激光接收装置及激光雷达系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光接收装置及激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达系统中，为防止出现激光能量反射造成接收器能量达到饱和而无法响应近距离的回波信号，最终导致无法有效测距的现象，通常会采用分束镜将激光束分为两束来实现近距离和远距离分离测距。
3.但是，现有的激光雷达系统需要通过更换分束镜来调整分光比例，调整步骤复杂，所需要准备的分束镜数量较多。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述问题，提供一种激光接收装置及激光雷达系统，该激光接收装置能够方便地调整分光比例来实现不同场合下的近距离和远距离分离测距。
5.本实用新型提供一种激光接收装置，包括：接收镜头，用于收集并汇聚回波信号；分光镜，滑动设置于所述接收镜头的出射光路上，并将所述回波信号分为第一回波信号及第二回波信号；第一激光接收器及第二激光接收器，分别设置于所述分光镜的两侧，并分别用于接收所述第一回波信号及所述第二回波信号。
6.上述激光接收装置中，接收镜头接收到回波信号后将回波信号汇聚并朝向分光镜出射，分光镜能够将接收镜头出射的回波信号分成第一回波信号及第二回波信号来实现近距离和远距离分离测距；当需要将该激光接收装置应用于不同场合时，用户能够根据测距需要滑动调节分光镜的位置，从而调节第一回波信号和第二回波信号的能量之比，使得该激光接收装置只通过一个分光镜就能够适用于不同场合，调节方式简单，从而能够提高测量效率。
7.在其中一个实施例中，所述分光镜包括分别用于反射所述第一回波信号及所述第二回波信号的第一反射面和第二反射面，所述第一反射面及所述第二反射面相对于所述接收镜头倾斜设置。
8.如此设置，使得第一回波信号及第二回波信号被分离后互不干涉，从而能够提高近距离和远距离分离测距结果的准确性。
9.在其中一个实施例中，所述第一反射面及所述第二反射面与所述接收镜头光轴之间的夹角大小相等。
10.如此设置，第一激光接收器及第二激光接收器接收到的回波信号能量的强度不会由于第一反射面及第二反射面的反射角度不同而发生变化。
11.在其中一个实施例中，所述接收镜头出射端的口径为d，所述接收镜头出射端用于出射所述第一回波信号部分的面积为s1，满足
12.如此设置，能够避免出现由于分光镜滑动至接收镜头的边缘而使得s1占接收镜头出射端整体面积的比例过小，从而导致第一激光接收器或第二激光接收器接收到的信号能量太弱而无法准确测得结果的现象。
13.本实用新型还提供一种激光雷达系统，包括上述的激光接收装置；激光发射器，用于发射激光信号；发射镜头，设置于所述激光发射器的出射光路上，所述发射镜头用于准直所述激光信号；振镜，设置于所述发射镜头的出射光路上，所述振镜用于将所述激光信号反射至目标物并接收从所述目标物反射回的所述回波信号；以及，反射镜，设置于所述发射镜头与所述振镜之间，所述反射镜开设有供所述激光信号通过的通光孔。
14.如此设置，从激光发射器发射的激光信号能够穿过通光孔直接投射至振镜上，避免反射镜对激光信号的干涉及消耗，使得能量利用率更高、测距更远。
15.在其中一个实施例中，所述反射镜具有朝向所述振镜的反射面，所述回波信号从所述振镜反射至所述反射面并经由所述反射面反射至所述接收镜头。
16.如此设置，由于反射镜、振镜及目标物之间的光路重叠，形成共光路系统，从而能够减少部分元件的数量，使得该激光雷达系统整体尺寸较小。
17.在其中一个实施例中，所述反射面镀有高反射膜。
18.如此设置，高反射膜能够提高从振镜反射过来的回波信号的反射光通量，使得入射至高反射膜的回波信号大部分或几乎全部都向接收镜头进行反射，从而能够增大接收镜头所接收到的回波信号的能量。
19.在其中一个实施例中，所述激光发射器、所述发射镜头、所述通光孔及所述振镜的光轴均处于同一直线上。
20.如此设置，能够保证从激光发射器发射的激光信号都能够被发射镜头接收，从发射镜头出射的激光信号都能够穿过通光孔后被振镜接收，从而能够提高能量的利用率，测距更远。
21.在其中一个实施例中，所述激光发射器发射的所述激光信号所在直线与所述反射镜之间的夹角为45度。
22.如此设置，反射镜能够将从振镜反射回的回波信号转折至与从反射镜出射至振镜的激光信号呈90度夹角的方向上，避免回波信号与激光信号相互干扰，保证回波信号都能够被反射至激光接收装置，从而提高能量的利用率。
23.在其中一个实施例中，所述振镜能够绕所述振镜的中心转动。
24.如此设置，振镜转动至不同角度时，振镜反射出的激光信号的反射角也不同，从而能够将激光信号出射至各个方向，扩大测量范围。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
