[實(shí)用新型]一種窄線寬濾波激光雷達(dá)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201920528317.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN210119572U
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁偉;楊昆云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州鐳智傳感科技有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/931
• 分類號(hào): G01S17/931;G01S7/481
• 代理公司: 北京集智東方知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11578
• 代理人: 張紅;林青

本實(shí)用新型涉及一種窄線寬濾波激光雷達(dá)，通過(guò)采用外腔反饋的方式壓窄激光線寬，并將出射激光的頻率或波長(zhǎng)鎖定在所述外腔反饋元件選定的范圍內(nèi)，減少環(huán)境溫度變化對(duì)激光信號(hào)波長(zhǎng)的影響，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的使用窄線寬濾波元件對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行濾波處理，從而大幅度的濾除背景光噪聲，提高激光雷達(dá)的探測(cè)靈敏度和探測(cè)距離，同時(shí)，配合具有差異化濾波參數(shù)或具有弧形結(jié)構(gòu)的濾波元件，提高了在不同回波入射角度下濾波元件濾波效果的一致性，使得本實(shí)用新型的窄線寬濾波激光雷達(dá)在整個(gè)視場(chǎng)角度內(nèi)具有基本上相同的靈敏度和探測(cè)可靠度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種激光雷達(dá)，具體涉及一種壓縮激光線寬，并利用窄帶濾波器抑制背景光干擾以提高探測(cè)精度、探測(cè)距離和探測(cè)可靠性的激光雷達(dá)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有的多線脈沖飛行時(shí)間TOF(time of flight)激光雷達(dá)，為獲得高的垂直分辨率，存在兩類解決方案。第一類以velodyne(US8767190)為代表，使用多個(gè)激光陣列和光電檢測(cè)器陣列以獲取高的垂直分辨率。但該類方案中，激光陣列與檢測(cè)器陣列的組裝調(diào)試極其復(fù)雜，且隨分辨率要求的提高，其組裝調(diào)試難度將呈指數(shù)級(jí)上升，另外該類激光雷達(dá)的可靠性也較低。另一類方案，采用單個(gè)激光和PD檢測(cè)單元，借助于同軸掃描機(jī)構(gòu)例如MEMS或galvo振鏡，在視場(chǎng)角度(FOV)內(nèi)進(jìn)行一個(gè)維度或者兩個(gè)維度的掃描，振鏡同時(shí)作為出射激光與回波信號(hào)的反射單元。該類方案可以極大的簡(jiǎn)化激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，降低組裝調(diào)試成本。但該類方案存在一個(gè)難以調(diào)和的矛盾。即，為獲取高的分辨率，要求掃描機(jī)構(gòu)具有較小的設(shè)備尺寸，從而可以進(jìn)行穩(wěn)定快速的旋轉(zhuǎn)，縮短單次掃描時(shí)間；而為獲取清晰可靠的回波信號(hào)，或者為獲取高的探測(cè)靈敏度或足夠遠(yuǎn)的探測(cè)距離，則要求用于反射回波信號(hào)的振鏡具有較大的尺寸以向檢測(cè)器反射足夠多的回波光子。

現(xiàn)有技術(shù)中存在為解決上述第二類方案矛盾點(diǎn)的嘗試，如使用高靈敏度的檢測(cè)器，如雪崩二極管APD或單光子雪崩二極管SPAD，SiPM等以獲得更高的檢測(cè)靈敏度。但由于這些器件具有接近單光子的極高的檢測(cè)靈敏度，容易受到背景光的干擾，而極大的限制了其探測(cè)靈敏度和探測(cè)距離。

由于車載激光雷達(dá)的主要應(yīng)用場(chǎng)景在戶外，其背景光主要為陽(yáng)光。而激光波長(zhǎng)相比于陽(yáng)光更窄。基于該特性，現(xiàn)有技術(shù)中普及的抑制背景光噪聲的方法是用濾波片。

一般而言，如圖1所示，常用的脈沖半導(dǎo)體激光器的譜寬在10nm左右，而光譜中心位置會(huì)隨環(huán)境溫度的變化而移動(dòng)約0.3nm/K。對(duì)于車載激光雷達(dá)而言，由于季節(jié)變化、使用場(chǎng)景改變等因素，導(dǎo)致激光雷達(dá)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的環(huán)境溫度可能產(chǎn)生約100K的變化幅度。因此，現(xiàn)有技術(shù)中的濾波片通常具有至少40nm的線寬，以應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度改變導(dǎo)致的光譜中心位移。顯然，這種措施所預(yù)留的濾波片線寬余量仍允許大量的背景光透過(guò)，實(shí)際能產(chǎn)生的濾波效果有限。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出一種窄線寬濾波激光雷達(dá)，其能夠大幅度濾除背景光噪聲，提高激光雷達(dá)的檢測(cè)靈敏度和探測(cè)距離。

具體的，所述窄線寬濾波激光雷達(dá)包括激光器、準(zhǔn)直透鏡、掃描機(jī)構(gòu)、匯聚透鏡、檢測(cè)單元及信號(hào)處理電路等常規(guī)的激光雷達(dá)部件，還包括窄帶濾波元件。所述濾波元件對(duì)回波激光信號(hào)進(jìn)行濾波處理，選擇性的允許波長(zhǎng)在其線寬范圍內(nèi)的光線透過(guò)，而濾除線寬范圍外的雜波。所述檢測(cè)單元優(yōu)選為高靈敏度檢測(cè)器。

本實(shí)用新型一個(gè)方面提供一種激光穩(wěn)頻組件，用于將激光頻率鎖定在一較小的變化范圍內(nèi)。所述穩(wěn)頻組件可以是調(diào)溫穩(wěn)頻等被動(dòng)穩(wěn)頻組件，例如半導(dǎo)體溫度控制元件，用于控制激光器在一穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)工作，從而抵消環(huán)境溫度變化帶來(lái)的影響。也可以是主動(dòng)穩(wěn)頻組件，如衍射光柵或VBG體光柵等外腔反饋元件，將其布置在激光器的外腔，并配置成向激光器的諧振腔反饋激光，以壓窄脈沖激光的線寬，并將所述激光的頻率或波長(zhǎng)鎖定所述外腔反饋元件預(yù)定的范圍內(nèi)，以抑制激光波長(zhǎng)的溫度飄移。

本實(shí)用新型的另一個(gè)方面提供一種窄線寬濾波元件，其可以是布置在檢測(cè)器前的濾波片或者是檢測(cè)器元件表面的鍍膜。所述窄線寬濾波元件與所述經(jīng)穩(wěn)頻組件穩(wěn)頻的窄線寬激光相匹配，以允許其通過(guò)。