CN110007291B - 一种接收***和激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于激光探测技术领域,提供了一种接收***和激光雷达,接收***包括:接收组件,包括多个接收单元,多个接收单元设于同一基准面上;以及滤光片组件,设于接收组件的入光侧,包括中间视场滤光片和多个边缘视场滤光片,中间视场滤光片对应且平行于基准面的中部设置,边缘视场滤光片对应于基准面的边缘区域设置,且边缘视场滤光片上远离中间区域的一端朝向其入光侧倾斜设置。本发明通过在对应接收单元的基准面的边缘区域设置相对于中间区域倾斜的滤光片,使得大角度反射激光光束入射至边缘视场滤光片时入射角能够降低,提高进入边缘视场滤光片的比例,进而提高接收单元接收到的反射激光光束的能量,提高探测距离和探测性能。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测技术领域,特别涉及一种接收***和激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达***,其工作原理是先向目标发射探测激光光束,然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较,做适当处理后,就可获得目标的有关信息,例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
激光雷达的接收单元前方一般需要加滤光片以防止其他波段的杂散光进入接收单元。激光雷达的反射激光经过接收聚焦单元会聚后,其边缘视场处的反射激光的入射角较大;而对于滤光片而言,入射角越大,透过率一般越低,从而影响进入接收单元的反射激光的能量,影响激光雷达的测距能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接收***,旨在解决现有的激光雷达中其边缘视场处的反射激光进入滤光片和接收***的入射角大而导致接收率低的技术问题。
本发明是这样实现的,一种接收***,包括:
接收组件,包括多个接收单元,多个所述接收单元设于同一基准面上;以及
滤光片组件,设于所述接收组件的入光侧,包括中间视场滤光片和多个边缘视场滤光片;所述中间视场滤光片对应且平行于所述基准面的中部设置;所述边缘视场滤光片对应于所述基准面的边缘区域设置,且所述边缘视场滤光片上远离所述中间区域的一端朝向其入光侧倾斜设置。
在一个实施例中,所述中间视场滤光片的相对两侧分别设有一个所述边缘视场滤光片。
在一个实施例中,两个所述边缘视场滤光片的倾斜角度均为5°~10°。
在一个实施例中,所述中间区域和边缘区域沿着竖直方向排列,所述接收组件在竖直方向上的视场角为-15°~+15°。
在一个实施例中,所述中间视场滤光片在所述基准面上的投影面积大于一个所述边缘视场滤光片在所述基准面上的投影面积。
在一个实施例中,所述接收***还包括镜框组件,所述中间视场滤光片和边缘视场滤光片均固定安装于所述镜框组件上。
在一个实施例中,所述镜框组件包括多个镜框,所述镜框与所述边缘视场滤光片或中间视场滤光片一一对应,所述边缘视场滤光片的倾斜角度由其所位于的镜框的倾斜角度固定。
在一个实施例中,所述接收***还包括接收聚焦单元,设于所述滤光片组件的入光侧。
本发明的目的还在于提供一种激光雷达,包括:
发射***,包括多个发射单元,用于发射出射激光光束;以及
上述各实施例所说的接收***,用于接收反射激光光束,所述反射激光光束为所述出射激光光束被物体反射后返回的激光光束。
在一个实施例中,所述发射***还包括发射准直单元,设于所述发射单元的出光侧,且用于准直由所述发射单元发射的出射激光光束
本发明提供的接收***及其激光雷达的有益效果在于:
接收***包括接收组件和设于接收组件的入光侧的滤光片组件,其中,接收组件包括多个设于同一基准面上的接收单元,滤光片组件包括中间视场滤光片和多个边缘视场滤光片,中间视场滤光片对应且平行于基准面的中部设置,边缘视场滤光片对应于基准面的边缘区域设置,且边缘视场滤光片上远离中间视场的一端朝向其入光侧倾斜设置,使得接收到的大角度反射激光光束入射至边缘视场滤光片时,入射角能够降低,从而提高该些大角度的反射激光光束进入边缘视场滤光片的比例,进而提高能够被接收单元接收到的反射激光光束的能量,增加反射激光光束的接收率,提高整体接收性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的激光雷达的结构示意图;
图2是本发明实施例提供的接收***的正面结构示意图;
图3是本发明实施例提供的接收***的侧面结构示意图。
图中标记的含义为:
100-激光雷达,1-发射***,11-发射单元,12-发射准直单元,3-物体,6-接收***,61-接收组件,610-接收单元,62-滤光片组件,621-中间视场滤光片,622-边缘视场滤光片,63-接收聚焦单元,601-中间区域,602-边缘区域,7-控制器,8-壳体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
