CN117554981A - 激光探测系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种激光探测系统，包括：光源模组，用于发射第一激光，所述第一激光具有第一偏振方向；光隔离器，位于所述第一激光的光路上，用于透过来自所述光源模组的所述第一激光以出射第二激光，还用于阻止朝向所述光源模组传输的所述第二激光；扫描器，位于所述第二激光的光路上，用于反射所述第二激光以投射参考光至待测目标；以及探测器，用于接收所述待测目标根据所述参考光反射的探测光，并用于根据所述探测光获取所述待测目标的位置信息。本申请还提供一种车辆。

Description

激光探测系统及车辆
技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光探测系统及应用该激光探测系统的车辆。
背景技术
一种传统的激光探测系统包括光源、分光镜和探测器。光源用于发射探测光至分光镜。入射至分光镜的探测光难以全部被引导至探测物体，而存在一小部分探测光在激光探测系统中多次散射。在激光探测系统中多次散射的部分探测光可能会重新返回至光源，对光源造成干涉；也可能入射至探测器，影响探测器的探测结果。
发明内容
本申请第一方面提供一种激光探测系统，包括：
光源模组，用于发射第一激光，所述第一激光具有第一偏振方向；
光隔离器，位于所述第一激光的光路上，用于透过来自所述光源模组的所述第一激光以出射第二激光，还用于阻止朝向所述光源模组传输的所述第二激光；
扫描器，位于所述第二激光的光路上，用于反射所述第二激光以投射参考光至待测目标；以及
探测器，用于接收所述待测目标根据所述参考光反射的探测光，并用于根据所述探测光获取所述待测目标的位置信息。
本申请第二方面提供一种车辆，包括：
车辆本体；
如上述的激光探测系统，所述激光探测系统固定于所述车辆本体，用于探测所述车辆本体行进路径上是否存在待测目标，并在存在待测目标时，获取所述待测目标的距离信息。
上述激光探测系统，通过设置光隔离器，使得第一激光可以从光隔离器透射，从而被应用至后续的激光探测过程；还使得后续光路中产生的杂散光无法从光隔离器通过，可避免杂散光入射至光源模组产生光线干扰的问题，进而有利于提升获取到的待测目标的位置信息的准确度。
附图说明
图1为本申请实施例的车辆与待测目标的结构示意图。
图2为图1中激光探测系统的结构示意图。
图3为图2中波片组件的结构示意图。
图4为图2中挡光元件的结构示意图。
图5为图2中光隔离器的结构示意图。
主要元件符号说明
车辆 1
车辆本体 10
控制系统 11
激光探测系统 20
光源模组 21
激光源 211
波片组件 212
二分之一波片 213
四分之一波片 214
挡光元件 215
通光孔 216
准直元件 217
光隔离器 22
起偏器 221
法拉第旋转器 222
检偏器 223
扫描器 23
探测器 24
分束器 25
第一入光面 251
第二入光面 252
分光面 253
滤光片 26
聚焦透镜 27
待测目标 2
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。
具体实施方式
请参阅图1，本申请提供的车辆1包括车辆本体10和固定于车辆本体10上的激光探测系统20。
在车辆1(或称车辆本体10)的行进方向上可能出现障碍物(下称待测目标2)。车辆1碰到待测目标2会阻碍行驶甚至损坏车辆。在车辆本体10行进过程中，激光探测系统20用于持续探测车辆本体10行进路径上是否存在待测目标2，当探测到存在待测目标2时，激光探测系统20还用于获取待测目标2的位置信息。本实施例中，距离信息包括待测目标2与车辆本体10之间的距离和待测目标2相对车辆本体的方位。车辆本体10还包括控制系统11，控制系统11可以与激光探测系统20通信。当激光探测系统20获取到待测目标2的位置信息后，控制系统11可以以预设方式(例如图像或语音)提醒驾驶人员注意待测目标2。因此本申请中的激光探测系统20可用于在车辆1行进过程中提醒驾驶人员路况，从而有利于避免车辆本体10损坏。
于本申请另一实施例中，车辆1为无人驾驶车辆。在该实施例中，控制系统11用于根据激光探测系统20获取的待测目标2的位置信息控制自动驾驶车辆本体10，以沿预设路径行驶，并避开行驶路径上的待测目标2。
请参阅图2，本实施例的激光探测系统20，包括光源模组21、光隔离器22、扫描器23及探测器24。
本实施例中，光源模组21包括激光源211和波片组件212。
激光源211用于发射光源光L1。本实施例中，激光源211包括至少一个激光二极管，用于发射红外激光。于其他实施例中，激光源211还可以包括至少一个激光器。本实施例中，光源光L1中一部分具有第一偏振方向，一部分具有第二偏振方向。也即，部分光源光L1为P偏振光，部分光源光L1为S偏振光。
波片组件212位于光源光L1的光路上，波片组件212用于接收光源光L1并用于转换光源光L1的偏振方向。也即，当具有第一偏振方向的光源光L1入射至波片组件212时，将被波片组件212转换为具有第二偏振方向；当具有第二偏振方向的光源光L1入射至波片组件212时，将被波片组件212转换为具有第一偏振方向。换句话说，波片组件212用于将P偏振光转换为S偏振光，并用于将S偏振光转换为P偏振光。
