CN212111791U - 一种激光雷达接收系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达接收系统，其中，所述激光雷达包括第一反射镜、发射通道、发射系统和基本接收系统，所述发射系统发射的激光光束由所述第一反射镜反射，然后通过所述发射通道达到目标物，自目标物反射回的所述激光光束通过所述发射通道，然后由第一反射镜反射，最后被所述基本接收系统接收；所述激光雷达接收系统进一步包括：反射元件，所述发射通道外的空间包括因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述反射元件设于所述区域之外，用于将自目标物漫反射回所述区域之外的所述激光光束反射到所述基本接收系统。能够同时避免近距离测量盲区和杂光干扰，从而提高测量精度且进一步拓展了雷达的近距离测量范围。

Description

一种激光雷达接收系统

技术领域

本申请涉及一种激光雷达，尤其涉及激光雷达的接收系统。

背景技术

激光雷达是采用光电探测技术手段的主动距离探测设备，被广泛应用于无人驾驶、无人机、机器人等领域。

目前的激光雷达基本都有一个测程范围，同时有最远测程(上限)和最近测程(下限)。一般的激光雷达具有近处盲区，例如，在距离激光雷达一定距离以内的目标物是探测不到的。近处盲区的存在具有多方面的原因，例如，当一束平行的光线射到目标物的粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，而且，现有的激光雷达设置有发射通道，当目标物与激光雷达之间的距离较近时，从目标物的漫反射回来的部分光线由于受到发射通道的阻挡，该部分光线则无法投射到接收管，这样所获得的目标物的二维或三维信息的测量范围难以保证，因此，现有的激光雷达存在近距离探测盲区。

如何进一步扩大现有激光雷达的近距离测量范围一直是激光雷达研究领域的重点问题之一。

发明内容

为解决上述现有技术中激光雷达因为发射通道的阻挡导致的近距离探测盲区，从而导致激光雷达的最近测程依然没有足够近的问题，本申请提供一种激光雷达接收系统，其中，所述激光雷达包括第一反射镜、发射通道、发射系统和基本接收系统，所述发射系统发射的激光光束由所述第一反射镜反射，然后通过所述发射通道达到目标物，自目标物反射回的所述激光光束通过所述发射通道，然后由第一反射镜反射，最后被所述基本接收系统接收；其特征在于，所述激光雷达接收系统进一步包括：反射元件,

所述发射通道外的空间包括因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述反射元件设于所述区域之外，用于将自目标物漫反射回所述区域之外的所述激光光束反射到所述基本接收系统。

进一步地，所述激光雷达进一步包括窗罩，所述第一反射镜、所述发射通道和所述反射元件设于所述窗罩内，所述发射系统和所述基本接收系统设于所述窗罩外，所述窗罩内的所述发射通道外的空间包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域为因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述第二区域为由所述发射通道发射出来的激光光束经由所述窗罩反射回所述窗罩内到达的区域，所述第三区域位于所述第一区域和第二区域之间，所述反射元件设于所述第三区域内，用于将自目标物漫反射回所述第三区域内的所述激光光束反射到所述基本接收系统。

进一步地，所述第一区域的空间大小与所述目标物与所述激光雷达之间的距离呈负相关。

进一步地，所述反射元件为反射镜；所述发射通道为不透明的中空筒状结构。

进一步地，所述发射系统包括用于发射激光光束的激光管和第二反射镜，所述激光管发射的激光光束依次被所述第二反射镜、所述第一反射镜反射，然后通过所述发射通道到传送到所述窗罩外的目标物；所述基本接收系统包括第三反射镜和接收管，由目标物漫反射的激光光束通过所述发射通道，然后依次被所述第一反射镜、第二反射镜反射至所述接收管。

进一步地，所述第一反射镜的反射面和所述反射元件的反射面均与所述第三反射镜的反射面相对且相互平行。

进一步地，所述发射通道的中心轴与所述第一反射镜的中心相交，所述接收管的光轴与所述第三反射镜的中心相交且夹角为45°，所述激光管的光轴与所述第二反射镜的中心相交且夹角为45°，且所述激光管的光轴与所述接收管的光轴平行。

进一步地，所述发射系统进一步包括发射物镜，所述基本接收系统进一步包括接收物镜，所述第一反射镜的中心、所述第二反射镜的中心、所述第三反射镜的中心、所述发射物镜的中心轴、以及所述接收物镜的中心轴在同一直线上。

进一步地，所述发射物镜和所述接收物镜为凸透镜。

进一步地，所述反射元件的中心不在所述直线上。

与现有技术相比较，本申请的优势在于：

1.本申请提供的激光雷达接收系统通过设于因发射通道导致的光线接收盲区之外的反射元件，能够将目标物投射到发射通道外的光线接收盲区之外的激光光束反射到接收管中，以全面的收集近距离目标物的漫反射光线，提高了对近距离目标的信息收集率，进一步拓展了现有激光雷达的近距离测量范围。

