CN116338702A - 一种激光雷达同轴收发***及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种激光雷达同轴收发***及激光雷达，激光雷达同轴收发***包括：壳体，壳体内开设出光通道、回光通道、以及至少一端具有开口的消光腔，壳体上还开设有与出光通道连通的透窗，消光腔通过开口与出光通道连通；透镜，透镜倾斜设置于所述出光通道内，透镜包括透光部和反射部，透光部反射的光束通过开口到达消光腔内部，回光通道与反射部光路连通。由于在激光雷达同轴收发***的壳体内部设置至少一端具有开口的消光腔，通过消光腔开口将透镜设置的透光部透射后剩余的反射光导入到消光腔内部，反射光在消光腔中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低激光雷达同轴收发***镜筒内部的杂散光。

Description

一种激光雷达同轴收发***及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达同轴收发***及激光雷达。

背景技术

激光雷达是激光技术与大气光学、目标和环境特性、雷达技术、光机电一体化、计算机技术等相结合的产物。激光作为其光源，有着单色性好、准直性高、相干性强等优点，被广泛的用于距离测量，大气探测，道路监控等各个领域。

在激光雷达的测量中，杂散光是通过光学***投射到像平面上不参与成像有害的光。杂散光是由非成像光线通过光学***射向镜筒的内壁表面，再由内壁表面反射后通过光学***的出射光瞳射向像面形成。其次成像光束及非成像光束通过光学零件折射面时，有一部分光反射回到镜筒内壁表面，或在光学零件的两个折射面间多次反射和折射产生杂散光。

现有技术通常采用倾斜反射面，或者采用喷涂消光漆的方式消除杂散光，但效果不理想。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种激光雷达同轴收发***及激光雷达，旨在解决如何消除激光雷达同轴收发***镜筒内部杂散光的问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种激光雷达同轴收发***，包括：

壳体，所述壳体内开设出光通道、回光通道、以及至少一端具有开口的消光腔，所述壳体上还开设有与所述出光通道连通的透窗，所述消光腔通过所述开口与所述出光通道连通；

透镜，所述透镜倾斜设置于所述出光通道内，所述透镜包括透光部和反射部，所述透光部反射的光束通过所述开口到达所述消光腔内部，所述回光通道与所述反射部光路连通。

可选地，所述消光腔包括第一通道和第二通道，所述第一通道设置于所述消光腔开口处，所述第一通道延伸设置有所述第二通道，所述第一通道包括相对设置的第一消光面和第二消光面，所述第一消光面与所述第二通道的底面之间存在第一倾角，所述第二消光面与所述第二通道的底面之间存在第二倾角，所述第一倾角大于所述第二倾角。

可选地，所述第一倾角小于45°。

可选地，所述消光腔内壁均涂覆有镜面反射材料，所述镜面反射材料的反射率低于所述消光腔内壁的反射率。

可选地，所述第一通道内壁涂覆有镜面反射材料，所述镜面反射材料的反射率低于所述第一通道内壁的反射率；

所述第二通道设置有粗糙表面。

可选地，所述透镜中心设置通孔，所述透光部对应所述通孔设置，所述反射部设置于所述透光部的***。

可选地，所述透镜包括基体，所述基体上对应所述透光部的位置镀设透光膜，所述基体上对应所述反射部的位置镀设反光膜。

可选地，所述激光雷达同轴收发***还包括转折反射镜，所述转折反射镜设置于所述回光通道内，所述透镜与所述转折反射镜之间形成折光段，所述转折反射镜的反光侧形成回光段。

为实现上述目的，本发明第二方面提供一种激光雷达，所述激光雷达包括上述的激光雷达同轴收发***。

可选地，所述激光雷达还包括激光发射器、准直***、接收光学***和激光接收器，所述激光发射器、所述准直***和所述透镜位于出光通道上，且正对所述透窗设置；所述接收光学***、所述激光接收器和所述转折反射镜位于所述回光通道上。

本发明技术方案中，由于在激光雷达同轴收发***的壳体内部设置至少一端具有开口的消光腔，通过消光腔开口将透镜设置的透光部透射后剩余的反射光导入到消光腔内部，反射光在消光腔中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低激光雷达同轴收发***镜筒内部的杂散光。

