CN109828256A - 一种探测装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种探测装置。光纤阵列，包括多个光纤，多个所述光纤的两端部阵列设置，且形成两端的信号光接收面和信号光发射面，所述信号光接收面的纵向面积大于信号光发射面的纵向面积；探测器，所述探测器与信号光发射面连接，接收信号光发射面发射的光信号。本发明还涉及一种激光雷达。本发明通过一种探测装置及激光雷达，采用较小面积的探测器实现大范围探测应用，大大减少探测器面积，减少探测器数量，避免多个探测器由于接缝较大影响光信号接收效率，同时降低整体成本。

Description

一种探测装置及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，具体涉及一种探测装置及激光雷达。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

特别是在自动驾驶领域，自动驾驶等技术高速发展，其中一项重要配套传感器激光雷达，为了满足各种特定需求，涌现出各种类型的方案。

激光雷达系统方案多种多样，例如设计方案中要求接收探测器具有较大的面积或者长度；为了满足这种系统需求，常采用的方案有两种：一是选用大面积的单个探测器；二是选用多个探测器拼接等效为一个大面积的探测器。

但是，随着单个探测器面积或长度的增大，单个探测器的寄生参数逐渐加大，从而影响其响应性能；以及当用多个探测器进行拼接时，存在以下问题：一是多个探测器之间间隙较大，影响光信号接收效率；二是探测器数量增加，造成整体成本增加，特别是单个探测器本身成本就较高的时候，影响更明显。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种探测装置及激光雷达，解决探测器面积过大影响性能，多个探测器存在间隙影响接收效率，以及成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种探测装置，包括：光纤阵列，包括多个光纤，多个所述光纤的两端部阵列设置，且形成两端的信号光接收面和信号光发射面，所述信号光接收面的纵向面积大于信号光发射面的纵向面积；探测器，所述探测器与信号光发射面连接，接收信号光发射面发射的光信号。

其中，较佳方案是：部分或全部所述光纤包括信号光接收段和信号光发射段，所述信号光接收段的截面积大于信号光发射段的截面积。

其中，较佳方案是：所述信号光接收段的尾端熔融拉锥形成所述信号光发射段。

其中，较佳方案是：所述信号光接收段的尾端形成一类锥形结构。

其中，较佳方案是：所述光纤阵列一端部的多个光纤呈规则阵列排布；或者，所述光纤阵列一端部的多个光纤呈不规则阵列排布。

其中，较佳方案是：所述规则阵列排布至少包括横竖对齐排布、直线排布和错位排布中的一种。

其中，较佳方案是：所述信号光接收面为平面、曲面或不规则形状面；或者，所述信号光发射面为平面、曲面或不规则形状面。

其中，较佳方案是：多个所述光纤通过粘合剂连接。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光雷达，包括激光信号输出装置、扫描装置和所述的探测装置，所述激光信号输出装置发射激光信号，并经过扫描装置向外发射，所述扫描装置将激光信号向外扫描，并接收发射回的信号光至探测装置。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过一种探测装置及激光雷达，采用较小面积的探测器实现大范围探测应用，大大减少探测器面积，避免由于探测器面积问题影响其自身响应性能；减少探测器数量，避免多个探测器由于接缝多影响光信号接收效率，同时降低整体成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明探测装置的结构示意图；

图2是本发明光纤阵列排布设置的截面结构示意图；

图3是本发明信号光接收面或信号光发射面呈圆形的结构示意图；

图4是本发明信号光接收面或信号光发射面呈椭圆的结构示意图；

图5是本发明信号光接收面或信号光发射面呈矩形的结构示意图；

图6是本发明光纤直线排布设置的结构示意图；

图7是本发明信号光接收段阵列排布和信号光发射段直线排布的结构示意图；

图8是本发明信号光接收段成弧形排布的结构示意图；

图9是本发明激光雷达工作方式一的结构示意图；

图10是本发明激光雷达工作方式二的结构示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本发明提供一种探测装置的优选实施例。

