激光雷达接收系统的制作方法

本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种激光雷达接收系统。

背景技术：

随着光学技术和通信技术的快速发展，激光雷达技术随之有了快速发展。由于激光雷达能够通过发射激光束和接收从目标对象上反射回的激光束，从而探测目标对象的位置和速度等特征量，因此广泛应用于目标探测等领域。

目前，为了获取更高分辨率的目标点云图像，激光雷达的收发激光线束已经由单线束向高线束发展。但高线束激光雷达中所用的雪崩光电二极管(avalanchephotodiode，简称apd)探测器阵列，其集成程度很高，像元间的间隔非常小，因此很容易造成各视场接收光信号之间的相互串扰，导致目标点云图像混乱，降低了激光雷达的探测精度。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高激光雷达探测精度的激光雷达接收系统。

本申请实施例提供的激光雷达接收系统，包括：接收端光学单元、金属线栅微偏振片阵列和雪崩光电二极管apd探测器阵列；

所述金属线栅微偏振片阵列用于通过与所述apd探测器阵列中的各探测器匹配的激光光束并吸收其他激光光束；

当目标对象反射激光光束至所述系统时，所述激光光束依次穿过所述接收端光学单元和所述金属线栅微偏振片阵列，到达所述apd探测器阵列。

在其中一个实施例中，所述系统还包括微光阑阵列，所述微光阑阵列设置在所述金属线栅微偏振片阵列的激光入射侧，所述微光阑阵列为具有多个通光孔的板状结构，且所述多个通光孔与所述apd探测器阵列中的多个apd探测器一一对应；

其中，所述微光阑阵列上的各所述通光孔用于通过对应的apd探测器的视场对应的激光光束。

在其中一个实施例中，所述系统还包括微透镜准直阵列，所述微透镜准直阵列包括多个透镜矫正单元，所述微透镜准直阵列位于所述金属线栅微偏振片阵列与所述微光阑阵列之间。

在其中一个实施例中，每个所述透镜矫正单元与所述apd探测器一一对应。

在其中一个实施例中，所述系统还包括微透镜聚焦阵列，所述微透镜聚焦阵列包括多个透镜聚焦单元，所述微透镜聚焦阵列位于所述金属线栅微偏振片阵列与所述apd探测器阵列之间。

在其中一个实施例中，每个所述透镜聚焦单元与所述apd探测器一一对应。

在其中一个实施例中，所述apd探测器阵列包括多个多个apd探测器线阵，多个所述apd探测器线阵在预设的关键区域交叠设置。

在其中一个实施例中，所述apd探测器线阵的数量为四个。

在其中一个实施例中，每个所述apd探测器线阵中的apd探测器的数量为十六个。

在其中一个实施例中，所述金属线栅微偏振片阵列为镀有窄带滤光膜的金属线栅微偏振片阵列。

上述激光雷达接收系统包括：接收端光学单元、金属线栅微偏振片阵列和雪崩光电二极管apd探测器阵列；金属线栅微偏振片阵列用于通过与apd探测器阵列中的各探测器匹配的激光光束并吸收其他激光光束；当目标对象反射激光光束至系统时，激光光束依次穿过接收端光学单元和金属线栅微偏振片阵列，到达apd探测器阵列。由于金属线栅微偏振片阵列的各个通光孔径能够通过特定偏振角的激光光束并并吸收其他激光光束，因此其可以使得进入apd探测器阵列中的各探测器的激光光束与探测器匹配，而与探测器不匹配的激光光束在该探测器对应的金属线栅微偏振片阵列的区域无法通过，从而避免了激光雷达的接收信号之间的干扰和激光雷达各探测像元间的的串扰，大大提高了目标点云图像的分辨率，进而极大地提高了激光雷达的探测精度。