2.此外，对于有窗罩的激光雷达，本申请提供的激光雷达接收系统还进一步通过将所述反射元件设于因窗罩导致的杂光干扰区之外以避开窗罩漫反射的杂光的干扰，从而提高测量精度且进一步拓展了雷达的测量范围。

附图说明

图1为本申请激光雷达的光路原理示意图。

附图标记：

11-窗罩、111-第一区域、112-第二区域、113-第三区域、12-第一反射镜、121-第一反射镜的反射面、131-侧壁、1311-外端侧壁、1312-内端侧壁、141-激光管、142-第二反射镜、143-发射物镜、151-第三反射镜、152-接收管、153-接收物镜、16-反射元件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，详细阐述本申请的优势。

如图1所示，本申请提供一种激光雷达接收系统，其中，所述激光雷达包括第一反射镜12、发射通道、发射系统和基本接收系统，所述发射系统发射的激光光束由所述第一反射镜12反射，然后通过所述发射通道达到目标物，自目标物反射回的所述激光光束通过所述发射通道，然后由第一反射镜反射，最后被所述基本接收系统接收；所述激光雷达接收系统进一步包括：反射元件16。所述发射通道外的空间包括因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，即光线接收盲区，所述反射元件16设于所述光线接收盲区之外，用于将自目标物漫反射回所述光线接收盲区之外的所述激光光束反射到所述基本接收系统。从而能够将目标物投射到光线接收盲区之外的激光光束反射到接收管152中，以全面的收集近距离目标物的漫反射光，提高了对近距离目标的信息收集率，进一步拓展了雷达的近距离测量范围。例如，对于现有的激光雷达而言，根据特定的环境使用要求，现有的激光雷达都会有不同的最近测程，换句话说，都会有近处测量盲区，本申请通过增加反射元件16，能够实现进一步扩展近距离测量范围的作用。例如，某一激光雷达在某一特定的使用环境中的最近测程为0.8米，也就是说，距离激光雷达0.8米之内的目标物是无法测量的。而本申请的机关雷达接收系统通过增设反射元件16，能够将上述激光雷达的最近测程由0.8米进一步扩展为0.3米，即距离激光雷达0.3米之内的目标物是无法测量的，从而进一步扩大了激光雷达的近距离测量范围。优选地，采用本申请的激光雷达接收系统的激光雷达的最近测程为0.1米。本申请的激光雷达接收系统可以适用于各种激光雷达，包括但不限于三角法测距激光雷达、基于时间飞行的脉冲测距激光雷达、以及相位法测距激光雷达；或者同轴激光雷达和非同轴激光雷达；或者机械激光雷达或固态激光雷达。优选地，所述反射元件16为反射镜，其中，所述反射镜圆形、矩形、三角形等形状。

当一束平行的激光光线射到目标物的粗糙的表面时，表面会把光线向着四面八方反射，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，即漫反射，而且，现有的激光雷达的窗罩11内设置有发射通道，一般来说，所述发射通道为不透明的中空筒状结构，例如不透明的圆柱形筒状结构，或者方柱形筒状结构等。所述发射通道具有侧壁131，所述侧壁131环绕构成所述筒状。所述侧壁131具有外端侧壁1311和内端侧壁1312，其中，所述外端侧壁1311是指靠近所述窗罩11的一端的侧壁，所述内端侧壁1312是指远离所述窗罩11的一端的侧壁。由于光线沿直线传播，当目标物与激光雷达之间的距离较近时，当目标物对接收到的所述激光光束进行漫反射时，因为不透明的所述发射通道的阻挡，尤其是所述外端侧壁1311的阻挡，反射回所述窗罩11内的所述激光光束无法到达所述发射通道外的部分区域，即存在光线接受盲区，也无法进一步地被所述第一反射镜12反射到所述基本接收系统，因此，无法获得近距离目标物的二维或三维信息，因此，这是现有的激光雷达存在近距离探测盲区的原因之一。本申请的机关雷达接收系统通过增设反射元件16，能够缩短近距离探测盲区，从而进一步扩大激光雷达的近距离测量范围。

根据本申请的一实施例，所述激光雷达进一步包括窗罩11，所述第一反射镜12、所述发射通道和所述反射元件16设于所述窗罩11内，所述发射系统和所述基本接收系统设于所述窗罩11外，所述窗罩11内的所述发射通道外的空间包括第一区域111、第二区域112和第三区域113，所述第一区域111为因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述第二区域112为由所述发射通道发射出来的激光光束经由所述窗罩11反射回所述窗罩11内到达的区域，所述第三区域113位于所述第一区域111和第二区域112之间，即所述第三区域113为所述窗罩11内的所述发射通道外的非第一区域111且非第二区域112的空间，所述反射元件16设于所述第三区域113内，用于将自目标物漫反射回所述第三区域113内的所述激光光束反射到所述基本接收系统。既能够避免近距离探测盲区，又能够避免杂光干扰，从而实现提高测量精度并进一步拓展测量范围的作用。