26.图1为本实用新型一种实施方式的激光雷达系统的结构示意图；
27.图2为本实用新型提供的图1中分光镜滑动后的结构示意图；
28.图3为本实用新型提供的图1中振镜转动后的结构示意图；
29.图4为本实用新型提供的接收镜头的分光示意图。
30.附图标记：1、接收镜头；2、分光镜；21、第一反射面；22、第二反射面；3、第一激光接收器；4、第二激光接收器；5、激光发射器；6、发射镜头；7、振镜；8、反射镜；81、入光面；82、反射面；83、通光孔。
具体实施方式
31.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
32.需要说明的是，当组件被称为“固定于”或“设置于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。本技术的说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
33.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
34.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”、“下”可以是第一特征直接和第二特征接触，或第一特征和第二特征间接地通过中间媒介接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.除非另有定义，本技术的说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本技术的说明书所使用的术语“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。
36.在相关现有技术的激光雷达系统中，为防止出现激光能量反射造成接收器能量达到饱和而无法响应近距离的回波信号，最终导致无法有效测距的现象，通常会采用分束镜将激光束分为两束能量大小不同的回波信号来实现近距离和远距离分离测距。但是，由于同一分束镜分离的两束回波信号能量的比例是固定不变的，因此当需要在不同场合下使用时该激光雷达系统时，通常需要通过更换不同型号的分束镜来调整分光比例，调整步骤较为复杂，所需要准备的分束镜的类型和数量较多，测量效率较低。
37.为了解决上述问题，如图1至图4所示，本实用新型提供一种激光接收装置及激光雷达系统，该激光接收装置能够方便地调整分光比例来实现不同场合下的近距离和远距离分离测距。
38.如图1至图2所示，具体地，激光接收装置包括接收镜头1、分光镜2、第一激光接收
器3及第二激光接收器4；接收镜头1用于收集并汇聚回波信号，分光镜2滑动设置于接收镜头1的出射光路上，并将回波信号分为第一回波信号及第二回波信号；第一激光接收器3及第二激光接收器4分别设置于分光镜2的两侧，并分别用于接收第一回波信号及第二回波信号。
39.如前所述，由于相关现有技术中的分束镜分离的两束回波信号能量的比例是固定不变的，因此当需要在不同场合下使用时该激光雷达系统时，通常需要通过更换不同型号的分束镜来调整分光比例，调整步骤较为复杂，所需要准备的分束镜的型号和数量较多，测量效率较低。而本实用新型实施例提供的激光接收装置中，接收镜头1接收到回波信号后将回波信号汇聚并朝向分光镜2出射，分光镜2能够将接收镜头1出射的回波信号分成第一回波信号及第二回波信号来实现近距离和远距离分离测距；当需要将该激光接收装置应用于不同场合时，用户能够根据测距需要滑动调节分光镜2的位置，从而调节第一回波信号和第二回波信号的能量之比，使得该激光接收装置只通过一个分光镜2就能够适用于不同场合，调节方式简单，不需要频繁更换不同型号的分光镜2，从而能够提高测量效率。
40.如图1所示，分光镜2包括分别用于反射第一回波信号及第二回波信号的第一反射面21和第二反射面22，第一反射面21及第二反射面22相对于接收镜头1倾斜设置。第一反射面21能够将第一回波信号反射至第一激光接收器3，第二反射面22能够将第二回波信号反射至第二激光接收器4，使得第一回波信号及第二回波信号被分离后互不干涉，从而能够提高近距离和远距离分离测距结果的准确性。
41.如图1所示，在一种实施方式中，第一反射面21及第二反射面22与接收镜头1光轴之间的夹角大小相等。这样，第一激光接收器3及第二激光接收器4接收到的回波信号能量的强度不会由于第一反射面21及第二反射面22的反射角度不同而发生变化。使用时，可以用第一激光接收器3测量远距离信号，用第二激光接收器4测量近距离信号；也可以用第二激光接收器4测量远距离信号，用第一激光接收器3测量近距离信号。优选地，分光镜2的截面为等腰三角形。当然，分光镜2也可以是不等边三角形或者由两个反射镜互呈角度形成，只要能够将回波信号分离为朝向两侧出射的第一回波信号及第二回波信号即可，在此不做具体限定。
