CN114296052A - 一种可消除盲区的光学装置及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可消除盲区的光学装置及激光雷达，涉及激光雷达领域。可消除盲区的光学装置包括激光发射器、激光接收器、透镜组及消除件。激光发射器、激光接收器和消除件均位于透镜组的一端，激光发射器用于向透镜组发射激光，激光接收器用于接收目标物体反射的激光。通过将消除件设置在激光接收器的一侧，以实现阻挡或吸收激光发射器发射的部分激光以及杂散光，从而减少甚至消除直接从激光发射器射向激光接收器的激光以及杂散光，消除激光雷达的探测盲区，增大探测范围。

Description

一种可消除盲区的光学装置及激光雷达

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，具体而言，涉及一种可消除盲区的光学装置及激光雷达。

背景技术

随着光电技术的发展，激光雷达的使用越来越广泛。现有的激光雷达包括同轴光学方案和异轴光学方案，异轴光学方案采用两组不同的接收装置，成本较高且容易出现测距误差；而同轴光学方案发射的激光照射在内部结构件或外壳上会产生回光较强的杂散光，杂散光和近处目标物的回光的强度重叠，导致无法探测近处的目标物，从而形成盲区。

发明内容

本发明提供了一种可消除盲区的光学装置及激光雷达，其能够有效消除杂散光，避免形成盲区。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种可消除盲区的光学装置，包括激光发射器、激光接收器、透镜组及消除件；

所述激光发射器、所述激光接收器和所述消除件均位于所述透镜组的一端；

所述激光发射器用于向所述透镜组发射激光，所述激光接收器用于接收目标物体反射的激光；

所述消除件设置于所述激光接收器的一侧，用于阻挡或吸收所述激光发射器发射的部分激光，或者，阻挡或吸收光学装置的结构件对所述激光发射器发射的部分激光所反射的杂散光。

在可选的实施方式中，所述消除件包括光阑，所述光阑靠近于所述激光接收器设置并位于所述激光接收器和所述激光发射器之间，所述光阑用于阻挡所述激光发射器发射的部分激光或所述杂散光。

在可选的实施方式中，所述透镜组包括多个透镜和半透镜，多个所述透镜平行设置，所述半透镜与所述透镜呈夹角设置；

所述光阑平行设置于所述透镜。

在可选的实施方式中，所述消除件还包括滤光片，所述滤光片设置于所述激光接收器和所述光学装置的结构件之间，所述滤光片用于吸收所述激光发射器发射的部分激光或所述杂散光。

在可选的实施方式中，所述滤光片的反射率小于或等于1％。

在可选的实施方式中，所述滤光片的数量包括多个，多个所述滤光片围成反射通道，所述反射通道的开口对应所述激光发射器。

在可选的实施方式中，所述透镜组包括多个透镜和半透镜，多个所述透镜平行设置，所述半透镜与所述透镜呈夹角设置；

所述反射通道相对所述透镜呈夹角设置。

在可选的实施方式中，所述滤光片的数量为两个，两个所述滤光片平行设置。

在可选的实施方式中，所述滤光片的数量为四个，四个所述滤光片两两相互平行。

第二方面，本发明提供一种激光雷达，包括如前述实施方式任一项所述的可消除盲区的光学装置。

本发明实施例提供的可消除盲区的光学装置及激光雷达的有益效果包括：通过将消除件设置在激光接收器的一侧，以实现阻挡或吸收激光发射器发射的部分激光以及杂散光，从而减少甚至消除杂散光以及直接从激光发射器射向激光接收器的激光，消除激光雷达的探测盲区，增大探测范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明实施例提供的可消除盲区的光学装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的可消除盲区的光学装置光路示意图1；

图3为本发明实施例提供的可消除盲区的光学装置光路示意图2；

图4为本发明实施例提供的光信号示意图1；

图5为本发明实施例提供的光信号示意图2。

图标：100-可消除盲区的光学装置；110-激光发射器；120-激光接收器；130-透镜组；131-透镜；132-半透镜；140-消除件；141-光阑；142-滤光片；143-反射通道；150-结构件；200-目标物体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

随着光电技术的发展，激光雷达越来越广泛地应用于智能驾驶、测绘、机器人导航以及空间建模等场景，同时对激光雷达的测距能力要求也越来越高。目前用于自动驾驶的机械式激光雷达多数都是基于脉冲式激光测距原理，其中，激光雷达由激光发射系统和接收探测系统组成。

然而现有的激光雷达的激光发射系统通常有部分激光照射在光学装置的结构件上并反射回光很强的杂散光，导致接收探测系统接收到的杂散光与近处目标物体反射的激光的强度重叠，从而无法探测到目标物体，形成激光雷达的探测盲区。