利用上述激光雷达同轴收发***的激光雷达，在实现同轴收发的同时，出光通道中的杂散光通过开口到达消光腔内部，杂散光在消光腔中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低回光通道中回到激光接收器内部的杂散光。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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示出的结构获得其他的附图。

图1本发明实施例提供的激光雷达的同轴收发***光路示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光雷达同轴收发***结构示意图；

图3为本发明实施例中透镜的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种激光雷达同轴收发***的消光腔的结构示意图；

图5为本发明实施例中杂散光在消光腔中的光路示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种激光雷达同轴收发***结构示意图；

图7为本发明实施例中激光雷达结构示意图。

附图标号说明：

1、壳体；11、透镜；12、出光通道；13、回光通道；15、消光腔；16、透窗；17、转折反射镜；111、透光部；112、反射部；151、第一通道；152、第二通道；1511、第一消光面；1512、第二消光面；101、激光发射器；102、准直***；103、接收光学***；104、激光接收器。

本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

如图1，为激光雷达的同轴收发***光路示意图，在本实施例的激光雷达的同轴收发***中，包括：激光发射器101，准直***102，透镜11，转折反射镜17，接收光学***103，激光接收器104。激光发射器101发出的光源经过准直***102准直成近似平行光，经过透镜11的透光部111后照射在被测物体上；经过被测物体漫反射的光依次经过透镜11和转折反射镜17后到达接收光学***103，经过接收光学***103将接收光聚焦到激光接收器104上。

通常情况下，透镜11的透光部无法做到100％透射，未透过的光经过透光部反射，在镜筒内壁形成杂散光，杂散光经过漫反射和透光部透射，会直接经过接收光学***103返回至激光接收器104上，影响检测精确度。

如图1-3所示，本发明提供一种激光雷达同轴收发***，具体涉及一种激光雷达同轴收发***的镜筒结构，包括壳体1和透镜11，壳体1内开设出光通道12、回光通道13、以及至少一端具有开口的消光腔15；壳体1上还开设有与出光通道12连通的透窗16，消光腔15通过开口与出光通道12连通；透镜11倾斜设置于出光通道12内，透镜11包括透光部111和反射部112，所述透光部111位于所述透镜11的中心区域，所述反射部112位于所述透镜11的背向激光发射器的一侧的周边区域，且环绕所述中心区域。当激光发射器开启后，经透镜11面向激光发射器的一侧反射的光束通过开口到达消光腔15内部，从而通过消光腔15对反射的杂散光进行消除。

本实施例中，激光发射器101发出的光源经过准直***102后，通过出光通道12到达透镜11，经透镜11的透光部111出射后的光束通过透窗16射出到达被测物体上；到达被测物体上反射回来的光束通过透窗16后，再经透镜11的反射部112反射至转折反射镜17后到达接收光学***103，经过接收光学***103将接收光聚焦到激光接收器104上，当通过消光腔15对透镜11反射的光线进行消除后，可有效降低光路中的杂散光，从而有效降低回到激光接收器104内部的杂散光，提高检测精度。

具体本实施例中，将消光腔15设置于出光通道12一侧，通过消光腔15的开口与出光通道12连通，而透镜11设置于出光通道12内，并使消光腔15的开口与透光部111对应设置，以保证经透镜11反射的光束通过开口到达消光腔15的内部，从而使反射光在消光腔15中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低激光雷达同轴收发***镜筒内部的杂散光，同时有效降低回到激光接收器104内部的杂散光，提高检测精度。

如图4、图5所示，在一实施例中，消光腔15包括第一通道151和第二通道152，第一通道151靠近于消光腔15开口处，第一通道151延伸设置有第二通道152。具体的，第一通道151与出光通道12连通，第一通道151与第二通道152连通，并且第二通道152与出光通道12平行，设置于出光通道12与壳体1之间。进一步地，第一通道151包括相对设置的第一消光面1511和第二消光面1512，通过第一消光面1511和第二消光面1512将反射杂散光引导至消光腔内部。第一消光面1511与第二通道152的底面之间存在第一倾角(未图示)，第二消光面1512与第二通道152的底面之间存在第二倾角(未图示)，以保证经过透光部111透射后剩余反射光打在第一消光面1511上，剩余反射光会经过第一消光面1511，一部分直接反射斜入射至消光腔15的第二通道152中，另一部分反射至第二消光面1512上，入射到第二消光面1512的光再次反射斜入射至第二通道152中，反射光在消光腔15中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低回到激光接收器内部的杂散光。