需说明的是,当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件,它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件,它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
为了说明本发明所述的技术方案,以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图2和图3,本发明实施例首先提供一种接收***6,其包括接收组件61和设于接收组件61的入光侧的滤光片组件62,接收组件61包括多个接收单元610,多个接收单元610排布于同一基准面(未图示)上,滤光片组件62包括中间视场滤光片621和多个边缘视场滤光片622,中间视场滤光片621对应且平行于基准面的中间区601域设置,用于对朝向基准面的中间区域601入射的反射激光光束进行滤光,边缘视场滤光片622对应于基准面的边缘区域602设置,用于对朝向基准面的边缘区域602入射的反射激光光束进行滤光,且边缘视场滤光片622上远离中间601区域的一端朝向其入光侧倾斜设置。
本发明实施例提供的接收***6,其滤光片组件62包括中间视场滤光片621和多个边缘视场滤光片622,中间视场滤光片621对应且平行于接收单元610所在的基准面的中间区域601设置,边缘视场滤光片622对应于基准面的边缘区域602设置,且边缘视场滤光片622上远离中间区域601的一端朝向其入光侧倾斜设置,这样,大角度光束入射至边缘视场滤光片622时的入射角能够降低,从而提高大角度反射激光光束进入边缘视场滤光片622的比例,进而提高被接收单元610接收到的反射激光光束的能量,提高反射激光光束的接收率,提高接收性能。
在一个实施例中,接收***6还包括镜框组件(未图示),其用于将边缘视场滤光片622和中间视场滤光片621固定在接收组件61的入光侧,并使边缘视场滤光片622保持其倾斜角度。
具体地,镜框组件可以包括多个镜框,每一个镜框用于安装和固定一个边缘视场滤光片622或中间视场滤光片621,边缘视场滤光片622的倾斜角度即由其所位于的镜框的倾斜角度确定并固定。
本实施例提供的接收***6可以用于任何需要接收较大角度入射光的光接收设备中,用于成像和/或探测,例如可以是电子终端设备的相机模组或者是激光雷达等。在不同的光接收设备中,边缘视场滤光片622可以有不同的倾斜角度。在一个实施例中,请结合参阅图1,接收***6还包括接收聚焦单元63,设于滤光片组件62的入光侧,用于将反射激光光束进行聚焦后入射至滤光片组件62,使接收***6接收到的反射激光光束会聚后均能被接收组件61接收,提高探测距离和探测性能。
具体地,接收聚焦单元63可以是聚焦透镜,聚焦透镜可包括单个透镜或透镜组。
以本发明实施例提供的接收***6应用于激光雷达为例,本发明实施例还提供一种激光雷达100,以下结合对激光雷达100的具体描述来对接收组件6的其他结构特征进行进一步具体描述。
请参阅图1至图3,本发明实施例提供一种激光雷达100,包括壳体8以及设置于壳体8内的发射***1、接收***6和控制器7,发射***1包括多个发射单元11,发射单元11用于发射出射激光光束,出射激光光束射向物体3之后被反射,这里的接收***6即用于接收由该物体3反射后返回的反射激光光束,其接收单元610用于将接收的光信号转换为电信号,并将该电信号传输至控制器7,控制器7分别与发射***1和接收***6电连接,其通过比较发射的出射激光光束与接收到的反射激光光束,计算出物体3的信息,如距离等;在该激光雷达100中,滤光片组件62中的边缘视场滤光片622上远离中间视场601的一端朝向背离接收***6的方向倾斜,也即朝向物体3一侧倾斜。
本发明实施例提供的激光雷达100,其接收***6中的滤光片组件62针对接收单元610的基准面的中间区域601和边缘区域602进行划分,在基准面的边缘区域602设置相对于中间区域601倾斜的滤光片,使得大角度激光光束入射至边缘视场滤光片622时的入射角能够降低,从而提高大角度入射的反射激光光束进入边缘视场滤光片622的比例,进而提高被接收单元610接收到的反射激光光束的能量,提高反射激光光束的接收率,提高接收性能。
本实施例中,激光雷达100接收单元610为APD(Avalanche Photodiodes,雪崩光电二极管),多个APD阵列式排布于基准面上。请参阅图2和图3,该雷达激光100在其中一个方向上能够获得较大的视场角,本实施例中为竖直方向,而在与之相垂直的方向上的视场角较小,本实施例中是水平方向,且在水平方向上能够进行360°转动扫描,反射激光光束在水平方向上的最大入射角相比于竖直方向上较小。因此,在本实施例中,中间区域601和边缘区域602按照竖直方向排列,边缘区域602位于中间区域601的上方和下方,在水平方向上无需再划分出任何的边缘区域。