所述发射系统发射的激光光束由所述第一反射镜12反射，然后通过所述发射通道到达目标物，并在所述目标物上形成光斑。此外，在激光雷达有窗罩11的情况下，激光雷达发射的激光光束会经过窗罩11的内外壁，由于内外壁不是理想状况的光面，窗罩11内外壁的表面会对激光雷达发射的激光光束进行漫反射，即形成杂光，由于所述窗罩11内的所述发射通道的遮挡，具体地，是指所述发射通道的外端侧壁1311的阻挡，又由于光线沿直线传播，所述窗罩11的内外壁的漫反射回的所述激光光束只能充满第二区域112(即杂光干扰区)，基本接收系统收到该杂光信号后无法区分近处的有效目标上反射的有效回波信号，因而导致的近距离测距盲区或者降低测量精度。杂光会对有用的回光信号进行叠加干扰，从而影响了测量的精度；如果是远距离的回光信号，本身信号就弱，而杂光信号是一直等量存在的，就会对远距离的回光信号的干扰更大，甚至导致电路会分辨不出远距的信号，从而影响了测量的范围。本申请通过增加反射元件16，并将所述反射元件16设于所述第二区域112之外，从而避免由所述窗罩11造成的杂光干扰。优选地，所述反射元件16设于所述第三区域113，即所述第三区域113为所述发射通道外的非第一区域111且非第二区域112的区域，从而使本申请的激光雷；达能够同时避开因发射通道导致的光线接收盲区和因窗罩11导致的杂光干扰区，从而能够全面的收集近距离目标物的漫反射光线，提高了对近距离目标的信息收集率，进一步拓展了雷达的测量范围，且提高测量精度。

所述第一区域111的空间大小与所述目标物与所述激光雷达之间的距离呈负相关，具体地，当目标物到雷达的距离越近则图1中的第一区域111的面积越大，反之，则越小。所述第二区域112的空间大小与所述发射通道与所述窗罩11之间的距离呈正相关，当所述发射通道与所述窗罩11之间的距离越远，则第二区域112越大，反之，则越小。但是，对于某一特定的激光雷达而言，所述发射通道与所述窗罩之间的距离是固定不变的，因此，第二区域112是一个固定区域。因此，仅第一区域111的实际大小随着目标物与激光雷达之间的距离远近发生变化。

优选地，所述发射系统的光轴和所述基本接收系统的光轴同轴或非同轴。其中，所述发射系统的光轴是指从激光管141发射出的在所述激光管141和所述第二反射镜142之间的激光光束的中心轴。所述基本接收系统的光轴是指所述接收管152接收的在所述第三反射镜151和所述接收管152之间的激光光束的中心轴。其中，典型地，所述发射系统的光轴和所述基本接收系统的光轴非同轴可以为光轴平行或垂直。

当所述发射系统的光轴和所述基本接收系统的光轴平行时，示例地，所述发射系统包括用于发射激光光束的激光管141和第二反射镜142，优选地，所述激光管141为激光二极管。所述激光管141发射的激光光束依次被所述第二反射镜142、所述第一反射镜12反射，然后通过所述发射通道到传送到所述窗罩11外的目标物。优选地，所述激光雷达为机械式激光雷达，所述激光雷达进一步包括电机，所述第一反射镜12和所述发射通道共同被所述电机驱动，优选地，所述第一反射镜12和所述发射通道可以360°旋转。所述基本接收系统包括第三反射镜151和接收管152，由目标物漫反射的激光光束通过所述发射通道，然后依次被所述第一反射镜12、第二反射镜142反射至所述接收管152。优选地，第一反射镜的反射面121和所述反射元件16的反射面均与所述第三反射镜151的反射面相对且相互平行。优选地，所述发射通道的中心轴与所述第一反射镜12的中心相交，所述接收管152的光轴与所述第三反射镜151的中心相交且夹角为45°，所述激光管141的光轴与所述第二反射镜142的中心相交且夹角为45°，且所述激光管141的光轴与所述接收管152的光轴平行。优选地，所述窗罩11外发射系统进一步包括用于将扩散状的激光光束进行准直的发射物镜143，所述基本接收系统进一步包括用于将平行的激光光束进行汇聚的接收物镜153。优选地，所述发射物镜143和所述接收物镜153为凸透镜，优选地，所述凸透镜为双凸透镜、平凸透镜或凹凸(或正弯月形)透镜等。所述发射物镜143和所述接收物镜153为球面镜或非球面镜。优选地，所述第一反射镜12的中心、所述第二反射镜142的中心、所述第三反射镜151的中心、所述发射物镜143的中心轴、以及所述接收物镜153的中心轴在同一直线上，所述反射元件16的中心不在所述直线上，如图1所示。

