激光雷达系统的制作方法

1.本申请涉及光电信息技术领域，特别是涉及一种激光雷达系统。


背景技术：

2.随着探测及测距技术的发展，出现了激光雷达系统。目前通过激光雷达系统测量物体信息的过程可以为，待测物体被激光照亮，并对激光进行反射，物体的反射光携带有物体的位置信息，并通过激光雷达系统中的接收镜头对反射光进行接收，通过探测器实现光电转换，得到电信号，并将电信号传输给数字电路，利用数据电路进行读取和记录。
3.在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：在传统的激光雷达系统中，探测器在进行光电转换时，为保证探测器不饱和，且受限于探测器的毁伤阈值及读出电路的动态范围，漫反射体信号往往由于无法获得足够的信噪比和对比度而无法被识别，存在信息丢失甚至无法解算的问题。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高整体动态范围的激光雷达系统。
5.为了实现上述目的，本申请实施例提供了激光源；激光源用于发射激光光束；
6.接收装置；接收装置包括偏振分离器；
7.探测装置；探测装置包括第一探测器和第二探测器；第一探测器设置在偏振分离器的透射光路上；第二探测器设置在偏振分离器的反射光路上；
8.激光光束照射至目标物体，并经目标物体反射形成物体反射光，物体反射光经偏振分离器分离后形成透射光束和反射光束；透射光束投射至第一探测器处；反射光束投射至第二探测器处。
9.在其中一个实施例中，接收装置还包括接收镜头；
10.物体反射光依次经过接收镜头和偏振分离器后，形成透射光束和反射光束。
11.在其中一个实施例中，接收镜头的数量为1个或多个。
12.在其中一个实施例中，接收装置还包括接收镜头；
13.物体反射光依次经过偏振分离器和接收镜头后，形成透射光束和反射光束。
14.在其中一个实施例中，接收镜头的数量为2个；
15.任一接收镜头和第一探测器依次设置在偏振分离器的透射光路上；另一接收镜头和第二探测器依次设置在偏振分离器的反射光路上。
16.在其中一个实施例中，偏振分离器为偏振分光棱镜。
17.在其中一个实施例中，偏振分离器为格兰汤普森棱镜。
18.在其中一个实施例中，偏振分离器为格兰泰特棱镜。
19.在其中一个实施例中，激光源为线偏振激光源。
20.在其中一个实施例中，激光雷达系统还包括采样电路；采样电路分别电连接第一
探测器和第二探测器。
21.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
22.激光源用于发射激光光束，目标物体对激光光束进行反射，得到物体反射光，接收装置中的偏振分离器对物体反射光进行分离，得到透射光束和反射光束，从而可利用物体不同类型反射光的偏振差异，对不同偏振方向的光进行分离，第一探测器设置在偏振分离器的透射光路上，第二探测器设置在偏振分离器的反射光路上，在分离漫反射物体反射的光和镜面反射物体反射的光后，可通过第一探测器和第二探测器分别探测信号强度高的信号和信号强度低的信号，实现同时探测低反射率物体和镜面反射物体，提高激光雷达系统的整体动态范围。
附图说明
23.通过附图中所示的本申请的优选实施例的更具体说明，本申请的上述及其它目的、特征和优势将变得更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分，且并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本申请的主旨。
24.图1为一个实施例中激光雷达系统的第一示意性结构框图；
25.图2为一个实施例中激光雷达系统的第二示意性结构框图；
26.图3为一个实施例中激光雷达系统的第三示意性结构框图。
具体实施方式
27.为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
28.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“设置”、“透射光路”、“反射光路”、“透射光束”、“反射光束”以及类似的表述只是为了说明的目的。
29.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
30.发明人发现，在传统激光雷达系统的探测过程中，常常会遇到视场中同时存在镜面反射物体和漫反射物体的情况。由于镜面反射物体只在特定的反向进行反射，探测器接收到的镜面反射物体的反射光较强。而漫反射物体向各个方向进行反射，探测器接收到的漫反射物体的反射光较弱。此时，探测器上接收的信号为镜面反射物体反射的、信号强度高的信号，以及漫反射物体反射的、信号强度低的信号。
