一种激光雷达光学接收系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种激光雷达光学接收系统，包括：激光雷达接收镜头，用于汇聚入射的光信号并聚焦输出；探测单元，用于接收激光雷达接收镜头聚焦输出的光信号；激光雷达接收镜头聚焦形成的焦面位于探测单元的接收面上且该焦面等于或小于探测单元的接收面的感光元面积。本实用新型专利技术系统中激光雷达镜头将大视场角度信息经过镜头汇聚、准直、再汇聚到单个探测器的激光雷达接收系统。满足了垂直于激光雷达发射平面的高度信息接收，又减少了探测器在激光雷达系统中的使用数量，同时满足激光雷达的小型化要求。另外，采用单个探测元件，使得封装尺寸可以小型化，解决了线列或者阵列探测单元的高成本问题,促进激光雷达走向真正意义的民用化。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达光学接收系统
本技术属于激光通讯器件领域，尤其是可用于汽车无人驾驶、机器人侦查、无人机探测、自动扫地机等设备的激光通讯器件领域，具体涉及一种激光雷达光学接收系统。
技术介绍
激光雷达是工作在光频波段的雷达，它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其反射回来接收到的同波信号与发射信号进行信息处理，从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息，实现对目标的探测、跟踪和识别。由于激光雷达具有进度高、抗干扰能力强、结构较简单、使用方便，无论在军用领域还是民用生产、生活的各个领域得到了日益广泛的应用和不断的扩展，成为社会发展服务中不可或缺的高技术手段。伴随着目前人工智能技术开发的热潮，激光雷达在汽车无人驾驶、无人机、智能扫地机器人等领域得到前所未有的青睐，为激光雷达应用开辟了广阔的市场。目前激光雷达的一个重要的指标是线数。按线数分类有常见的有单线，4线，16线，32线,64线、128线等。由于单线式激光雷达的数据缺少一个维度，只能描述线状信息，无法描述面。因此无法得到物体垂直于激光雷达发射平面的高度信息。多线雷达是目前自动驾驶等领域最主要使用的雷达，但售价极高，一个64线的激光雷达售价高达几万美元。其昂贵的主要原因是由于采用多少线的激光雷达需要对应多少个的探测器，而多个探测器的排列繁琐，且价格相对比较昂贵，因此多线式激光雷达售价昂贵，也在一定程度上限制了民用的发展。尽可能的减少使用探测器的数量，以及采用消费品级别的探测器将是推动激光类迈入真正民用的关键技术。
技术实现思路
针对现有技术的情况，本技术的目的在于提供一种小体积、小畸变、大角度范围、大通光量、光斑均匀度高、噪声干扰低的窄带滤光功能的激光雷达光学接收系统，其适用于激光雷达测距接收、激光雷达测绘系统接收，运用于汽车无人驾驶、机器人侦察、无人机探测、自动扫地机等。为了实现上述的技术目的，本技术采用的技术方案为：一种激光雷达光学接收系统，其包括：激光雷达接收镜头，用于汇聚入射的光信号并聚焦输出；探测单元，用于接收激光雷达接收镜头聚焦输出的光信号；所述激光雷达接收镜头聚焦形成的焦面位于探测单元的接收面上且该焦面等于或小于探测单元的接收面的感光元面积。本方案激光雷达接收镜头的主要功能为将大视场范围内接收的光信号，汇聚于焦面的极小范围内，且其聚焦范围不大于所选型探测单元的感光元面积；在其主要功能上，可以增加任何改善光学性能或实现特殊目的的光学或机械元部件，包括但不限于光学滤波片、光阑、窗片，等等；而所述的探测单元可以为任何工作原理、型号的探测元件。作为一种可能的实施方式，进一步，所述的激光雷达接收镜头包括沿光路依序设置的第一聚光透镜组、滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组，其中，所述的第一聚光透镜组为负光焦度聚光透镜组，所述的第二聚光透镜组为正光焦度聚光透镜组，由第一聚光透镜组接收的光信号依序经过滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组后，由第二聚光透镜组聚焦输出。作为一种可能的选择，优选的，所述的第一聚光透镜组用于将大角度范围的光信号沿入射方向汇聚，其包括依序设置的第一透镜和第二透镜，所述的第一透镜为弯月型透镜，所述的第二透镜为双凹透镜，第一透镜和第二透镜之间设有第一机械隔圈。作为一种可能的选择，优选的，所述的第一准直透镜组用于将第一聚光透镜组输入的光信号进行准直，其包括第三透镜，所述的第三透镜为双凸型透镜。作为一种可能的选择，优选的，所述的第二聚光透镜组用于将第一准直透镜组准直后的光信号进行汇聚，令光信号汇聚在极小面积范围的焦面内并用于探测单元接收，其包括依序设置的第四透镜和第五透镜，所述的第四透镜为双凸型透镜，所述的第五透镜为弯月型透镜。作为一种可能的选择，优选的，所述的滤光片为光学平片。作为一种可能的选择，优选的，所述的系统还包括将第一聚光透镜组、滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组进行相对固定封装的机械镜筒，所述的探测单元设于机械镜筒对应第二聚光透镜组的端部上。作为一种可能的选择，更优选的，所述的机械镜筒为两端敞开的筒状结构，所述的第一聚光透镜组、滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组和探测单元依序设置在机械镜筒的筒状结构中，且机械镜筒接近第一聚光透镜组的端部上连接有前压圈。作为一种可能的选择，更优选的，所述的机械镜筒内对应滤光片和固定光阑之间设有第二机械隔圈，固定光阑和第一准直透镜组之间设有机械光阑隔圈,第一准直透镜组和第二聚光透镜组之间设有第三机械隔圈。作为一种可能的实施方式，进一步，所述的机械镜筒内第二聚光透镜组与探测单元之间设有缩口结构。作为一种可能的实施方式，进一步，所述的探测单元为单个APD器件，其感光面元直径不超过500um。本技术激光雷达光学接收系统实现的原理如下：激光雷达镜头前端大角度视场范围内光线入射该激光雷达接收镜头，该接收镜头将大视场角度范围的入射的光线进行汇聚压缩、将汇聚压缩汇聚的光线进行准直、再将准直后的光线进行再次汇聚成极小的光斑，使光斑尺寸小于或等于单个探测器的探测面元，从而使得可以采用单个探测器接收大视场角度范围的入射信号，并将接收到的信息传给回拨检测处理系统。采用上述的技术方案，本技术与现有技术相比，其具有的有益效果为：本方案外形体积超小，接收光线视场角度范围大，镜头通光量大，畸变小，光斑均匀度高，噪声干扰低；镜头前端大角度范围光线入射该接收镜头，经过镜头后汇聚在单个探测单元有效感光面积内（常规探测器的感光面元极小），完成大角度视场范围的垂直于激光雷达发射平面的高度信息接收，并接收到的信息转成电信号传给后端处理；其优点亦可简要归纳为如下两点：（1）本技术系统中激光雷达镜头将大视场角度信息经过镜头汇聚、准直、再汇聚到单个探测器的激光雷达接收系统。满足了垂直于激光雷达发射平面的高度信息接收，又减少了探测器在激光雷达系统中的使用数量，同时满足激光雷达的小型化要求；（2）本技术系统采用单个探测元件，一则克服了常规接收系统多个（线列或者阵列）探测单元带来较大封装尺寸的问题。更进一步的解决了线列或者阵列探测单元的高成本问题。促进激光雷达走向真正意义的民用化。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术方案做进一步的阐述：图1为本技术方案的简要光路原理示意图；图2为本方面方案的激光雷达接收镜头与推测单元的简要配合实施示意图；图3为本技术方案封装在机械镜筒中的简要实施结构示意图。具体实施方式如图1至3之一所示，本技术激光雷达光学接收系统，其包括：激光雷达接收镜头，用于汇聚入射的光信号并聚焦输出；探测单元6，用于接收激光雷达接收镜头聚焦输出的光信号；所述激光雷达接收镜头聚焦形成的焦面位于探测单元6的接收面上且该焦面等于或小于探测单元6的接收面的感光元面积。...

【技术保护点】
1.一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：其包括：/n激光雷达接收镜头，用于汇聚入射的光信号并聚焦输出；/n探测单元，用于接收激光雷达接收镜头聚焦输出的光信号；/n所述激光雷达接收镜头聚焦形成的焦面位于探测单元的接收面上且该焦面等于或小于探测单元的接收面的感光元面积。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：其包括：
激光雷达接收镜头，用于汇聚入射的光信号并聚焦输出；
探测单元，用于接收激光雷达接收镜头聚焦输出的光信号；
所述激光雷达接收镜头聚焦形成的焦面位于探测单元的接收面上且该焦面等于或小于探测单元的接收面的感光元面积。


2.根据权利要求1所述的一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：所述的激光雷达接收镜头包括沿光路依序设置的第一聚光透镜组、滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组，其中，所述的第一聚光透镜组为负光焦度聚光透镜组，所述的第二聚光透镜组为正光焦度聚光透镜组，由第一聚光透镜组接收的光信号依序经过滤光片、固定光阑、第一准直透镜组和第二聚光透镜组后，由第二聚光透镜组聚焦输出。


3.根据权利要求2所述的一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：所述的第一聚光透镜组用于将大角度范围的光信号沿入射方向汇聚，其包括依序设置的第一透镜和第二透镜，所述的第一透镜为弯月型透镜，所述的第二透镜为双凹透镜，第一透镜和第二透镜之间设有第一机械隔圈。


4.根据权利要求2所述的一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：所述的第一准直透镜组用于将第一聚光透镜组输入的光信号进行准直，其包括第三透镜，所述的第三透镜为双凸型透镜。


5.根据权利要求2所述的一种激光雷达光学接收系统，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗联镜，丁广雷，汪兆永，李明，
申请(专利权)人：福建海创光电有限公司，
类型：新型
国别省市：福建;35