为了接近以上问题，本发明提供二链一种可消除盲区的光学装置，适用于单线或多线激光雷达，发射端可使用阵列或非阵列式LD激光器，可消除盲区的光学装置能够有效消除杂散光。

请参阅图1至图3，可消除盲区的光学装置100(下文简称光学装置100)包括激光发射器110、激光接收器120、透镜组130及消除件140。

在实际应用中，如图2所示，实线及箭头表示激光发射器110发射的激光及经由目标物体200反射的激光。由激光发射器110向透镜组130发射激光，激光光束穿过透镜组130并穿过空气抵达目标物体200后，经目标物体200反射后沿空气、透镜组130返回至激光接收器120，通过测出激光发射到反射的激光被接收所经历的时间即可获得目标物体200的距离。

经实际检测，在激光接收器120的一侧安装消除件140可有效减小杂散光的强度，以消除光学装置100的盲区。

进一步地，激光发射器110、激光接收器120和消除件140均位于透镜组130的一端，激光发射器110用于向透镜组130发射激光，激光接收器120用于接收目标物体200反射的激光。

消除件140设置于激光接收器120的一侧，用于阻挡或吸收激光发射器110发射的部分激光，或者，阻挡或吸收光学装置100的结构件150对激光发射器110发射的部分激光所反射的杂散光。

在本实施例中，激光发射器110在向透镜131发射激光的同时会有部分激光直接射向激光接收器120，还有部分激光射向光学装置100的结构件150并反射杂散光，因此将消除件140设置在激光接收器120靠近透镜组130的一侧，使消除件140位于激光接收器120的周围，以阻挡或吸收激光发射器110发射的部分激光以及杂散光，从而减少甚至消除杂散光以及直接从激光发射器110射向激光接收器120的激光，进而消除激光雷达的探测盲区，增大探测范围。

需要说明的是，结构件150包括光学装置100的壳体、电路板或固定件等部件。应当理解，只要在激光发射器110向透镜组130发射激光的过程中，激光射向壳体、电路板或固定件等部件并由此反射出杂散光，均可认为该部件是光学装置100的结构件150。

进一步地，透镜组130包括多个透镜131和半透镜132，多个透镜131平行设置，半透镜132与透镜131呈夹角设置。

在本实施例中，通过设置多个透镜131以对激光发射器110向目标物体200发射的激光起到聚焦作用，从而提高发射的激光的精度。半透镜132可反射激光发射器110发射的部分激光，也可使从目标物体200反射回来的激光穿过。

具体地，透镜131的数量为四个，四个透镜131平行设置，半透镜132与透镜131呈45°夹角设置。

进一步地，消除件140包括光阑141和滤光片142，光阑141用于阻挡激光发射器110发射的部分激光或杂散光，滤光片142用于吸收激光发射器110发射的部分激光或杂散光。

在本实施例中，如图3所示，虚线及箭头表示直接由激光发射器110发射的激光及经由结构件150反射的杂散光。激光发射器110设置于透镜131和激光接收器120之间，光阑141和滤光片142分别设置于激光接收器120的两侧，且光阑141设置于激光接收器120靠近于激光发射器110的一侧，主要用于阻挡激光发射器110发射的部分激光或杂散光，滤光片142设置于激光接收器120远离激光发射器110的一侧，主要用于吸收激光发射器110发射的部分激光或杂散光。

因此通过设置光阑141和滤光片142，可以吸收或阻挡激光发射器110发射的部分激光以及杂散光，从而保证激光接收器120能够接收到由目标物体200反射的部分激光，避免出现盲区的现象。

应当理解，在本发明的其他实施例中，消除件140还可仅由光阑141或滤光片142构成，只要能够减少激光接收器120接收由激光发射器110直接发射的部分激光或杂散光即可，在此不做具体限定。

进一步地，光阑141靠近于激光接收器120设置并位于激光接收器120和激光发射器110之间。

在本实施例中，光阑141设置于激光接收器120靠近于激光发射器110的一侧，且光阑141与激光接收器120的距离较小，以确保光阑141能够有效阻挡由激光发射器110发射的部分激光或杂散光。

具体地，光阑141平行设置于透镜131，以确保光阑141能够最大程度地为激光接收器120阻挡由激光发射器110发射的部分激光以及杂散光。

进一步地，滤光片142设置于激光接收器120和光学装置100的结构件150之间，且激光接收器120位于激光发射器110和滤光片142之间，因此设置滤光片142可将激光发射器110朝向激光接收器120的方向发射的部分激光吸收，避免结构件150反射大量的杂散光至激光接收器120。