31.为此，本申请提供了一种激光雷达系统，可利用物体不同类型反射光的偏振差异，通过接收装置对不同偏振方向的光进行分离，进而可将漫反射物体反射的光和镜面反射物体反射的光进行分离，并通过探测器分别探测信号强度高的信号和信号强度低的信号，实现同时探测低反射率物体和镜面反射物体，提高激光雷达系统的整体动态范围。
32.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。
33.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种激光雷达系统，包括：
34.激光源110；激光源110用于发射激光光束；
35.接收装置120；接收装置120包括偏振分离器121；
36.探测装置；探测装置包括第一探测器131和第二探测器133；第一探测器131设置在偏振分离器121的透射光路上；第二探测器133设置在偏振分离器121的反射光路上；
37.激光光束照射至目标物体，并经目标物体反射形成物体反射光，物体反射光经偏振分离器分离后形成透射光束和反射光束；透射光束投射至第一探测器131处；反射光束投射至第二探测器133处。
38.具体地，激光雷达系统包括激光源110、接收装置120和探测装置。其中激光源110用于发射激光光束。进一步地，激光源110发射的激光光束可以具备特定偏振，可通过选用特定的偏振激光光源或者使用偏振片对发射的激光进行调整来实现。
39.当激光光束被投射至目标物体处时，目标物体会对激光源110发射的激光光束进行反射，形成物体反射光。具体而言，接收装置120接收到的反射光线由视场内多个物体的反射光线叠加得到，可以同时包括两种类型的反射光纤：(1)镜面反射物体的反射光线；(2)漫反射物体的反射光线。
40.接收装置120中的偏振分离器121会根据利用不同类型反射光线的偏振差异对反射光线进行透射或者反射，即对上述任一类型的反射光线进行透射，并对另一类型的反射光线进行反射，得到分离的透射光束和反射光束，从而可将反射光线中镜面反射物体的反射光和漫反射物体的反射光进行分离。
41.偏振分离器121对镜面反射物体的反射光和漫反射物体的反射光进行分离后，通过将第一探测器131设置在偏振分离器121的透射光路上，从而可利用第一探测器131对透射光束进行识别；通过将第二探测器133设置在偏振分离器121的反射光路上，从而可利用第二探测器133对反射光束进行识别。第一探测器和第二探测器133用于进行光电转换，并得到电信号，从而可根据转换得到的电信号确认视场内是否存在目标物体，以及视场内目标物体的位置，使得漫反射体信号和镜面反射体信号都能够获得足够的信噪比和对比度，进而可对视场内的漫反射物体和镜面反射物体进行识别，提高了激光雷达系统的整体动态范围。
42.需要说明的是，激光雷达系统中探测器的数量并不只限于2个，本领域技术人员可根据实际情况以及设计需求选用相应数量和相应布置方式的探测器。
43.上述激光雷达系统中，激光源110用于发射激光光束，目标物体对激光光束进行反射，得到物体反射光，接收装置120中的偏振分离器121对物体反射光进行分离，得到透射光束和反射光束，从而可利用物体不同类型反射光的偏振差异，对不同偏振方向的光进行分离，第一探测器131设置在偏振分离器121的透射光路上，第二探测器133设置在偏振分离器121的反射光路上，在分离漫反射物体反射的光和镜面反射物体反射的光后，可通过第一探测器131和第二探测器133分别探测信号强度高的信号和信号强度低的信号，实现同时探测低反射率物体和镜面反射物体，提高激光雷达系统的整体动态范围。
44.在一个实施例中，接收装置120还包括接收镜头123；
45.物体反射光依次经过接收镜头123和偏振分离器121后，形成透射光束和反射光束。
46.具体地，接收装置120包括接收镜头123和偏振分离器121，接收镜头123用于接收物体反射的光线，物体发射光被接收镜头123收集，经过接收镜头123传导至偏振分离器121，偏振分离器121对物体反射光进行分离后，得到透射光束和反射光束，使得漫反射物体的反射光线与镜面反射物体的反射光线可以沿不同的光路进行传导，并通过第一探测器131接收透射光束，通过第二探测器133接收反射光束，从而可分别利用第一探测器131和第二探测器133分别探测漫反射物体的反射光线与镜面反射物体的反射光线。
47.在一个实施例中，如图2所示，接收镜头123的数量为1个或多个。
48.具体地，接收装置120中接收镜头123的数量可以为1个或者多个，当接收镜头123的数量为多个时，可通过多个镜头的组合，实现物体发射光的接收和收集。当接收镜头123的数量为1个时，物体反射光经接收镜头123收集后，被偏振分离器121分离，第一探测器131设置在偏振分离器121的透射光路上，第二探测器133设置在偏振分离器121的反射光路上，即接收镜头123、偏振分离器121和第一探测器131依次设置。当偏振分离器121对漫反射物体的反射光线和镜面反射物体的反射光线进行分离后，可通过第一探测器131对偏振分离器121的透射光束进行探测，并通过第二探测器133对偏振分离器121的反射光束进行探测，从而偏振分离器121的透射光束和反射光束可以分别通过对应的独立设置的探测器进行光电转换，利用两个探测器实现分别探测两种类型的反射光线，进而可使得漫反射体信号和镜面反射体信号都能够获得足够的信噪比和对比度，并对漫反射物体和镜面反射物体进行识别，提高了激光雷达系统的整体动态范围。