在一实施例中，第一倾角大于第二倾角，以保证反射光线可以充分斜入射至消光腔15内部，提高消除杂散光的效果。

在一实施例中，第一倾角小于45°，以保证更多的杂散光射入消光腔15内部，从而减少漫反射回激光接收器的杂散光。

为增强消光效果，在具体的实施例中，消光腔15内壁均涂覆有镜面反射材料，镜面反射材料的反射率低于消光腔15内壁的反射率。具体的，镜面反射材料为低反射率镜面反射材料，其包括但不限于吸收率大于98％、反射率小于2％的低反射率镜面反射材料。通过在消光腔15内壁均涂覆有镜面反射材料以降低光在第一通道151内壁表面的反射率，从而降低消光腔15内反射光线的反射率，达到消除光反射的效果，进一步增强消除杂散光的效果。

在其他的实施例中，可选择第一通道151内壁涂覆上述实施例的镜面反射材料，镜面反射材料的反射率低于第一通道151内壁的反射率，以降低第一通道151内壁表面的反射率，降低光线在第一通道151内壁的反射，减少反射次数；在第二通道152内壁设置有粗糙表面，粗糙表面可以设置为颗粒状结构、凹凸结构、不规则凸起、规则凸起、锯齿状凸起等增大第二通道152内壁表面粗糙度的结构，以降低光在第二通道152内壁表面的反射率，从而降低消光腔15内反射光线的反射率，达到消除光反射的效果，进一步增强消除杂散光的效果。

在其他的实施例中，也可以将第一通道151内壁设置有上述实施例所提到的粗糙表面，在第二通道152内壁涂覆上述实施例提到的镜面反射材料；或者同时在第一通道151和第二通道152内壁设置有上述实施例所提到的粗糙表面，或者同时在第一通道151和第二通道152内壁涂覆上述实施例提到的镜面反射材料。上述实施方式均能降低消光腔15内反射光线的反射率，达到消除光反射的效果，进一步增强消除杂散光的效果。

在另一实施例中，与上述实施例不同的是，消光腔15为两端开口结构(图中未示出)，即第一通道151设置于第一开口一端，第二通道152设置于第二开口一端，经第一开口入射的光，在消光腔15内多次反射后，还可以经第二开口直接射出，降低光束在消光腔15内的发射次数，从而达到消除杂散光的效果。

在其中一个实施例中，所述透镜11的中心区域镀设有增透膜，以增大光透过率；具体的，可以选择在中心区域的任一侧镀增透膜，也可以选择在中心区域的两侧都镀设增透膜，可根据实际需要进行设置。所述反射部112上镀设有反射膜，以使更多回波光束进入回光通道。

本实施例中，透镜11为挖孔反射镜，挖孔反射镜中心设置通孔，透光部111对应通孔设置，反射部112设置于透光部111的***。具体地，透镜11包括基体，基体上对应透光部111的位置镀设透光膜，以增强透光部111对光的透射作用；基体上对应反射部112的位置镀设反光膜，以增强反射部112对于光的反射作用，由于激光准直后的光斑要小于接收光学***103口径，经过物体反射的光一部分可以经过反射部112部分反射至接收光学***103中，实现同轴收发。在本实施例中通过镀设透光膜增强透光部111的透光率，从而减少光束在透光部111位置处的反射作用，从而减少透光部111处反射光的产生，从根源上降低杂散光的产生，进而减少镜筒内的杂散光。通过在反射部112镀设反光膜以增强反射部112对于被测物体反射回来的光线的反射作用，从而保证足够多的反射光线能够回到激光接收器104内部，提高检测精度。

如图6所示，在一实施例中，激光雷达同轴收发***还包括转折反射镜17，转折反射镜17设置于回光通道13内，透镜11与转折反射镜17之间形成折光段，转折反射镜17的反光侧形成回光段。经过物体反射的光一部分可以经过透镜11的反射部112反射转折反射镜17，再经转折反射镜17反射至接收光学***103中，实现同轴收发。更进一步地，透镜11和转折反射镜17平行设置，以保证反射光平行射入接收光学***103中，减少杂散光的产生。

