光学系统及激光雷达的制作方法

本发明涉及激光雷达测量领域，具体而言，涉及一种光学系统及激光雷达。

背景技术：

目前，水下目标的探测手段主要采用声纳、水听器等水声探测系统。声纳探测系统一般安装在船上，不仅工作效率低，而且在充满暗礁与浅滩的海域，测量过程本身具有一定的危险性，甚至可能根本不能进行；且声纳机动性差，难以进行大面积搜索，往往采用“采样”工作方式。机载激光探测系统以扫描方式工作，扫描方向与飞行方向垂直，飞行时，海面上的探测点组成一个几百米宽的探测带，可以获得比声纳探测大得多的探测效率；探测密度远远高于传统的声纳系统，且可以随时调整探测密度。

激光雷达光学系统是激光雷达的“眼睛”，它是激光雷达极其关键，极其重要的部件。然而，现有的目前国内机载激光雷达光学系统实现激光水下目标探测主要采用卵形扫描方式。这种扫描方式的扫描激光在水面的扫描轨迹为卵形，此时扫描激光在水面的入射角随着扫描点的位置变化而变化，需要预先对扫描激光在水面上的各扫描足点的入射角进行标定，增大了激光雷达水下目标探测的工作量和后端计算的复杂度。此外，当激光发射频率恒定，匀速旋转的楔形反射镜扫描出的激光足迹光斑在卵形两头分布较密集，中间分布较稀疏。为得到等间隔的扫描，电楔形反射镜旋转电机的控制变得复杂。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学系统及激光雷达，以有效地改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种光学系统，包括激光发射装置、反射装置、楔形镜、物镜组件、目镜组件和探测装置。所述激光发射装置发出的激光经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面。当所述楔形镜处于旋转状态时，入射到所述楔形镜的第一表面且由所述楔形镜的第二表面出射的激光随着所述楔形镜的旋转对目标进行圆形扫描。由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光经所述物镜组件、所述目镜组件入射到所述探测装置。

进一步的，上述光学系统中，经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面的激光的光轴与由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光的光轴重合。

进一步的，上述反射装置包括第一反射镜，所述第一反射镜设置于所述楔形镜的第一表面和所述物镜组件之间。

进一步的，上述反射装置还包括第二反射镜，所述激光发射装置发出的激光入射到所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述楔形镜的第一表面。

进一步的，上述反射装置设置有光通道，所述激光发射装置发出的激光经所述光通道入射到所述楔形镜的第一表面，透过所述第一表面且由所述楔形镜的第二表面出射的激光入射到目标，由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光经所述反射装置反射至所述物镜组件。

进一步的，上述探测装置包括分束器、第一光电探测器和第二光电探测器，从所述目镜组件出射的激光经所述分束器分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光入射到所述第一光电探测器、被所述第一光电探测器接收，所述第二探测光入射到所述第二光电探测器、被所述第二光电探测器接收，其中，所述第一探测光的能量小于所述第二探测光的能量。采用双通道检测，有效地实现了高动态范围测量。

进一步的，上述光学系统还包括第一偏振控制器和第二偏振控制器。所述激光发射装置发出的激光入射到所述第一偏振控制器，经所述第一偏振控制器的偏振态编码处理后，入射到所述反射装置，经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面。由所述目镜组件出射的激光经所述第二偏振控制器检偏后进入所述探测装置。通过对光束的偏振态进行控制，有利于提高系统的信噪比。

进一步的，上述光学系统还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设置于所述目镜组件与所述探测装置之间的光路中，用于滤除激光以外的杂散光。由于窄带滤光片的峰值波长与激光的入射角度相关，由所述目镜组件出射后入射到所述窄带滤光片的激光的入射方向平行于所述窄带滤光片的法线方向，有利于避免窄带滤光片的峰值波长发生偏移，影响滤波效果。

进一步的，上述光学系统还包括视场光阑，所述物镜组件的像方焦点与所述目镜组件的像方焦点重合，所述视场光阑设置于所述物镜组件的像面处。

另一方面，本发明实施例还提供给了一种激光雷达，该激光雷达包括上述的光学系统。

相比于现有机载海洋测量激光雷达的光学系统，本发明实施例提供的光学系统中，通过旋转楔形镜，使入射到所述楔形镜的第一表面且由所述楔形镜的第二表面出射的激光随着所述楔形镜的旋转对目标进行圆形扫描，此时，目标上各扫描点的扫描轨迹为圆形，且由所述楔形镜的第二表面出射的激光在目标上的各扫描点的入射角相等，不需要对每个扫描点处的入射角进行标定，有效地简化了采用该光学系统的激光雷达的使用，且有利于简化激光雷达的后端计算。例如，当目标为海洋、湖泊、水滩等时，激光的入射角恒定，则折射角也恒定，有利于简化水深解算模型。另外，入射角恒定还有利于提高激光雷达扫描点云的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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获得其他相关的附图。

