激光雷达光学系统技术方案

本实用新型专利技术提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达光学系统
本技术涉及激光应用技术，具体涉及一种激光雷达光学系统。
技术介绍
激光雷达通过向目标区域出射激光光束，并接收由目标区域反射回来的激光回波光束，根据激光光束的飞行时间来获取待测空间的三维信息。由于激光雷达具有解析度高，测量精度高，抗干扰能力强等优点，其被广泛应用在如无人驾驶等领域，成为这些领域的必不可缺的传感器。激光雷达光学系统是激光雷达的“眼睛”，其好坏直接影响了激光的测量精度以及探测能力。现有的激光雷达光学系统是由光学窗片、准直系统以及激光源等光学零件组成的，其中激光雷达光学系统的光学窗片位于整个激光雷达光学系统的最外侧，起到了保护光学系统中其他零件的作用。但是，为了满足激光雷达的扫描需求以及美观需求，光学窗片的形状一般为圆筒形或者弧面，其会使得经过自身的光束在其中一个方向被扩散，这就导致了出射光束在经过光学窗片时水平方向和竖直方向上的焦距不同，形成像差。这样的像差会使得当出射光束到达待测空间时，出射光束在被扩散的方向的光能量密度降低，接收到的回波光束的能量也相应降低，使得获取待测空间的三维信息不准，进而造成整个激光雷达的探测能力的下降。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的由于准直后的激光光束经过光学窗片时被扩散而造成的光能量密度降低，激光雷达探测能力下降的问题，本技术提供了一种激光雷达光学系统。本技术提供了一种激光雷达光学系统，包括：发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；所述发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组和所述矫正镜从所述光学窗片射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片入射，经过所述准直透镜组和所述矫正镜射入所述接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。该实施方式通过设置一矫正镜且该矫正镜的屈光度与光学窗片的屈光度匹配，该矫正镜可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距，以使激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，从而避免从所述激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。在其中一种可选的实施方式中，根据公式(1)计算所述激光雷达光学系统在水平方向上的焦距fH和在竖直方向上的焦距fV：其中，所述Q1,H为光学窗片在水平方向上的屈光度，所述Q1,V为光学窗片在竖直方向上的屈光度,所述Q2,H为准直透镜组在水平方向上的屈光度，所述Q2，V为准直透镜组在竖直方向上的屈光度，所述Q3,H为所述矫正镜在水平方向上的屈光度,所述Q3,V为所述矫正镜在竖直方向上的屈光度，所述d12为所述光学窗片与所述准直透镜组之间的间距，所述d23为所述准直透镜组与所述矫正镜之间的间距。在该实施方式中，根据光学窗片、准直透镜组以及矫正镜的屈光度，和各元件之间的距离，可确定激光雷达光学系统的焦距，从而实现对激光雷达光学系统在水平方向上和竖直方向上的焦距调整，以改善了整个激光雷达光学系统的探测能力。在其中一种可选的实施方式中，所述激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，包括：根据所述光学窗片在水平方向上和竖直方向上的屈光度确定所述矫正镜在水平方向上和竖直方向上的屈光度，以使所述激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同。在该实施方式中，通过根据光学窗片在水平方向和竖直方向上的屈光度，确定并调整矫正镜在水平方向和竖直方向上的屈光度，以使激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同，进而保证光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向上的焦距相同，像差准确及有效的被补偿。在其中一种可选的实施方式中，所述准直透镜组包括至少一片正透镜和至少一片负透镜。在该实施方式中，准直透镜组可包括多片透镜，其具体可由至少一片正透镜和至少一片负透镜组成，相比于单透镜式的准直透镜，采用多片透镜的准直透镜组能够对出射光束和回波光束进行更有效的准直作用，进一步减小光束在水平方向和竖直方向上的像差，提高激光雷达光学系统的探测能力。在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为透镜。在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为柱面镜。在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为反射镜。在上述实施方式中，根据光束的类型以及光路的设计需求，矫正镜具体可采用透镜结构，也可采用反射镜，通过采用这样的方式，能够进一步根据具体设计需求确定与需求匹配的矫正镜，有效对像差进行补偿。在其中一种可选的实施方式中，当所述矫正镜为透镜时，所述矫正镜穿插设置在所述准直透镜组的透镜之间。在该实施方式中，若矫正镜为透镜，则矫正镜的设置位置可插设在准直透镜组的透镜之间，也可设置在准直透镜组以外的光路上。在其中一种可选的实施方式中，该激光雷达光学系统还包括：分光元件；所述分光元件用于改变所述回波光束和/或所述出射光束的传输方向。在该实施方式中，通过设置分光元件，从而可对出射光束或回波光束的传输方向进行改向，从而使得激光雷达光学系统中的各元件的间距相对紧凑，减小了激光雷达光学系统的体积。在其中一种可选的实施方式中，该激光雷达光学系统还包括：处理单元；所述处理单元分别与所述发射端和所述接收端连接，用于根据所述出射光束和所述回波光束确定所述被测目标的信息。在该实施方式中，通过设置分别与发射端和接收端连接的处理单元，以使得处理单元获取出射光束和回波光束的光信息，并对光信息进行计算和处理，以得到被测目标的信息。本技术提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，光束经过矫正镜呈现第一偏转，光束经过所述光学窗片呈现与所述第一偏转方向相反且角度相同的第二偏转。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。图1为本技术实施例一提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图；图2为本技术实施例一提供的一种激光雷达光学系统的光斑变化示意图；图3为本技术实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图；图4为本技术实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图；图5为本技术实施例二提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图；图6为本技术实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图；图7为本技术实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图。附图标记：10-发射端；20-接收端；30-准直透镜组；40-矫正镜；50-光学窗片；60-处理模块；70-分光元件；800-光轴。通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；所述发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组和所述矫正镜从所述光学窗片射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片入射，经过所述准直透镜组和所述矫正镜射入所述接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；所述发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组和所述矫正镜从所述光学窗片射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片入射，经过所述准直透镜组和所述矫正镜射入所述接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，还包括：根据公式(1)计算所述激光雷达光学系统在水平方向上的焦距fH和在竖直方向上的焦距fV：其中，所述Q1,H为光学窗片在水平方向上的屈光度，所述Q1,V为光学窗片在竖直方向上的屈光度,所述Q2,H为准直透镜组在水平方向上的屈光度，所述Q2，V为准直透镜组在竖直方向上的屈光度，所述Q3,H为所述矫正镜在水平方向上的屈光度,所述Q3,V为所述矫正镜在竖直方向上的屈光度，所述d12为所述光学窗片与所述准直透镜组之间的间距，所述d23为所述准直透镜组与所述矫正镜之间的间距。3.根据权利要求2所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光雷达光学系统在水平方向的焦距与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张正正，屈志巍，
申请(专利权)人：北京万集科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11