共轴激光雷达光学系统及激光雷达技术方案

本发明专利技术适用于激光雷达技术领域，提供了一种共轴激光雷达光学系统及激光雷达，上述光学系统包括：激光发射装置、反射镜、轴锥镜及激光接收装置；其中，反射镜带有中孔；轴锥镜与激光接收装置共轴；激光发射装置发射的激光光束经目标物体反射后形成回波光束，回波光束经反射镜反射后形成平行于轴锥镜的光轴的入射光束；入射光束由轴锥镜的锥面进入轴锥镜后，经轴锥镜的底面反射，再由轴锥镜的锥面射出，形成平行于轴锥镜的光轴的出射光束；出射光束穿过反射镜的中孔入射到激光接收装置。本发明专利技术采用轴锥镜使激光光束更加集中分布在激光接收装置的光轴中心，提高了近轴区光束分布比例，提高了激光雷达的增益。了激光雷达的增益。了激光雷达的增益。

【技术实现步骤摘要】
共轴激光雷达光学系统及激光雷达


[0001]本专利技术属于激光雷达
，尤其涉及一种共轴激光雷达光学系统及激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达作为一种精密传感系统，具有测距精度高、角度分辨率高、重复频率高等优异性能，被广泛应用于智能机器人、自动牵引车、智能/辅助驾驶和安防等领域。激光雷达的收发光路主要有平行轴和共轴两种方案。对于共轴结构的激光雷达，通常采用带中孔的接收透镜及其置于孔内的发射模块以提高收发效率。
[0003]现有技术中，通常通过增大接收透镜的孔径来提高共轴结构激光雷达的增益。但增大接收透镜的孔径同时会影响边缘光线的像差，从而降低光束接收效率，因此，接收透镜的孔径受限，激光雷达的增益的改善受限，效果不理想。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种共轴激光雷达光学系统及激光雷达，以解决现有技术中通过增大接收透镜的孔径来提高共轴结构激光雷达的增益，效果不理想的问题。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供了一种共轴激光雷达光学系统，包括：激光发射装置、反射镜、轴锥镜及激光接收装置；其中，反射镜带有中孔；轴锥镜的底面设置有反射膜；轴锥镜与激光接收装置共轴；
[0006]激光发射装置发射的激光光束经目标物体反射后形成回波光束，回波光束经反射镜反射后形成平行于轴锥镜的光轴的入射光束；入射光束由轴锥镜的锥面进入轴锥镜后，经轴锥镜的底面反射，再由轴锥镜的锥面射出，形成平行于轴锥镜的光轴的出射光束；出射光束穿过反射镜的中孔入射到激光接收装置。<br/>[0007]可选的，反射镜的镜面与轴锥镜的光轴之间的夹角为45
°
。
[0008]可选的，反射镜的中孔为椭圆形，反射镜的中孔在第一平面上的投影为圆形，且反射镜在第一平面上的投影的孔径不小于激光接收装置的口径；
[0009]激光接收装置的光轴穿过反射镜的中孔的中心；
[0010]其中，第一平面与激光接收装置的光轴垂直。
[0011]可选的，反射镜的中孔在第二平面上的投影为圆形，激光发射装置的光轴穿过反射镜的中孔的中心，且激光发射装置的口径不大于激光接收装置的口径；
[0012]其中，第二平面与激光发射装置的光轴垂直。
[0013]可选的，轴锥镜的锥面的顶点与激光接收装置的前表面顶点之间的距离不小于1.5倍的激光接收装置的口径。
[0014]可选的，激光发射装置与激光接收装置的光轴之间的垂直距离大于激光接收装置的口径。
[0015]可选的，反射镜的中孔在第一平面上的投影的孔径、激光发射装置的口径及激光接收装置的口径均相同。
[0016]可选的，轴锥镜的参数满足如下公式：
[0017][0018]其中，t为轴锥镜的厚度，w为轴锥镜的底面的直径；δ为轴锥镜的楔角，n为轴锥镜的折射率，d为激光接收装置的口径。
[0019]可选的，对于预设波长范围内的波束，反射膜的反射率大于第一阈值；对于预设波长范围外的光束，反射膜的反射率小于第二阈值；
[0020]其中，第一阈值大于第二阈值。
[0021]本专利技术实施例的第二方面提供了一种激光雷达，包括本专利技术实施例第一方面提供的共轴激光雷达光学系统。
