CN115825916B - 一种光学接收装置及光学传感装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学接收装置及光学传感装置，属于光学传感技术领域，光学接收装置包括镜片组件、反射件以及感光件；镜片组件包括至少一个镜片；反射件位于穿过镜片组件的光的传输路径上，反射件具有反射面，反射面用于反射穿过镜片组件的光；感光件具有感光面，感光面用于接收反射面反射的光。目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件后被反射件的反射面反射，反射件可以改变光的传输方向，使得光集中向感光件的感光面传输，这样即使目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件时发生偏移，利用反射件的反射作用仍然可以使得大部分探测回波光束被感光件探测接收，从而可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

Description

一种光学接收装置及光学传感装置

技术领域

本申请涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种光学接收装置及光学传感装置。

背景技术

光学传感装置是能够把光信号转变成为电信号的器件，光学传感装置一般包括光学发射装置以及光学接收装置，光学发射装置中的光源向目标物体发射探测光束，光学接收装置接收目标物体反射回来的探测回波光束并输出对应的电信号，光学传感装置中的控制部分对电信号进行处理后，可以获得目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数，从而实现探测功能。

然而，在测量目标物体的距离时，目标物体反射回来的探测回波光束需要经光学接收装置中的镜片组件处理后传输给感光件，为了满足系统远距离的探测需求，在目标物体距离较近时，探测回波光束穿过镜片组件时会发生偏移，可能导致大量探测回波光束没有被光学传感器探测接收，从而导致光学传感装置接收到的探测光信号的强度较弱。

发明内容

本申请提供一种光学接收装置及光学传感装置，可以解决光学传感装置接收到的探测光信号的强度较弱的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种光学接收装置，包括：

镜片组件，包括至少一个镜片；

反射件，位于穿过所述镜片组件的光的传输路径上，所述反射件具有反射面，所述反射面用于反射穿过所述镜片组件的光；

感光件，具有感光面，所述感光面用于接收所述反射面反射的光。

在本申请一些实施例中，所述反射面为内凹面。反射面可以内凹以形成凹面反射结构，发散的光射向凹面反射结构后，可以通过凹面反射结构的反射作用将经反射面反射后的光聚集，从而可以使得经反射面反射后的光聚集于感光件的感光面上，使得大部分探测回波光束被感光件探测接收。

在本申请一些实施例中，所述反射面为内凹的曲面。相比于由多个反射平面构成的凹面反射结构，由多个反射平面构成的凹面反射结构一般具有多个聚光焦点，而由平滑的曲面构成的凹面反射结构可以将感光件的感光面作为凹面反射结构的一个焦点，这样从多个位置反射回来的探测回波光束经过反射面反射后都会反射到感光面上，可以提高光学传感装置接收到的预设距离范围内的各个位置的探测光信号的强度，提升光学传感装置的探测效果。

在本申请一些实施例中，所述反射面具有第一焦点和第二焦点，穿过所述第一焦点且向所述反射面传输的光经所述反射面反射后聚集于所述第二焦点，所述第一焦点与所述镜片组件的出瞳中心重合，所述第二焦点位于所述感光件的感光面。将反射面的第一焦点与镜片组件的出瞳中心重合设置，并且第二焦点可以位于感光件的感光面，这使得从目标物体反射回来的探测回波光束在穿过镜片组件并经反射面反射后，会聚焦到感光面上，可以进一步提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

在本申请一些实施例中，所述反射面的第二焦点位于所述感光面的中心。将反射面的第二焦点与感光面的中心重合设置，可以在不改变感光面的面积的基础上，使得更多的光传输至感光面上，提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

在本申请一些实施例中，所述反射面为圆弧面。圆弧状的反射面可以使得从目标物体反射回来的探测回波光束在穿过镜片组件并经反射面反射后，聚焦到感光面上，从而可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

在本申请一些实施例中，所述反射面为椭圆弧面。椭圆弧面的反射面可以使得从目标物体反射回来的探测回波光束在穿过镜片组件并经反射面反射后，会聚焦到感光面上，从而可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