图1示出了现有的采用卵形扫描方式的激光雷达发射系统的一种结构示意图；

图2示出了现有的采用卵形扫描方式的激光雷达发射系统的另一种结构示意图；

图3示出了水深测量示意图；

图4示出了本发明第一实施例提供的光学系统的第一种结构示意图；

图5示出了本发明第一实施例提供的光学系统的第二种结构示意图；

图6示出了本发明第一实施例提供的光学系统中楔形镜呈旋转状态时激光的偏折状态示意图；

图7示出了本发明第一实施例提供的光学系统的接收子系统的一种结构示意图；

图8示出了本发明第一实施例提供的光学系统的接收子系统的另一种结构示意图；

图9示出了本发明第一实施例提供的光学系统的第三种结构示意图；

图10示出了本发明第一实施例提供的光学系统的第四种结构示意图；

图11示出了窄带滤光片的峰值波长与入射角的关系曲线图。

图中：10-激光雷达发射系统；101-脉冲激光器；102-楔形反射镜；103-扫描轨迹；扫描点-1031；20-光学系统；200-激光发射装置；310-激光器；320-激光扩束组件；202-反射装置；410-第一反射镜；420-第二反射镜；2021，511-光通道；204-楔形镜；204a-第一表面；204b-第二表面；206-物镜组件；208-目镜组件；210-探测装置；510-分束器；520-第一光电探测器；530-第二光电探测器；212-视场光阑；214-聚光镜组；216-第一偏振控制器；218-第二偏振控制器；220-窄带滤光片。

具体实施方式

图1示出了现有的采用卵形扫描方式的激光雷达发射系统的一种结构示意图。图2示出了现有的采用卵形扫描方式的激光雷达发射系统的另一种结构示意图。如图1所示，该激光雷达发射系统10包括脉冲激光器101和楔形反射镜102。楔形反射镜102包括倾斜面和直角面，倾斜面和直角面形成该楔形反射镜102的楔角。楔形反射镜102绕图1所示的旋转轴a旋转时，脉冲激光器101发出的脉冲激光入射到楔形反射镜102的倾斜面，经倾斜面反射的脉冲激光随着楔形反射镜102的旋转对目标进行扫描。楔形反射镜102的旋转轴垂直于楔形反射镜102的直角面，此时，楔形反射镜102的旋转面平行于其直角面。此时，目标表面的扫描轨迹103为卵形，且脉冲激光在各扫描点1031处的入射角随着该扫描轨迹103中扫描点1031位置的变化。楔形反射镜102的扫描角度越大，则该扫描轨迹103中各扫描点1031处的入射角差值越大。该激光雷达发射系统10中，楔形反射镜102的放置方式可以采用图1所示的方式，也可以采用图2所示的方式。

在一种具体测量场景中，激光雷达发射系统10设置在飞机底部，目标为海洋。若要测得水深，需要预先360度旋转楔形反射镜102，标定上述扫描轨迹103的每个扫描点1031处的入射角度。进一步通过水深计算公式得到水深。在图3所示，假设海水深为h，入射角为θ，水深计算公式可以表示为：

式中，δt＝twb-tws，twb为海底反射的脉冲激光返回激光雷达接收系统的时间，tws为海面反射的脉冲激光返回激光雷达接收系统的时间，即δt为海底和海面反射的脉冲激光返回激光雷达接收系统的时间差；c为光在真空中的速度，nw为海水对脉冲激光的折射率；θ为脉冲激光在海面上的入射角。

因此，若一次扫描的扫描轨迹103中各扫描点1031处的脉冲激光的入射角存在差异，需要预先对扫描激光在水面上的各扫描足点的入射角进行标定，增大了激光雷达水下目标探测的工作量以及激光雷达后端解算模型的复杂度。

此外，在上述激光雷达发射系统10中，在脉冲激光的发射频率恒定且楔形反射镜102转速恒定的情况下，脉冲激光的卵形扫描轨迹103中各扫描点1031的分布为非均匀的，脉冲激光在目标上的扫描光斑在卵形轨迹的两头分布较密集，中间分布较稀疏，如图1和图2所示。此时，为了得到均匀分布的扫描光斑，还需要进一步对楔形反射镜102的旋转驱动装置进行变速控制，当扫描光斑旋转至短轴方向时需要减速，当扫描光斑旋转至长轴方向时需加速。因而，楔形反射镜102在旋转一周的过程中，要经历两次加速与两次减速。由于楔形反射镜102转速较高，因而对旋转驱动装置控制精度要求高，不利于降低系统成本。

