设置的光传输子模块、和探测子模块；
所述光传输子模块，适于接收、过滤、和传输光束，所述光束包括信号光；以及
所述探测子模块，适于接收和检测所述光传输子模块传输的光束；
其中，所述光传输子模块和/或所述探测子模块包括吸收型基底，所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光；
所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的至少一片反射镜，所述至少一片反射镜包括所述吸收型基底、以及镀于所述吸收型基底的光入射面上的反射膜，所述至少一片反射镜的反射膜适于增大所述信号光的反射率，所述至少一片反射镜的所述吸收型基底适于吸收至少所述信号光波长范围以外的预设波段的光，所述至少一片反射镜适宜于分担大的入射角度以减小每个反射镜上入射角度的范围；
所述探测子模块包括具有吸收型基底的阵列孔光阑，所述阵列孔光阑的基底适于吸收与所述信号光同频段的环境光。
2.如权利要求1所述的光接收模块，其特征在于，所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的滤光片、以及至少一片反射镜；
所述滤光片包括所述吸收型基底、及镀在所述吸收型基底上与所述信号光波长对应的增透膜，其中所述吸收型基底适于透射所述信号光、以及吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光；
所述至少一片反射镜适于反射所述信号光。
3.如权利要求1所述的光接收模块，其特征在于，所述光传输子模块还包括：
滤光片，设置于所述接收光路上且位于所述至少一片反射镜的光路上游，所述滤光片包括所述吸收型基底、及镀在所述吸收型基底上与所述信号光波长对应的增透膜，其中所述吸收型基底适于透射所述信号光、以及吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光。
4.如权利要求1或3所述的光接收模块，其特征在于，所述光传输子模块包括沿所述接收光路依次设置的第一反射镜和第二反射镜。
5.如权利要求1至3任一项所述的光接收模块，其特征在于，所述信号光波长范围以外的预设波段的光包括所述探测子模块能够响应的环境光。
6.如权利要求2或3所述的光接收模块，其特征在于，所述滤光片的所述吸收型基底适于吸收波长为350nm至850nm的光、及透射波长为850nm以上的近红外和红外光，且所述滤光片的所述吸收型基底上镀有适于增大波长为875nm至940nm的光的透过率的增透膜。
7.如权利要求2或3所述的光接收模块，其特征在于，所述光传输子模块还包括聚焦透镜组，所述滤光片设置于所述聚焦透镜组的光路上游、或下游，或设置于所述聚焦透镜组包含的透镜之间。
8.如权利要求4所述的光接收模块，其特征在于，所述第一反射镜的所述吸收型基底上镀有增大第一波段的光的反射率的反射膜，所述第二反射镜的所述吸收型基底上镀有增大第二波段的光的反射率的反射膜，所述第一波段与所述第二波段在所述信号光的波长范围内重合。
9.如权利要求8所述的光接收模块，其特征在于，所述第一波段为875nm至1100nm，所述第二波段为350nm至940nm；或者所述第一波段为350nm至940nm，所述第二波段为875nm至1100nm。
10.如权利要求4所述的光接收模块，其特征在于，所述第一反射镜的所述吸收型基底和所述第二反射镜的所述吸收型基底均适于吸收350nm至1100nm的光。
11.如权利要求1至3任一项所述的光接收模块，其特征在于，所述探测子模块还包括和探测器阵列；
所述阵列孔光阑上对应于所述探测器阵列的各探测器位置设置有多个通孔，所述阵列孔光阑的基底还适于吸收所述信号光波长范围以外的预设波段的光，所述阵列孔光阑的基底的光入射面镀有包含所述信号光波长在内的波段的增透膜。
12.如权利要求11所述的光接收模块，其特征在于，所述阵列孔光阑的基底适于吸收350nm至1100nm的光，所述阵列孔光阑的基底的光入射面镀有600nm至1000nm的增透膜。
13.一种激光雷达***，其特征在于，包括：
光发射模块，适于向外界发射检测激光束；以及
如权利要求1至12任一项所述的光接收模块，所述光接收模块适于接收和检测由外界反射所述检测激光束形成的激光束的回波信号。
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| CN109814082A (zh) | 2019-05-28 |
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