在本申请一些实施例中，所述反射面为平面。相对于凹面反射结构，平面反射结构的聚光效果虽然稍差，但是平面反射结构更易成型，可以在保证光学传感装置接收到的探测光信号的强度足够的前提下，降低反射件的生产成本。

在本申请一些实施例中，所述感光件的感光面与所述镜片组件的光轴平行设置，所述反射面相对于所述感光面倾斜设置。上述设计便于镜片组件、反射件以及感光件在光学传感装置中的摆放，有利于降低组装成本及提升空间利用率。

第二方面，本申请还提供一种光学传感装置，包括光学发射装置以及如上述任一实施例中所述的光学接收装置；所述光学发射装置用于向目标物体发射探测光束，所述光学接收装置用于接收所述目标物体反射回来的探测回波光束。

本申请的有益效果为：目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件后被反射件的反射面反射，反射件可以改变光的传输方向，使得光集中向感光件的感光面传输，这样即使位于预设距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件时发生偏移，利用反射件的反射作用仍然可以使得大部分探测回波光束被感光件探测接收，从而可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度，提升光学传感装置的探测效果。另外，光学传感装置采用了前述实施例中的所述的光学接收装置，则光学传感装置也具备所述光学接收装置的特征及优势，此处不再一一赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。

图1为本申请一实施例中光学接收装置的光路结构示意图；

图2为本申请一实施例中光学接收装置的光路结构示意图；

图3为本申请一实施例中光学接收装置的光路结构示意图；

图4为本申请一实施例中光学接收装置的光路结构示意图；

图5为本申请一实施例中光学接收装置的光路结构示意图；

图6为本申请一实施例中光学传感装置的立体结构示意图。

附图标记：

10、光学接收装置；11、镜片组件；111、镜片；12、反射件；121、反射面；13、感光件；131、感光面；14、架体；21、底座；22、旋转驱动装置；23、盖板；24、保护罩；25、外接接口；30、光学发射装置。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在使用光学传感装置测量目标物体的距离时，目标物体反射回来的探测回波光束需要经光学接收装置中的镜片组件处理后传输给感光件，而相比于较远距离，与光学传感装置距离较近的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件时会发生偏移，可能导致大量探测回波光束没有被光学传感器探测接收，从而导致光学传感装置接收到的探测光信号的强度较弱。

本申请提供一种光学接收装置及光学传感装置，可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度，提升光学传感装置的探测效果。

如图1和图2所示，本申请提供一种光学接收装置10，光学接收装置10可以接收目标物体反射回来的探测回波光束并输出对应的电信号。光学接收装置10包括镜片组件11、反射件12以及感光件13。

其中，镜片组件11包括至少一个镜片111，镜片111采用玻璃或树脂等光学透明材料制作而成，镜片111具有一个或多个曲面，可改变光的传输方向，控制配光分布以汇聚光并最终成像。镜片111按照其外形、功能的不同可以分为凸透镜和凹透镜，本申请中对镜片111的材料、类型、尺寸等均不作限制。镜片组件11中镜片111的数量为至少一个，而为了使镜片组件11具有多种不同的光学性能，镜片111的数量通常设置为多个，多个镜片111之间可以采用层叠的方式设置在一起以形成光学接收装置10的镜头，多个镜片111的光轴O可以是重合的，光轴O是通过镜片111中心的线，且多个镜片111可以是相同的，也可以是不同的，本实施例中对此不作限制。

反射件12位于穿过镜片组件11的光的传输路径上，反射件12具有反射面121，反射面121用于反射穿过镜片组件11的光。可以理解的是，与光学传感装置的距离位于预设距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件11后被反射件12的反射面121反射，利用反射件12可以改变光的传输路径，使得穿过镜片组件11的光向感光件13传输。反射面121为具有镜反射功能的光滑镜面，反射面121可以是通过研磨等方式在反射件12上形成的，反射面121也可以是通过在反射件12上涂布或贴附反射层形成的。反射件12的材质可以根据实际情况进行选择，本申请不做具体限制。反射面121的大小可以根据实际需求进行选择，本申请不做具体限制。

