CN114545364A - 光学视窗和激光雷达 - Google Patents

光学视窗和激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN114545364A
CN114545364A CN202011363147.9A CN202011363147A CN114545364A CN 114545364 A CN114545364 A CN 114545364A CN 202011363147 A CN202011363147 A CN 202011363147A CN 114545364 A CN114545364 A CN 114545364A
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical window
light beam
echo
reflected
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011363147.9A
Other languages
English (en)
Inventor
曾昭明
向少卿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hesai Technology Co Ltd
Original Assignee
Hesai Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hesai Technology Co Ltd filed Critical Hesai Technology Co Ltd
Priority to CN202011363147.9A priority Critical patent/CN114545364A/zh
Publication of CN114545364A publication Critical patent/CN114545364A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/484—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种光学视窗和激光雷达，光学视窗包括：第一部分，用于透过发射光束；第二部分，用于透过回波光束。本发明实施例中，发射光束被目标物反射形成回波光束，大部分的回波光束透过第二部分经由反射单元反射后被接收单元接收；部分回波光束透过第二部分后经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束，因为第一部分和第二部分在第一方向上具有夹角，因此反射光束和第二部分的夹角与大部分的回波光束和第二部分的夹角不同，从而反射光束经反射单元反射后射向接收单元的光路，与大部分的回波光束经反射单元反射后的光路不重合，反射光束不会被接收单元接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。

Description

光学视窗和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种光学视窗和激光雷达。
背景技术
激光雷达(LIDAR)，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，在自动驾驶中承担了路沿检测、障碍物识别以及实时定位与绘图(SLAM)等重要任务。
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回波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，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对汽车、行人等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲。
激光器发出的光束经过光学器件表面会发生透射和反射效应，此时如果视窗的反射率较高，会在雷达系统内部发生多次反射，在点云上形成噪点，导致激光雷达的探测效果不佳。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种光学视窗和激光雷达，减少点云上形成的噪点，提高激光雷达的探测效果。
本发明技术方案提供一种用于激光雷达的光学视窗，所述激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；反射单元，用于反射所述发射光束至光学视窗，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元还用于反射来自光学视窗的回波光束，部分所述回波光束经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束；接收单元，用于探测所述回波光束；所述光学视窗包括：第一部分，用于透过所述发射光束；第二部分，用于透过所述回波光束，所述第二部分与所述第一部分相连，发射单元到接收单元的排布方向为第一方向，所述第一部分和第二部分在所述第一方向上具有夹角，用于使所述反射光束与所述回波光束分离。
