一种激光雷达光学系统及其像差补偿方法技术方案

本发明专利技术属于激光雷达技术领域，具体涉及一种激光雷达光学系统及其像差补偿方法，其中激光雷达光学系统包括：收发物镜装置和罩设在收发物镜装置外侧的环形遮光罩；以及所述收发物镜装置的一侧设有柱面补偿板，以补偿环形遮光罩带给收发物镜装置的像差；本发明专利技术的激光雷达光学系统通过设置柱面补偿板补偿环形遮光罩带来的子午面的像散，发射物镜组和接收物镜组只需使用普通的球面透镜而不需要使用高阶非球面或者非球面与柱面结合形式的透镜，就可以实现30°(±15°)视场的像差校正，满足测距发射和接收的使用要求，使得本激光雷达光学系统具有成本低、测量距离可达200米的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达光学系统及其像差补偿方法
本专利技术属于激光雷达
，具体涉及一种激光雷达光学系统及其像差补偿方法。
技术介绍
激光雷达传感器广泛应用于多个领域，如汽车自动驾驶、测绘、三维建模等。美国Velodyne公司生产的一系列产品中较为典型的是32线激光雷达传感器，采用非同轴系统且发射及接收相邻的结构，将整个发射及接收系统组成一个整体，可以随转子转动，并用环形遮光罩将发射及接收系统封装，确保产品在一系列复杂的环境条件下运行。由于环形遮光罩带来的像差，给发射及接收物镜的光学设计像差校正带来一定的困难，若物镜的像差偏大，会直接影响到测量距离，虽然可以用非球面及柱面一体透镜的形式对其相差进行校正，但目前国内对非球面及柱面一体透镜的加工成本高及技术不成熟。因此要想实现如Velodyne公司产品的长距离测量性能，激光雷达光学系统设计需在现有国内光学冷加工基础上，解决环形遮光罩带来的像差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光雷达光学系统及其像差补偿方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种激光雷达光学系统，包括：收发物镜装置和罩设在收发物镜装置外侧的环形遮光罩；以及所述收发物镜装置的一侧设有柱面补偿板，以补偿环形遮光罩带给收发物镜装置的像差。进一步，所述收发物镜装置包括：对称设置的发射物镜组和接收物镜组；以及所述柱面补偿板为矩形柱面补偿板或圆形柱面补偿板或方形柱面补偿板。进一步，所述柱面补偿板位于发射物镜组、接收物镜组均靠近环形遮光罩的一侧，且柱面补偿板的内弧侧朝向发射物镜组、接收物镜组。进一步，所述柱面补偿板位于发射物镜组、接收物镜组均远离环形遮光罩的一侧，且柱面补偿板的外弧侧朝向发射物镜组、接收物镜组。进一步，所述柱面补偿板包括：第一补偿板和第二补偿板；所述第一补偿板位于发射物镜组靠近环形遮光罩的一侧，且第一补偿板的内弧侧朝向发射物镜组；以及所述第二补偿板位于接收物镜组靠近环形遮光罩的一侧，且第二补偿板的内弧侧朝向接收物镜组。进一步，所述柱面补偿板包括：第一补偿板和第二补偿板；所述第一补偿板位于发射物镜组远离环形遮光罩的一侧，且第一补偿板的外弧侧朝向发射物镜组；以及所述第二补偿板位于接收物镜组远离环形遮光罩的一侧，且第二补偿板的外弧侧朝向接收物镜组。进一步，所述柱面补偿板采用PMMA材料、COC塑料或玻璃材料。进一步，所述发射物镜组和接收物镜组的结构相同，且均包括：第一单片球面透镜、第二单片球面透镜和第三单片球面透镜；且第一单片球面透镜的材料为H-ZLAF55A玻璃材料；第二单片球面透镜的材料为H-F2玻璃材料；以及第三单片球面透镜的材料为H-ZLAF55A玻璃材料；进一步，所述激光雷达光学系统还包括：第一发射反光片、第二发射反光片和发射面，以及第一接收反光片、第二接收反光片和接收面；各反光片均采用镀有测距发射激光波长高反膜的平板玻璃。又一方面，本专利技术还提供了一种激光雷达光学系统的像差补偿方法，包括：通过在收发物镜装置的一侧设置柱面补偿板，补偿环形遮光罩带给收发物镜装置的像差。本专利技术的有益效果是，本专利技术的激光雷达光学系统通过设置柱面补偿板补偿环形遮光罩带来的子午面的像散，发射物镜组和接收物镜组只需使用普通的球面透镜而不需要使用高阶非球面或者非球面与柱面结合形式的透镜，就可以实现30°(±15°)视场的像差校正，满足测距发射和接收的使用要求，使得本激光雷达光学系统具有成本低、测量距离可达200米的优点。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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获得其他的附图。