感光件13具有感光面131，感光面131用于接收反射面121反射的光，感光件13可以接收经反射件12反射的光，并将光信号转换为电信号后传递至光学传感装置中的控制部分，光学传感装置中的控制部分对电信号进行处理后，可以获得目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数。感光件13可以是光学传感器，光学传感器的具体工作原理在相关技术中早有公示，本申请实施例不做赘叙。光学传感器的型号和种类可以根据实际需求进行选择。感光面131的形状可以为圆形、椭圆形、方形或三角形等形状，本申请不做具体限制。

需要说明的是，目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件11后被反射件12的反射面121反射，反射件12可以改变光的传输方向，使得光集中向感光件13的感光面131传输，这样即使位于预设距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件11时发生偏移，利用反射件12的反射作用仍然可以使得大部分探测回波光束被感光件13探测接收，从而可以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度，提升光学传感装置的探测效果。

在本申请一些实施例中，如图1所示，反射面121为内凹面。可以理解的是，内凹的凹面反射结构具有聚光作用，发散的光射向内凹的反射面121后，可以通过反射面121的反射作用使得探测回波光束经反射面121反射后聚集，从而可以使得经反射面121反射后的光聚集于感光件13的感光面131上，使得位于预设距离范围内的目标物体反射回来的大部分探测回波光束被感光件13探测接收。

其中，反射面121可以由多个反射平面构成，多个反射平面可以依次连接以形成内凹的凹面反射结构，可以理解的是，与镜片组件11距离不同的目标物体反射回来的探测回波光束在反射面121上的反射地点不同，因此，当反射面121由多个反射平面组成时，每个反射平面可以对应的对一定距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束进行光路调整，使得与该反射平面对应距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束入射到感光面131上。

当然，如图2和图3所示，反射面121也可以为内凹的曲面，反射面121可以为圆弧面或椭圆弧面。相比于由多个反射平面构成的凹面反射结构，由多个反射平面构成的凹面反射结构一般具有多个聚光焦点，而由平滑的曲面构成的凹面反射结构可以将感光件13的感光面131作为凹面反射结构的一个焦点，这样从多个位置反射回来的探测回波光束经过反射面121反射后都会反射到感光面131上，可以提高光学传感装置接收到的预设距离范围内的各个位置的探测光信号的强度，提升光学传感装置的探测效果。

其中，如图2所示，所述反射面121可以由一个内凹曲面组成。当然，如图3所示，所述反射面121也可以由多个内凹曲面组成。当所述反射面121由多个内凹曲面组成时，多个内凹曲面可以相互连接或间隔设置，每个内凹曲面可以对应的对一定距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束进行光路调整，使得与该反射平面对应距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束入射到感光面131上。

还需要说明的是，与镜片组件11距离越近的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件11时偏移越大，而与镜片组件11距离很远的目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜片组件11时偏移极小，因此，可以仅对位于预设距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束进行聚光，以提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

因此，反射面121的长度与光学传感装置需要探测的预设距离范围相关，位于预设距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束需要通过反射件12进行聚光，一般而言，光学传感装置需要探测的预设距离范围越大，反射面121的长度越大，如光学传感装置仅需要对20之外的目标物体进行探测，此时预设距离范围为20米至50米，反射面121的长度为8厘米，而当预设距离范围为20米至80米时，反射面121的长度为10厘米，光学传感装置需要探测的预设距离范围可以根据实际需求进行选择，本申请不做限定。

继续参见图2所示，其中，反射面121具有第一焦点F1和第二焦点F2，穿过第一焦点F1且向反射面121传输的光经反射面121反射后聚集于第二焦点F2，第一焦点F1与镜片组件11的出瞳中心重合，第二焦点F2可以位于感光件13的感光面131。