再者，假设激光雷达中，与上述激光雷达发射系统10对应的接收光学系统的入瞳直径为d，当卵形扫描轨迹103的长轴方向上单边扫描角为20度时，楔形反射镜102口径应大于或等于1.74d，不利于减轻系统重量，同时也不利于系统的小型化设计。

因此，本发明实施例提供了一种光学系统，应用于激光雷达，以有效地改善上述问题。下面将对本发明实施例提供的光学系统进行详细阐述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

如图4所示，本发明第一实施例提供了一种光学系统20，应用于激光雷达。其中，该光学系统20包括发射子系统和接收子系统。发射子系统包括激光发射装置200、反射装置202以及楔形镜204。接收子系统包括物镜组件206、目镜组件208以及探测装置210。

本实施例中，激光发射装置200包括激光器310。激光器310发出激光光束作为激光信号。本实施例中，通常采用红外或可见光波段内的激光信号。然而，当本实施例提供的光学系统20应用于机载海洋探测激光雷达时，考虑到激光在海水中传播的衰减情况，可以采用蓝绿波段的激光，优选采用绿激光。

为了进一步压缩激光发射装置200发出的激光的发散角，使激光的发散角度满足系统要求，如图4所示，激光发射装置200还可以包括激光扩束组件320。激光器310发出的激光光束入射到激光扩束组件320，经过激光扩束组件320进一步压缩发散角后出射。

作为一种实施方式，如图4所示，反射装置202包括第一反射镜410，第一反射镜410设置于楔形镜204的第一表面204a和物镜组件206之间。激光发射装置200发出的激光入射到第一反射镜410的反射面，经过第一反射镜410反射后入射到楔形镜204。由于入射到第一反射镜410的反射面的激光发散角较小，可以近似于平行光束。因此，第一反射镜410的尺寸可以在满足能够对激光进行反射的条件下尽量小，以避免对由目标返回的激光造成不必要的遮挡。为了进一步优化本光学系统20的空间布局，在上述第一反射镜410的基础上，反射装置202还可以包括第二反射镜420，如图4所示。此时，激光发射装置200发出的激光先入射到第二反射镜420的反射面，经第二反射镜420反射到第一反射镜410的反射面，然后经第一反射镜410反射后入射到楔形镜204。

作为另一种实施方式，如图5所示，反射装置202设置有光通道2021。激光发射装置200发出的激光经该光通道2021入射到楔形镜204的第一表面204a，透过第一表面204a且由楔形镜204的第二表面204b出射的激光入射到目标。由目标反射并透过楔形镜204的激光入射到反射装置202的反射面，经反射装置202反射至物镜组件206。例如，反射装置202可以为中心设置有用于通光的通孔的反射镜。需要说明的是，图4和图5中，带箭头的直线表示激光。

本实施例中，经反射装置202反射后入射到楔形镜204的第一表面204a的激光的光轴与由目标反射并透过楔形镜204的激光的光轴重合。也就是说，本实施例通过设置反射装置202对激光发射装置200发出的激光进行转折，使得发射子系统和接收子系统的光轴重合。此时，为了尽量减小系统体积和重量，楔形镜204的口径可以与接收子系统的入瞳直径相等，有利于系统的小型化设计。

本实施例中，楔形镜204的第一表面204a为直角面，第二表面204b为倾斜面，直角面和倾斜面形成楔形镜204的楔角。楔形镜204能够在旋转驱动装置的驱动下旋转。例如，该旋转驱动装置可以为电机。优选的，楔形镜204为圆楔形棱镜。

楔形镜204处于旋转状态时，经过反射装置202反射的激光入射到楔形镜的第一表面204a。需要说明的是，激光可以是正入射到楔形镜204的第一表面204a，或者，也可以与第一表面204a的法线成预设夹角入射，该预设夹角可以根据用户需要调整。此时，随着楔形镜204的旋转，透过该楔形镜204的第一表面204a后由楔形镜204的第二表面204b出射的激光呈圆锥形分布，如图6所示，从而对目标进行圆形扫描，即入射到目标上的扫描光斑的扫描轨迹为圆形。也就是说，随着楔形镜204的旋转，由上述第二表面204b出射后入射到目标的激光的入射角不发生变化，不需要对每个扫描点处的入射角进行标定，有利于简化后端计算。当激光器310的发射频率恒定，楔形镜204匀速旋转时，楔形镜204旋转一周对应的扫描光斑均匀分布。相比于现有卵形扫描的激光雷达发射系统，降低了对旋转驱动装置的要求，有利于降低系统成本。