可选的，所述第一部分的表面为一个或多个平面，所述第二部分的表面为一个或多个平面。
可选的，所述第一部分为曲面，所述第二部分为曲面，所述第一部分的曲面向激光雷达外部凸出，所述第二部分的曲面向激光雷达内部凸出。
可选的，所述第一部分的表面为曲面，所述第二部分的表面为曲面，且所述第一部分和第二部分的曲率半径不同。
可选的，所述第一部分为平面，所述第二部分为曲面，且所述第二部分的曲面向激光雷达内部凸出；或者，所述第二部分为平面，所述第一部分为曲面，所述第一部分的曲面向激光雷达外部凸出。
可选的，所述第一部分为平面；或者，所述第一部分整体向激光雷达外部呈弯折状，包括：多个顺次连接的第一子平面。
可选的，所述第二部分为平面；或者，所述第二部分整体向激光雷达内部呈弯折状，包括：多个顺次连接的多个第二子平面。
可选的，所述第二部分在竖直平面上的投影尺寸大于所述第一部分在竖直平面上的投影尺寸，所述竖直平面与发射光束的方向垂直。
可选的，所述光学视窗的材料包括玻璃或聚碳酸酯。
可选的，所述第一部分和第二部分的夹角在0.1°-10°的范围内。
可选的，所述光学视窗包括：补盲结构，用于使所述发射光束在竖直方向上偏移，位于所述第一部分远离所述第二部分的一端，且设置在所述光学视窗远离激光雷达内部的表面上。
可选的，所述补盲结构为形成于光学视窗表面的凸出部或形成于光学视窗中的凹陷部。
可选的，所述第二部分相对于所述第一部分偏向所述反射单元。
相应地，本发明技术方案还提供一种激光雷达，包括：发射单元，用于提供发射光束；前述的光学视窗；反射单元，用于反射所述发射光束至所述光学视窗，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元还用于反射来自光学视窗的回波光束，部分所述回波光束经反射单元反射至所述光学视窗，并由所述光学视窗再次反射形成反射光束；接收单元，用于探测所述回波光束。
可选的，所述发射单元包括多个激光器，所述接收单元包括多个探测器，所述探测器与所述激光器一一对应，在所述激光器采用轮巡方式依次开启时，对应的所述探测器也采用轮巡方式依次开启，仅有回波光束被开启的所述探测器检测。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的光学视窗，当激光雷达工作时，发射光束透过所述第一部分射向目标物，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，大部分的回波光束透过第二部分经由反射单元反射后被接收单元接收；部分所述回波光束透过第二部分后经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束，因为所述第一部分和第二部分在所述第一方向上具有夹角，因此所述反射光束和第二部分的夹角与大部分的回波光束和第二部分的夹角不同，从而反射光束经反射单元反射后射向接收单元的光路，与大部分的回波光束经反射单元反射后的光路不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元接收，反射光束不会被接收单元接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
附图说明
图1是激光雷达发射光束路示意图；
图2是激光雷达接收光路示意图；
图3是仅示意出杂散光和杂散回波光束的传播路径的示意图；
图4是本发明第一实施例光学视窗的结构示意图；
图5是本发明回波光束穿过第一实施例光学视窗第二部分的光路示意图；
图6是本发明第一实施例光学视窗中补盲结构偏移发射光束的光路示意图；
图7是本发明第二实施例光学视窗中补盲结构的结构示意图；
图8是示出了本发明实施例光学视窗以及激光发射雷达发射单元和接收单元的结构示意图；
图9是本发明第二实施例光学视窗的结构示意图；
图10和图11是本发明第三实施例光学视窗的结构示意图；
图12是本发明第四实施例光学视窗的结构示意图；
图13是本发明第五实施例光学视窗的结构示意图；
图14是本发明第六实施例光学视窗的结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，视窗的反射率较高，会在激光雷达系统内部发生多次反射，在点云上形成噪点。下面参考图1至图3，分析点云上形成噪点的原因。
如图1所示，是激光雷达发射光束路示意图。
激光雷达包括：发射单元A，用于发射光束(如细实线所示)，所述发射光束用于透射向目标物E。具体的，发射光束经由反射镜C的反射后传达到视窗D时，反射光分为主光束(如细实线所示)和杂散光(如虚所示)，所述主光束透过视窗D射向目标物E，所述杂散光反射向反射镜C，再由反射镜C反射后透过视窗D射向干扰物F。
如图2所示，是激光雷达接收光路示意图。
激光雷达包括：接收单元B，用于接收所述发射光束被目标物E反射形成的主回波光束。具体的，主光束射向目标物E后形成的主回波光束透过视窗D，经由反射镜C的反射后，被接收单元B接收。
需要说明的是，杂散光射向干扰物F后形成杂散回波光束，杂散回波光束透过视窗D，经过反射镜C、视窗D和反射镜C的反射后与主回波光束的路径一致也被接收单元B接收。
结合图1和图2，参考图3，仅示意出杂散光和杂散回波光束的传播路径的示意图，具体的，图3中光路1为杂散光的传播路径，光路2为杂散回波光束的传播路径。
