激光雷达光学系统与激光雷达技术方案

本发明专利技术公开一种激光雷达光学系统及激光雷达，涉及检测技术领域。所述激光雷达光学系统包括：激光发射光学系统，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜的光焦度为

【技术实现步骤摘要】
激光雷达光学系统与激光雷达
本专利技术涉及检测
，特别涉及一种激光雷达光学系统与激光雷达。
技术介绍
激光雷达通过发射一束或多束脉冲激光照射至前方目标，并测量从目标返回(或飞行)至探测器的全部或部分光束，通过光束往返的时间间隔测量目标的位置、速度信息，该测量方法称为飞行时间测量法(TimeofFlight，TOF)，当激光雷达采用阵列或面阵探测器时，以一定分辨率获取周围场景的深度图像，当分辨率足够小时就能构建清晰的3D场景图像，在智能感知技术如ADAS防撞预警系统、3D面部识别、智能汽车驾驶、智能机器人等领域中获得广泛应。目前激光雷达的光源主要为半导体激光器(LD)或垂直腔面发射激光器(VCSEL)，且前者居多，LD具有发散大且快轴与慢轴发散角不对称的特点，而目前使用的VCSEL功率普遍较低，从光源特性上来说，对激光光束的收集和高效利用是激光雷达系统设计的一个重点，现有激光雷达系统普遍存在光束能量传输效率偏低的情况，制约了激光雷达的测距性能，尤其是多线激光雷达，其边缘视场相对中间视场，存在能量传输效率下降较多的情况，导致边缘视场测距能力远低于中间视场。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种激光雷达光学系统与激光雷达，旨在提高激光雷达的测距性能。为实现上述目的，本专利技术提出一种激光雷达光学系统，包括：激光发射光学系统，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜的光焦度为所述第二透镜的光焦度为所述第三透镜的光焦度为其中，以及，激光接收光学系统，包括沿所述激光光束传播方向依次由前至后设置的第四透镜、第五透镜以及第六透镜，所述第四透镜的光焦度为所述第五透镜的光焦度为所述第六透镜的光焦度为其中，可选地，所述激光发射光学系统还包括位于所述第三透镜之后的第一光阑，用于限制所述激光光束的张角；和/或，所述激光接收光学系统还包括位于所述第四透镜之前的第二光阑，用于限制所述激光光束的张角。可选地，所述激光发射光学系统还包括位于所述第一透镜之前的第七透镜，用于矫正所述激光光束的角度，使得所述激光光束垂直入射所述第一透镜；和/或，所述激光接收光学系统还包括位于所述第六透镜之后的第八透镜，用于矫正所述激光光束的角度，使得所述激光光束垂直入射所述第八透镜。可选地，所述激光发射光学系统还包括位于所述第七透镜和所述第一透镜之间连线的一侧，且与所述第七透镜和所述第一透镜连线相对设置的至少一个反射镜，自所述第七透镜射出的所述激光光束经过所述反射镜的反射后入射所述第一透镜；和/或，所述激光接收光学系统还包括位于所述第八透镜和所述第六透镜连线的一侧，且与所述第八透镜和所述第六透镜连线相对设置的至少一个反射镜，自所述第六透镜射出的所述激光光束经过所述反射镜的反射后入射所述第八透镜。本专利技术进一步提出一种激光雷达，包括：底座；激光发射组，安装于所述底座上，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的激光发射模块和激光发射光学系统，其中，所述激光发射模块发射激光光束并射入所述激光发射光学系统，所述激光发射光学系统为如上所述的激光发射光学系统；以及，激光接收组，与所述激光发射组并排设置于所述底座上，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的激光接收光学系统和激光接收模块，其中，所述激光接收光学系统为如上所述的激光接收光学系统，所述激光接收模块接收经所述激光接收光学系统处理后的激光光束。可选地，所述激光发射模块包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的激光器和第一微透镜阵列，所述激光器用于发射激光光束，所述第一微透镜阵列用于对所述激光光束进行发射角压缩；所述激光接收模块包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的第二微透镜阵列、滤光片以及探测器，所述第二微透镜阵列用于对所述激光光束进行汇聚，所述滤光片用于滤除杂光，所述探测器用于接收所述激光光束。可选地，所述激光器设置为多个，每一所述激光器包括一发射通道，所述第一微透镜阵列包括多个微透镜单元，多个所述微透镜单元与多个所述发射通道一一对应；所述探测器对应所述激光器设置为多个，每一所述探测器包括一接收通道，所述第二微透镜阵列包括多个微透镜本体，多个所述微透镜本体与多个所述接收通道一一对应。可选地，所述激光发射模块还包括第一光阑阵列，沿所述激光光束的传播方向，所述第一光阑阵列位于所述第一微透镜阵列之后，所述第一光阑阵列包括多个光阑单元，多个所述光阑单元与多个所述发射通道一一对应，且所述光阑单元与对应的所述发射通道互为共轭；和/或，所述激光接收模块还包括第二光阑阵列，沿所述激光光束的传播方向，所述第二光阑阵列位于所述第二微透镜阵列之前，所述第二光阑阵列包括多个光阑本体，多个所述光阑本体与多个所述接收通道一一对应，且所述光阑本体与对应的所述接收通道互为共轭。可选地，所述探测器为单光子雪崩二极管，所述激光器的数量为N，所述探测器的数量为M，M＞N。可选地，所述滤光片为窄带滤光片；和/或，所述激光器为发光二极管、半导体激光器、垂直腔面发射激光器中的任意一种；和/或，所述探测器为雪崩光电二极管、硅光电倍增管、单光子雪崩二极管中的任意一种。本专利技术的技术方案中，设计一种激光雷达光学系统与激光雷达,激光雷达光学系统的激光发射光学系统和激光接收光学系统采用沿激光光束传播方向依次由前至后设置的三个透镜，且相邻两个透镜的光焦度一正一负，光焦度为正值时，透镜对光线有会聚作用，反之，光焦度为负值时，透镜对光线有发散作用，通过分别对激光光束的会聚、发散、再会聚，实现了对发射或接收的激光光束的处理，使得不同视场的中心光线垂直入射于系统像面；激光发射光学系统发射激光光束时，提高中间视场通道以外的光束发射效率，使得发射光束充分照射于周围场景，同时消除激光器单元发射角度误差，降低了系统工艺性要求；激光接收光学系统接收激光光束时，提高中间视场通道以外的光束接收效率，接收光束垂直入射于探测器也降低了探测器间隔容差要求，降低了系统工艺性要求，提高了激光雷达的测距性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术提供的激光雷达的一实施例的结构示意图；图2a和图2b为图1所示的激光发射组的两个实施例的结构示意图；图3a和图3b为图1所示的激光接收组的两个实施例的结构示意图；图4为图2a和图2b所示的激光发射光学系统的一实施例的结构示意图；图5为图3a和图3b所示的激光接收光学系统的一实施例的结构示意图；图6为图2a和图2b所示的激光发射光学系统的第二实施例的结构示意图；图7为图2a和图2b所示的激光发射光学系统的第三实施例的结构示意图；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：/n激光发射光学系统，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜的光焦度为