附图说明

图1为一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图；

图1a为一个实施例中金属线栅微偏振片阵列中一个偏振过滤单元的结构示意图；

图1b为一个实施例中金属线栅微偏振片阵列中一个偏振过滤单元抗干扰过程的示意图；

图1c为一个实施例中金属线栅微偏振片阵列的结构示意图；

图2为另一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图；

图2a为一个实施例中微光阑阵列通过激光光束的光路示意图；

图3为又一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图；

图4为又一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图；

图5为一个实施例提供的apd探测器的排布示意图。

附图标记说明：

接收系统：200；接收端光学单元：210；

apd探测器阵列：220；apd探测器线阵：221；

apd探测器：221a；金属线栅微偏振片阵列：230；

微光阑阵列：240；微透镜准直阵列：250；

透镜矫正单元：251；微透镜聚焦阵列：260；

透镜聚焦单元：261。

具体实施方式

随着激光雷达技术的快速发展，激光雷达的收发激光线束由单线束向高线束发展。但高线束激光雷达中所用的apd探测器阵列，其集成程度很高，像元间的间隔非常小，因此容易造成各视场接收光信号之间的相互串扰，并且，各个激光雷达之间也容易造成干扰，导致目标点云图像混乱，降低了激光雷达的探测精度。本申请实施例提供的激光雷达接收系统，旨在解决如上技术问题。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

图1为一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图，该系统200包括：接收端光学单元210、金属线栅微偏振片阵列230和apd探测器阵列220；金属线栅微偏振片阵列230用于通过与apd探测器阵列220中的各探测器匹配的激光光束并吸收其他激光光束。金属线栅微偏振片阵列230用于通过与apd探测器阵列220中的各探测器匹配的激光光束并吸收其他激光光束。其中，当激光雷达的发射系统发射的激光光束到达目标对象时，被目标对象反射回接收系统200，并依次穿过接收端光学单元210和金属线栅微偏振片阵列230，到达apd探测器阵列220。

具体的，上述激光雷达接收系统200包括接收端光学单元210、金属线栅微偏振片阵列230和apd探测器阵列220。apd探测器阵列220包括多个apd探测器221a，用于接收激光光束。其中，金属线栅微偏振片阵列230包括多个偏振过滤单元，其结构可以参见图1a所示，图1a中的结构仅为一种示例，并不造成对本申请的限定。激光光束从目标对象上反射回来，先通过接收端光学单元210，然后通过金属线栅微偏振片阵列230，到达apd探测器阵列220。上述接收端光学单元210可以在保证激光光束孔径需求的情况下，合理选取焦距与口径，以满足发散角要求，对此本实施例不做限定。

具体过程如下，激光光束经由激光雷达的发射系统发射，到达目标对象，被目标对象反射至接收系统200，首先通过接收端光学单元210，再通过金属线栅微偏振片阵列230，需要说明的是，上述apd探测器阵列220中的探测器与金属线栅微偏振片阵列230的通光孔径对应设置。由于金属线栅微偏振片阵列230的各个通光孔径能够通过特定偏振角的激光光束并阻挡其他偏振角的激光光束，因此，激光光束通过金属线栅微偏振片阵列230进入apd探测器阵列220，其能够使得apd探测器阵列220中的各探测器接收到匹配的偏振角的激光光束，而与探测器不匹配的其他激光光束，包括其他探测器的视场对应的激光光束、背景光、其他雷达的光以及杂光，在该探测器对应的金属线栅微偏振片阵列230的特定区域无法通过，从而避免了激光雷达的接收信号之间的干扰和各探测像元间的的串扰。具体可以参见图1b中所示，图1b为一个实施例中金属线栅微偏振片阵列230抗干扰过程的示意图，如图1b中，作为干扰光的其他视场的线偏振光、作为信号光的本视场的线偏振光和其他非偏振光，如背景光，一起通过金属线栅微偏振片阵列230，则可以得到信号光、百分之五十的背景光以及极少的干扰光。金属线栅微偏振片阵列的结构示意图可以参见图1c所示。

本实施例所提供的激光雷达发射系统，包括接收端光学单元、金属线栅微偏振片阵列和雪崩光电二极管apd探测器阵列；金属线栅微偏振片阵列用于通过与apd探测器阵列中的各探测器匹配的激光光束并吸收其他激光光束；当目标对象反射激光光束至系统时，激光光束依次穿过接收端光学单元和金属线栅微偏振片阵列，到达apd探测器阵列。由于金属线栅微偏振片阵列的各个通光孔径能够通过特定偏振角的激光光束并阻挡其他偏振角的激光光束，因此其可以使得进入apd探测器阵列中的各探测器的激光光束与探测器匹配，而与探测器不匹配的激光光束在该探测器对应的金属线栅微偏振片阵列的区域无法通过，从而避免了激光雷达的接收信号之间的干扰和激光雷达各探测像元间的串扰，大大提高了目标点云图像的分辨率，进而极大地提高了激光雷达的探测精度。

