激光雷达光学系统及激光雷达技术方案

本申请涉及光学系统技术领域，提供了一种激光雷达光学系统及激光雷达，光学系统包括：激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜、反射镜模组、接收镜组和接收探测器；发射镜组的焦距为f，激光发射器发出的激光光束的发散角为θ；当挖孔的中心与激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，挖孔的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)；当挖孔的中心与激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，挖孔的中心到发射镜组的主平面的距离为L，距离最远的两个激光发射器所发出激光光束的夹角为φ，挖孔的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)+2abs(L

【技术实现步骤摘要】
激光雷达光学系统及激光雷达


[0001]本申请涉及光学系统
，更具体地说，涉及一种激光雷达光学系统及激光雷达。

技术介绍

[0002]激光光雷达是激光技术与大气光学、目标和环境特性、雷达技术、光机电一体化、计算机技术等相结合的产物。激光作为其光源，有着单色性好、准直性高、相干性强等优点，被广泛的用于距离测量，大气探测，道路监控等各个领域。
[0003]一台激光雷达包括很多模块，如电机模块，光学系统模块，控制模块等。现有技术中的一种雷达的光学系统具体包括发射激光器，准直镜组，接收探测器，汇聚镜组。发射激光器发出激光光束，经过准直镜组准直后，形成出射光束，然后打到目标物体上，形成回波光束，回波光束经过汇聚镜组汇聚后，被接收探测器接收到。
[0004]随着车载激光雷达技术的日益完善，对车载激光雷达线束的需求越来越高。越高的线束意味着越高的垂直分辨率，可以测到更多的数据，但为了得到更多的线束，需要增加雷达里面的发射器件与接收器件的数量，但这样会影响雷达的体积，普通的同轴系统可以在一定程度上减小雷达的体积，但普通的同轴系统，一般挖孔反射镜的设置为半透半反(可以简单理解为挖孔的面积与反射区域面积为1:1)，挖孔面积不是最优的方案，接收到的回波光束的能量会受到影响，从而影响雷达测距能力。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的是提供一种激光雷达光学系统，旨在解决现有技术中激光雷达光学系统难以兼顾降低雷达尺寸的同时减小雷达测距受到影响的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：
[0007]激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜、反射镜模组、接收镜组和接收探测器；
[0008]所述激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜和反射镜模组沿第一直线方向依次布置；
[0009]所述挖孔反射镜、接收镜组和接收探测器沿第二直线方向依次布置，所述第一直线方向与所述第二直线方向成夹角；
[0010]所述激光发射器发出的激光光束能够依次途径所述发射镜组、所述挖孔反射镜的挖孔、所述反射镜模组抵达激光雷达外部形成回波光束，所述回波光束能够依次途径所述反射镜模组、所述挖孔反射镜、所述接收镜组抵达所述接收探测器；
[0011]所述发射镜组的焦距为f，所述激光发射器发出的激光光束的发散角为θ；
[0012]当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)；
[0013]当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，所述挖孔的中心到所述发射镜组的主平面的距离为L，距离最远的两个激光发射器所发出两路激光光
束的夹角为φ，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)+2abs(L
‑
f)tan(φ/2)。
[0014]进一步地，所述激光光束的发散角包括水平方向的发散角θ1和竖直方向的发散角θ2，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的水平最大投影尺寸至少为2ftan(θ1/2)，竖直方向上最大投影尺寸至少为2f tan(θ2/2)。
[0015]进一步地，所述激光光束的发散角包括水平方向的发散角θ1和竖直方向的发散角θ2，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，所述挖孔的中心到所述发射镜组的主平面的距离为L，水平方向距离最远的两个激光发射器所发出的激光光束夹角为φ1，竖直方向距离距离最远的两个激光发射器所发出的激光光束夹角为φ2，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的水平方向最大投影尺寸至少为2f tan(θ1/2)+2abs(L
‑
f)tan(φ1/2)，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的竖直方向最大投影尺寸至少为2f tan(θ2/2)+2abs(L
‑
f)tan(φ2/2)。
[0016]进一步地，所述挖孔反射镜在所述第一直线方向上的倾角为30
°
至60
°
。
[0017]进一步地，所述反射镜模组包括旋转支撑座和设置在所述旋转支撑座上的多个反射镜，所述旋转支撑座的旋转轴线与第一直线方向垂直，所述多个反射镜绕所述旋转支撑座的旋转轴线布置。
[0018]进一步地，所述旋转支撑座包括围成正方形的四个边，所述多个反射镜的数量为4，4个所述反射镜一一对应的设置在所述四个边上。
[0019]进一步地，所述反射镜模组包括电机，所述电机的输出轴与所述旋转支撑座连接。
[0020]进一步地，所述电机为直流无刷电机。
[0021]进一步地，所述反射镜模组包括振镜支撑座，以及设置在所述振镜支撑座上的振镜。
[0022]进一步地，所述挖孔为圆孔或矩形孔或方形孔或菱形孔或椭圆形孔或腰形孔。
[0023]此外，本专利技术还提供一种激光雷达，其中，包括上述的激光雷达光学系统。
[0024]本申请提供的激光雷达光学系统的有益效果在于：
[0025]本专利技术实施例提供激光雷达光学系统中，激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜和反射镜模组沿第一直线方向依次布置，激光雷达的光路采用同轴设计，发射光束的光轴及接收光束的光轴同轴(均通过挖孔反射镜以及反射镜模组)，缩小了雷达的体积，此外，设置了挖孔反射镜，激光发射光束穿过挖孔反射镜(从挖孔位置穿过)，返回的回波光束被挖孔反射镜反射，尤其是确定了最佳挖孔尺寸与挖孔反射镜位置的公式，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)，并且确定了如果挖孔反射镜不能在最佳位置，给定了挖孔大小和挖孔反射镜位置的关系，确定了挖孔最小的尺寸，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)+2abs(L
‑
f)tan(φ/2)，假设挖孔反射镜的长和宽一定，那么挖孔的尺寸越小，反射区域的面积越大(长
×
宽
‑
挖孔部分面积)，反射区域面积越大，可以打到反射区域上的回波光束的总能量就越多(单位面积下回波光束能量相同)，最终被接收探测器接收到的回波光束的能量就越高，测距能力就越远。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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获得其他的附图。
[0027]图1为本申请的一个实施例所提供的激光雷达光学系统的示意简图；
[0028]图2为本申请的一个实施例所提供的激光雷本文档来自技高网...