图1是本专利技术的激光雷达光学系统采用整块柱面补偿板，且柱面补偿板设置在发射物镜组、接收物镜组均靠近环形遮光罩的一侧的剖视图；图2是本专利技术的激光雷达光学系统采用两块圆形柱面补偿板，且各圆形柱面补偿板设置在发射物镜组、接收物镜组均靠近环形遮光罩的一侧的前视图；图3是本专利技术的激光雷达光学系统采用两块圆形柱面补偿板，且各圆形柱面补偿板设置在发射物镜组、接收物镜组均靠近环形遮光罩的一侧的俯视图；图4是本专利技术的激光雷达光学系统采用两块圆形柱面补偿板，且各圆形柱面补偿板设置在发射物镜组、接收物镜组均远离环形遮光罩的一侧的后视图；图5是本专利技术的激光雷达光学系统采用两块圆形柱面补偿板，且各圆形柱面补偿板设置在发射物镜组、接收物镜组均远离环形遮光罩的一侧的俯视图。图6是现有激光雷达光学系统未加环形遮光罩的光线走向示意图；图7是现有激光雷达光学系统未加环形遮光罩情况下的各视场的弥散斑分布图；图8是现有激光雷达光学系统设有环形遮光罩的光线走向示意图；图9是现有激光雷达光学系统设有环形遮光罩情况下的各视场的弥散斑分布图；图10是本专利技术的激光雷达光学系统加设柱面补偿板的光线走向示意图；图11是本专利技术的激光雷达光学系统加设柱面补偿板情况下的各视场的弥散斑分布图。图中：环形遮光罩1，柱面补偿板2，第一补偿板12、121，第二补偿板13、131，发射物镜组3，接收物镜组4，第一发射反光片5，第一接收反光片6，第二发射反光片7，第二接收反光片8，发射面9，接收面10，系统转轴位置11。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例1提供了一种激光雷达光学系统，包括：收发物镜装置和罩设在收发物镜装置外侧的环形遮光罩1；以及所述收发物镜装置的一侧设有柱面补偿板2，以补偿环形遮光罩1带给收发物镜装置的像差。在本实施例中，所述收发物镜装置包括：对称设置的发射物镜组3和接收物镜组4；以及所述柱面补偿板2为矩形柱面补偿板或圆形柱面补偿板或方形柱面补偿板。在本实施例中，柱面补偿板2可以是整块，也可以分成两块。当柱面补偿板2为整块时，作为柱面补偿板2的一种实施方式：如图1所示，所述柱面补偿板2位于发射物镜组3、接收物镜组4均靠近环形遮光罩1的一侧，且柱面补偿板2的内弧侧朝向发射物镜组3、接收物镜组4。当柱面补偿板2为整块时，作为柱面补偿板2的另一种实施方式：所述柱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：/n收发物镜装置和罩设在收发物镜装置外侧的环形遮光罩；以及/n所述收发物镜装置的一侧设有柱面补偿板，以补偿环形遮光罩带给收发物镜装置的像差。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：
收发物镜装置和罩设在收发物镜装置外侧的环形遮光罩；以及
所述收发物镜装置的一侧设有柱面补偿板，以补偿环形遮光罩带给收发物镜装置的像差。


2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，
所述收发物镜装置包括：对称设置的发射物镜组和接收物镜组；以及
所述柱面补偿板为矩形柱面补偿板或圆形柱面补偿板或方形柱面补偿板。


3.根据权利要求2所述的激光雷达光学系统，其特征在于，
所述柱面补偿板位于发射物镜组、接收物镜组均靠近环形遮光罩的一侧，且柱面补偿板的内弧侧朝向发射物镜组、接收物镜组。


4.根据权利要求2所述的激光雷达光学系统，其特征在于，
所述柱面补偿板位于发射物镜组、接收物镜组均远离环形遮光罩的一侧，且柱面补偿板的外弧侧朝向发射物镜组、接收物镜组。


5.根据权利要求2所述的激光雷达光学系统，其特征在于，
所述柱面补偿板包括：第一补偿板和第二补偿板；
所述第一补偿板位于发射物镜组靠近环形遮光罩的一侧，且第一补偿板的内弧侧朝向发射物镜组；以及
所述第二补偿板位于接收物镜组靠近环形遮光罩的一侧，且第二补偿板的内弧侧朝向接收物镜组。


6.根据权利要求2所述的激光雷达光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丽俐，谢立峰，刘伟，
申请(专利权)人：常州市新瑞得仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32