CN109975787A - 激光雷达接收***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光雷达接收***和方法，该***包括接收镜组、微透镜阵列和探测阵列；接收镜组用于接收回波光信号；微透镜阵列包括M×N个微透镜，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚；探测阵列包括M×N个探测器，探测器和微透镜一一对应，探测器用于接收对应的微透镜会聚的回波光信号。该***中微透镜镜阵列中的各微透镜与探测器阵列中的各探测器一一对应，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚，探测器接收对应的微透镜会聚的回波光信号，会聚后的回波光信号直接射向探测器，避免了探测阵列接收到的回波光信号入射到探测器的间隙处，提高了探测阵列的填充因子，提高回波光信号的利用率，进而提高了探测阵列的接收能力。

Description

激光雷达接收***和方法

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别是涉及一种激光雷达接收***和方法。

背景技术

随着固态激光雷达技术的发展，固态激光雷达因其具有结构简单、尺寸小等特点，已广泛应用于各个领域。而在固态激光雷达的同轴方案中，现有的探测阵列接收口径不足，需要采用灵敏度较高的探测阵列。

现有技术中，探测阵列的阵列式结构，封装时存在间隙，探测阵列的填充因子仅能达到40％-60％左右，探测阵列接收的回波光信号有较大一部分入射到了探测器的间隙处，造成回波光信号的能量浪费。

因此，传统的激光雷达接收***，存在接收能力不足、回波光信号利用率低的问题。

发明内容

基于此，有必要针对传统的激光雷达接收***，存在接收能力不足、回波光信号利用率低的问题，提供一种激光雷达接收***和方法。

第一方面，本发明实施例提供一种激光雷达接收***，包括：

接收镜组，用于接收回波光信号；所述回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；

微透镜阵列，包括M×N个微透镜，每个所述微透镜对接收到的所述回波光信号分别进行会聚；

探测阵列，包括M×N个探测器，所述探测器和所述微透镜一一对应，所述探测器用于接收对应的所述微透镜会聚的所述回波光信号。

在其中一个实施例中，所述***还包括整形镜组，所述整形镜组位于所述接收镜组和所述微透镜阵列之间，所述整形镜组用于对所述回波光信号进行整形，使得所述回波光信号为平行光。

在其中一个实施例中，所述整形镜组中至少包括一个球面镜。

在其中一个实施例中，所述整形镜组包括球面镜和球柱镜；所述球柱镜位于所述球面镜的出光侧。

在其中一个实施例中，所述球柱镜用于调整所述回波光信号在快轴方向的发散角，使得所述回波光信号为平行光。

在其中一个实施例中，整形后的回波光信号的光斑面积与所述探测阵列的接收面积相同。

在其中一个实施例中，所述微透镜的光轴与对应的所述探测器的光轴对齐。

在其中一个实施例中，所述微透镜的焦距根据所述探测阵列的空间周期确定。

在其中一个实施例中，所述微透镜阵列与所述探测阵列之间的距离根据所述探测阵列的空间周期确定。

第二方面，本发明实施例提供一种激光雷达接收方法，所述方法应用于如上实施例所述激光雷达接收***，所述激光雷达接收***包括接收镜组、微透镜阵列和探测阵列，所述方法包括：

所述接收镜组接收回波光信号；所述回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；

所述微透镜阵列中的每个微透镜对接收到的所述回波光信号分别进行会聚；

所述探测阵列中的探测器和所述微透镜一一对应，所述探测器接收对应的所述微透镜会聚的所述回波光信号。

上述实施例提供的激光雷达接收***，包括接收镜组、微透镜阵列和探测阵列；接收镜组用于接收回波光信号；微透镜阵列包括M×N个微透镜，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚；探测阵列包括M×N个探测器，探测器和微透镜一一对应，探测器用于接收对应的微透镜会聚的回波光信号。该激光雷达接收***中，微透镜镜阵列中的各微透镜与探测器阵列中的各探测器一一对应，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚，探测器接收对应的微透镜会聚的回波光信号，会聚后的回波光信号直接射向探测器，这样避免了探测阵列接收到的回波光信号入射到探测器的间隙处，提高了探测阵列的填充因子，提高回波光信号的利用率，进而提高了探测阵列的接收能力。

