CN208421217U - 一种光学接收系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种光学接收系统，包括成像光学模块、散射光学元件和单像元探测器；散射光学元件的入射面设置在成像光学模块的焦平面，将聚焦至焦平面的回波光束向各个方向散射；单像元探测器设置在散射光学元件的出射面一侧，完成回波光束的检测。由于从各个角度入射的回波光束都会聚焦至焦平面，而散射光学元件可以将焦平面的回波光束向各个方向散射，因此，设置在散射光学元件的出射面一侧的单像元探测器即可对各个激光器的回波光束进行检测。相比设置探测器阵列或面阵的方式，本申请通过设置散射光学元件和单像元探测器，即仅设置一个探测器，进而减小了驱动电路的尺寸、重量、功耗和成本，并且由于仅设置一个探测器，减小了探测器成本。

Description

一种光学接收系统

技术领域

本申请涉及激光雷达领域，更具体地说，涉及一种光学接收系统。

背景技术

以激光雷达为核心的3D感知技术可广泛应用于无人驾驶、AR/VR、智慧城市、智慧物流、手势识别、安防监控等领域。为提高激光雷达对回波信号收集效率，接收端需装配大口径光学透镜。目前，在主流的混合固态激光雷达中，光发射端由几十个激光器构成，向不同方向发射激光。雷达接收端由相等数量的探测器构成，探测器的作用是将光信号转换为电信号，经过滤波、放大、模数转换等过程后输入到信号处理电路，计算激光脉冲飞行时间，从而得到距离信息。

根据激光器和探测器的物像关系，探测器位置需精密控制，使每个探测器视场与激光器光束方向一一对应。同理，在全固态激光雷达中，为实现大视场角的二维3D成像，接收端需安装大规格的探测器面阵。不论探测器线阵或面阵，探测器的驱动电路均很复杂，驱动电路的尺寸、重量和功耗都很大，而且探测器线阵或面阵价格高。

实用新型内容

有鉴于此，本申请提出一种光学接收系统，欲实现减小驱动电路的尺寸、重量、功耗以及成本，并且减小探测器成本的目的。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种光学接收系统，包括：成像光学模块、散射光学元件和单像元探测器；

所述成像光学模块，用于将不同角度的回波光束聚焦至焦平面；

所述散射光学元件的入射面设置在所述焦平面，所述散射光学元件用于将聚焦至所述焦平面的回波光束向各个方向散射；

所述单像元探测器设置在所述散射光学元件的出射面一侧，所述单像元探测器用于检测回波光束。

可选的，所述系统还包括：设置在所述散射光学元件的所述入射面的表面的增透膜。

可选的，所述散射光学元件的入射面为凹凸粗糙面。

可选的，所述散射光学元件的出射面为凹凸粗糙面。

可选的，所述散射光学元件包括N个介质区块，所述N为不小于2的正整数；

所述N个介质区块至少包括两种折射率。

可选的，所述单像元探测器具体为：PIN光电感测器。

可选的，所述单像元探测器具体为：雪崩光电感测器。

可选的，所述单像元探测器具体为：金属-半导体-金属光电探测器。

可选的，所述单像元探测器具体为：单光子感测器。

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下优点：

上述技术方案提供的光学接收系统，包括成像光学模块、散射光学元件和单像元探测器；散射光学元件的入射面设置在成像光学模块的焦平面，将聚焦至焦平面的回波光束向各个方向散射；单像元探测器设置在散射光学元件的出射面一侧，完成回波光束的检测。由于从各个角度入射的回波光束都会聚焦至焦平面，而散射光学元件可以将焦平面的回波光束向各个方向散射，因此，设置在散射光学元件的出射面一侧的单像元探测器即可对各个激光器的回波光束进行检测。相比设置探测器阵列或面阵的方式，本申请通过设置散射光学元件和单像元探测器，即仅设置一个探测器，进而减小了驱动电路的尺寸、重量、功耗和成本，并且由于仅设置一个探测器，减小了探测器成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种光学接收系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种粗糙表面散射元件的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种体散射元件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实施例提供一种光学接收系统，参见图1所示，该光学接收系统包括：成像光学模块11、散射光学元件12和单像元探测器13。

