CN114325640B - 一种激光雷达接收装置及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种激光雷达接收装置及激光雷达。一种激光雷达接收装置，包括：第一回波接收部件；第二回波接收部件，所述第二回波接收部件位于所述第一回波接收部件的一侧，被测物体位于所述第一回波接收部件的另一侧；光电探测器，所述光电探测器位于所述第二回波接收部件远离所述第一回波接收部件的一侧；其中，激光雷达发射的激光遇到被测物体形成回波光束，回波光束依次经过所述第一回波接收部件、第二回波接收部件后，被所述光电探测器所接收。本发明结构设计巧妙，通过利用第二回波接收部件的扩散特性，有效增加了光电探测器的探测角度，因此在光电探测部件探测面积恒定的情况下，能够增加激光雷达探测到视场范围，降低激光雷达的成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光测距技术领域，更具体的说是，涉及一种激光雷达接收装置及激光雷达。
背景技术
激光雷达技术通过主动发射激光束，照射到被测物体后，形成漫反射回波，由接收系统接收回波；通过测量激光发射时刻和回波接收时刻的时间差，可以获得激光雷达与被测物体的距离信息。由于激光具有重复频率高、激光光斑小、能量集中、指向性好等优点。使得激光雷达可以实现对被测物体的远距离、高精度测量。激光雷达的三维环境测量和感知具有重要的民用和军事应用价值。在先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶系统中，对车辆周边环境进行空间距离测量和三维环境重建，是实现高精度自动驾驶控制的重要前提条件。
目前的激光雷达系统包括激光发射部件、回波接收部件以及光电探测器构成了雷达探测系统，激光雷达的视场受到光电探测器的探测面积的限制，提高激光雷达的视场需要增大探测面积，必然会导致激光雷达的成本的增加，以及装配难度的增大。例如参照图1所示，远处所测对象为101，回波接收部件为102，光电探测器为103，最大视场角为∠A，因此现有的激光雷达的视场受到光电探测器103的探测面积的限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种激光雷达接收装置及激光雷达。
本发明要解决的是现有激光雷达存在的问题。
与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：
一种激光雷达接收装置，包括：第一回波接收部件；第二回波接收部件，所述第二回波接收部件位于所述第一回波接收部件的一侧，被测物体位于所述第一回波接收部件的另一侧；光电探测器，所述光电探测器位于所述第二回波接收部件远离所述第一回波接收部件的一侧；其中，激光雷达发射的激光遇到被测物体形成回波光束，回波光束依次经过所述第一回波接收部件、第二回波接收部件后，被所述光电探测器所接收。
作为进一步改进的，回波光束经过第一回波接收部件后，入射所述第二回波接收部件形成反射光，以及通过所述第二回波接收部件并发生均匀漫射形成透射光，部分透射光被所述光电探测器所接收。
作为进一步改进的，所述第一回波接收部件为一个或多个透镜。
作为进一步改进的，所述第二回波接收部件位于所述第一回波接收部件的像方焦平面上，所述被测对象能在所述第二回波接收部件上清晰成像。
作为进一步改进的，所述光电探测器为APD，SPAD，SiPM，PD，PIN的一种或多种。
作为进一步改进的，所述第一回波接收部件、第二回波接收部件、光电探测器的光学中心位于同一条直线上。
作为进一步改进的，所述第二回波接收部件为漫射体，材质为磨砂玻璃、乳白玻璃、全息散射片或衍射散射片的其中一种。
作为进一步改进的，所述第二回波接收部件的半径为r，第二回波接收部件的漫射角为θ，所述光电探测器位于回波光束传输方向的r/arctan(θ/2)处。
一种激光雷达，包括激光雷达发射部件，还包括所述的一种激光雷达接收装置。
本发明的有益效果为：
本发明提供的激光雷达接收装置采用第一回波接收组件、第二回波接收组件和光电探测器之间的组合，激光雷达发射的激光遇到被测物体产生的回波光束，回波光束依次经过第一回波接收组件和第二回波接收组件，最后回波光束中的大部分被光电探测器所接收，通过利用第二回波接收部件的扩散特性，有效增加了光电探测器的探测角度，因此在光电探测部件探测面积恒定的情况下，能够增加激光雷达探测到视场范围，降低激光雷达的成本。
附图说明
图1是背景技术的现有激光雷达的视场角与光电探测器的探测面积的工作原理示意图。
图2是本发明实施例提供的激光雷达接收装置的结构原理图。
图3是本发明实施例提供的第二回波接收部件的光线原理图。
图中：
101.被测对象 102.第一回波接收部件
103.光电探测器 104.第二回波接收部件
201.入射光 202.反射光
203.透射光 θ：漫射角
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式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方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