实际应用时，为了实现高速扫描，楔形镜204需高速旋转。因此，优选的，本实施例提供的光学系统20中，楔形镜204的旋转轴方向与楔形镜204的重力方向一致，相比于现有的激光雷达发射系统，能够有效降低对楔形镜204的结构强度的要求。

对于接收子系统，现有的大口径激光接收系统主要采用反射式望远系统，例如卡塞格林反射式望远系统，由于反射式望远系统的次镜会带来中心遮拦，遮挡的光通量能够达到30％至40％。同时，由于光学反射存在两倍光学杠杆放大，因而反射式望远系统对光学零件的加工与装配要求更高。因此，本发明实施例中，接收子系统优选采用透射式望远系统，物镜组件206的像方焦点与目镜组件208的物方焦点重合。例如，可以采用开普勒型望远系统。透射式望远系统易于安装调试，相比于反射式望远系统，无中心遮拦，因而相同入瞳面积情况下，其体积更小，且对零件加工精度与装配精度要求更低。

可以理解的是，为了进一步限制接收子系统的视场，控制视场外的光线不能进入到后续光路中。如图7所示，上述接收子系统还包括视场光阑212，该视场光阑212设置于物镜组件206的像面处。

此外，接收子系统中，探测装置210用于将接收到的激光信号转换为电信号，以进一步对该电信号进行处理得到需要测量的数据。本实施例中，探测装置210为光电探测器。

考虑到光电探测器灵敏度的限制，为了实现高动态范围，提高对目标的测量精度。本发明实施例提供的光学系统20中，如图7所示，探测装置210优选包括分束器510、第一光电探测器520和第二光电探测器530。通过分束器510进行分光，实现双通道同时探测，其中一个通道接收光能量低，用于接收反射能量强的物体，如陆地表面反射、浅滩水底、水表面反射等；另一通道接收光能量高，用于弱信号探测，如深水水底探测。

此时，从目镜组件208出射的激光经分束器510分束为第一探测光和第二探测光。其中，第一探测光的能量小于第二探测光的能量。第一探测光入射到第一光电探测器520、被第一光电探测器520接收。第二探测光入射到第二光电探测器530、被第二光电探测器530接收。具体的，分束器510也可以为设置有光通道511的反射镜，如图7所示。其中，光通道511用于通光，此时可以通过控制光通道511的口径来控制分束器510的分光比，精度易于控制。或者，分束器510可以为镀有分光膜的平面镜，如图8所示。

可以理解的是，当第一探测光的光束直径较小，小于第一光电探测器520的感光面元时，可直接用第一光电探测器520接收第一探测光；当第一探测光的光束直径较大，无法直接用第一光电探测器520接收时，可以进一步在分束器510与第一光电探测器520之间设置聚光镜组214，通过聚光镜组214对光斑进行压缩，如图9示。例如，当分束器510为设置有光通道的反射镜时，当光通道的口径小于第一光电探测器520的感光面元时，第一探测光可以直接被第一光电探测器520接收。同理，当第二探测光的光束直径较小，小于第二光电探测器530的感光面元时，可直接用第二光电探测器530接收第二探测光；当第二探测光的光束直径较大，无法直接用第二光电探测器530接收时，可以进一步在分束器510与第二光电探测器530之间设置聚光镜组214，通过聚光镜组214对光斑进行压缩。

为了滤除杂散光的干扰，提高系统的信噪比，如图9和图10所示，本实施例提供的光学系统20还包括第一偏振控制器216和第二偏振控制器218。激光发射装置200发出的激光入射到第一偏振控制器216，第一偏振控制器216对入射的激光信号进行偏振态编码。由第一偏振控制器216出射的激光入射到反射装置202，经反射装置202反射后入射到楔形镜204的第一表面204a。由目镜组件208出射的激光经第二偏振控制器218检偏后进入探测装置210。可以理解的是，当探测装置210包括分束器510、第一光电探测器520和第二光电探测器530时，即本光学系统20为双通道探测时，作为一种是实施方式，上述第二偏振控制器218可以为一个，设置于目镜组件208与分束器510之间的光传播路径上。作为另一种实施方式，上述第二偏振控制器218也可以为两个，分别设置在一个探测通道中，即一个设置于分束器510与第一光电探测器520之间的光传播路径上，另一个设置于分束器510与第二光电探测器530之间的光传播路径上。