本实施例中，由于激光源211本身的结构特性，其发射的光源光L1中的S偏振光的量远大于P偏振光的量(98％的S偏振光和2％的P偏振光)，但后续光路中主要利用P偏振光，因此本实施例中通过设置波片组件212转换光源光L1的偏振方向，以使得经过波片组件212的光几乎都为P偏振光，可在后续光路中被利用。因此，波片组件212有利于提升光利用率。
本实施例中，波片组件212包括一个二分之一波片213。于其他实施例中，波片组件212也可包括两个依序设置的四分之一波片214(参图3)。
本实施例中，光源模组21还包括挡光元件215。挡光元件215位于激光源211与波片组件212之间。请参阅图4，本实施例中，挡光元件215包括遮光材料，整体呈平板状，且在靠近中心区域(几何中心，例如圆的圆心、正方形的对角线交点)开设有通光孔216。挡光元件215上的通光孔216对应激光源211设置，以使得光源光L1可从通光孔216透射出去。
本实施例中，光源光L1从光源模组21出射后，一部分被后续的光路利用以实现激光探测，另一部分难以被用作激光探测，会在激光探测系统20的各个光学元件之间传播而被损耗，该部分下称为杂散光。杂散光在传播过程中，可能会入射至激光源211而产生光线干扰。
因此本实施例中，挡光元件215上的通光孔216为圆形孔，其尺寸依照激光源211的尺寸设置。也即，通光孔216的尺寸稍大于激光源211的尺寸。如此，使得激光源211发射的光源光L1尽可能都通过通光孔216。并且，由于挡光元件215包括遮光材料，朝向光源模组21入射的杂散光会被挡光元件215的阻挡，杂散光若要到达激光源211，必须要穿过通光孔216，而杂散光的传播路径比较杂乱，穿过通光孔216的概率极小。因此本实施例中挡光元件215可以一定程度避免杂散光入射至激光源211而产生光线干扰。
请再参阅图2，本实施例中，光源模组21还包括准直元件217。准直元件217位于激光源211与挡光元件215之间并位于光源光L1的光路上，用于将来自激光源211的光源光L1进行准直，以减小激光源211的发散角，使得光源光L1顺利通过通光孔216。光源光L1若不能通过通光孔216，将被损失掉。因此准直元件217有利于提升光源光L1的利用率。
请参阅图5，本实施例中，定义从波片组件212出射的光为第一激光L2。光隔离器22位于第一激光L2的光路上，用于接收第一激光L2并根据第一激光L2出射第二激光L3，第二激光L3相对于第一激光L2的偏振方向旋转45°。
本实施例中，光隔离器22包括起偏器221、法拉第旋转器222及检偏器223。起偏器221、法拉第旋转器222及检偏器223依次位于第一激光L2的光路上。第一激光L2通过起偏器221后，转换为线偏振光。经过法拉第旋转器222时，第一激光L2的偏振方向被旋转45°。检偏器223与起偏器221呈45°，偏振方向经旋转后的第一激光L2刚好可以从检偏器223通过。定义从检偏器223通过的光为上述的第二激光L3。
从检偏器223出射的第二激光L3在后续的光路中传播时，可能被部分损耗。被损耗的部分可能会作为杂散光返回至光隔离器22。而当杂散光朝向光隔离器22出射时，其依次经过检偏器223、法拉第旋转器222及起偏器221。此时只有与检偏器223方向平行的杂散光可以通过检偏器223并入射至法拉第旋转器222。杂散光入射至法拉第旋转器222时，其偏振方向会偏转45°。如前述的，检偏器223本身即与起偏器221具有45°夹角，杂散光又被偏转45°，则从法拉第旋转器222出射的杂散光与起偏器221的夹角为90°，也即从法拉第旋转器222出射的杂散光与起偏器221的方向垂直，会被起偏器221阻挡而不会继续朝向光源模组21传播。因此本实施例中，用过设置光隔离器22，也可以避免杂散光入射至光源模组21以造成光线干扰。
请再参阅图2，扫描器23位于第二激光L3的光路上，用于反射接收到的第二激光L3。本实施例中，扫描器23还用于对接收到的第二激光L3进行衍射以产生参考光L4，参考光L4为结构光。本实施例中的扫描器23为电驱动式的扫描器。也即，通过改变施加至扫描器23上的电压值，可以改变扫描器23的旋转角度。通过改变扫描器23的旋转角度，可以调制扫描器23所反射的光的相位，从而调制光发生干涉而产生相应的结构光(即参考光L4)。
如前述的，本申请的激光探测系统20应用于车辆1上，也即本申请的激光探测系统20为车载激光探测系统。车辆在行驶过程中存在频繁颠簸振动，这使得对扫描器23的抗振动能力要求较高。现有的机械式驱动的扫描器23容易因抖动发生偏转误差，而本申请中采用电驱动式的扫描器23，有利于提升扫描器23的工作稳定性。
本实施例中，激光探测系统20还包括分束器25。分束器25位于第二激光L3的光路上，用于将第二激光L3引导至扫描器23。分束器25还位于参考光L4的光路上，用于将参考光L4引导至待测目标2。分束器25具有第一入光面251、第二入光面252及分光面253。本实施例中，第二激光L3从第一入光面251垂直入射，参考光L4从第二入光面252垂直入射。且本实施例中，第二激光L3入射至分光面253时部分被反射至扫描器23，另一部分沿原来的光路从分光面253透射。参考光L4入射至分光面253时部分被反射，另一部分沿原来的光路从分光面253透射。