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：
激光发射光学系统，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的第一透镜、第二透镜以及第三透镜，所述第一透镜的光焦度为所述第二透镜的光焦度为所述第三透镜的光焦度为其中，以及，
激光接收光学系统，包括沿所述激光光束传播方向依次由前至后设置的第四透镜、第五透镜以及第六透镜，所述第四透镜的光焦度为所述第五透镜的光焦度为所述第六透镜的光焦度为其中，


2.如权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光发射光学系统还包括位于所述第三透镜之后的第一光阑，用于限制所述激光光束的张角；和/或，
所述激光接收光学系统还包括位于所述第四透镜之前的第二光阑，用于限制所述激光光束的张角。


3.如权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光发射光学系统还包括位于所述第一透镜之前的第七透镜，用于矫正所述激光光束的角度，使得所述激光光束垂直入射所述第一透镜；和/或，
所述激光接收光学系统还包括位于所述第六透镜之后的第八透镜，用于矫正所述激光光束的角度，使得所述激光光束垂直入射所述第八透镜。


4.如权利要求3所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光发射光学系统还包括位于所述第七透镜和所述第一透镜连线的一侧，且与所述第七透镜和所述第一透镜连线相对设置的至少一个反射镜，自所述第七透镜射出的所述激光光束经过所述反射镜的反射后入射所述第一透镜；和/或，
所述激光接收光学系统还包括位于所述第八透镜和所述第六透镜连线的一侧，且与所述第八透镜和所述第六透镜连线相对设置的至少一个反射镜，自所述第六透镜射出的所述激光光束经过所述反射镜的反射后入射所述第八透镜。


5.一种激光雷达，其特征在于，包括：
底座；
激光发射组，安装于所述底座上，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的激光发射模块和激光发射光学系统，其中，所述激光发射模块发射激光光束并射入所述激光发射光学系统，所述激光发射光学系统为如权利要求1-4任意一项所述的激光发射光学系统；以及，
激光接收组，与所述激光发射组并排设置于所述底座上，包括沿激光光束传播方向依次由前至后设置的激...

【专利技术属性】
技术研发人员：程刚，刘娟娟，
申请(专利权)人：武汉天眸光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42