为了降低除上述激光发射装置200发出的激光以外的其他波长的杂散光的干扰，如图9和图10所示，本实施例提供的光学系统20还包括窄带滤光片220。窄带滤光片220的工作波段与上述激光的波段适配，用于根据波长对光束选通，滤除上述激光之外的其他波长的杂散光。窄带滤光片220设置于目镜组件208与探测装置210之间的光路中，由目镜组件208出射的激光经过窄带滤光片220后进入探测装置210。

需要说明的是，为了尽可能的降低干扰，系统一般均采用优质滤光片。对于窄带滤光片220，其峰值波长与入射角成以下函数关系：

式中，α表示入射到窄带滤光片220的激光的入射角；λα为入射角为α时的峰值波长；λ0入射角为0时的峰值波长；ne为外部折射率；n^*为窄带滤光片220折射率。假定λ0＝532nm，ne＝1.0，n^*＝1.52，此时得到窄带滤光片220的峰值波长λα与入射角α的曲线图如图11所示。如图11所示，当入射角α为1.69度时，峰值波长λα往短波方向移动0.2nm；当入射为3.75度时，峰值波长λα往短波方向移动1nm。基于上述关系，理想情况下，由目镜组件208出射后入射到窄带滤光片220的激光的入射方向平行于窄带滤光片220的法线方向，即入射角为0度。考虑到实际系统装配的偏差，结合窄带滤光片220的参数，光学系统20装配后光线入射角也可以小于一个角度阈值，该角度阈值由具体窄带滤光片220的参数决定。对于优质窄带滤光片220，滤光片的中心波长公差一般为0.2nm，其半高宽(fwhm)为1nm±0.2nm左右，此时，光学系统20装配后光线入射角优选小于1度。

为了更清楚的解释本发明实施例提供的光学系统20，下面将海洋为探测目标，以图9示出的光学系统20结构为例，从整体上对本发明实施例提供的光学系统20的原理进行说明。

激光器310发出的激光光束入射到激光扩束组件320，激光扩束组件320进一步压缩激光器310发出的激光光束的发散角，通过第一偏振控制器216后，入射到第二反射镜420的反射面，依次经第二反射镜420、第一反射镜410反射后入射到处于旋转状态的楔形镜204的第一表面204a，由楔形镜204的第二表面204b出射后的激光入射到海水水面。并且，随着楔形镜204的旋转，楔形镜204的第二表面204b出射后的激光入射到目标的不同探测点，实现圆锥形扫描，扫描光斑在海水水面的轨迹为圆形。

入射到海水水面上的激光中，小部分激光漫反射回波会原路返回至楔形镜204的第二表面204b，其余大部分激光发生折射继续传播到达海底后形成漫反射回到楔形镜204的第二表面204b。从海水水面漫反射形成的第一回波激光信号与海底漫反射形成的第二回波激光信号相继到达楔形镜204的第二表面204b，先后由楔形镜204的第一表面204a出射，依次通过物镜组件206、视场光阑212后，经目镜组件208处理为平行光入射到窄带滤光片220。经窄带滤光片220的光谱过滤处理后，由分束器510分束为第一探测光和第二探测光。其中，第一探测光经第二偏振控制器218检偏后被第一光电探测器520接收，第二探测光也经第二偏振控制器218检偏后被第二光电探测器530接收，第一光电探测器520将第一探测光转换为第一电信号，第二光电探测器530将第二探测光转换为第二电信号，以便于激光雷达的后端处理系统进一步对第一电信号和第二电信号进行处理得到需要测量的数据。

本发明实施例提供的光学系统20实现了对目标的圆锥形扫描，即使得目标各扫描点处的激光入射角相等，不需要对每个扫描点处的入射角进行标定，有效地简化了采用该光学系统20的激光雷达的使用，且有利于简化该激光雷达的后端计算。

第二实施例

本发明第二实施例还提供了一种激光雷达，包括上述第一实施例提供的光学系统20。当然，除了包括上述光学系统20外，激光雷达还包括其他组成部分，例如转台和信息处理系统等(图中未示出)，此处不做详细说明。

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其基本原理为：向目标发射探测激光，然后将接收到的从目标反射回来的激光回波信号与发射的激光信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹、海洋等目标进行探测。

相比于现有的机载海洋测量激光雷达，本发明第二实施例提供的激光雷达采用了第一实施例提供的光学系统20，通过该光学系统20实现了对目标的圆锥形扫描，即使得目标各扫描点处的激光入射角相等，不需要对每个扫描点处的入射角进行标定，有效地简化了激光雷达的使用，且有利于简化该激光雷达的后端计算。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。