激光雷达中的视窗D为平面视窗，发射光束穿过所述视窗D时，会产生主光束和杂散光，主光束经目标物E反射后形成主回波光束，杂散光经干扰物F后形成杂散回波光束，特定角度内的杂散回波光束穿过视窗D后，经反射镜C、视窗D和反射镜C的反射后的路径，与主回波光束穿过视窗D后经反射镜C的反射后的路径相同，进而杂散回波光束与主回波光束会一同被接收单元B接收，导致在点云上形成噪点。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提出一种用于激光雷达的光学视窗，所述激光雷达包括：发射单元，用于提供发射光束；反射单元，用于反射所述发射光束至光学视窗，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元还用于反射来自光学视窗的回波光束，部分所述回波光束经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束；接收单元，用于探测所述回波光束；其特征在于，所述光学视窗包括：第一部分，用于透过所述发射光束；第二部分，用于透过所述回波光束，所述第二部分与所述第一部分相连，发射单元到接收单元的排布方向为第一方向，所述第一部分和第二部分在所述第一方向上具有夹角，用于使所述反射光束与所述回波光束分离。
本发明实施例所提供的光学视窗，当激光雷达工作时，发射光束透过所述第一部分射向目标物，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，大部分的回波光束透过第二部分经由反射单元反射后被接收单元接收；部分所述回波光束透过第二部分后经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束，因为所述第一部分和第二部分在所述第一方向上具有夹角，因此所述反射光束和第二部分的夹角与大部分的回波光束和第二部分的夹角不同，从而反射光束经反射单元反射后射向接收单元的光路，与大部分的回波光束经反射单元反射后的光路不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元接收，反射光束不会被接收单元接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
本发明实施例提供一种用于激光雷达的光学视窗，参考图4和图5，图4示出了本发明第一实施例光学视窗的结构示意图，图5示出了本发明回波光束穿过第一实施例光学视窗第二部分的光路示意图。
所述激光雷达包括：发射单元100(如图8所示)，用于提供发射光束；反射单元200，用于反射所述发射光束至光学视窗500，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元200还用于反射来自光学视窗500的回波光束，部分所述回波光束经反射单元200反射至光学视窗500，并由光学视窗500再次反射形成反射光束；接收单元300，用于探测所述回波光束；光学视窗，用于透过发射单元100提供的发射光束，以及透过目标物反射形成的回波光束。
所述光学视窗500包括：第一部分I，用于透过所述发射光束；第二部分II，用于透过所述回波光束，所述第二部分II与所述第一部分I相连，发射单元100到接收单元300的排布方向为第一方向，所述第一部分I和第二部分II在所述第一方向上具有夹角，用于使所述反射光束与所述回波光束分离。
本实施例中，所述第一方向为图5中箭头Y的指向，发射单元100到接收单元300的排布方向为第一方向，所述第一部分I和第二部分II在所述第一方向上具有夹角。具体的，第一部分I，用于透过所述发射光束，相应的，第一部分I与发射单元100相对应；第二部分II，用于透过所述回波光束，相应的，第二部分II与接收单元300相对应。
当激光雷达工作时，发射光束透过所述第一部分I射向目标物，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，大部分的回波光束透过第二部分II经由反射单元200反射后被接收单元300接收；部分所述回波光束透过第二部分II后先后经反射单元200反射至光学视窗500，并由光学视窗500再次反射形成反射光束，因为所述第一部分I和第二部分II在所述第一方向上具有夹角，因此所述反射光束和第二部分II的夹角与大部分的回波光束和第二部分II的夹角不同，从而反射光束经反射单元200反射后射向接收单元300的光路(如图5中虚线所示)，与大部分的回波光束经反射单元200反射后的光路(如图5中实线所示)不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元300接收，而反射光束不被接收单元300接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
本实施例中，光学视窗500的第一部分I和第二部分II的表面均为平面。第一部分I和第二部分II的表面均为平面，因此第一部分I和第二部分II具有工艺制造简单，易于成型，具有广泛的普遍适用性。
具体的，回波光束穿过第二部分II后，大部分的回波光束经反射单元200的反射到达接收单元300，部分所述回波光束经反射单元200反射至第二部分II，并由第二部分II再次反射形成反射光束，因为所述第一部分I和第二部分II在所述第一方向上具有夹角，使得所述反射光束与所述回波光束分离。