49.在一个实施例中，接收装置120还包括接收镜头123；
50.物体反射的光线依次经过偏振分离器121和接收镜头123分别投射至第一探测器131和第二探测器133。
51.具体地，接收装置120包括接收镜头123和偏振分离器121，偏振分离器121对物体反射的光线进行透射或者反射，使得漫反射物体的反射光线与镜面反射物体的反射光线可以沿不同的光路进行传导，并利用接收镜头123分别对透射光束和反射光束进行收集，通过第一探测器131和第二探测器133对透射光束和反射光束进行光电转换，从而可实现分别探测漫反射物体的反射光线和镜面反射物体的反射光线，进而能提高激光雷达系统的整体动态范围，并同时探测低反射率物体和镜面反射物体。
52.在一个实施例中，如图3所示，接收镜头123的数量为2个；
53.任一接收镜头123和第一探测器131依次设置在偏振分离器121的透射光路上；另一接收镜头123和第二探测器133依次设置在偏振分离器121的反射光路上。
54.具体地，任意一个接收镜头123和第一探测器131依次设置在偏振分离器121的透射光路上，另外一个接收镜头123和第二探测器133依次设置在偏振分离器121的反射光路上。即在偏振分离器121的透射光路上，偏振分离器121、任一接收镜头123和第一探测器131依次设置，在偏振分离器121的反射光路，偏振分离器121、另一接收镜头123和第二探测器133依次设置。
55.偏振分离器121对漫反射物体的反射光线和镜面反射物体的反射光线进行分离后，设置在透射光路上的接收镜头123对透射光束进行收集，并通过第一探测器131对透射
光束进行光电转换。设置在反射光路上的接收镜头123对反射光束进行收集，并通过第二探测器133对反射光束进行光电转换，从而使得透射光束和反射光束可以分别通过对应的接收镜头123和探测器进行收集和转换，实现两种类型反射光线的分别探测，进而可使得漫反射体信号和镜面反射体信号都能够获得足够的信噪比和对比度，并对漫反射物体和镜面反射物体进行识别，提高了激光雷达系统的整体动态范围。
56.在一个实施例中，偏振分离器121为偏振分光棱镜。
57.在一个实施例中，偏振分离器121为格兰汤普森棱镜。
58.在一个实施例中，偏振分离器121为格兰泰特棱镜。
59.需要说明的是，偏振分离器121包括但不局限于偏振分光棱镜、格兰汤普森棱镜和格兰泰特棱镜，本领域技术人员可根据实际情况以及设计需求选用对应类型的偏振分离器件，以实现对镜面反射物体的反射光线和漫反射物体的反射光线进行分离。
60.在一个实施例中，激光源110为线偏振激光源。
61.具体地，激光源110为线偏振激光源，即激光源110可用于发射线偏振光。当激光源110发射的激光为线偏振光，且为s偏光或者p偏光的时候，漫反射光具有自然光的偏振特性，镜面反射光依然为线偏振光。在此情况下，漫反射物体反射的光与镜面反射物体反射的光存在偏振差异，从而可通过接收装置120将接收到的反射光线中不同偏振方向的光进行分离，并通过对应的探测器分别探测分离后的激光，进而可同时对视场中的漫反射物体和镜面反射物体进行识别。
62.当线偏振激光源发射一束线偏振激光，线偏振激光可以为s偏光或者p偏光时，线偏振激光照亮漫反射物体或者镜面反射物体，两种物体的反射光被接收装置120收集并分离，从而可通过对应的探测器对漫反射物体的反射光和镜面反射物体的反射光进行识别，实现同时识别视场中的漫反射物体和镜面反射物体。
63.在一个实施例中，激光雷达系统还包括采样电路；采样电路分别电连接第一探测器131和第二探测器133。
64.具体地，采样电路分别与第一探测器131和第二探测器133进行电连接。第一探测器131和第二探测器133均用于对接收到的光信号进行光电转换，得到电信号，并将转换得到的电信号传输给采样电路，采样电路对电信号进行读取和记录，从而可对电信号进行处理并可根据处理后的结果确认视场中是否存在物体和各物体的位置。
65.以上所述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。
66.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实用新型专利范围的限制。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。