一种探测装置100，包括光纤阵列和探测器20，其中，光纤阵列包括多个光纤10，多个所述光纤10的两端部阵列设置，且形成两端的信号光接收面111和信号光发射面121，所述信号光接收面111的纵向面积大于信号光发射面121的纵向面积；探测器20与信号光发射面121连接，接收信号光发射面121发射的光信号。具体地，外部光信号通过信号光接收面111入射至光纤阵列的光纤10中，从信号光发射面121射出并再次入射至探测器20，采用较小面积的探测器实现大范围探测应用，大大减少探测器面积，并满足不同采集光信号面积的需求。

进一步地，所述光纤10包括截面积大的信号光接收段11和截面积小的信号光发射段12；其中，多个光纤10的信号光接收段11集成排布设置并在端口处形成一信号光接收面111，多个光纤10的信号光发射段12集成排布设置并在端口处形成一信号光发射面121。其中，所述信号光接收段11的截面积大和信号光发射段12的截面积小表示，所述信号光接收段11的横截面积大于信号光发射段12的横截面积，光信号从信号光接收段11的输入端口入射并从信号光接收段11的输出端口射出。

当然，在整个光纤阵列中，其构成的光纤10可以是部分满足截面积变化的光纤，部分还是普通截面积均相等的光纤。

具体地，通过在光纤10中设置两段，分别为信号光接收段11和信号光发射段12，将大面积接收切换成小面积接收，不仅满足大面积探测的应用环境，同时可缩小处探测器20的探测接收面积，从而实现一个探测器20或少数探测器20的接收工作，减少探测器20数量，避免多个探测器20由于接缝较大影响光信号接收效率，同时降低整体成本；或者采用小型探测器，比大型探测器具有稳定性高、性能强、成本低、体积小型化等优势。探测器20的探测接收面与所述信号光发射面121对齐设置，主要实现将从信号光发射面121射出的信号光全部入射至探测器20中，实现探测。

在本实施例中，所述信号光接收段11的尾端熔融拉锥形成所述信号光发射段12。其中，所述信号光接收段11的尾端形成一类锥形结构13，即具有两端面的结构，且一端面的面积大于另一端面的面积，形状优选为圆形，或者其他形状。

具体是，对信号光接收段11的尾端加热溶化后进行拉伸操作，并在尾端形成一类锥形结构13，所述类锥形结构13的小截面积口与后续的信号光发射段12连通；或者，可对信号光接收段11的尾端加热溶化后进行拉伸操作，并拉伸形成类锥形结构13后再进行拉伸操作，得到细长段，即信号光发射段12。

参考图2，提供光纤10设置的较佳方案。

多个所述光纤10的的两端部阵列排布设置，通过阵列排布设置，将每一信号光接收段11和信号光发射段12的接口密集并合，在所构成的信号光接收面111和信号光发射面121中，避免缝隙过大，可以接收到所有光信号。当然，阵列排布设置可以认为如图2所示的横竖规则排布，也可以为非横竖对齐的规则排布，如横向排布及相邻排之间错位排布。

具体是：所述光纤阵列一端部的多个光纤呈规则阵列排布；或者，所述光纤阵列一端部的多个光纤呈不规则阵列排布，只要不属于规则阵列排布就是不规则阵列排布。而所述规则阵列排布至少包括横竖对齐排布、直线排布和错位排布中的一种，同时信号光接收面111和信号光发射面121的排布可以不相同。

其中，为了避免缝隙过大，可选用为方形的信号光接收段11接口，也可以为其他形状的接口(如圆形)，通过挤压将相邻信号光接收段11贴合设置，最终使接口形成不规则形状(如被挤压后的不规则圆形，不规则圆与相邻不规则圆形贴合)。进一步地，整个端面可构成圆形、椭圆、矩形或者其他形状，可参考图3至图5。

参考图6和图7，提供光纤10设置的较佳方案。

多个所述光纤10的信号光接收段11直线排布设置并形成一信号光接收面111；通过直线排布设置，将每一信号光接收段11的接口横向或纵向并合，在所构成的信号光接收面111中(可称为信号光接收线)，满足对应探测应用的要求，可以接收到特殊方向(纵向)的光信号。

其中，为了避免缝隙过大，可选用为方形的信号光接收段11接口，也可以为其他形状的接口(如圆形)，通过挤压将相邻信号光接收段11贴合设置，最终使接口形成不规则形状(如被挤压后的不规则圆形，不规则圆与相邻不规则圆形贴合)。