在其他的实施例中，还可以在转折反射镜17的表面镀设反光膜以增强转折反射镜17对于光线的反射作用，从而保证足够多的反射光线能够回到激光接收器104内部，提高检测精度。

在一实施例中，壳体1内部设置有安装槽，透镜11卡入安装槽内，和/或，转折反射镜17卡入安装槽内，以用于固定透镜11和/或转折反射镜17。

利用上述实施例提到的激光雷达同轴收发***，由于在激光雷达同轴收发***的壳体1内部设置至少一端具有开口的消光腔15，通过消光腔15开口将透镜11设置的透光部111透射后剩余的反射光导入到消光腔15内部，反射光在消光腔15中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低激光雷达同轴收发***镜筒内部的杂散光。

此外，为实现上述目的，如图7所示，本发明还提供一种激光雷达，激光雷达包括上述的激光雷达同轴收发***，还包括激光发射器101、准直***102、接收光学***103和激光接收器104，激光发射器101、准直***102和透镜11位于出光通道12上，且正对透窗16设置，以保证出射光束同轴射出；接收光学***103、激光接收器104和转折反射镜17位于回光通道13上。以实现激光发射器101发射的光源经过准直***102准直成近似平行光，经过透镜11后经透窗16射出照射在被测物体上，经过物体漫反射的光经过透镜11的反射部112反射到转折反射镜17上，再经由转折反射镜17反射经过接收光学***103，并将接收光聚焦到激光接收器104上。

利用本实施例激光雷达同轴收发***的激光雷达，在实现同轴收发的同时，出光通道12中的杂散光通过开口到达消光腔15内部，杂散光在消光腔15中经过几次内部漫反射，不断消耗能量，可有效降低回光通道13中回到激光接收器104内部的杂散光，提高激光雷达的检测精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述激光雷达同轴收发***包括：

壳体，所述壳体内开设出光通道、回光通道、以及至少一端具有开口的消光腔，所述壳体上还开设有与所述出光通道连通的透窗，所述消光腔通过所述开口与所述出光通道连通；

透镜，所述透镜倾斜设置于所述出光通道内，所述透镜包括透光部和反射部，所述透光部反射的光束通过所述开口到达所述消光腔内部，所述回光通道与所述反射部光路连通。

2.根据权利要求1所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述消光腔包括第一通道和第二通道，所述第一通道设置于所述消光腔开口处，所述第一通道延伸设置有所述第二通道，所述第一通道包括相对设置的第一消光面和第二消光面，所述第一消光面与所述第二通道的底面之间存在第一倾角，所述第二消光面与所述第二通道的底面之间存在第二倾角，所述第一倾角大于所述第二倾角。

3.根据权利要求2所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述第一倾角小于45°。

4.根据权利要求1所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述消光腔内壁均涂覆有镜面反射材料，所述镜面反射材料的反射率低于所述消光腔内壁的反射率。

5.根据权利要求2所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述第一通道内壁涂覆有镜面反射材料，所述镜面反射材料的反射率低于所述第一通道内壁的反射率；

所述第二通道设置有粗糙表面。

6.根据权利要求1所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述透镜中心设置通孔，所述透光部对应所述通孔设置，所述反射部设置于所述透光部的***。

7.根据权利要求6所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述透镜包括基体，所述基体上对应所述透光部的位置镀设透光膜，所述基体上对应所述反射部的位置镀设反光膜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光雷达同轴收发***，其特征在于，所述激光雷达同轴收发***还包括转折反射镜，所述转折反射镜设置于所述回光通道内，所述透镜与所述转折反射镜之间形成折光段，所述转折反射镜的反光侧形成回光段。

9.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括权利要求1至8中任一项所述的激光雷达同轴收发***。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括激光发射器、准直***、接收光学***和激光接收器，所述激光发射器、所述准直***和所述透镜位于出光通道上，且正对所述透窗设置；所述接收光学***、所述激光接收器和所述转折反射镜位于所述回光通道上。

Images