需要说明的是，对于本领域技术人员可知，由曲面构成的凹面反射结构必然会具有两个焦点，并且在不考虑其他部件对光的影响的情况下，从凹面反射结构的一个焦点射出的光经凹面反射结构反射后，必然会聚集于凹面反射结构的另一个焦点，经凹面反射结构反射后的光聚集的焦点即为凹面反射结构的聚光焦点。而对于镜片组件11等光学系统，光学系统的孔径光阑在光学系统像空间所成的像称为光学系统的“出瞳”，而出瞳中心是指出瞳的中心，射入镜片组件11的光会在镜片组件11内相交于出瞳中心，出瞳中心是镜片组件11的光学中心，且穿过出瞳中心的光穿过镜片组件11时光的传输方向不会发生改变。

因此，在本申请实施例中，将反射面121的第一焦点F1与镜片组件11的出瞳中心重合设置，并且第二焦点F2可以位于感光件13的感光面131，这使得从目标物体反射回来的探测回波光束在穿过镜片组件11并经反射面121反射后，会聚焦到感光面131上，可以进一步提高光学传感装置接收到的探测光信号的强度。

继续参见图2所示，反射面121的第二焦点F2可以位于感光面131的中心。

可以理解的是，经反射面121反射的光在向反射面121的第二焦点F2传输的过程中，因为空气介质等因素的影响，会使得部分光发生偏转，从而导致部分光会散落至第二焦点F2的附近，而将反射面121的第二焦点F2与感光面131的中心重合设置，可以在不改变感光面131的面积的基础上，使得更多的光传输至感光面131上。

如图4所示，在本申请另一实施例中，反射面121为平面。可以理解的是，相对于凹面反射结构，平面反射结构的聚光效果虽然稍差，但是平面反射结构更易成型，可以在保证光学传感装置接收到的探测光信号的强度足够的前提下，降低反射件12的生产成本。

需要说明的是，如图4所示，当反射面121为平面时，可以仅设置一个反射件12，此时可以仅通过一个反射件12改变穿过镜片组件11后的探测回波光束的传输方向，使得探测回波光束集中向感光件13的感光面131传输。

当然，如图5所示，当反射面121为平面时，也可以设置多个反射件12，通过对多个反射件12的位置进行设计，使得多个反射件12相互配合，可以对穿过镜片组件11后的探测回波光束的传输方向进行多次改变，从而使得更多的探测回波光束集中向感光件13的感光面131传输。

如图1至图5所示，在本申请一实施例中，感光件13的感光面131与镜片组件11的光轴O平行设置，反射面121相对于感光面131倾斜设置，以便于镜片组件11、反射件12以及感光件13在光学传感装置中的摆放。

当然，镜片组件11、反射件12以及感光件13的位置也可以根据实际需求进行选择，如镜片组件11与感光件13位于反射件12的同一侧，将反射件12的反射面121与感光件13的感光面131平行设置，且镜片组件11的光轴O相对于反射面121倾斜设置。

基于上述光学接收装置10，本申请还提供一种光学传感装置，如图6所示，光学传感装置包括光学发射装置30以及如上述任一实施例中的光学接收装置10。

其中，光学发射装置30用于向目标物体发射探测光束，光学接收装置10用于接收目标物体反射回来的探测回波光束。

具体的，光学发射装置30包括光源，光源可以向目标物体发射探测光束，光源可以为面光源、点光源或线光源，光源可以为激光光源，当然，光源也可以为其他种类的光源，如高强度的LED光源，本申请不做具体限制。

具体的，光学传感装置还可以包括控制部分，控制部分可以对电信号进行处理后，可以获得目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数，从而实现探测功能。控制部分可以为微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。

以光学传感装置是应用于车辆上的激光雷达为例，光学传感装置中的光源根据发射信号向目标物体发射探测光束，光学传感器中的光学接收装置10接收目标物体反射回来的探测回波光束束并输出对应的电信号，光学传感器中的控制部分对电信号进行处理后，形成雷达点云图，并对雷达点云图进行数据处理后，可以获得目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态和形状等参数，从而实现雷达探测功能。当然，根据实际需求，光学传感装置也可以实现零件直径检测、表面粗糙度检测、应变检测、位移检测、振动检测、速度检测、距离检测、加速度检测以及物体的形状检测等功能。