具体的，本实施例中，所述第一部分I和第二部分II的表面均为一个平面。其他实施例中，第一部分I和第二部分II的表面还可以为多个平面。
本实施例中，所述第二部分II在竖直平面上的投影尺寸大于所述第一部分I在竖直平面上的投影尺寸，所述竖直平面与发射光束的方向垂直。
本实施例中，光学视窗500中第一部分I，用于透过所述发射光束。发射光束是经过准直后的光束，因此，发射光在第一部分I处较为会聚，故优选所述第一部分I在竖直平面上的投影尺寸较小，只要满足发射光能穿过即可。第二部分II用于透过回波光束，供接收单元300接收，因为回波光束来自各个方向，光束发散，为了保证较高的能量利用率，使得接收单元300能够探测到更多的信息，故优选所述第二部分II在竖直平面上的投影尺寸需要较大，使得回波光束有更大的通光口径，让更多的回波光束能够穿过第二部分II被接收单元300接收。
本实施例中，光学视窗500的材料包括聚碳酸酯(Polycarbonate)。聚碳酸酯材料具有良好的机械性能、可塑性强、抗冲击强、密度低，成本低等特性。其他实施例中，所述光学视窗的材料还为玻璃，玻璃在工业产品中具有较广泛的应用，且可靠性更好、反射率较低。
本实施例中，所述光学视窗500的材料为聚碳酸酯，并且采用注塑的方式一体成型，注塑成型是最常用的制造塑料件的制造工艺，可以形成复杂的形状和细节，能够精确使第一部分I和第二部分II的夹角达到设计要求，注塑成型的光学视窗500的表面具有极好的光洁度，能够减少发射光束与第一部分I和回波光束与第二部分II的漫反射，使得更多的发射光束穿过第一部分I透射向目标物，更多的回波光束穿过第二部分II被接收单元300探测到。此外，注塑成型的生产效率高，成本低，更加经济。
需要说明的是，光学视窗500中，若第一部分I和第二部分II的夹角α(如图5所示)过大，会影响发射单元的装配空间，不利于将所述光学视窗500安装到激光雷达中。若第一部分I和第二部分II的夹角α过小，则所述反射光束和第二部分II的夹角与大部分的回波光束和第二部分II的夹角相差较小，即使反射光束经反射单元200反射后射向接收单元的光路，与大部分的回波光束经反射单元200反射后的光路不重合，但是反射光束和回波光束在接收单元300上的位置间距较小，反射光束被接收单元300接收到，导致反射光束在点云上形成噪点，从而造成激光雷达的探测效果不佳。本实施例中，所述第一部分I和第二部分II的夹角α(如图5所示)在0.1°至10°的范围内。
具体的，第一部分I与竖直平面平行设置，第二部分II与竖直平面具有夹角。
作为一种示例，所述第二部分II与竖直平面的夹角包括1°、5°。
结合图4和图5，参考图6，为第一实施例光学视窗500中补盲结构400偏移发射光束的光路示意图。所述光学视窗500包括：补盲结构400(如图4或图5所示)，用于使所述发射光束在竖直方向上偏移，位于所述第一部分I中远离所述第二部分II的一端，且设置在所述光学视窗500远离激光雷达内部的表面上。
所述补盲结构400用于使穿过第一部分I的发射光束中的部分光束，在竖直方向上偏移，使部分发射光束探测到旁轴光路中盲区区域中的物体，增大了穿过第一部分I的发射光束到达的范围，从而减小近距离盲区。
与补盲结构位于所述第一部分I中靠近所述第二部分II的一端的情况相比，本实施例中，补盲结构400(如图4所示)，位于所述第一部分I中远离所述第二部分II的一端，使得发射光束经补盲结构400偏折后能够到达更大范围的近距离区域中，进一步减小近距离盲区。
具体的，发射光束穿过不含补盲结构的第一部分I后能够到达的最远点为n，能够到达第一最近点m，最远点n和第一最近点m之间的范围为L1。发射光束穿过含有补盲结构400的第一部分I后能够到达的最远点为n，能够到达第二最近点p，最远点n和第二最近点p之间的范围为L2，L2和L1的最远点相同均为n，所述范围L2相比于范围L1增加第一最近点m和第二最近点p之间的区域，也就是补盲范围X，所述补盲范围X为穿过第一部分I的部分发射光束经补盲结构400向第二部分II偏转所形成的区域，减小了近距离的盲区。
与补盲结构位于所述光学视窗中靠近激光雷达内部的表面上的情况相比，本实施例中，补盲结构400，设置在所述光学视窗500远离激光雷达内部的表面上，能够减小发射光束被补盲结构400反射入激光雷达内部的杂散光的比例，也使得更多的发射光束穿过第一部分I后经补盲结构400直接能够到更大范围的近距离区域中。
需要说明的是，补盲结构400可以根据偏折光束占发射光束的能量比进行设置，例如，设置成使偏折光束的能量为发射光束能量的5％以下。
作为一种示例，如图6所示，所述补盲结构400为形成于光学视窗500表面的凸出部。
作为另一种示例，图7是本发明第二实施例光学视窗中补盲结构400的结构示意图，所述补盲结构400还可以为形成于光学视窗500中的凹陷部。
参考图8，示出了本发明实施例光学视窗500以及激光发射雷达发射单元100和接收单元300的结构示意图。
本实施例中，所述发射单元100包括：多个激光器10，多个所述激光器10呈两列在竖直方向上呈交错排布。
所述发射单元100应用于激光雷达中，用于提供透射向目标物，实现目标物探测的发射光束，所述发射光束经由目标物后形成回波光束。
反射单元200用于反射发射单元100提供的所述发射光束透过第一部分I，投射向目标物，也用于反射透过第二部分II的回波光束，便于接收单元300探测。