附图说明

图1为一个实施例提供的激光雷达接收***示意图；

图2为一个实施例提供的激光雷达接收***示意图；

图3为一个实施例提供的整形镜组示意图；

图4为一个实施例提供的微透镜阵列与探测阵列的配合关系示意图；

图5为一个实施例提供的激光雷达接收方法的流程示意图。

附图标记说明：

激光雷达接收***10； 接收镜组100；

微透镜阵列200； 探测阵列300；

整形镜组400； 球面镜401；

球柱镜402。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

传统的激光雷达接收***，由于使用的高灵敏度的探测阵列都是阵列式结构，封装时存在间隙，探测阵列的填充因子仅能达到40％-60％左右，探测阵列接收的回波光信号有较大一部分入射到了探测阵列的探测器间隙处，回波光信号的能量浪费，存在接收能力不足、回波光信号利用率低的问题。为此，本发明实施例提供一种激光雷达接收***和方法，旨在解决传统技术的如上技术问题。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案以及本发明的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

图1为一个实施例提供的激光雷达接收***示意图。如图1所示，激光雷达接收***10包括：接收镜组100，用于接收回波光信号；回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；微透镜阵列200，包括M×N个微透镜，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚；探测阵列300，包括M×N个探测器，探测器和微透镜一一对应，探测器用于接收对应的微透镜会聚的回波光信号。

具体的，接收镜组100，用于接收回波光信号，将回波光信号传递给微透镜阵列200。其中，回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号。上述微透镜阵列200，包括M×N个微透镜，每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚，并将会聚后的回波光信号传递给探测阵列300。其中，M和N均为正整数，可选的，M与N的取值可以相同，也可以不同。可选的，微透镜阵列可以为矩形阵列、圆形阵列或异形形状阵列。可选的，微透镜阵列200中微透镜的数量与探测阵列300中探测器的数量相同。

上述探测阵列300，包括M×N个探测器，探测器和微透镜一一对应，探测器用于接收对应的微透镜会聚的回波光信号。可选的，探测阵列300置于微透镜阵列200的焦平面上。其中，M和N均为正整数，可选的，M与N的取值可以相同，也可以不同。可选的，探测阵列300可以为二极管阵列、硅光电倍增管阵列中的任意一个，二极管可以是磷化铟光电二极管，也可以是雪崩击穿光电二极管。可选的，二极管阵列、硅光电倍增管阵列可以是规则阵列，例如，二极管阵列或硅光电倍增管阵列中，相邻二极管或硅光电倍增管的间距可以取为固定值0.2mm或者0.5mm等。可选的，二极管阵列、硅光电倍增管阵列可以是圆形阵列也可以是异形阵列。

在本实施例中，微透镜镜阵列中的各微透镜与探测器一一对应，各微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚，探测器接收对应的各微透镜会聚的回波光信号，这样避免了接收镜组接收到的回波光信号入射到探测阵列的探测器间隙处，提高了探测阵列的填充因子，提高回波光信号的利用率，减少了能量损失，进而提高了探测阵列的接收能力。

图2为一个实施例提供的激光雷达接收***示意图。图3为一个实施例提供的整形镜组示意图。在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，***10还包括整形镜组400，整形镜组400位于接收镜组100和微透镜阵列200之间，整形镜组400用于对回波光信号进行整形，使得回波光信号为平行光。

具体的，由于经过接收镜组100的回波光信号为会聚光，而微透镜阵列200对接收到的光信号角度敏感，直接接收回波光信号会导致不同位置的探测器接收到的对应的回波光信号入射角度不同；另外，回波光信号在快轴方向和慢轴方向上的发散角可能不同，因此需要对回波光信号进行整形，使得射向微透镜阵列200的回波光信号为平行光，或者近似为平行光。具体的，上述激光雷达***10还包括整形镜组400，整形镜组400位于接收镜组100和微透镜阵列200之间，整形镜组400用于对回波光信号进行整形，使得回波光信号为平行光。可选的，回波光信号的发散角的方向在快轴方向和慢轴方向一致时，整形镜组400中至少包括一个球面镜。可选的，在回波光信号的发散角的方向在快轴方向和慢轴方向不一致时，如图3所示，整形镜组400可以包括球面镜401和球柱镜402，球柱镜402位于球面镜401的出光侧。可选的，球柱镜402用于调整回波光信号在快轴方向的发散角，使得回波光信号为平行光。可选的，整形后的回波光信号的光斑面积与探测阵列300的接收面积相同。