光学传感装置还可以应用于车辆的环境感知系统中，当然，光学传感器也可以应用于无人机或机器人等设备的环境感知系统中，以实现3d(3Dimensions)感知以及环境图像感知等功能。当然，光学传感装置也可以应用于车辆的主动悬架系统中，如在主动悬架系统中，光学传感装置能够根据车身高度、车速、转向角度、速率及制动等向车辆的电控单元发出相应信号，由车辆的电控单元控制悬架的执行机构，使悬架的刚度、减振器的阻尼力及车身高度等参数改变，使汽车具有良好的乘坐舒适性和操作稳定性。光学传感装置还可以应用于车辆的灯光控制系统、车速测量系统以及行车控制系统等系统中。

继续参见图6所示，在本申请一实施例中，光学传感装置还包括底座21、旋转驱动装置22、盖板23、保护罩24以及外接接口25。

其中，底座21具有容纳腔，旋转驱动装置22位于容纳腔中，光学接收装置10以及光学发射装置30安装于旋转驱动装置22上，光学发射装置30与光学接收装置10并排设置，且光学发射装置30的出光口与光学接收装置10的入光口位于同一侧，光源发出的光从出光口射出，经目标物体反射后从入光口射入光学接收装置10内。旋转驱动装置22可以驱动光学接收装置10以及光学发射装置30旋转，以改变光源以及镜片组件11的朝向，从而使得光学接收装置10可以更好的接收从目标物体反射回来的探测回波光束，旋转驱动装置22可以为电机或马达等具有动力且能够驱动光学接收装置10以及光学发射装置30旋转的装置。

光学接收装置10还具有架体14，盖板23盖合于架体14上，且盖板23与架体14围合形成一密闭的光传输通道，从目标物体反射回来的探测回波光束穿过镜头组件后在光传输通道中传输。

保护罩24设置于底座21上，且保护罩24与底座21之间可以围合形成一保护腔，光学接收装置10容置于保护腔内，以通过保护罩24保护光学接收装置10。保护罩24与底座21可拆卸连接，保护罩24可以通过卡接、螺纹连接、铆接或插接等可拆卸方式连接。

外接接口25可以安装于底座21上，且外接接口25可以与感光件13电性连接，以通过外接接口25实现感光件13与控制部分的信号传输。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种光学传感装置，其特征在于，包括光学发射装置以及光学接收装置，所述光学发射装置与所述光学接收装置并排设置，所述光学发射装置用于向目标物体发射探测光束，所述光学接收装置用于接收所述目标物体反射回来的探测回波光束，所述光学接收装置包括：

镜片组件，包括至少一个镜片；

反射件，位于穿过所述镜片组件的光的传输路径上，所述反射件具有反射面，所述反射面用于反射穿过所述镜片组件的光；

感光件，具有感光面，所述感光面用于接收所述反射面反射的光；

其中，所述反射面为内凹的曲面，所述反射面具有第一焦点和第二焦点，穿过所述第一焦点且向所述反射面传输的光经所述反射面反射后聚集于所述第二焦点，所述第一焦点与所述镜片组件的出瞳中心重合，所述第二焦点位于所述感光件的感光面；所述反射面由多个内凹曲面组成，多个所述内凹曲面相互连接或间隔设置，每个所述内凹曲面对应的对一定距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束进行光路调整，以使对应距离范围内的目标物体反射回来的探测回波光束入射到感光面上。

2.根据权利要求1所述的光学传感装置，其特征在于，所述反射面的第二焦点位于所述感光面的中心。

3.根据权利要求1所述的光学传感装置，其特征在于，所述反射面为圆弧面。

4.根据权利要求1所述的光学传感装置，其特征在于，所述反射面为椭圆弧面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光学传感装置，其特征在于，所述感光件的感光面与所述镜片组件的光轴平行设置，所述反射面相对于所述感光面倾斜设置。