CN218412886U - 具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以及激光雷达。所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组包括：镜片；接收芯片；以及复合抛物面聚光器，设置在所述镜片和所述接收芯片之间，接收光通过镜片入射所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，并经过所述复合抛物面聚光器射向所述接收芯片，所述复合抛物面聚光器用于匀化和校准所述接收光。所述复合抛物面聚光器具有匀光和校准作用，可以将镜片会聚的接收光匀化成平行光再射向接收芯片，降低了接收芯片在单位面积上接收到的光的光通量，从而避免接收芯片过曝，从而实现识别强反射物体的功能。

Description

具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以及激光雷达

技术领域

本实用新型属于光学测量、光学扫描技术领域，尤其涉及激光雷达技术领域，具体涉及具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以及激光雷达。

背景技术

在现有的扫地机器人的技术领域，通常会采用激光雷达对外界环境进行扫描，以获取外界障碍物的距离和方位信息，其中激光雷达包含有激光发射器和激光接收器。但现有的激光雷达在向浅色或带有反射层的强反射物体发出激光时，反射自强反色物体的接收光的光强度容易超出激光接收器的预设阈值，接收光入射至激光雷达内的激光接收器时，会导致激光接收器过曝，难以识别白色物体等强反射物体。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供具有具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以及激光雷达，以解决现有的激光雷达在向浅色或带有反射层的强反射物体发出激光时，反射自强反色物体的强反射光的光强度容易超出激光接收器的预设阈值，而导致激光接收器过曝的情况，从而难以识别白色物体等强反射物体的问题。

本实用新型其中一方案提供了一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，包括：镜片；

接收芯片；以及

复合抛物面聚光器，设置在所述镜片和所述接收芯片之间，接收光通过镜片入射所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，并经过所述复合抛物面聚光器射向所述接收芯片，所述复合抛物面聚光器用于匀化和校准所述接收光。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器具有输入端和输出端，所述输入端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径大于所述输出端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径，所述复合抛物面聚光器从所述输入端到所述输出端逐渐变细。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器的输入端朝向所述镜片，所述复合抛物面聚光器的输出端朝向所述接收芯片。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器在所述输入端具有进光面，所述复合抛物面聚光器在所述输出端具有出光面，所述进光面与所述出光面平行。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述进光面、所述出光面与所述复合抛物面聚光器的旋转中心轴垂直设置；所述镜片会聚的接收光从所述进光面进入所述复合抛物面聚光器并从所述出光面平行地射出至所述接收芯片。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器的外壁面为一抛物线沿旋转中心轴旋转形成的曲面。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述接收芯片位于所述镜片的焦点位置上，所述接收芯片与所述复合抛物面聚光器的旋转中心轴垂直设置；

和或，所述复合抛物面聚光器的中心轴与所述镜片的光轴同轴设置。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器的接收半角的度数为1-30度；

当所述接收光的入射角小于或等于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述复合抛物面聚光器的出光面射出；

当所述接收光的入射角大于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述复合抛物面聚光器的进光面射出。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组还包括：镜头本体，所述镜头本体具有第一容置孔，所述镜片设置在所述第一容置孔内；

镜头支架，所述镜头支架设置有接收光通道，所述镜头本体设置于所述接收光通道的进光口，所述接收芯片设置于所述接收光通道的出光口；以及

聚光器固定架，同轴设置在所述接收光通道内，所述聚光器固定架具有第二容置孔，所述复合抛物面聚光器设置在所述第二容置孔内。

在本实用新型其中一个优选方案中还指出了一种激光雷达，包括上述多个优选方案中任意一个所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组。

本实用新型以上方案所提供的一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组以激光雷达具有以下有益效果：

1、本实用新型提出的一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，所述复合抛物面聚光器具有匀光和校准作用，可以将镜片会聚的接收光匀化成平行光再射向接收芯片，降低了接收芯片在单位面积上接收到的光的光通量，从而避免接收芯片过曝，从而实现识别强反射物体的功能。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1表示本实用新型其中一实施例的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组的结构示意图；

图2表示本实用新型其中一实施例的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组的俯视示意图；

图3表示图1中具有复合抛物面聚光器的激光接收模组的沿A-A方向的剖面示意图；

图4表示图1中具有复合抛物面聚光器的激光接收模组的沿A-A方向的另一视角的剖面示意图；

图5表示本实用新型其中一实施例的复合抛物面聚光器的结构示意图；

图6表示本实用新型其中一实施例的复合抛物面聚光器的剖面示意图；

图7表示本实用新型其中一实施例的镜头本体的结构示意图。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

请参照图1-图4，本实用新型其中一实施例提供了本实用新型其中一方案提供了一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组100，接收模组包括：镜片110；