在本实施例中，整形镜组能够对回波光信号进行整形，使得回波光信号为平行光，使得回波光信号以相同的角度入射到微透镜阵列上，进而使得微透镜阵列对回波光信号的会聚效果相同，经过微透镜阵列的微透镜分别会聚的回波光信号能够以相同的角度射向对应的探测器，接收效果好。

图4为一个实施例提供的微透镜阵列与探测阵列的配合关系示意图。如图4所示，在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，微透镜的光轴与探测器的光轴对齐。

具体的，如图4所示，微透镜阵列200中各微透镜的光轴与探测阵列300中对应的各探测器的光轴对齐。

在本实施例中，微透镜阵列200中各微透镜的光轴与探测器的光轴对齐，能够使回波光信号准确入射到探测阵列的各个探测器上，避免了回波光信号入射到探测阵列的间隙处，提高了探测阵列的填充因子，提高回波光信号的利用率，减少了能量损失，进而提高了探测阵列的接收能力。

在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，微透镜的焦距根据探测阵列300的空间周期确定。

具体的，微透镜阵列200中微透镜的焦距根据探测阵列300的空间周期确定。可选的，微透镜阵列200与探测阵列300之间的距离与探测阵列300的空间周期有关。可选的，探测阵列300置于微透镜阵列200的焦平面上。其中，微透镜的焦距也称为透镜焦长，是指从透镜中心到整形后的回波光信号会聚的焦点的距离；探测阵列300在空间上有规律的排列，探测阵列300的空间周期对应为探测阵列300中探测器的排列疏密程度，探测阵列300与微透镜阵列200一一对应，即微透镜阵列200中微透镜的排列方式与探测器一致。回波光信号经过微透镜阵列200的微透镜分别会聚后，每一束回波光信号分别会聚到对应的探测器上，使回波光信号能够尽可能多的被探测器接收响应。

在本实施例中，根据探测阵列的空间周期确定的微透镜的焦距、微透镜阵列与探测器阵列之间的距离，能够使回波光信号能够尽可能多的被探测器接收，提高探测器对会聚后的回波光信号的利用率，进而可以提高探测阵列的填充因子，提高探测阵列的接收能力。

图5为一个实施例提供的激光雷达接收方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括：

S501，接收镜组接收回波光信号；回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；

S502，微透镜阵列中的每个微透镜对接收到的回波光信号分别进行会聚；

S503，探测阵列中的探测器和微透镜一一对应，探测器接收对应的微透镜会聚的回波光信号。

关于激光雷达接收方法的具体限定可以参见上文中对于激光雷达接收***的限定，在此不再赘述。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达接收***，其特征在于，所述***包括：

接收镜组，用于接收回波光信号；所述回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；

微透镜阵列，包括M×N个微透镜，每个所述微透镜对接收到的所述回波光信号分别进行会聚；

探测阵列，包括M×N个探测器，所述探测器和所述微透镜一一对应，所述探测器用于接收对应的所述微透镜会聚的所述回波光信号。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***还包括整形镜组，所述整形镜组位于所述接收镜组和所述微透镜阵列之间，所述整形镜组用于对所述回波光信号进行整形，使得所述回波光信号为平行光。

3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述整形镜组中至少包括一个球面镜。

4.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述整形镜组包括球面镜和球柱镜；所述球柱镜位于所述球面镜的出光侧。

5.根据权利要求4所述的***，其特征在于，所述球柱镜用于调整所述回波光信号在快轴方向的发散角，使得所述回波光信号为平行光。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，整形后的回波光信号的光斑面积与所述探测阵列的接收面积相同。

7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜的光轴与对应的所述探测器的光轴对齐。

8.根据权利要求7所述的***，其特征在于，所述微透镜的焦距根据所述探测阵列的空间周期确定。

9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述微透镜阵列与所述探测阵列之间的距离根据所述探测阵列的空间周期确定。

10.一种激光雷达接收方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项的激光雷达接收***，所述激光雷达接收***包括接收镜组、微透镜阵列和探测阵列，所述方法包括：

所述接收镜组接收回波光信号；所述回波光信号为出射光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；

所述微透镜阵列中的每个微透镜对接收到的所述回波光信号分别进行会聚；

所述探测阵列中的探测器和所述微透镜一一对应，所述探测器接收对应的所述微透镜会聚的所述回波光信号。