进一步地，滤光片142的数量包括多个，多个滤光片142围成反射通道143，反射通道143的开口对应激光发射器110，且反射通道143相对透镜131呈夹角设置。

在本实施例中，将反射通道143的开口正对激光发射器110，以使激光发射器110发射的部分激光进入反射通道143内并进行多次反射，直至激光被滤光片142吸收。

具体地，滤光片142的反射率小于等于1％，即激光在滤光片142上反射一次激光的能量可衰减至少99％，从而使得激光在多个滤光片142形成的反射通道143内经过多次反射后消减或消失。

进一步地，在本发明的其中一个实施例中，滤光片142的数量为两个，两个滤光片142平行设置。

在本实施例中，滤光片142的数量较少，占用空间小，方便安装且成本较低。

在本发明的其他实施例中，滤光片142的数量还可以为四个，四个滤光片142两两相互平行，四个滤光片142可使吸收激光的效果进一步提升。

当然，滤光片142的数量还可以是其他设置，可根据实际应用中的需求设置不同数量的滤光片142，在此不做具体限定。

进一步地，本发明还提供了一种激光雷达(图未示)，包括如前述实施例的可消除盲区的光学装置100，可应用于汽车，探测范围较大。

如图4和图5所示，图4和图5的横坐标的均表示单位时间刻度，纵坐标均表示激光接收器120接收到的光强度。图4为在激光接收器120处未安装消除件140接收到的光信号示意图，A点表示接收到的杂散光，B点表示接收到的第一处目标物体200的反射光，C点表示接收到的第二处目标物体200的反射光。图5为在激光接收器120处安装消除件140接收到的光信号示意图，S点表示接收到的第三处目标物体200的反射光，其中，第三目标物体200、第一目标物体200及第二目标物体200距光学装置100的距离依次增大。结合图4和图5，可明显看出，在安装消除件140后，杂散光由A变为A'，显著减小了杂散光的强度，防止距光学装置100较近处的第三目标物体200反射的激光与杂散光的强度重叠，从而能够有效区分近距离的目标物体200的反射光和杂散光，进而实现消除光学装置100的盲区的目的。

综上所述，本发明实施例提供了一种可消除盲区的光学装置100及激光雷达，将消除件140设置在激光接收器120靠近透镜组130的一侧，使消除件140位于激光接收器120的周围，以阻挡或吸收激光发射器110发射的部分激光以及杂散光，从而减少甚至消除杂散光以及直接从激光发射器110射向激光接收器120的激光，进而消除激光雷达的探测盲区，增大探测范围。通过设置光阑141和滤光片142，可以吸收或阻挡激光发射器110发射的部分激光以及杂散光，从而保证激光接收器120能够接收到由目标物体200反射的部分激光，避免出现盲区的现象。多个滤光片142围成反射通道143，以使激光发射器110发射的部分激光进入反射通道143内并进行多次反射，可有效吸收激光。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种可消除盲区的光学装置，其特征在于，包括激光发射器、激光接收器、透镜组及消除件；

所述激光发射器、所述激光接收器和所述消除件均位于所述透镜组的一端；

所述激光发射器用于向所述透镜组发射激光，所述激光接收器用于接收目标物体反射的激光；

所述消除件设置于所述激光接收器的一侧，用于阻挡或吸收所述激光发射器发射的部分激光，或者，阻挡或吸收光学装置的结构件对所述激光发射器发射的部分激光所反射的杂散光。

2.根据权利要求1所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述消除件包括光阑，所述光阑靠近于所述激光接收器设置并位于所述激光接收器和所述激光发射器之间，所述光阑用于阻挡所述激光发射器发射的部分激光或所述杂散光。

3.根据权利要求2所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述透镜组包括多个透镜和半透镜，多个所述透镜平行设置，所述半透镜与所述透镜呈夹角设置；

所述光阑平行设置于所述透镜。

4.根据权利要求1-3任一项所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述消除件包括滤光片，所述滤光片设置于所述激光接收器和所述光学装置的结构件之间，所述滤光片用于吸收所述激光发射器发射的部分激光或所述杂散光。

5.根据权利要求4所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述滤光片的反射率小于或等于1％。

6.根据权利要求4所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述滤光片的数量包括多个，多个所述滤光片围成反射通道，所述反射通道的开口对应所述激光发射器。

7.根据权利要求6所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述透镜组包括多个透镜和半透镜，多个所述透镜平行设置，所述半透镜与所述透镜呈夹角设置；

所述反射通道相对所述透镜呈夹角设置。

8.根据权利要求7所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述滤光片的数量为两个，两个所述滤光片平行设置。

9.根据权利要求7所述的可消除盲区的光学装置，其特征在于，所述滤光片的数量为四个，四个所述滤光片两两相互平行。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的可消除盲区的光学装置。

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