进一步的，扫描器23还用于通过分束器25将参考光L4引导至待测目标2上。当参考光L4照射待测目标2时会被待测目标2反射。本实施例中，定义待测目标2所反射的光为探测光L5。
本实施例中，探测器24位于探测光L5的光路上，用于接收探测光L5，并根据探测光L5获取待测目标2的位置信息。本实施例中，探测器24包括多个光电元件(图未示)，每一光电元件用于在接收到感测光L5时进行光电转换以生成对应于探测光L5的感应电信号，该感应电信号可用于计算待测目标2的位置信息。
本实施例中，激光探测系统20还包括滤光片26。滤光片26位于探测光L5的光路上，用于滤除环境光。如前述的，探测器24用于根据接收到的探测光L5获取待测目标2的位置信息。而与探测光L5一起入射至探测器24上的光可能还包括环境光(激光探测系统20所处环境中的光线)。但探测器24还接收到环境光时，其获取到的待测目标2的位置信息可能产生误差。因此本实施例中通过滤光片滤除环境光，有利于提升探测器24获取的位置信息的精准度。
本实施例中，激光探测系统20还包括聚焦透镜27。聚焦透镜27位于探测光L5的光路上，且位于滤光片26与探测器24之间。由于待测目标2反射回的探测光L5存在较大的发散角，难以全部被探测器24接收。本实施例中通过设置聚焦透镜27聚焦探测光L5至探测器24，有利于提升探测光L5的光利用率，进而有利于提升位置信息的精准度。
在本申请的激光探测系统20中，分束器25用于反射部分第二激光L3和透射部分参考光L4，还用于透射另一部分第二激光L3和反射另一部分参考光L4。其中被透射的另一部分第二激光L3和被反射的另一部分参考光L4都无法被后续的光路用作激光探测，而会被损失掉。上述被损失掉的光即作为杂散光在激光探测系统20中传播，一部分杂散光甚至会朝向光源模组21传播，导致形成光线干扰。
而本实施例中，通过设置光隔离器22，使得第一激光L1可以从光隔离器22透射，从而被应用至后续的激光探测过程。还使得杂散光无法从光隔离器通过，可避免杂散光入射至光源模组21产生光线干扰。
进一步的，本实施例中通过设置挡光元件215，也可从物理结构上阻止杂散光进一步入射至激光源211。
综上，本申请的激光探测系统20、激光探测系统20应用的车辆1，可以有效避免杂散光入射至光源模组21产生光线干扰，从而有利于提升获取到的待测目标2的位置信息的准确度。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种激光探测系统，其特征在于，包括：
光源模组，用于发射第一激光，所述第一激光具有第一偏振方向；
光隔离器，位于所述第一激光的光路上，用于透过来自所述光源模组的所述第一激光以出射第二激光，还用于阻止朝向所述光源模组传输的所述第二激光；
扫描器，位于所述第二激光的光路上，用于反射所述第二激光以投射参考光至待测目标；以及
探测器，用于接收所述待测目标根据所述参考光反射的探测光，并用于根据所述探测光获取所述待测目标的位置信息。
2.如权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于，所述光源模组包括：
激光源，用于发射光源光；以及
波片组件，位于所述光源光的光路上，用于将至少部分所述光源光转换为具有所述第一偏振方向的第一激光。
3.如权利要求2所述的激光探测系统，其特征在于，所述波片组件包括一二分之一波片或包括两个四分之一波片。
4.如权利要求2所述的激光探测系统，其特征在于，所述光源模组还包括挡光元件，所述挡光元件位于所述激光源与所述波片组件之间；
所述挡光元件包括遮光材料，所述挡光元件开设有通光孔，所述光源光从所述通光孔入射至所述波片组件。
5.如权利要求1或2所述的激光探测系统，其特征在于，所述第一激光为P偏振光。
6.如权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于，还包括分束器，所述分束器位于所述第二激光的光路上，用于引导部分所述第二激光至所述扫描器；
所述分束器还用于引导部分所述参考光至所述待测目标。
7.如权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于，所述扫描器还用于衍射所接收到的所述第二激光，所述参考光为结构光。
8.如权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于，所述扫描器为电驱动式的扫描器。
9.如权利要求1所述的激光探测系统，其特征在于，还包括滤光片，所述滤光片位于所述探测光的光路上，用于滤除环境光。
10.一种车辆，其特征在于，包括：
车辆本体；
如权利要求1至9任一项所述的激光探测系统，所述激光探测系统固定于所述车辆本体，用于探测所述车辆本体行进路径上是否存在待测目标，并在存在待测目标时，获取所述待测目标的距离信息。
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