或者，多个所述光纤10的信号光发射段12直线排布设置并形成一信号光发射面121。同理，其属性与上述信号光接收段11的描述一致，不同之处在于，所述信号光发射段12构成的信号光发射面121不仅可以为直线排布，还可以采用上述阵列排布设置，即将直线排布接收的光信号转化为阵列排布的光信号，不仅满足接收规则，同时可以满足常规探测器20的探测需求，不需要额外采用特殊形状的探测器20。

当然，在信号光接收面111成阵列排布设置时，信号光发射面121也可为直线排布设置，或者接口的位置不对应，只要后续探测器20接收光信号的程序可识别接收光信号的位置即可。

在上述端面排布方案中，所述信号光接收面111为平面、曲面或不规则形状面；其中，平面是指所有信号光接收段11的接口均在一平面上，曲面是指所有信号光接收段11的接口均在一曲面上，不规则形状面是指所有信号光接收段11的接口即不处于一平面上，也不处于一曲面上。

平面排列，即为将用做接收端面的光纤全部平面排布，这种方式方便加工制造。为了提高光纤的能量接收效率，也可将光纤相对于接收光学系统做对心排布，这样所有光纤接收端面将形成一个曲面，参考图8，外部光信号301通过光学镜头30形成入射光信号302，并入射至对应的信号光接收段11中，所述信号光接收段11以弧形排布。

或者，所述信号光发射面121为平面、曲面或不规则形状面。同理，其属性与上述信号光接收段11的描述一致，在此不再一一阐述。

在本实施例中，多个所述光纤10的信号光接收段11通过粘合剂连接；其中，对每一光纤10的表面均设置粘合剂，并与相邻光纤10贴合，实现连接。

或者，多个所述光纤10的信号光发射段12通过粘合剂连接。同理，其属性与上述信号光接收段11的描述一致，在此不再一一阐述。

如图9和图10所示，本发明提供一种激光雷达的较佳实施例。

一种激光雷达，包括激光信号输出装置300、扫描装置200和探测装置100，所述激光信号输出装置300发射激光信号，并经过扫描装置200向外发射，所述扫描装置200将激光信号向外扫描，并接收发射回的信号光至探测装置100。

具体地，激光信号输出装置300持续向扫描装置200发射激光信号，并通过扫描装置200向外部扫描发射激光信号，所述激光信号在探测到探测物体400后反射回扫描装置200，并反射至探测装置100，实现探测。

以上所述者，仅为本发明最佳实施例而已，并非用于限制本发明的范围，凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本发明所涵盖。

Claims (9)

1.一种探测装置，其特征在于，包括：

光纤阵列，包括多个光纤，多个所述光纤的两端部阵列设置，且形成两端的信号光接收面和信号光发射面，所述信号光接收面的纵向面积大于信号光发射面的纵向面积；

探测器，所述探测器与信号光发射面连接，接收信号光发射面发射的光信号。

2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于：部分或全部所述光纤包括信号光接收段和信号光发射段，所述信号光接收段的截面积大于信号光发射段的截面积。

3.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于：所述信号光接收段的尾端熔融拉锥形成所述信号光发射段。

4.根据权利要求2或3所述的探测装置，其特征在于：所述信号光接收段的尾端形成一类锥形结构。

5.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于：所述光纤阵列一端部的多个光纤呈规则阵列排布；或者，所述光纤阵列一端部的多个光纤呈不规则阵列排布。

6.根据权利要求5所述的探测装置，其特征在于：所述规则阵列排布至少包括横竖对齐排布、直线排布和错位排布中的一种。

7.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于：所述信号光接收面为平面、曲面或不规则形状面；或者，所述信号光发射面为平面、曲面或不规则形状面。

8.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于：多个所述光纤通过粘合剂连接。

9.一种激光雷达，其特征在于：包括激光信号输出装置、扫描装置和如权利要求1-8任一所述的探测装置，所述激光信号输出装置发射激光信号，并经过扫描装置向外发射，所述扫描装置将激光信号向外扫描，并接收发射回的信号光至探测装置。