接收芯片120；以及

复合抛物面聚光器130，设置在所述镜片110和所述接收芯片120之间，接收光通过镜片110入射所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组100，并经过所述复合抛物面聚光器130射向所述接收芯片120，所述复合抛物面聚光器130用于匀化和校准所述接收光。

由于白色、浅色或具有反光镜面的强反射物体对激光的反射能力较强，当发射光照射到这类强反射物体时，反射至接收模组的接收光的光强度较高，容易超出接收芯片的接收预设阈值，进而导致接收芯片过曝，无法有效的识别强反射物体。

在本实施例中，镜片110用于接收并会聚激光照射到被探测物后反射回的接收光，会聚后的接收光入射至接收芯片120；具体的，镜片110为凸透镜，镜片110包括第一凸面和第二凸面，接收光在经过镜片110的过程中，接收光在射入第一凸面以及从第二凸面射出的过程中产生两次折射，折射后的接收光会聚向镜片的焦点处，接收芯片120设置在镜片的焦点位置上。

进一步的，在镜片110和接收芯片120之间设置有复合抛物面聚光器130，经镜片110会聚后的接收光先进入复合抛物面聚光器130，所述复合抛物面聚光器130具有匀光和校准作用，可以将镜片110会聚的接收光匀化成平行光再射向接收芯片120，降低了接收芯片120在单位面积上接收到的光的光通量，从而避免接收芯片120过曝，从而实现接收模块识别强反射物体的功能。

请参照图5、图6，在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器130具有输入端和输出端，所述输入端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径大于所述输出端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径，所述复合抛物面聚光器130从所述输入端到所述输出端逐渐变细。

在本实施例中，所述复合抛物面聚光器130为轴对称结构的类圆锥形，用于将非平行光校准为平行光，并且光线入射方向的不同实现聚光或匀光，复合抛物面聚光器130从所述输入端到所述输出端呈现沿曲线逐渐变细的形状。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器130的输入端朝向所述镜片110，所述复合抛物面聚光器130的输出端朝向所述接收芯片120。

在本实施例中，经镜片110会聚后的接收光从输入端进入复合抛物面聚光器130，接收光经过复合抛物面聚光器130的匀化后再从输出端射向接收芯片120。

请参照图5、图6，在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器130在所述输入端具有进光面131，所述复合抛物面聚光器130在所述输出端具有出光面132，所述进光面131与所述出光面132平行。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述进光面131、所述出光面132与所述复合抛物面聚光器130的旋转中心轴垂直设置；所述镜片110会聚的接收光从所述进光面131进入所述复合抛物面聚光器130并从所述出光面132平行地射出至所述接收芯片120。

在本实施例中，所述复合抛物面聚光器130具有相互品行的进光面131出光面132，并且进光面131、出光面132与镜片110的光轴垂直，使得接收光在从进光面131入射至复合抛物面聚光器130与从出光面132射出复合抛物面聚光器130时的传播方向的一致。以及，经过镜片110会聚的接收光在经过复合抛物面聚光器130的匀化与校准后，接收光平行的射出至接收芯片120。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器130的外壁面为一抛物线沿旋转中心轴旋转形成的曲面；接收光进入到复合抛物面聚光器130后，其中入射角度大于复合抛物面聚光器130接收半角的部分接收光经过多次反射后从复合抛物面聚光器130的输入端射出，不会进入到接收芯片，其中入射角度小于或等于复合抛物面聚光器130接收半角的部分接收光直接或经过多次反射后，以平面光的形式从输出端射出，进入到接收芯片120。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述接收芯片120位于所述镜片110的焦点位置上，令接收光经过镜片110会聚后能在接收芯片上得到较清晰的成像，所述接收芯片120与所述复合抛物面聚光器130的旋转中心轴垂直设置；

和或，所述复合抛物面聚光器130的中心轴与所述镜片110的光轴同轴设置。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述复合抛物面聚光器130的接收半角的度数为1-30度；所述复合抛物面聚光器的旋转中心轴与所述复合抛物面聚光器的入射限制线相交形成的夹角为接收半角。

当所述接收光的入射角小于或等于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述出光面132射出；

当所述接收光的入射角大于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述进光面131射出。

请参照图5，在复合抛物面聚光器130的沿轴向截面图中，复合抛物面聚光器130的两侧为关于旋转中心轴对称的第一抛物线AC、第二抛物线BD，连接第一抛物线AC的A端点至第二抛物线BD的D端点所形成的连线AD、连接第二抛物线BD的B端点至第一抛物线AC的C端点所形成的连线BC为复合抛物面聚光器130的入射限制线，入射限制线与复合抛物面聚光器130的旋转中心轴对称相交形成的夹角α为接收半角。

当从复合抛物面聚光器130的进光面131入射的接收光的入射角小于或等于α时，所述接收光可以直接或者经过反射最终从复合抛物面聚光器130的出光面132射出至接收芯片120。

