CN113514814A - 一种抗环境光的光学接收系统及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，包括沿信号光传播方向依次设置的前滤片、望远镜头组、后滤片及传感器芯片组，其中，前滤片用于过滤小角度入射的环境光，未被前滤片滤除的大角度入射的环境光由望远镜头组聚焦整形后被后滤片滤除。本发明的另一个技术方案是采用该光学接收系统的激光雷达。本发明提供的激光雷达光学接收系统采用了至少2片前后放置的滤光片，对高强度大角度的环境光进行了多次过滤，而不影响信号光的强度，同时针对激光雷达光源对滤片进行了叠加优化，再次抑制了信号光其他波段的光源进入传感器芯片组。

Description

一种抗环境光的光学接收系统及激光雷达
技术领域
本发明涉及一种光学接收系统以及采用该光学接收系统的激光雷达。
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系统，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，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度等信息。
在实际应用中由于外部环境光(如阳光等诸多因素)的影响，使激光雷达在数据采集过程中，产生许多与正常物无关的环境噪点，最终导致其获得的点云数据中不可避免地出现噪声。且外部环境光强度越大，激光雷达整体的信噪比越低，影响了激光雷达的性能。
目前激光雷达对外部环境光的抑制主要通过两种办法：光学法和测量阈值法。光学法是在激光雷达光学系统的第一透镜前放置滤光片，将激光器光源波段之外的光线滤除掉，以抑制外部环境光等噪点。但是采用该方式，由于滤光片都有一定的带宽，现有的工艺不可能将带宽做到很小，因此信号光附近波段的环境光会从滤光片中透过从而达到激光雷达的传感器中形成噪点。另外，户外环境光随机不固定，当环境光以大角度入射到光学系统时，滤光片的性能将大幅下降，增加激光雷达中的环境光噪点。
测量阈值法根据测量区域的环境光强度预设阳光噪点的范围阈值，从而根据范围阈值对点云中的环境光噪点进行去除。但是由于阳光噪点的范围阈值为预设的固定值，因此无法针对不同的测量环境对阳光噪点进行自适应去除。当测量环境变化时，如阳光变强，则原先的阳光噪点的范围阈值就不再适用，需要进行重新配置，效率较低且使用体验感差。
发明内容
本发明要解决的技术问题：激光雷达在数据采集过程中会受到外部环境光的影响。
为了解决上述技术问题，本发明的一个技术方案是提供了一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，包括沿信号光传播方向依次设置的前滤片、望远镜头组、后滤片及传感器芯片组，其中，前滤片用于过滤小角度入射的环境光，未被前滤片滤除的大角度入射的环境光由望远镜头组聚焦整形后被后滤片滤除。
优选地，所述前滤片和/或后滤片单面镀膜。
优选地，所述前滤片和/或后滤片双面镀膜。
优选地，所述前滤片的工作波段为波段一，所述后滤片的工作波段为波段二，且波段一不等于波段二。
优选地，所述前滤片采用916±25nm波段的滤光片，所述后滤片采用925±25nm波段的滤光片。
优选地，所述前滤片采用916±15nm波段的滤光片，所述后滤片采用925±15nm波段的滤光片。
优选地，所述激光雷达光学接收系统还包括中性衰减片，沿信号光传播方向，该中性衰减片设于所述前滤片之前。
优选地，所述中性衰减片的透过率为80％-99％。
优选地，所述中性衰减片的透过率为80％-90％。
本发明的另一个技术方案是提供了一种激光雷达，其特征在于，采用了上述光学接收系统。
本发明提供的激光雷达光学接收系统采用了至少2片前后放置的滤光片，对高强度大角度的环境光进行了多次过滤，而不影响信号光的强度，同时针对激光雷达光源对滤片进行了叠加优化，再次抑制了信号光其他波段的光源进入传感器芯片组。本发明提供的一种更为优选的方案是在保证激光雷达能分辨目标物体的情况下，放置中心衰减片，最大程度地过滤掉环境光，采用该激光雷达光学接收系统的激光雷达在各种不同环境光的影响下，抗环境光性能得到了提升。
附图说明
图1为实施例1公开的一种抗环境光的激光雷达光学接收系统的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例中，激光雷达采用905nm波段的半导体激光器，半导体激光器发出905nm激光后，激光在传输中遇到物体反射，反射光被激光雷达光学接收系统接收并被激光雷达的传感器芯片组4检测到。