多个边缘区域602关于中间区域601呈对称地分布。例如,在中间区域601的上方和下方可以分别划分为一个边缘区域602,还可以分别划分出两个边缘区域602,还可以划分出N(N≥3)个边缘区域602,这根据激光雷达100的基准面的大小来决定。当中间区域601的每一侧均有多个边缘区域602时,边缘视场滤光片622相对于基准面朝向入光侧的倾斜角度从中间区域601向两侧逐渐增加。
以激光雷达100应用于自动驾驶汽车环境感知领域为例,该激光雷达100整体的尺寸通常在10厘米×10厘米左右。因此,在一较佳实施例中,在中间区域601的上方和下方可以分别划分为一个边缘区域602,相应地,中间视场滤光片621的上方和下方分别设置一个边缘视场滤光片622。这样可以在兼顾探测结果的基础上减少边缘视场滤光片622的数量和安装复杂程度,降低安装成本。
此外,中间视场滤光片621和边缘视场滤光片622的尺寸同样基于激光雷达100的基准面的面积和接收单元610的排布来决定。在本实施例中,接收单元610更多地分布于基准面的中间区域601。因此,中间视场滤光片621在基准面上的投影面积大于一个边缘视场滤光片622在基准面上的投影面积。较佳的是,中间视场滤光片621和一个边缘视场滤光片622的投影面积比约为2:1,在水平方向上长度相同的情况下,其竖直方向上的投影高度之比为2:1,也即中间视场滤光片621和两个边缘视场滤光片622分别用于对基准面上一半的面积进行滤光。
更具体地,在自动驾驶汽车环境感知领域,竖直方向上的视场角通常需要达到-15°~﹢15°。中间视场滤光片621上的反射激光光束的入射角可保持在0°~10°。两个边缘视场滤光片622相对于中间视场滤光片621倾斜的角度可以为5°~10°,以使边缘视场滤光片622上的反射激光光束的入射角可保持在0°~10°之内。由此,滤光片组件62上每一处的反射激光光束的入射角都能保持在10°之内,大大提高反射激光光束的入射率。
在一个实施例中,激光雷达100的发射单元11发出的出射激光光束为红外光,中间视场滤光片621和边缘视场滤光片622均为红外带通滤光片,其允许红外光通过而将紫外光和可见光等排除。更具体地,发射单元11发射的出射激光光束的波长范围为900纳米~1000纳米。
在一个实施例中,请参阅图1,发射***1还包括发射准直单元12,设于发射单元11的出光侧,用于准直从发射单元11发出的出射激光光束。
具体地,该发射准直单元12可以是准直透镜,该准直透镜也可包括单个透镜或透镜组。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种接收***,其特征在于,包括:
接收组件,包括多个接收单元,多个所述接收单元设于同一基准面上;以及
滤光片组件,设于所述接收组件的入光侧,包括中间视场滤光片和多个边缘视场滤光片;所述中间视场滤光片对应且平行于所述基准面的中部设置;所述边缘视场滤光片对应于所述基准面的边缘区域设置,且所述边缘视场滤光片上远离所述中间区域的一端朝向其入光侧倾斜设置;所述基准面的边缘区域关于所述基准面的中间区域呈对称地分布。
2.如权利要求1所述的接收***,其特征在于,所述中间视场滤光片的相对两侧分别设有一个所述边缘视场滤光片。
3.如权利要求2所述的接收***,其特征在于,两个所述边缘视场滤光片的倾斜角度均为5°~10°。
4.如权利要求3所述的接收***,其特征在于,所述中间区域和边缘区域沿着竖直方向排列,所述接收组件在竖直方向上的视场角为-15°~+15°。
5.如权利要求2所述的接收***,其特征在于,所述中间视场滤光片在所述基准面上的投影面积大于一个所述边缘视场滤光片在所述基准面上的投影面积。
6.如权利要求1所述的接收***,其特征在于,所述接收***还包括镜框组件,所述中间视场滤光片和边缘视场滤光片均固定安装于所述镜框组件上。
7.如权利要求6所述的接收***,其特征在于,所述镜框组件包括多个镜框,所述镜框与所述边缘视场滤光片或中间视场滤光片一一对应,所述边缘视场滤光片的倾斜角度由其所位于的镜框的倾斜角度固定。
8.如权利要求1所述的接收***,其特征在于,所述接收***还包括接收聚焦单元,设于所述滤光片组件的入光侧。
9.一种激光雷达,其特征在于,包括:
发射***,包括多个发射单元,用于发射出射激光光束;以及
如权利要求1至8中任一项所述的接收***,用于接收反射激光光束,所述反射激光光束为所述出射激光光束被物体反射后返回的激光光束。
10.如权利要求9所述的激光雷达,其特征在于,所述发射***还包括发射准直单元,设于所述发射单元的出光侧,且用于准直由所述发射单元发射的出射激光光束。
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