当从复合抛物面聚光器130的进光面131入射的接收光的入射角大于α时，所述接收光经过多次反射从复合抛物面聚光器130的进光面131射出，无法射入至接收芯片120。

在本实用新型其中一个优选方案中，所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组100还包括：镜头本体140，所述镜头本体140具有第一容置孔141，所述镜片110设置在所述第一容置孔141内；

镜头支架150，所述镜头支架150设置有接收光通道151，所述镜头本体140设置于所述接收光通道151的进光口，所述接收芯片120设置于所述接收光通道151的出光口；以及聚光器固定架160，同轴设置在所述接收光通道151内，所述聚光器固定架160具有第二容置孔，所述复合抛物面聚光器160设置在所述第二容置孔内。

请参照图3、图7，在本实用新型其中一个优选方案中，镜头本体140还具有与第一容置孔同轴的通光孔142，以及所述激光接收模组100还包括：镜头盖170，用于将所述镜片110固定在所述镜头本体140内；所述镜头盖170采用塑胶材料制造。

在本实施例中，镜头盖170以过盈配合的方式设置在镜头本体140靠近第一容置孔141的一端，并且将镜片110固定在镜头本体140内。进一步的，镜头盖170采用塑胶材料制造，在受到撞击时，镜头盖170可以吸收一部分的撞击应力，避免镜片110受损，并且镜片110的表面低于镜头盖170的表面，可以防止镜片110的表面遭到硬物剐蹭，进而避免镜片110表面出现划痕。

在本实用新型其中一个优选实施例中，所述通光孔142内同轴设置有环形挡光板143；所述镜片110会聚的接收光从所述环形挡光板143中心的开口处射出至所述复合抛物面聚光器130。

由于环境中存在着多种光源，不同光源发出的光或不同光源照射到被检测物体上形成的反射光也可能会进入到接收模块内部，容易影响接收模块对接收光的感应。

在本实施例中，当镜片110所会聚的接收光经过通光孔142时，从环形挡光板143中心的中空处射出至复合抛物面聚光器130，而除接收光之外的环境杂光由于光路与环形挡光板143的中心轴偏离，会被环形挡光板143遮挡，从而减少了环境杂光对接收模块识别结果的影响。

在本实用新型其中一个优选方案中还指出了一种激光雷达，包括上述多个优选方案中任意一个所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组100。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，包括：

镜片；

接收芯片；以及

复合抛物面聚光器，设置在所述镜片和所述接收芯片之间，接收光通过镜片入射所述具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，并经过所述复合抛物面聚光器射向所述接收芯片，所述复合抛物面聚光器用于匀化和校准所述接收光。

2.如权利要求1所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述复合抛物面聚光器具有输入端和输出端，所述输入端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径大于所述输出端的外壁面垂直于旋转中心轴的截面半径，所述复合抛物面聚光器从所述输入端到所述输出端逐渐变细。

3.如权利要求2所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述复合抛物面聚光器的输入端朝向所述镜片，所述复合抛物面聚光器的输出端朝向所述接收芯片。

4.如权利要求3所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述复合抛物面聚光器在所述输入端具有进光面，所述复合抛物面聚光器在所述输出端具有出光面，所述进光面与所述出光面平行。

5.如权利要求4所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述进光面、所述出光面与所述复合抛物面聚光器的旋转中心轴垂直设置；所述镜片会聚的接收光从所述进光面进入所述复合抛物面聚光器并从所述出光面平行地射出至所述接收芯片。

6.如权利要求5所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述复合抛物面聚光器的外壁面为一抛物线沿旋转中心轴旋转形成的曲面。

7.如权利要求6所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述接收芯片位于所述镜片的焦点位置上，所述接收芯片与所述复合抛物面聚光器的旋转中心轴垂直设置；

和或，所述复合抛物面聚光器的中心轴与所述镜片的光轴同轴设置。

8.如权利要求1-7任意一项所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，所述复合抛物面聚光器的接收半角的度数为1-30度；

当所述接收光的入射角小于或等于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述复合抛物面聚光器的出光面射出；

当所述接收光的入射角大于所述接收半角，所述接收光经过反射从所述复合抛物面聚光器的进光面射出。

9.如权利要求8所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组，其特征在于，还包括：

镜头本体，所述镜头本体具有第一容置孔，所述镜片设置在所述第一容置孔内；

镜头支架，所述镜头支架设置有接收光通道，所述镜头本体设置于所述接收光通道的进光口，所述接收芯片设置于所述接收光通道的出光口；以及

聚光器固定架，同轴设置在所述接收光通道内，所述聚光器固定架具有第二容置孔，所述复合抛物面聚光器设置在所述第二容置孔内。

10.一种激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的具有复合抛物面聚光器的激光接收模组。

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