可选地，在上述实施例的基础上，金属线栅微偏振片阵列230为镀有窄带滤光膜的金属线栅微偏振片阵列。由于金属线栅微偏振片阵列230为镀有窄带滤光膜的金属线栅微偏振片阵列，其滤光效果更好，进一步降低了激光雷达的接收信号之间的干扰和激光雷达各探测像元间的串扰，因而进一步提高了激光雷达的探测精度。

图2为另一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图。可选地，在上述图1所示的实施例基础上，该系统还可以包括微光阑阵列240，微光阑阵列240设置在金属线栅微偏振片阵列230的激光入射侧，微光阑阵列240为具有多个通光孔的板状结构，且多个通光孔与apd探测器阵列220中的多个apd探测器221a一一对应。其中，微光阑阵列240上的各通光孔用于通过对应的apd探测器221a的视场对应的激光光束。

具体的，上述系统还可以包括微光阑阵列240。微光阑阵列240为具有多个通光孔的板状结构，且设置在金属线栅微偏振片阵列230的激光入射侧，其上的多个通光孔与apd探测器阵列220中的多个apd探测器221a一一对应，微光阑阵列240上的多个通光孔可以设置特定的通光孔径、拦光孔径以及厚度，用于通过其对应的apd探测器221a的视场对应的激光光束，并阻挡其他apd探测器221a的视场对应的激光光束。当入射激光光束从接收光学系统镜头210射入，穿过微光阑阵列240，由于微光阑阵列240上的多个通光孔与apd探测器阵列220中的多个apd探测器221a一一对应，因此其上的每个通光孔可以通过其对应的apd探测器221a对应的视场的激光光束，并阻挡其他视场的激光光束，具体可以参见图2a所示，图2a为一个实施例中微光阑阵列240通过激光光束的光路示意图，其中f1和f2分别代表接收光学镜头210与微透镜250的焦距。可选地，上述板状结构其可以为金属板上开设多个通光孔，也可以为在相应位置刻蚀出通光孔的加镀了吸光膜的玻璃基片的，对此本实施例并不做限定。如

图2a所示，本实施例中，由于微光阑阵列为具有多个通光孔的板状结构，且设置在金属线栅微偏振片阵列的激光入射侧，其上的多个通光孔与apd探测器阵列中的多个apd探测器221a一一对应。本实施例中，该微光阑阵列上的多个通光孔可以通过其对应的apd探测器对应的视场的激光光束，并阻挡其他视场的激光光束，从而进一步防止了激光雷达各探测像元间的信号的串扰，进一步提高了目标点云图像的分辨率，因此进一步提高了激光雷达的探测精度。

图3为又一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图。可选地，在上述各实施例基础上，该系统还可以包括微透镜准直阵列250，微透镜准直阵列250包括多个透镜矫正单元251，微透镜准直阵列250位于金属线栅微偏振片阵列230与微光阑阵列240之间。

具体的，接收系统200还可以包括微透镜准直阵列250。其中微透镜准直阵列250包括多个透镜矫正单元251，可选地，每一个透镜矫正单元251可以为一个光学透镜，也可以为一个光学透镜的组合单元，对此本实施例并不做限定。微透镜准直阵列250用于矫正入射光的方向，设置在金属线栅微偏振片阵列230与微光阑阵列240之间。当激光光束通过微光阑阵列240之后通过微透镜准直阵列250的各个透镜矫正单元251，可以使得入射的激光光束的方向得以矫正，从而使得激光光束能够接近平行地进入金属线栅微偏振片阵列230，以便于金属线栅微偏振片阵列230对接收到的激光光束的偏振态进行过滤，提高激光雷达的抗干扰能力，并提高了入射激光进入对应的apd探测器的入射率，大大提高了能量利用率。同时，该金属线栅微偏振片阵列230为微偏振片阵列，其不同位置对应的微偏振片方位角不同，因此允许通过的偏振态不同，而相邻apd探测器对应的微偏振片方位角差异很大，从而进一步提高了防串扰的效果。

