[發(fā)明專利]一種激光雷達(dá)用多光束準(zhǔn)直發(fā)射與接收系統(tǒng)及其鏡頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410347171.1
• 申請(qǐng)日: 2014-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN105277931B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 豆榮社;劉建豐;郝鵬;劉棟蘇;郁肖飛;李晗;時(shí)兆峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京自動(dòng)化控制設(shè)備研究所
• 主分類號(hào): G01S7/481
• 分類號(hào): G01S7/481;G02B27/30
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅;劉昕宇

本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種激光雷達(dá)用多光束準(zhǔn)直發(fā)射與接收系統(tǒng)及其鏡頭。它包括準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭和與之相匹配的聚焦接收鏡頭，準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭和聚焦接收鏡頭設(shè)置在支架中，在準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭鏡筒一側(cè)設(shè)置激光器，在聚焦接收鏡頭鏡筒一側(cè)設(shè)置探測(cè)器該支架可以保證準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭和聚焦接收鏡頭同步運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的效果是：可以實(shí)現(xiàn)40°視場(chǎng)內(nèi)激光束的準(zhǔn)直發(fā)射與40°視場(chǎng)內(nèi)平行光束的聚焦探測(cè)，準(zhǔn)直后可以達(dá)到光束發(fā)散角<3mrad，聚焦后光斑尺寸<0.2mm；同時(shí)采用D型透鏡聯(lián)合陣列可以使得發(fā)射光路與接收光路接近平行，使盲區(qū)減小到接近為零；發(fā)射和接收采用相同的透鏡結(jié)構(gòu)與參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，制造簡便，成本低，可批量生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)系統(tǒng)，具體涉及一種激光雷達(dá)用多光束準(zhǔn)直發(fā)射與接收系統(tǒng)及其鏡頭。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)是激光測(cè)距技術(shù)的擴(kuò)展應(yīng)用，通過與慣性測(cè)量系統(tǒng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)等組合使用，不僅可獲取目標(biāo)地物的位置信息，還可獲取目標(biāo)反射波譜信息，可用于測(cè)距、測(cè)速和目標(biāo)識(shí)別。激光雷達(dá)的基本工作原理是：在一定視場(chǎng)范圍內(nèi)向目標(biāo)地物掃描發(fā)射激光束，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)差或相移，得到目標(biāo)地物的距離，結(jié)合自身的姿態(tài)信息和位置信息即可計(jì)算出目標(biāo)地物的位置。

直接探測(cè)激光雷達(dá)成像方式主要有兩種：一是采用單元探測(cè)器，每次只探測(cè)一個(gè)像素，結(jié)合機(jī)械掃描方式來完成其他維度的探測(cè)；二是采用面陣探測(cè)器，每次探測(cè)所有像素，雖然這種方法結(jié)構(gòu)簡單，但是對(duì)激光器功率要求高，無法采用高靈敏度的APD探測(cè)器，所以目前激光雷達(dá)多采用面掃描體制。

發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)是激光雷達(dá)的重要組成部分，半導(dǎo)體激光器發(fā)射的激光光束具有在垂直和平行于結(jié)平面兩個(gè)方向發(fā)散角不同、光斑形狀不規(guī)則(如一般是橢圓型或長條型)、存在固有象散等缺點(diǎn)，因此在使用時(shí)必須對(duì)半導(dǎo)體激光器輸出的光束進(jìn)行準(zhǔn)直以改善其輸出光束質(zhì)量。為了使激光雷達(dá)能夠探測(cè)盡量遠(yuǎn)的距離，就需要高性能的聚焦接收光學(xué)系統(tǒng)。

針對(duì)目前面掃描體制的激光雷達(dá)，其發(fā)射與接收鏡頭大都只針對(duì)單光束進(jìn)行準(zhǔn)直與聚焦，通過振鏡掃描結(jié)合旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)3維成像，這種方式的局限是振鏡掃描速率低，在需要高速實(shí)時(shí)成像的應(yīng)用場(chǎng)合(如無人車壁障)受到限制，有必要涉及一種能滿足多光束準(zhǔn)直發(fā)射與接收鏡頭。同時(shí)由于現(xiàn)有激光雷達(dá)鏡頭發(fā)射光路和接收光路是分開的，這將導(dǎo)致視差問題，在接近和遠(yuǎn)離鏡頭的位置將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)近盲區(qū)和遠(yuǎn)盲區(qū)，直接影響激光雷達(dá)探測(cè)效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種激光雷達(dá)用多光束準(zhǔn)直發(fā)射與接收系統(tǒng)及其鏡頭。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭，其特征在于：包括在支架中順次設(shè)置的鏡筒、發(fā)射第一透鏡、發(fā)射鏡頭隔環(huán)、發(fā)射第二透鏡、發(fā)射收第三透鏡，以及設(shè)置在支架外且與發(fā)射第三透鏡在同一光路上的濾光片。

如上一種準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭，其中，所述發(fā)射第一透鏡為雙凸型透鏡，其包括曲率半徑設(shè)置不同的第一曲面及第二曲面，發(fā)射第二透鏡和發(fā)射第三透鏡分別為雙凹和雙凸透鏡，發(fā)射第二透鏡包括曲率半徑設(shè)置不同第三曲面及第四曲面，發(fā)射第三透鏡包括曲率半徑設(shè)置不同的第五曲面及第六曲面，發(fā)射第二透鏡和發(fā)射第三透鏡形成膠合鏡，第四曲面和第五曲面為膠合面。

所述發(fā)射第一透鏡的材料為SF1，第一曲面的曲率半徑R1＝46.3mm，第二曲面的曲率半徑R2＝-329.6mm，第一曲面與第二曲面的面間隔即第一透鏡的中心厚度d1＝5mm，第一曲面、第二曲面鍍?cè)鐾改?，反射?lt;5％，發(fā)射第二透鏡的材料為SF1，第三曲面的曲率半徑R3＝-45.08mm，第四曲面的曲率半徑R4＝32.5mm，第三曲面與第四曲面的面間隔即第二透鏡的中心厚度d2＝3mm，第三曲面鍍?cè)鐾改?，反射?lt;5％，發(fā)射第三透鏡的材料為BK7，第五曲面的曲率半徑R5＝32.5mm，第六曲面的曲率半徑R6＝-32.4mm，第五曲面與第六曲面的面間隔即第三透鏡的中心厚度d5＝8mm，第五曲面、第六曲面鍍?cè)鐾改?，反射?lt;5％。