【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：激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜、反射镜模组、接收镜组和接收探测器；所述激光发射器、发射镜组、挖孔反射镜和反射镜模组沿第一直线方向依次布置；所述挖孔反射镜、接收镜组和接收探测器沿第二直线方向依次布置，所述第一直线方向与所述第二直线方向成夹角；所述发射镜组的焦距为f，所述激光发射器发出的激光光束的发散角为θ，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)；当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，所述挖孔的中心到所述发射镜组的主平面的距离为L，距离最远的两个激光发射器所发出两路激光光束的夹角为φ，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的最大投影尺寸至少为2f tan(θ/2)+2abs(L
‑
f)tan(φ/2)。2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光光束的发散角包括水平方向的发散角θ1和竖直方向的发散角θ2，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距为2f时，所述挖孔在垂直于所述第一直线方向上的平面的水平最大投影尺寸至少为2f tan(θ1/2)，竖直方向上最大投影尺寸至少为2f tan(θ2/2)。3.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光光束的发散角包括水平方向的发散角θ1和竖直方向的发散角θ2，当所述挖孔的中心与所述激光发射器的发射焦平面的间距不为2f时，所述挖孔的中心到所述发射镜组的主平面的距离为L，水平方向距离最远的两个激光发射器所发出的激光光束夹角为φ1...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翔，王泮义，张正正，张国伟，
申请(专利权)人：武汉万集光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：