成像光学模块11，用于将不同角度的回波光束聚焦至焦平面A。成像光学模块11利用凹透镜和/或凸透镜对回波光束进行聚焦。本实施例中成像光学模块11利用现有的接收端的光学成像系统即可实现，本申请对于成像光学模块11的具体结构不做限定。

散射光学元件12的入射面B1设置在焦平面A。散射光学元件12用于将聚焦至焦平面A的回波光束向各个方向散射。

散射光学元件12具体为粗糙表面散射元件。粗糙表面散射元件的入射面B1和/或出射面B2为凹凸粗糙面，图2示出的是入射面B1为凹凸粗糙面。n₁为空气的折射率，n₂为散射光学元件12的折射率。入射光线到达入射面发生折射之后，进入散射光学元件12的介质中向多个方向传播，然后在出射面发生折射传播出去，这些折射传播出去的就是向各个方向散射的光线。由于回波光束向各个方向散射，因此设置在散射光学元件12的出射面B2一侧的单像元探测器13会检测到某一束散射的光线，进而实现回波光束的检测。

可选的，散射光学元件12具体为体散射元件，包括N个介质区块，N为不小于2的正整数。该N个介质区块至少包括两种折射率。可以理解的是，各个介质区块的折射率均不相同时，散射效果最佳。参见图3所示，散射光学元件12包括的多个介质区块包括了两种折射率，n₂表示主体介质区块Q的折射率，n₃表示零散介质区块P的折射率。当光线进入由不同折射率的介质区块组成的散射光学元件12后，光线可产生多次折射，最后导致光线向各个方向出射，即散射现象。

单像元探测器13设置在散射光学元件12的出射面B2一侧。单像元探测器13用于检测回波光束。可选的，单像元探测器13可以是PIN光电感测器、雪崩光电感测器、金属-半导体-金属光电探测器或单光子感测器等。单像元探测器13的材料可以是硅、InGaAs、碲镉汞等。

本实施例提供的光学接收系统，利用成像光学模块将从各个角度入射的回波光束都会聚焦至焦平面，并利用散射光学元件将焦平面的回波光束向各个方向散射，因此，设置在散射光学元件的出射面一侧的单像元探测器即可实现对各个激光器的回波光束的检测。相比设置探测器阵列或面阵的方式，本申请通过设置散射光学元件和单像元探测器，即仅设置一个探测器，进而减小了驱动电路的尺寸、重量、功耗和成本，并且由于仅设置一个探测器，减小了探测器成本。

在散射光学元件12的入射面B1的表面可以设置增透膜，以减小界面反射等损耗，增强散射光学元件12的光线透过率，实现更好的散射效果。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对实用新型所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光学接收系统，其特征在于，包括：成像光学模块、散射光学元件和单像元探测器；

所述成像光学模块，用于将不同角度的回波光束聚焦至焦平面；

所述散射光学元件的入射面设置在所述焦平面，所述散射光学元件用于将聚焦至所述焦平面的回波光束向各个方向散射；

所述单像元探测器设置在所述散射光学元件的出射面一侧，所述单像元探测器用于检测回波光束。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在所述散射光学元件的所述入射面的表面的增透膜。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述散射光学元件的入射面为凹凸粗糙面。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述散射光学元件的出射面为凹凸粗糙面。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述散射光学元件包括N个介质区块，所述N为不小于2的正整数；

所述N个介质区块至少包括两种折射率。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单像元探测器具体为：PIN光电感测器。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单像元探测器具体为：雪崩光电感测器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单像元探测器具体为：金属-半导体-金属光电探测器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单像元探测器具体为：单光子感测器。