[0022]本专利技术实施例提供了一种共轴激光雷达光学系统及激光雷达，上述光学系统包括：激光发射装置、反射镜、轴锥镜及激光接收装置；其中，反射镜带有中孔；轴锥镜的底面设置有反射膜；轴锥镜与激光接收装置共轴；激光发射装置发射的激光光束经目标物体反射后形成回波光束，回波光束经反射镜反射后形成平行于轴锥镜的光轴的入射光束；入射光束由轴锥镜的锥面进入轴锥镜后，经轴锥镜的底面反射，再由轴锥镜的锥面射出，形成平行于轴锥镜的光轴的出射光束；出射光束穿过反射镜的中孔入射到激光接收装置。本专利技术实施例采用轴锥镜使激光光束更加集中分布在激光接收装置的光轴中心，提高了近轴区光束分布比例，从而提高了激光雷达的增益。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1是本专利技术实施例提供的一种共轴激光雷达光学系统的结构示意图；
[0025]图2是本专利技术实施例提供的又一种共轴激光雷达光学系统的结构示意图；
[0026]图3是本专利技术实施例提供的再一种共轴激光雷达光学系统的结构示意图；
[0027]图4是在Zemax混合模式下对图2所示的共轴激光雷达光学系统进行仿真得到的表面点列图；
[0028]图5是在Zemax非序列模式下对图2所示的共轴激光雷达光学系统进行仿真中得到的S1处的光强分布图；
[0029]图6是在Zemax非序列模式下对图2所示的共轴激光雷达光学系统进行仿真中得到的S5处的光强分布图；
[0030]图7是在Zemax非序列模式下对图2所示的共轴激光雷达光学系统进行仿真中得到的S6处的光强分布图。
具体实施方式
[0031]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本专利技术的描述。
[0032]为了说明本专利技术的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
[0033]作为精密传感系统的激光雷达，具有测距精度高、角度分辨率高、重复频率高等优异性能，被广泛应用于智能机器人、自动牵引车、智能/辅助驾驶和安防等领域。激光雷达的光学系统对产品性能指标和可靠性起着关键性的决定作用。激光雷达的收发光路主要有平行轴和共轴两种方案。对于共轴结构的激光雷达，通常采用带中孔的接收透镜(接收透镜挖孔形成环形接收孔径)及其置于孔内的发射模块以提高收发效率，可通过增大接收透镜的孔径来提高共轴结构激光雷达的增益。但大孔径接收透镜的孔径的成本和制作工艺要求难度较高，接收透镜挖孔对光学系统而言损失了光学性能最理想的近轴区，随着光线远离光轴其边缘光线的像差影响越大，孔径越大对接收透镜的边缘像差校正要求也越高，降低了光束的接收效率，激光雷达增益的改善严重受限。
[0034]基于以上，参考图1，本专利技术实施例提供了一种共轴激光雷达光学系统，包括：激光发射装置1、反射镜2、轴锥镜3及激光接收装置4；其中，反射镜2带有中孔；轴锥镜3的底面设置有反射膜；轴锥镜3与激光接收装置4共轴；
[0035]激光发射装置1发射的激光光束经目标物体反射后形成回波光束，回波光束经反射镜2反射后形成平行于轴锥镜3的光轴的入射光束；入射光束由轴锥镜3的锥面进入轴锥镜3后，经轴锥镜3的底面反射，再由轴锥镜3的锥面射出，形成平行于轴锥镜3的光轴的出射光束；出射光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种共轴激光雷达光学系统，其特征在于，包括：激光发射装置、反射镜、轴锥镜及激光接收装置；其中，所述反射镜带有中孔；所述轴锥镜的底面设置有反射膜；所述轴锥镜与所述激光接收装置共轴；所述激光发射装置发射的激光光束经目标物体反射后形成回波光束，所述回波光束经所述反射镜反射后形成平行于所述轴锥镜的光轴的入射光束；所述入射光束由所述轴锥镜的锥面进入所述轴锥镜后，经所述轴锥镜的底面反射，再由所述轴锥镜的锥面射出，形成平行于所述轴锥镜的光轴的出射光束；所述出射光束穿过所述反射镜的中孔入射到所述激光接收装置。2.如权利要求1所述的共轴激光雷达光学系统，其特征在于，所述反射镜的镜面与所述轴锥镜的光轴之间的夹角为45
°
。3.如权利要求1所述的共轴激光雷达光学系统，其特征在于，所述反射镜的中孔为椭圆形，所述反射镜的中孔在第一平面上的投影为圆形，且所述反射镜在所述第一平面上的投影的孔径不小于所述激光接收装置的口径；所述激光接收装置的光轴穿过所述反射镜的中孔的中心；其中，所述第一平面与所述激光接收装置的光轴垂直。4.如权利要求3所述的共轴激光雷达光学系统，其特征在于，所述反射镜的中孔在第二平面上的投影为圆形，所述激光发射装置的光轴穿过所述反射镜的中孔的中心，且所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：林建东，罗先萍，任玉松，秦屹，
申请(专利权)人：森思泰克河北科技有限公司，
类型：发明
国别省市：