本实施例中，所述反射单元200包括反射镜。
本实施例中，所述反射镜表面与发射光束存在夹角，所述夹角满足将发射光束穿过光学视窗500的第一部分I即可，具体的夹角可以根据实际应用需求进行设置，对此本实施例不作限制。相应的，所述反射镜200表面与回波光束存在夹角，所述夹角满足将回波光束穿过光学视窗500的第二部分II后，经反射镜200反射后被接收单元300探测，具体的夹角可以根据实际应用需求进行设置，对此本实施例不作限制。
继续参考图8，本实施例中，所述接收单元300包括多个探测器30，多个所述探测器30呈两列在竖直方向上呈交错排布，且所述接收单元300中的探测器30与所述发射单元100中的激光器10一一对应。
在激光雷达工作时，发射单元100中的多个所述激光器10采用轮巡方式依次开启，接收单元300中的多个所述探测器30采用轮巡方式依次开启。
具体的，发射单元100中的两列激光器10从上至下均按照第一激光器、第二激光器、第三激光器顺次排序，所述接收单元300中的两列探测器30从上至下均按照为第一探测器、第二探测器以及第三探测器顺次排序。所述第一探测器与第一激光器相对应，第二测器与第二激光器相对应，第三探测器与第三激光器相对应，在激光雷达工作时，接收单元300中的探测器30和发射单元100中的激光器10采用轮巡配合的方式工作，具体表现为，第一激光器和第一探测器开启时，发射单元100中的第二激光器、第三激光器关闭，探测单元中的第二探测器和第三探测器关闭。当发射单元100中的第一激光器提供发射光束，经反射镜200反射，穿过第一部分I投射向目标物，投射向目标物的发射光束产生回波光束，由于第二部分II与第一部分I形成一定角度，接收时，大部分的回波光束穿过第二部分II后，经反射镜反射，被接收单元300中的第一探测器接收，而经过第二部分II二次反射后形成的反射光束，与大部分的回波光束经反射镜反射后的光路不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元300接收，反射光束不会被接收单元300接收到，也就是说仅有回波光束被开启的所述第一探测器检测到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
参考图9，示出了本发明第二实施例光学视窗的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：所述第一部分I整体向激光雷达外部呈弯折状，包括：多个顺次连接的第一子平面a。
本发明实施例中，多个顺次连接的第一子平面a使得第一部分I整体向激光雷达外部呈弯折状，使得发射单元100提供的发射光束经反射镜200反射后，在穿过所述第一部分I时，与第一部分I为一个平面的情况相比，减少在点云上形成的噪点，能够提升测远能力。
具体的，本实施例中，所述第一部分I包括三个顺次连接的第一子平面a。其他实施例中，顺次连接的第一子平面a的数量还可为两个或者多于3个。
参考图10和图11，示出了本发明第三实施例光学视窗的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：所述第二部分II整体向激光雷达内部呈弯折状，包括：多个顺次连接的第二子平面b。
本发明实施例中，多个顺次连接的第二子平面b使得第二部分II整体向激光雷达内部呈弯折状，回波光束在穿过所述第二部分II时，与第二部分II为一个平面的情况相比，减少在点云上形成的噪点，经反射镜200反射后被接收单元300探测，能够提升测远能力。
具体的，作为一种示例，如图11所示，所述第二部分II包括两个顺次连接的第二子平面b。
作为另一种示例，如图12所示，所述第二部分II包括三个顺次连接的第二子平面b。
其他实施例中，顺次连接的第二子平面b的数量还可多于3个。
参考图12，示出了本发明第四实施例光学视窗的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：所述第一部分I为曲面，所述第二部分II为曲面，所述第一部分I的曲面向激光雷达外部凸出，所述第二部分II的曲面向激光雷达内部凸出。
所述第一部分I的曲面向激光雷达外部凸出，使得发射单元100提供的发射光束经反射镜200反射后，在穿过所述第一部分I时，对发射光束有会聚作用，使得更多的发射光束会聚到目标物上，从而目标物根据会聚的发射光束能够产生较强的回波光束，能够提升测远能力。
所述第二部分II的曲面向激光雷达内部凸出，回波光束在穿过所述第二部分II时，对回波光束有会聚作用，使得较多的回波光束经反射镜200反射后被接收单元300探测，能够提升测远能力。
本实施例中，第一部分I和第二部分II的曲率半径不同。
大部分的回波光束透过第二部分II经由反射镜反射后被接收单元接收；部分所述回波光束透过第二部分II后先后经反射镜反射至光学视窗，并由光学视窗500再次反射形成反射光束，因为所述第一部分I和第二部分II的曲率半径不同，因此所述反射光束经第二部分II会聚后的光路与大部分的回波光束经第二部分II会聚后的光路不同，从而反射光束经反射镜反射后射向接收单元300的光路，与大部分回波光束经反射镜反射后的光路不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元300接收，反射光束不被接收单元300接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