42.如图4所示，接收镜头1出射端的口径为d，接收镜头1出射端用于出射第一回波信号部分的面积为s1，满足由于接收镜头1出射端的口径为d，因此接收镜头1出射端的面积为分光镜2能够将接收镜头1出射端分为s1和s2两部分，其中s1部分用于发射第一回波信号，s2部分用于发射第二回波信号，分光镜2在滑动调节时需要保证s1与d满足以保证测得的距离准确，避免出现由于分光镜2滑动至接收镜头1的边缘而使得s1或s2占接收镜头1出射端整体面积的比例过小，从而导致第一激光接收器3或第二激光接收器4接收到的信号能量太弱而无法准确测得结果的现象。
43.激光接收装置还包括控制器，接收镜头1接收到回波信号时，控制器初次确认分光镜2的位置，分光镜2将回波信号分离为第一回波信号及第二回波信号，第一反射面21及第二反射面22分别将第一回波信号及第二回波信号反射至第一激光接收器3或第二激光接收
器4中，当第一激光接收器3接收到能量后，控制器进行逻辑运算并判定能量是否符合要求，若符合要求，则分光镜2调整位置确认完成，结束逻辑运算；若判定能量过大或者过小，则重新调整分光镜2的位置并再次进行确认，直到控制确认能量符合要求。
44.如图1至图3所示，本实用新型还提供一种激光雷达系统，包括激光发射器5、发射镜头6、振镜7、反射镜8以及上述的激光接收装置；激光发射器5用于发射激光信号，发射镜头6设置于激光发射器5的出射光路上，发射镜头6用于整形并准直激光信号，振镜7设置于发射镜头6的出射光路上，振镜7用于将激光信号反射至目标物并接收从目标物反射回的回波信号，反射镜8设置于发射镜头6与振镜7之间，反射镜8开设有供激光信号通过的通光孔83；反射镜8具有朝向振镜7的反射面82，回波信号从振镜7反射至反射面82并经由反射面82反射至接收镜头1。
45.使用时，激光发射器5发射固定的脉冲激光信号，并将激光信号以一定的发射角射出，发射镜头6将激光发射器5发射的激光信号进行整形并准直，形成能量集中、发散角很小的激光束，发射镜头6发射的激光信号穿过反射镜8的通光孔83后打在振镜7上，振镜7将接收到的激光信号反射至目标物，目标物接收到激光信号后反射回波信号，回波信号打在振镜7上，振镜7将接受到的回波信号反射至反射镜8的反射面82，反射面82将接收到的回波信号反射至激光接收装置进行处理。通光孔83能够降低反射镜8对激光信号的干涉及消耗，使得能量利用率更高、测距更远，由于反射镜8、振镜7及目标物之间的光路重叠，还能够形成共光路系统，从而能够减少部分元件的数量，使得该激光雷达系统整体尺寸较小，成本较低。其中，通光孔83的内径与发射镜头6发射的激光信号的直径适配，避免开口过大而导致从振镜7反射回的回波信号大量从通光孔83穿过而降低接收镜头1所接收到的回波信号的能量。
46.进一步地，反射面82镀有高反射膜。高反射膜能够提高从振镜7反射过来的回波信号的反射光通量，使得入射至高反射膜的回波信号大部分或几乎全部都向接收镜头1进行反射，从而能够增大接收镜头1所接收到的回波信号的能量。当然，反射镜8也可以在入光面81上镀透光膜，从而能够提高激光信号通过反射镜8的透射率，从而增大振镜7所接收到的激光信号的能量。
47.如图1所示，激光发射器5、发射镜头6、通光孔83及振镜7的光轴均处于同一直线上。从而能够保证从激光发射器5发射的激光信号都能够被发射镜头6接收，从发射镜头6出射的激光信号都能够穿过通光孔83后被振镜7接收，从而能够提高能量的利用率，测距更远。
48.如图1所示，激光发射器5发射的激光信号所在直线与反射镜8之间的夹角为45度。反射镜8能够将从振镜7反射回的回波信号转折至与从反射镜8出射至振镜7的激光信号呈90度夹角的方向上，避免回波信号再次被反射至振镜7上而与从反射镜8出射的激光信号相互干扰，保证回波信号都能够被反射至激光接收装置，从而进一步提高能量的利用率。
49.如图1及图3所示，振镜7能够绕振镜7的中心转动。其中，振镜7的转动方向可以是图3所示方向，也可以绕其他任一穿过振镜7中心的转轴转动，只要保证发射镜头6出射的激光信号能够打在振镜7上，且振镜7反射的激光信号不会回到反射镜8的反射面上即可，在此不做具体限制。振镜7转动至不同角度时，振镜7反射出的激光信号的反射角也不同，从而能够将激光信号出射至各个方向，扩大测量范围。优选地，振镜7为mems振镜。
50.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。
51.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的专利保护范围应以所附权利要求为准。