可选地，在上述图3所示的实施例基础上，每个透镜矫正单元251与apd探测器221a一一对应。通过将每个透镜矫正单元251与apd探测器221a一一对应设置，其可以针对每一个偏振态的激光光束更好地进行校正，进一步提高了激光雷达接收系统的防串扰的效果。

图4为又一个实施例提供的激光雷达接收系统的结构示意图。可选地，在上述实施例的基础上，接收系统200还可以包括微透镜聚焦阵列260，微透镜聚焦阵列260包括多个透镜聚焦单元261，微透镜聚焦阵列260位于金属线栅微偏振片阵列230与apd探测器阵列220之间。

具体的，接收系统200还可以包括微透镜聚焦阵列260。微透镜聚焦阵列260包括多个透镜聚焦单元261，可选地，每一个透镜聚焦单元261可以为一个光学透镜，也可以为一个光学透镜的组合单元，对此本实施例并不做限定。微透镜聚焦阵列260设置在金属线栅微偏振片阵列230与apd探测器阵列220之间。当激光光束通过金属线栅微偏振片阵列230之后通过微透镜聚焦阵列260的各个透镜聚焦单元261，激光光束能够实现聚焦，且聚焦后的激光光束能够更多的进入apd探测器，进一步提高了入射激光进入对应的apd探测器的入射率，进而进一步提高了能量利用率。

可选地，在上述图4所示的实施例基础上，每个透镜聚焦单元261与apd探测器221a一一对应。通过将每个透镜聚焦单元261与apd探测器221a一一对应设置，其可以针对每一个apd探测器221a的入射光束进行聚焦，进一步提高了能量利用率，因此进一步提高了激光雷达接收系统的防串扰的效果。

在一个实施例中，apd探测器阵列220可以包括多个apd探测器线阵221，具体可以参见图5所示，每个apd探测器线阵221可以包括多个apd探测器221a。具体的，多个apd探测器221a组成一个apd探测器线阵221，例如每一个apd探测器线阵221中的apd探测器221a的数量可以为两个、四个、六个、八个或者更多，图5中以每一个apd探测器线阵221中的apd探测器221a的数量为八个为例示出；多个apd探测器线阵221组成一个apd探测器阵列220，例如每一个apd探测器阵列220中的apd探测器线阵221的数量可以为两个、四个、六个、八个或者更多，图5中以每一个apd探测器阵列220中的apd探测器线阵221的数量为四个为例示出。本实施例对每一个apd探测器线阵221中的apd探测器221a的数量和每个apd探测器阵列220中的apd探测器线阵221的数量均不作限定。本实施例对每一个apd探测器线阵中的apd探测器221a的数量和每个apd探测器阵列220中的apd探测器线阵221的数量均不作限定。本实施例中，apd探测器阵列可以由多个apd探测器线阵组成，且每个apd探测器线阵由多个apd探测器组成，其能够使得apd探测器的排布更为简便快捷，且便于设计和量产。

在一个实施例中，apd探测器阵列220中的多个apd探测器线阵221还可以在预设的关键区域交叠设置，同样的，其对应的ld发射线阵121也在预设的关键区域交叠设置。可以参见图5所示，图5为一个实施例提供的apd探测器的排布示意图，包括四个apd探测器线阵221-1、221-2、221-3和221-4，其中apd探测器线阵221-2和apd探测器线阵221-3为交叠设置。图5中的apd探测器线阵221的数量和排布，以及apd探测器221a的数量和排布仅为一种示例，其不对本实施例造成限定。本实施例中，多个apd探测器线阵在预设的关键区域交叠设置其可以增强关键区域接收信号的密度，使得关键区域的目标点云图像的分辨率进一步提高，进而提高激光雷达的探测角分辨率精度。

可选地，在上述实施例的基础上，apd探测器线阵的数量为四个，设置四个apd探测器线阵，其能够满足视场的探测；可选地，每个apd探测器线阵中的apd探测器221a的数量为十六个，例如，可以参见图5所示，每个apd探测器线阵包括apd探测器221a的数量为十六个，即可以实现16×4的阵列排布，构成64线束激光雷达，其满足足够视场的探测，同时有效控制了成本。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。