CN219625706U - 一种基于超表面激光雷达的路面检测*** - Google Patents

一种基于超表面激光雷达的路面检测*** Download PDF

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龚永兴
李星仪
李岩松
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Abstract

本申请涉及一种基于超表面激光雷达的路面检测***，属于激光雷达技术领域，其包括光源、超透镜、分束棱镜、光电探测器和结构支撑件；所述光源为激光束，用于向超透镜发射激光束；所述超透镜用于将入射激光束扩展为f个分束光束；所述分束棱镜用于将遇到障碍物漫反射回来的光束打入所述光电探测器上；所述结构支撑件用于包裹整个***。本申请具有缩小激光雷达尺寸、减小安装难度，提高汽车稳定性和安全系数的效果。

Description

一种基于超表面激光雷达的路面检测***
技术领域
本申请属于激光雷达领域，特别涉及一种基于超表面激光雷达的路面检测***。
背景技术
激光雷达(LightDetectionAndRanging，简称Lidar)是一种通过探测远距离目标的散射光特性来获取目标相关信息的光学遥感技术。激光雷达是激光技术和现代光电探测技术结合的先进探测方法，其凭借高精度和高分辨率等优势，在机载海洋、自动驾驶以及无人机市场上都表现出极大的潜力。
利用激光雷达技术对路面的检测是被严重低估的，车辆在行驶中由于路面积雪、结冰、裂缝以及材质的变化均会导致轮胎与道路表面之间的摩擦系数变化，从而影响车辆行驶的平稳性，安全性；目前导航***只有提醒整段路打滑，道路封闭等整体避险功能，无法应对行驶中的突发路况；且传统激光雷达尺寸较大，对车辆安装空间要求较高。
实用新型内容
本申请提供了一种基于超表面激光雷达的路面检测***，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
本申请实施例提供一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其包括光源、超透镜、分束棱镜、光电探测器和结构支撑件；所述光源为激光束，用于向超透镜发射激光束；所述超透镜用于将入射激光束扩展为f个分束光束；所述分束棱镜用于将遇到障碍物漫反射回来的光束打入所述光电探测器上；所述结构支撑件用于包裹整个***。
在一可实施方式中，所述f个分束光束与光轴之间的夹角满足如下公式：
d＝np
其中，λ表示f个分光光束的波长；m表示衍射级次；d表示光栅常数；n代表相位变化2π填充的纳米柱个数；p代表两相邻纳米柱之间的距离；NA代表数值孔径。
在一可实施方式中，所述超透镜由微纳结构阵列组成，通过纳米柱的尺寸和排布来改变超表面的相位，超表面相位变化为0-2π。
在一可实施方式中，所述微纳结构为纳米柱或纳米孔。
在一可实施方式中，所述纳米柱为纳米圆柱，纳米三角柱，纳米十字柱。
在一可实施方式中，所述纳米孔为纳米圆孔，纳米三角孔，纳米十字孔。
在一可实施方式中，所述微纳结构为四方排布或六方排布。
与现有技术相比，本申请具有如下优点：
1、本申请的路面检测***可以产生多线激光束，来检测路面情况，既保留了激光雷达的高精度又缩减了制造成本；同时因为使用超透镜来产生多线激光束，可以有效的减小装置尺寸方便汽车安装；
2、利用超透镜产生多线激光束和路面的漫反射原理，提前提醒驾驶员并且触发***安全***做相应响应。
附图说明
图1是本申请实施例中路面检测***的结构示意图；
图2是本申请实施例中正常道路激光雷达检测示意图；
图3是本申请实施例中异常道路激光雷达检测示意图；
图4是本申请实施例中激光雷达检测的俯视图；
图5是本申请实施例中激光雷达路面检测俯视图；
附图标记说明：
1、光源；2、超透镜；3、光电探测器；4、分束棱镜；5、结构支撑件。
具体实施方式
下面结合附图，对本申请作进一步详细说明。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
参考图1，本申请实施例提供了一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其包括光源1、超透镜2、光电探测器3、分束棱镜4和结构支撑件5。
光源1为激光光源，用于向超透镜发射激光，超透镜2将激光扩展为f个分束光束(多线激光束)，光电探测器3将光信号转化为电信号，分束棱镜4用于透射和反射光束，用于将遇到障碍物漫反射回来的光束打入所述光电探测器上，结构支撑件5可以为普通镜筒，用于包裹整个***，其为封装成像***的普通结构件。
上述所述f个分束光束与光轴之间的夹角满足如下公式：
d＝np
其中，λ表示f个分光光束的波长；m表示衍射级次；d表示光栅常数；n代表相位变化2π填充的纳米柱个数；p代表两相邻纳米柱之间的距离；NA代表数值孔径。
超透镜2由微纳结构阵列组成，微纳结构阵列由若干纳米柱或纳米孔组成，其中纳米孔包括但不限于纳米圆孔，纳米三角孔和纳米十字孔，纳米柱包括但不限于纳米圆柱、纳米三角柱和纳米十字柱，通过改变纳米柱的尺寸和排布以改变超表面层的相位，超表面层的相位变化为0-2π。纳米结构阵列的排布方式可为四方排布或六方排布。
纳米结构的功能是使得相位和透过率同时满足要求。如图2所示四方排布中，为每个纳米柱间的距离(周期)。图2所示六方排布中，x和y方向的有效周期为px＝p/2,
上述路面检测***的检测过程如下：
激光光源1发射激光，超表面2将激光转变为多线激光，多线激光经过分束棱镜4透射照到外界物体上，经过外界物体反射，激光通过分束棱镜4反射到光电探测器3上，光电探测器3将外界返回的分光光束由光信号转化为电信号。
其中，物体反射光束的情况如图3所示，超表面激光雷达高度为h,以α角度向路面发射激光，激光经过前方处的路面漫反射回到光电探测器3上。
如图4和图5所示，若前方出现较大坡度，深坑等影响驾驶安全的场景，激光束发射出后激光无法返回到光电探测器3上，此时触发汽车警报装置，提示驾驶员谨慎驾驶。
以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于，其包括光源、超透镜、分束棱镜、光电探测器和结构支撑件；
所述光源为激光束，用于向超透镜发射激光束；
所述超透镜用于将入射激光束扩展为f个分束光束；
所述分束棱镜用于将遇到障碍物漫反射回来的光束打入所述光电探测器上；
所述结构支撑件用于包裹整个***。
2.根据权利要求1所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述f个分束光束与光轴之间的夹角满足如下公式：
其中，λ表示f个分光光束的波长；m表示衍射级次；d表示光栅常数；n代表相位变化2π填充的纳米柱个数；p代表两相邻纳米柱之间的距离；NA代表数值孔径。
3.根据权利要求1所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述超透镜由微纳结构阵列组成，通过纳米柱的尺寸和排布来改变超表面的相位，超表面相位变化为0-2π。
4.根据权利要求3所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述微纳结构为纳米柱或纳米孔。
5.根据权利要求4所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述纳米柱为纳米圆柱，纳米三角柱，纳米十字柱。
6.根据权利要求4所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述纳米孔为纳米圆孔，纳米三角孔，纳米十字孔。
7.根据权利要求3所述的一种基于超表面激光雷达的路面检测***，其特征在于：所述微纳结构为四方排布或六方排布。
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