参考图13，示出了本发明第五实施例光学视窗的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：所述第一部分I为平面，所述第二部分II为曲面，且所述第二部分II的曲面向激光雷达内部凸出。
所述第二部分II的曲面向激光雷达内部凸出，回波光束在穿过所述第二部分II时，对回波光束有会聚作用，使得较多的回波光束经反射镜200反射后被接收单元300探测，能够提升测远能力。
参考图14，示出了本发明第六实施例光学视窗的结构示意图。
本实施例与第一实施例的相同之处在此不再赘述，本实施例与第一实施例的不同之处在于：所述第二部分II为平面，所述第一部分I为曲面，所述第一部分I的曲面向激光雷达外部凸出。
所述第一部分I的曲面向激光雷达外部凸出，使得发射单元100提供的发射光束经反射镜200反射后，在穿过所述第一部分I时，对发射光束有会聚作用，使得更多的发射光束会聚到目标物上，从而目标物根据会聚的发射光束能够产生较强的回波光束，能够提升测远能力。
为了解决在点云上形成噪点的问题。相应的，本发明实施例还提供一种激光雷达，包括：
发射单元100，用于提供发射光束；前述的光学视窗500，所述光学视窗500的相关描述参考前述实施例，在此不再赘述；反射镜200，用于反射所述发射光束至光学视窗500，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射镜200还用于反射来自光学视窗500的回波光束，部分所述回波光束经反射镜200反射至光学视窗500，并由光学视窗500再次反射形成反射光束；接收单元300，用于探测所述回波光束。
当激光雷达工作时，发射光束透过所述第一部分I射向目标物，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，大部分的回波光束透过第二部分II经由反射镜200反射后被接收单元300接收；部分所述回波光束透过第二部分II后先后经反射镜200反射至光学视窗500，并由光学视窗500再次反射形成反射光束，因为所述第一部分I和第二部分II在所述第一方向上具有夹角，因此所述反射光束和第二部分II的夹角与大部分的回波光束和第二部分II的夹角不同，从而反射光束经反射镜200反射后射向接收单元300的光路(如图5中虚线所示)，与回波光束经反射镜200反射后的光路(如图5中实线所示)不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元300接收，反射光束不被接收单元300接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
所述发射单元100应用于激光雷达中，用于提供透射向目标物，实现目标物探测的发射光束，所述发射光束经由目标物后形成回波光束。
本实施例中，所述发射单元100包括：多个激光器10(如图8所示)，多个所述激光器10呈两列在竖直方向上呈交错排布。其他实施例中，发射单元中的激光器还可以呈矩阵式排布，能够保证发射光束的均一性。所述发射单元中的激光器可以根据实际功能需要设置为一行多列或多行多列的排布。
本实施例中，所述激光器10为半导体激光器，包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)或边发射激光器(EEL)。
激光器10可以发射波长为850nm、905nm、940nm等波长的激光。上述波长位于可见光波长范围之外，可以避免可见光对目标物探测的影响反射镜200用于反射发射单元100提供的所述发射光束透过第一部分I，投射向目标物，也用于反射透过第二部分II的回波光束，便于接收单元300探测。
本实施例中，所述接收单元300包括多个探测器30，多个所述探测器30呈两列在竖直方向上呈交错排布，且所述接收单元300中的探测器30与所述发射单元100中的激光器10一一对应。其他实施例中，所述接收单元中的探测器还可以呈矩阵式排布，所述接收单元中的探测器可以根据实际功能需要设置为一行多列或多行多列的排布。
本实施例中，探测器30包括APD(Avalanche Photo Diode)、硅光电倍增管(SiPM)或单光子雪崩二极管(SPAD)。
需要说明的是，在所述激光器10采用轮巡方式依次开启时，对应的所述探测器30也采用轮巡方式依次开启，仅有回波光束被开启的所述探测器30检测，而反射光束不会落在探测上或者落在未被开启的所述探测器30上，从而反射光束未被检测到。
此外，本实施例中，所述发射单元100中的激光器10为两列，且在竖直方向上呈交错排布，所述接收单元300中的探测器30为两列，且在竖直方向上呈交错排布，在激光雷达工作时，每列激光器10中的一个激光器发射光束，两个激光器10发出的发射光束的光路不同，从而两个发射光束透射向目标物的角度不同，与所述发射单元中的激光器为一列，接收单元中的探测器为一列的情况相比，被目标物反射形成的两个回波光束可提供的信息多于一个回波光束可提供的信息，有利于提高点云密度，提高探测效果；同时能够提高在竖直方向上的分辨率。