参照图2所示，一种激光雷达接收装置，包括：第一回波接收部件102；第二回波接收部件104，所述第二回波接收部件104位于所述第一回波接收部件102的一侧，被测物体位于所述第一回波接收部件102的另一侧；光电探测器103，所述光电探测器103位于所述第二回波接收部件104远离所述第一回波接收部件102的一侧；其中，激光雷达发射的激光遇到被测物体形成回波光束，回波光束依次经过所述第一回波接收部件102、第二回波接收部件104后，被所述光电探测器103所接收。
参照图3所示，回波光束经过第一回波接收部件102后，入射所述第二回波接收部件104形成反射光，以及通过所述第二回波接收部件104并发生均匀漫射形成透射光，部分透射光被所述光电探测器103所接收。当入射光201以任意角度照射到第二回波接收部件104时，小部分光发生反射形成反射光202，大部分光通过第二回波接收部件104并形成透射光发生均匀漫射，θ为漫射角。
激光雷达发射系统发射激光，经过准直系统准直后，射向测试区域，遇到被测对象101，在物体表面发射漫反射，形成回波光束，第一回波接收部件102接收第一返回光，第一返回光在经过第一回波接收部件102后光路发生改变形成第二回波光束；第二回波接收部件104接收第二回波光束，第二回波光束经过第二回波接收部件104发射漫射，使得第二回波光束中原本到不了光电探测器103的部分经过漫射后，能够被光电探测器103所接收；光电探测器103接收来自第二回波接收部件104的透射光，产生电信号，传输至激光雷达处理系统，用于确定所测对象的距离。
第二回波接收部件104可以通过增大接收面积，从而增加激光雷达的视场角，而大视场角的回波光束经过第二回波接收部件104反射漫射，变成了小视场角的回波光束，并被光电探测器103接收。
所述第一回波接收部件102为一个或多个透镜。
所述第二回波接收部件104位于所述第一回波接收部件102的像方焦平面上，所述被测对象101能在所述第二回波接收部件104上清晰成像。
所述光电探测器103为APD，SPAD，SiPM，PD，PIN的一种或多种。所述光电探测器103可以根据第二回波接收部件104的半径和漫射角度，选择合适的安装距离。
所述第一回波接收部件102、第二回波接收部件104、光电探测器103的光学中心位于同一条直线上。
所述第二回波接收部件104为漫射体，材质为磨砂玻璃、乳白玻璃、全息散射片或衍射散射片的其中一种。
所述第二回波接收部件104的半径为r，第二回波接收部件104的漫射角为θ，所述光电探测器103位于回波光束传输方向的r/arctan(θ/2)处。
一种激光雷达，包括激光雷达发射部件，还包括所述的一种激光雷达接收装置。
本发明提供的一种激光雷达接收装置及激光雷达的工作原理为：
激光雷达发射部件发射激光，经过准直系统准直后，射向测试区域，遇到被测对象101，在物体表面发射漫反射，形成回波光束，第一回波接收部件102接收第一返回光，第一返回光在经过第一回波接收部件102后光路发生改变形成第二回波光束；
第二回波接收部件104接收第二回波光束，第二回波光束经过第二回波接收部件104发射漫射，使得第二回波光束中原本到不了光电探测器103的部分经过漫射后，能够被光电探测器103所接收；
光电探测器103接收来自第二回波接收部件104的透射光，产生电信号，传输至激光雷达处理系统，用于确定所测对象的距离。
以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本发明权利要求的保护范围中。
Claims (4)
1.一种激光雷达接收装置，其特征在于，包括：
第一回波接收部件；
第二回波接收部件，所述第二回波接收部件位于所述第一回波接收部件的一侧，被测物体位于所述第一回波接收部件的另一侧；
光电探测器，所述光电探测器位于所述第二回波接收部件远离所述第一回波接收部件的一侧；
其中，激光雷达发射的激光遇到被测物体形成回波光束，回波光束依次经过所述第一回波接收部件、第二回波接收部件后，被所述光电探测器所接收；
所述第一回波接收部件为一个或多个透镜；
所述第二回波接收部件位于所述第一回波接收部件的像方焦平面上，所述被测对象能在所述第二回波接收部件上清晰成像；
所述第一回波接收部件、第二回波接收部件、光电探测器的光学中心位于同一条直线上；
回波光束经过第一回波接收部件后，入射所述第二回波接收部件形成反射光，以及通过所述第二回波接收部件并发生均匀漫射形成透射光，部分透射光被所述光电探测器所接收；
所述第二回波接收部件的半径为r，第二回波接收部件的漫射角为θ，所述光电探测器位于回波光束传输方向的r/arctan(θ/2)处。
2.根据权利要求1所述的一种激光雷达接收装置，其特征在于，所述光电探测器为APD，SPAD，SiPM，PD，PIN的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种激光雷达接收装置，其特征在于，所述第二回波接收部件为漫射体，材质为磨砂玻璃、乳白玻璃、全息散射片或衍射散射片的其中一种。
4.一种激光雷达，其特征在于，包括激光雷达发射部件，还包括如权利要求1至3中任一项所述的一种激光雷达接收装置。
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