根据本申请的上述实施例，本申请的激光光束的光路原理为：从激光管141发射出的激光光束由第二反射镜142反射，然后通过发射物镜143被准直为平行光束，然后由第一反射镜12反射，然后通过发射通道，然后通过窗罩11，最后投射到目标物上形成光斑。其中，从发射通道出来的部分激光光束被窗罩11反射或漫反射回窗罩11内，并投射到窗罩11内的第二区域112，即杂光干扰区。其中，投射到目标物上的平行激光光束在目标物的表面发生反射和漫反射，部分激光光束被目标物反射回发射通道，这部分被反射回发射通道的激光光束首先被第一反射镜12反射，然后通过接收物镜153并被汇聚，然后被第三反射镜151反射，最后被接收管152接收。还有部分激光光束被目标物漫反射至发射通道之外的区域，由于发射通道的阻挡，无法到达的发射通道之外的区域为第一区域111。为了将目标物漫反射到发射通道外的激光信号也投射到激光管141，同时避开会降低测量精度的杂光，本申请的激光雷达接收系统通过增设反射元件16，并且所述反射元件16在第一区域111和第二区域112之间的第三区域113，从而能够同时实现进一步拓展近距离测量范围和避免杂光干扰以提高测量精度的作用。

综上所述，本申请的激光雷达接收系统通过增加反射元件16，并且将所述反射元件16设于近距离接收盲区和杂光干扰区之外的区域(如图1所示的第三区域113)，能够同时实现进一步拓展近距离测量范围和避免杂光干扰以提高测量精度的技术效果。

以上对本申请的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本申请并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本申请进行的等同修改和替代也都在本申请的范畴之中。因此，在不脱离本申请的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本申请的范围内。

Claims (10)

1.一种激光雷达接收系统，其中，所述激光雷达包括第一反射镜、发射通道、发射系统和基本接收系统，所述发射系统发射的激光光束由所述第一反射镜反射，然后通过所述发射通道达到目标物，自目标物反射回的所述激光光束通过所述发射通道，然后由第一反射镜反射，最后被所述基本接收系统接收；其特征在于，所述激光雷达接收系统进一步包括：反射元件，

所述发射通道外的空间包括因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述反射元件设于所述区域之外，用于将自目标物漫反射回所述区域之外的所述激光光束反射到所述基本接收系统。

2.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其中，所述激光雷达进一步包括窗罩，所述第一反射镜、所述发射通道和所述反射元件设于所述窗罩内，所述发射系统和所述基本接收系统设于所述窗罩外，所述窗罩内的所述发射通道外的空间包括第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域为因所述发射通道的阻挡而使自目标物漫反射回的激光光束无法到达的区域，所述第二区域为由所述发射通道发射出来的激光光束经由所述窗罩反射回所述窗罩内到达的区域，所述第三区域位于所述第一区域和第二区域之间，所述反射元件设于所述第三区域内，用于将自目标物漫反射回所述第三区域内的所述激光光束反射到所述基本接收系统。

3.如权利要求2所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述第一区域的空间大小与所述目标物与所述激光雷达之间的距离呈负相关。

4.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述反射元件为反射镜；所述发射通道为不透明的中空筒状结构。

5.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述发射系统包括用于发射激光光束的激光管和第二反射镜，所述激光管发射的激光光束依次被所述第二反射镜、所述第一反射镜反射，然后通过所述发射通道到传送到目标物；所述基本接收系统包括第三反射镜和接收管，由目标物漫反射的激光光束通过所述发射通道，然后依次被所述第一反射镜、第二反射镜反射至所述接收管。

6.如权利要求5所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述第一反射镜的反射面和所述反射元件的反射面均与所述第三反射镜的反射面相对且相互平行。

7.如权利要求6所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述发射通道的中心轴与所述第一反射镜的中心相交，所述接收管的光轴与所述第三反射镜的中心相交且夹角为45°，所述激光管的光轴与所述第二反射镜的中心相交且夹角为45°，且所述激光管的光轴与所述接收管的光轴平行。

8.如权利要求7所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述发射系统进一步包括发射物镜，所述基本接收系统进一步包括接收物镜，所述第一反射镜的中心、所述第二反射镜的中心、所述第三反射镜的中心、所述发射物镜的中心轴、以及所述接收物镜的中心轴在同一直线上。

9.如权利要求8所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述发射物镜和所述接收物镜为凸透镜。

10.如权利要求8所述的激光雷达接收系统，其特征在于，所述反射元件的中心不在所述直线上。

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