在激光雷达工作时，反射光束经反射单元200反射后射向接收单元300的光路(如图5中虚线所示)，与回波光束经反射单元200反射后的光路(如图5中实线所示)不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，因为所述激光器10和探测器30均采用轮巡方式依次开启，且仅有回波光束被开启的所述探测器30检测，而反射光束不会落在探测器30上或者落在未被开启的所述探测器30上，从而反射光束未被检测到，也就是说反射光束不被探测器30接收到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
具体的，发射单元100中的两列激光器10从上至下均按照第一激光器、第二激光器、第三激光器顺次排序，所述接收单元300中的两列探测器30从上至下均按照为第一探测器、第二探测器以及第三探测器顺次排序。所述第一探测器与第一激光器相对应，第二测器与第二激光器相对应，第三探测器与第三激光器相对应，在激光雷达工作时，接收单元300中的探测器30和发射单元100中的激光器10采用轮巡配合的方式工作，具体表现为，第一激光器和第一探测器开启时，发射单元中的第二激光器、第三激光器关闭，探测单元中的第二探测器和第三探测器关闭。当发射单元100中的第一激光器提供发射光束，经反射镜200反射，穿过第一部分I投射向目标物，投射向目标物的发射光束产生回波光束，由于第二部分II与第一部分I形成一定角度，接收时，大部分的回波光束穿过第二部分II后，经反射镜反射，被接收单元300中的第一探测器接收，而经过第二部分II二次反射后形成的反射光束，与大部分的回波光束经反射镜反射后的光路不重合，进而反射光束和回波光束的传播方向不同，回波光束被接收单元300接收，反射光束不会被接收单元300接收到，也就是说仅有回波光束被开启的所述第一探测器检测到，减少在点云上形成的噪点，能够提高激光雷达的探测效果。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (15)

1.一种用于激光雷达的光学视窗，所述激光雷达包括：
发射单元，用于提供发射光束；
反射单元，用于反射所述发射光束至光学视窗，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元还用于反射来自光学视窗的回波光束，部分所述回波光束经反射单元反射至光学视窗，并由光学视窗再次反射形成反射光束；
接收单元，用于探测所述回波光束；
其特征在于，所述光学视窗包括：
第一部分，用于透过所述发射光束；
第二部分，用于透过所述回波光束，所述第二部分与所述第一部分相连，发射单元到接收单元的排布方向为第一方向，所述第一部分和第二部分在所述第一方向上具有夹角，用于使所述反射光束与所述回波光束分离。
2.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分的表面为一个或多个平面，所述第二部分的表面为一个或多个平面。
3.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分为曲面，所述第二部分为曲面，所述第一部分的曲面向激光雷达外部凸出，所述第二部分的曲面向激光雷达内部凸出。
4.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分的表面为曲面，所述第二部分的表面为曲面，且所述第一部分和第二部分的曲率半径不同。
5.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分为平面，所述第二部分为曲面，且所述第二部分的曲面向激光雷达内部凸出；
或者，所述第二部分为平面，所述第一部分为曲面，所述第一部分的曲面向激光雷达外部凸出。
6.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分为平面；
或者，
所述第一部分整体向激光雷达外部呈弯折状，包括：多个顺次连接的第一子平面。
7.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第二部分为平面；
或者，
所述第二部分整体向激光雷达内部呈弯折状，包括：多个顺次连接的多个第二子平面。
8.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第二部分在竖直平面上的投影尺寸大于所述第一部分在竖直平面上的投影尺寸，所述竖直平面与发射光束的方向垂直。
9.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述光学视窗的材料包括玻璃或聚碳酸酯。
10.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述第一部分和第二部分的夹角在0.1°-10°的范围内。
11.如权利要求1所述的光学视窗，其特征在于，所述光学视窗包括：补盲结构，用于使所述发射光束在竖直方向上偏移，位于所述第一部分远离所述第二部分的一端，且设置在所述光学视窗远离激光雷达内部的表面上。
12.如权利要求11所述的光学视窗，其特征在于，所述补盲结构为形成于光学视窗表面的凸出部或形成于光学视窗中的凹陷部。
13.如权利要求11所述的光学视窗，其特征在于，所述第二部分相对于所述第一部分偏向所述反射单元。
14.一种激光雷达，其特征在于，包括：