本实施例中，激光雷达光学接收系统采用至少2个不同波段的滤光片的组合来进行对环境光的滤除。如图1所示，本发明提供的一种激光雷达光学接收系统包括沿光的传播方向依次设置的前滤片1、望远镜头组2、后滤片3及传感器芯片组4。
本实施例中，前滤片1过滤到大部分小角度入射的高强度环境光。部分大角度入射的环境光穿过前滤片1进入到望远镜头组2中。由于外界环境光强度高，有部分未滤掉的高强度环境光一起进入了望远镜头组2中，这部分高强度环境光在望远镜头组2中经过了光束的聚焦整形后到达后滤片3，其达到后滤片3时入射角变小，从而被后滤片3再次滤除，而留下了所需要的信号光进入传感器芯片组4。
同时针对905nm光源的信号光，本实施例中的前滤片1及后滤片3分别选择不同的波段。两种不同波段滤光片的带通波段进行了叠加，缩小了最终的带通波段，进一步过滤掉环境光。通过合理使用前滤片1及后滤片3的搭配，可以优化所需带通波段。前滤片1和/或后滤片3可以单面镀膜，也可以双面镀膜。
本实施例中，前滤片1采用916±25nm滤光片，后滤片3采用925±25nm滤光片，经两次滤波，最终光学接收系统过滤了900-941nm之外的环境光。
另外一种更为优选的方案是：前滤片1采用916±15nm滤光片，后滤片3采用925±15nm滤光片，经两次滤波，最终光学接收系统过滤了901-910nm之外的环境光。
另外一种更为优选的方案是：前滤片1采用902±5nm滤光片，后滤片3采用906±5nm滤光片，经两次滤波，最终光学接收系统过滤了901-907nm之外的环境光。
实施例2
本实施例公开的一种激光雷达光学接收系统与实施例1的区别在于：还设置有中性衰减片，沿光的传播方向，中性衰减片设置在前滤片1之前，被物体反射的激光先穿过中性衰减片后，再射入前滤片1。本实施例中，中性衰减片的透过率为80％-99％。另外一种更为优选的方案是：中性衰减片的透过率为80％-90％。在保证激光雷达能分辨物体的情况下，利用中性衰减片最大程度的过滤环境光。
本实施例的其他结构同实施例1，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，包括沿信号光传播方向依次设置的前滤片、望远镜头组、后滤片及传感器芯片组，其中，前滤片用于过滤小角度入射的环境光，未被前滤片滤除的大角度入射的环境光由望远镜头组聚焦整形后被后滤片滤除。
2.如权利要求1所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述前滤片和/或后滤片单面镀膜。
3.如权利要求1所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述前滤片和/或后滤片双面镀膜。
4.如权利要求1所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述前滤片的工作波段为波段一，所述后滤片的工作波段为波段二，且波段一不等于波段二。
5.如权利要求4所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述前滤片采用916±25nm波段的滤光片，所述后滤片采用925±25nm波段的滤光片。
6.如权利要求4所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述前滤片采用916±15nm波段的滤光片，所述后滤片采用925±15nm波段的滤光片。
7.如权利要求1所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述激光雷达光学接收系统还包括中性衰减片，沿信号光传播方向，该中性衰减片设于所述前滤片之前。
8.如权利要求7所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述中性衰减片的透过率为80％-99％。
9.如权利要求7所述的一种抗环境光的光学接收系统，其特征在于，所述中性衰减片的透过率为80％-90％。
10.一种激光雷达，其特征在于，采用如权利要求1所述的光学接收系统。
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