一种激光雷达光学系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种激光雷达光学系统，包括机械镜筒，所述机械镜筒一端设有向另一端依次同轴设置的窗口玻璃、第一聚焦镜、扫描反射镜和第二聚焦镜，所述第一聚焦镜的中部开设有中心孔，所述扫描反射镜靠近所述第一聚焦镜设置，对应所述扫描反射镜的机械镜筒的圆周外侧壁上设有通孔，所述通孔设有激光发射器，所述第二聚焦镜通过导光介质连接有光电探测器。具有改善激光雷达光路，使激光雷达产品更加小型化，收光能力更强，测距范围更大的优点。测距范围更大的优点。测距范围更大的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达光学系统


[0001]本技术涉及激光光学领域，特别是涉及一种激光雷达光学系统。

技术介绍

[0002]激光雷达广泛应用于无人驾驶，地形测绘，机器人导航等领域，在汽车，机器人，物流，勘探，建筑，航天等领域中发挥着越来越重要的作用。一般地，激光雷达通过向目标物发射激光束，然后接收目标物反射的回波信号，计算激光在目标物和雷达之间的飞行时间来获取目标物的距离信息。其中，激光雷达的光学系统直接决定了激光雷达的性能。
[0003]比较常见的激光雷达光学系统采用收发分离光路，即发射光路和接收光路左右或上下分离开来，二者在光路上没有耦合关系。这种光路具有结构简单，性价比高的优点。但这类光路由于采用了分离的收发两套光路，使得激光雷达产品体积略大，近场测距盲区大；且收光能力与接收镜头的面积正相关，要增加收光能力，就必须进一步加大收光镜头的面积。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本技术提供了一种激光雷达光学系统，具有改善激光雷达光路，使激光雷达产品更加小型化，收光能力更强，测距范围更大的优点。
[0005]本技术的技术方案是：
[0006]一种激光雷达光学系统，包括机械镜筒，所述机械镜筒一端设有向另一端依次同轴设置的窗口玻璃、第一聚焦镜、扫描反射镜和第二聚焦镜，所述第一聚焦镜的中部开设有中心孔，所述扫描反射镜靠近所述第一聚焦镜设置，对应所述扫描反射镜设有激光发射器，所述第二聚焦镜通过导光介质连接有光电探测器。
[0007]在进一步的技术方案中，所述第二聚焦镜呈圆锥台型，所述第二聚焦镜直径大的一端朝向第一聚焦镜设置，所述第二聚焦镜直径小的一端与导光介质连接。
[0008]在进一步的技术方案中，所述第一聚焦镜和窗口玻璃之间设有隔离光罩，所述隔离光罩的轴线与所述第一聚焦镜的轴线重合。
[0009]在进一步的技术方案中，所述扫描反射镜与所述第一聚焦镜之间设有广角透镜，所述广角透镜靠近所述扫描反射镜设置且与所述第一聚焦镜同轴。
[0010]在进一步的技术方案中，所述第二聚焦镜的直径大的一端设有凹透镜。
[0011]在进一步的技术方案中，所述第一聚焦镜为中间开孔的菲尼尔透镜或中间开孔的光学凸透镜。
[0012]在进一步的技术方案中，所述窗口玻璃为窄带滤光片。
[0013]在进一步的技术方案中，所述扫描反射镜为MEMS微反射镜。
[0014]在进一步的技术方案中，所述导光介质为导光光纤或场镜。
[0015]在进一步的技术方案中，所述窗口玻璃上镀有一层窄带增透膜。
[0016]本技术的有益效果是：
[0017]1、为了减少环境光干扰，窗口玻璃为通过激光雷达发射探测光波长的窄带滤光片，激光雷达的工作波长是典型的905nm或1550nm,则窗口玻璃上对应地镀有905nm或1550nm窄带增透膜；
[0018]2、在窗口玻璃和第一聚焦镜之间，还设有中间通光侧壁不透光的筒状隔离光罩；其作用为隔离激光发射单元的光，使其仅从出光口出射，不被窗口玻璃表面反射回内部造成内部光污染，从而避免引起光电探测器误触发；
[0019]3、第一聚焦镜为菲涅尔透镜或凸透镜。菲涅尔透镜或凸透镜的中间有一中心孔，中心孔的最小尺寸应满足来自扫描镜在视场角内的扫描光束可以无障碍地通过；为了减少开孔尺寸，增加透光量，应使扫描反射镜靠近第一聚焦镜的右侧；
[0020]4、MEMS微反射镜是固态激光雷达常用的一种光反射器件，具有尺寸小速度快等优点，由于MEMS微反射镜的扫描角度较小，为了增加扫描角，在微反射镜之前，还设有广角透镜，用于扩展扫描角；
[0021]5、光电探测器的敏感单元通常小于1mm，同时要满足大视场角的条件，这是一对矛盾。本技术采用了多级光学元件压缩光路入射角，以满足在保证视场角的情况下收集足够光能的要求；
[0022]6、锥形聚焦镜的允许入射角范围有限，超过允许的最大入射角的入射光将在多次反射后逃逸出去，造成光能损失；为了进一步压缩入射角，在锥形聚焦镜的前端还设有凹透镜，其作用是进一步减少来自第一聚焦镜的会聚光的入射角，使其更接近于0度入射，从而达到进一步增强第二聚焦镜的收光能力；
[0023]7、从第二聚光镜收集的光能从小口端进入导光介质，最终被传导至光电探测器。导光介质为多模光纤。导光介质和锥形聚光镜熔接在一起。该技术为一种常见的光纤熔接工艺或光纤拉伸工艺，其优势在于使得该结构更为稳定可靠，且成本低廉。
附图说明
[0024]图1是本技术实施例所述激光雷达光学系统的整体结构示意图。
[0025]附图标记说明：
[0026]1、窗口玻璃；2、第一聚焦镜；3、激光发射器；4、机械镜筒；5、导光介质；6、光电探测器；7、第二聚焦镜；8、凹透镜；9、扫描反射镜；10、广角透镜；11、隔离光罩。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本技术的实施例作进一步说明。
[0028]实施例：
[0029]如图1所示，一种激光雷达光学系统，包括机械镜筒4，所述机械镜筒4一端设有向另一端依次同轴设置的窗口玻璃1、第一聚焦镜2、扫描反射镜9和第二聚焦镜7，所述第一聚焦镜2的中部开设有中心孔，所述扫描反射镜9靠近所述第一聚焦镜2设置，对应所述扫描反射镜9设有激光发射器3，所述第二聚焦镜7通过导光介质5连接有光电探测器6。
[0030]在另一个实施例中，如图1所示，所述第二聚焦镜7呈圆锥台型，所述第二聚焦镜7直径大的一端朝向第一聚焦镜2设置，所述第二聚焦镜7直径小的一端与导光介质5连接。
[0031]在另一个实施例中，如图1所示，所述第一聚焦镜2和窗口玻璃1之间设有隔离光罩
11，所述隔离光罩11的轴线与所述第一聚焦镜2的轴线重合。
[0032]在另一个实施例中，如图1所示，所述扫描反射镜9与所述第一聚焦镜2 之间设有广角透镜10，所述广角透镜10靠近所述扫描反射镜9设置且与所述第一聚焦镜2同轴。
[0033]在另一个实施例中，如图1所示，所述第二聚焦镜7的直径大的一端设有凹透镜8。
[0034]在另一个实施例中，如图1所示，所述第一聚焦镜2为中间开孔的菲尼尔透镜或中间开孔的光学凸透镜。
[0035]在另外一个实施列中，如图1所示，所述窗口玻璃1为窄带滤光片。
[0036]在另外一个实施列中，如图1所示，所述扫描反射镜9为MEMS微反射镜。
[0037]在另外一个实施列中，如图1所示，所述导光介质5为导光光纤或场镜。
[0038]在另外一个实施列中，如图1所示，所述窗口玻璃1上镀有一层窄带增透膜。
[0039]具体工作原理：
[0040]如图1所示，窗口玻璃1、中间开孔的第一聚焦镜2、扫描反射镜9和第二聚焦镜7，从左往右依次设置与机械镜筒4内，且它们的光学中心共轴。其中，扫描反射镜9位于第一聚焦镜2的右侧。激光发射器3发出的激光近扫描反射镜9反射后，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括机械镜筒，所述机械镜筒一端设有向另一端依次同轴设置的窗口玻璃、第一聚焦镜、扫描反射镜和第二聚焦镜，所述第一聚焦镜的中部开设有中心孔，所述扫描反射镜靠近所述第一聚焦镜设置，对应所述扫描反射镜设有激光发射器，所述第二聚焦镜通过导光介质连接有光电探测器。2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述第二聚焦镜呈圆锥台型，所述第二聚焦镜直径大的一端朝向第一聚焦镜设置，所述第二聚焦镜直径小的一端与导光介质连接。3.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述第一聚焦镜和窗口玻璃之间设有隔离光罩，所述隔离光罩的轴线与所述第一聚焦镜的轴线重合。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明勇，
申请(专利权)人：成都绝影智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：