发射单元，用于提供发射光束；
如权利要求1至13任一项所述的光学视窗；
反射单元，用于反射所述发射光束至所述光学视窗，所述发射光束被目标物反射形成回波光束，所述反射单元还用于反射来自光学视窗的回波光束，部分所述回波光束经反射单元反射至所述光学视窗，并由所述光学视窗再次反射形成反射光束；
接收单元，用于探测所述回波光束。
15.如权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述发射单元包括多个激光器，所述接收单元包括多个探测器，所述探测器与所述激光器一一对应，在所述激光器采用轮巡方式依次开启时，对应的所述探测器也采用轮巡方式依次开启，仅有回波光束被开启的所述探测器检测。
CN202011363147.9A 2020-11-27 2020-11-27 光学视窗和激光雷达 Pending CN114545364A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011363147.9A CN114545364A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 光学视窗和激光雷达

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011363147.9A CN114545364A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 光学视窗和激光雷达

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114545364A true CN114545364A (zh) 2022-05-27

Family

ID=81667835

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011363147.9A Pending CN114545364A (zh) 2020-11-27 2020-11-27 光学视窗和激光雷达

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114545364A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024092424A1 (zh) * 2022-10-31 2024-05-10 深圳市大疆创新科技有限公司 光学窗口、激光雷达及可移动平台

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024092424A1 (zh) * 2022-10-31 2024-05-10 深圳市大疆创新科技有限公司 光学窗口、激光雷达及可移动平台

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN213750313U (zh) 光学视窗和激光雷达
US20220128667A1 (en) Multi-beam laser radar and self-moving vehicle
CN212872895U (zh) 激光光源、光发射单元和激光雷达
CN113433564A (zh) 激光雷达及使用激光雷达测距的方法
US20230117963A1 (en) Laser source, light emitting unit, and lidar
CN111308480A (zh) 一种激光雷达接收系统
CN113030911A (zh) 一种激光雷达系统
CN114545364A (zh) 光学视窗和激光雷达
US20230152427A1 (en) Laser radar receiving system
CN213544818U (zh) 能够减少盲区的激光雷达
WO2022041137A1 (zh) 激光雷达和测距方法
US20230184901A1 (en) Laser emitting unit for lidar and lidar
CN212111791U (zh) 一种激光雷达接收系统
WO2024045884A1 (zh) 激光雷达、电子设备及车辆
CN116299347A (zh) 激光雷达及其探测方法
CN115480260A (zh) 激光雷达及智能感应设备
CN114563773A (zh) 能够减少盲区的激光雷达
CN220019864U (zh) 一种激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备
CN219871762U (zh) 同轴激光雷达和终端设备
CN219417730U (zh) 非同轴激光雷达和终端设备
CN116009009B (zh) Tof激光测量系统、激光发射和接收模组以及激光雷达
CN219065736U (zh) 一种激光雷达、自动驾驶系统及可移动设备
CN218630192U (zh) 一种激光雷达系统及移动设备
CN219533393U (zh) 一种激光雷达系统
CN221056656U (zh) 一种激光雷达及移动设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination