CN107290733A - 收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统 - Google Patents

收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，具有平行轴系统共轴化和准直与接收透镜共用同一透镜曲率的激光雷达共轴光学系统；其中包括发射天线和接收天线两大部分；发射天线是由激光光源、两个准直透镜、两个直角棱镜组成；接收天线由两个二接收透镜、探测器组成；第二准直透镜利用到透镜中间部分对光线进行准直，同时它还作为第一接收透镜对物体反射回来的光线进行会聚；本发明通过发射天线和接收天线的有机配置，在减小了系统体积的同时实现了激光雷达的发射天线和接收天线一体化即将平行轴系统共轴化；准直透镜与接收透镜共用一个透镜曲率，使系统简单化，同时将发射源外置，减小了对于接收系统的遮挡。

Description

收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统
技术领域
本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种用于激光测距、二维和三维成 像的收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统。
背景技术
激光测距雷达是以激光为载波的雷达，通过对回波信号所携带的目标调制 信息的解调来获取目标的特征参数，如距离、目标表面反射率等信息。三维成 像激光雷达则可进一步在单点测距的基础上获得目标的三维轮廓等更为丰富的 目标特征信息，军民领域均有广泛的应用。如战术飞机上近程全天候的目标探 测、分类、识别和跟踪，直升飞机或低空飞行器的障碍物回避和地形跟踪，巡 航导弹上目标和地形探测、目标分辨、识别和跟踪，地形跟随和障碍物回避和 中段航路的位置修正等。激光雷达技术在民用领域的应用更是如火如荼，尤其 是无人汽车、自动驾驶(谷歌无人车)和城市的三维街景构建(如谷歌街景)， 三维成像雷达技术已成为工业界和学术界的宠儿。
发明内容
本发明提供了一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，是一种具有 平行轴系统共轴化和准直与接收透镜共用同一透镜曲率的激光雷达光学系统， 能够减小统体积的同时实现激光雷达的发射天线和接收天线一体化。
本发明的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，包括发射天线和 接收天线，发射天线和接收天线共同包括一个透镜组，该透镜组一方面作为发 射天线中激光光束的发射组件，另一方面作为接收天线中激光信号的接收组件。
较佳的，所述发射天线的光轴和所述接收天线的光轴互相平行。
较佳的，所述发射天线包括两个直角棱镜，用于将发射天线发射的激光通 过两次的光路折转送入所述透镜组，以此对激光进行发射。
较佳的，所述两个直角棱镜上下布置，两者的反射面相对且平行。
较佳的，所述两个直角棱镜分别定义为第一直角棱镜(4)、第二直角棱镜 (5)；所述第一直角棱镜(4)的反射面与发射天线的光轴成45度角。
较佳的，所述发射天线包括第一准直透镜(3)，用于将发射天线中激光光 源发射的激光光束进行压缩后送入两个直角棱镜组成的折转光路。
较佳的，所述接收天线包括第二接收透镜(7)和探测器(8)；第二接收透 镜(7)接收所述透镜组的透射光线并将其聚焦到所述探测器(8)的光敏面上。
进一步的，还包括光纤(2)，用于对发射天线的激光光源(1)出射的激光 光斑进行整形后输出。
较佳的，所述探测器(8)采用雪崩二极管。
较佳的，激光光源(1)采用激光二极管光源。
较佳的，所述直角棱镜为长方体棱镜，反射面位于长方体的对角面上。
本发明具有如下有益效果：
本发明通过发射天线和接收天线的有机配置，在减小了系统体积的同时实现 了激光雷达的发射天线和接收天线一体化即将平行轴系统共轴化；共轴光路避 免了激光测距机常用的平行轴光路体制存在的待测点与发射、接收光轴与之间 的夹角随距离变化的问题，因而测量精度随测量距离变化。
同时，准直透镜与接收透镜共用一个透镜曲率，节省了发射系统透镜的数 量，使系统简单化，同时将发射源外置，减小了对于接收系统的遮挡，综合利 用了平行轴和共轴系统的优势。
附图说明
图1所示为根据本发明的实施方式一的收发天线一体化的激光雷达共轴光 学系统示意图。
图2所示为根据本发明的实施方式二的收发天线一体化的激光雷达共轴光 学系统示意图。
图3所示为直角棱镜为长方体棱镜时收发天线一体化的激光雷达共轴光学 系统示意图。
其中，1-激光光源，2-光纤，3-第一准直透镜，4-第一直角棱镜，5-第二直 角棱镜，6-第二准直透镜第一接收透镜，7-第二接收透镜，8-探测器。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，包括发射天线和接 收天线，且发射天线和接收天线从功能和结构上是两个相对独立的部分；但是 发射天线和接收天线共同包括一个透镜组，该透镜组一方面作为发射天线中激 光光束的发射组件，另一方面作为接收天线中激光信号的接收组件。另外，本 发明将发射天线的光轴和接收天线的光轴设计为互相平行的关系。该发射天线 和接收天线一体化即将平行轴系统共轴化，减小了系统体积，同时共轴光路避 免了激光测距机常用的平行轴光路体制存在的待测点与发射、接收光轴与之间 的夹角随距离变化的问题，因而测量精度随测量距离变化；准直透镜与接收透 镜共用一个透镜曲率，节省了发射系统透镜的数量，使系统简单化，同时将发 射源外置，减小了对于接收系统的遮挡，综合利用了平行轴和共轴系统的优势。
发射天线包括两个直角棱镜，用于将发射天线发射的激光通过两次的光路折 转送入所述透镜组，以此对激光进行发射。两个直角棱镜上下布置，两者的反 射面相对且平行。将两个直角棱镜分别定义为第一直角棱镜4、第二直角棱镜5； 所述第一直角棱镜4的反射面与发射天线的光轴成45度角。所述发射天线包括 第一准直透镜3，用于将发射天线中激光光源发射的激光光束进行压缩后送入两 个直角棱镜组成的折转光路。接收天线包括第二接收透镜7和探测器8；第二接 收透镜7接收所述透镜组的透射光线并将其聚焦到所述探测器8的光敏面上。 还包括光纤2，用于对发射天线的激光光源1出射的激光光斑进行整形后输出。
激光雷达光学系统处于发射状态时：由激光光源1发射光信号，经过光纤2 耦合后由第一准直透镜3进行第一次准直，再依次经过第一直角棱镜4、第二直 角棱镜5折转光路，最后经过第二准直透镜6准直后出射光信号。
激光雷达光学系统处于接收状态时：物体反射回来的光信号先后经过第一接 收透镜6和第二接收透镜7进行会聚，最后将光信号会聚到探测器8的光敏面 上。
实施方式一
图1所示为根据本发明的实施方式一的收发天线一体化的激光雷达共轴光 学系统示意图。
下面对实施方式中的光学天线中的各光学元件进行详细说明。
激光光源1能够产生用于激光雷达系统的光信号，采用激光二极管光源。
光纤2用于对激光光源1发射出的光线进行耦合，对激光光斑进行整形。
第一准直透镜3用于将光线耦合后的光束进行第一步准直，压缩光束束散 角。
第一直角棱镜4可以使光路折转90°，改变光束传播路线。如图3所示， 其中，本发明采用的直角棱镜为长方体棱镜，在长方体棱镜内部的对角面处镀 有反射膜。
第二直角棱镜5可以使光路折转90°，改变光束传播路线。
第二准直透镜(第一接收透镜)6既做第二发射透镜又做第一接收透镜。作 为第二发射透镜时使光线进行第二步准直，继续压缩光束束散角；作为第一接 收透镜是对物体反射回来的光信号会聚于第二接收透镜。
第二接收透镜7能够将第一接收透镜6接收的光信号进行进一步会聚，将 光信号会聚到探测器8光敏面上。
探测器8是用来实现接收信号的采集与光电转换。探测器8类型为雪崩二极 管。
实施方式二
图2所示为根据本发明的实施方式二的收发天线一体化的激光雷达共轴光 学系统示意图。与第一实施方式相比，发射和接收天线的光学结构不变，其区 别在于激光光源不采用光纤耦合，直接用于发射光信号。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保 护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，包括发射天线和接收天线，发射天线和接收天线共同包括一个透镜组，该透镜组一方面作为发射天线中激光光束的发射组件，另一方面作为接收天线中激光信号的接收组件。
2.如权利要求1所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述发射天线的光轴和所述接收天线的光轴互相平行。
3.如权利要求1或2所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述发射天线包括两个直角棱镜，用于将发射天线发射的激光通过两次的光路折转送入所述透镜组，以此对激光进行发射。
4.如权利要求3所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述两个直角棱镜上下布置，两者的反射面相对且平行。
5.如权利要求3所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述两个直角棱镜分别定义为第一直角棱镜(4)、第二直角棱镜(5)；所述第一直角棱镜(4)的反射面与发射天线的光轴成45度角。
6.如权利要求3、4或5所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述发射天线包括第一准直透镜(3)，用于将发射天线中激光光源发射的激光光束进行压缩后送入两个直角棱镜组成的折转光路。
7.如权利要求1或2所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述接收天线包括第二接收透镜(7)和探测器(8)；第二接收透镜(7)接收所述透镜组的透射光线并将其聚焦到所述探测器(8)的光敏面上。
8.根据权利要求书1或2所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，还包括光纤(2)，用于对发射天线的激光光源(1)出射的激光光斑进行整形后输出。
9.根据权利要求书7所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述探测器(8)采用雪崩二极管。
10.根据权利要求书8所述的激光雷达光学系统，其特征在于，激光光源(1)采用激光二极管光源。
11.如权利要求3所述的一种收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统，其特征在于，所述直角棱镜为长方体棱镜，反射面位于长方体的对角面上。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031533A (zh) * 2018-07-06 2018-12-18 天津大学 基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线及收发方法
CN109164431A (zh) * 2018-08-24 2019-01-08 福建海创光电有限公司 激光雷达收发共轴光学引擎结构
CN110133660A (zh) * 2019-05-23 2019-08-16 成都信息工程大学 一种量子阱汽车灯光雷达系统
CN111398933A (zh) * 2020-04-29 2020-07-10 武汉海达数云技术有限公司 激光雷达探测系统及激光雷达
WO2020142878A1 (zh) * 2019-01-07 2020-07-16 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置及移动平台
WO2020142870A1 (zh) * 2019-01-07 2020-07-16 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置
CN111638498A (zh) * 2019-02-14 2020-09-08 宁波舜宇车载光学技术有限公司 单层片式激光雷达设备及其制造方法
CN113030911A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 觉芯电子(无锡)有限公司 一种激光雷达系统
WO2021238389A1 (zh) * 2020-05-29 2021-12-02 Oppo广东移动通信有限公司 光学模组及电子设备
CN115343690A (zh) * 2022-10-14 2022-11-15 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 光学收发组件和激光雷达装置
CN117491976A (zh) * 2023-12-27 2024-02-02 武汉灵途传感科技有限公司 一种收发同轴的激光探测系统及其调节方法、激光雷达

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967285A (zh) * 2006-09-14 2007-05-23 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式共焦距收发光学系统
CN101430377A (zh) * 2008-11-18 2009-05-13 北京航空航天大学 基于apd阵列的非扫描3d成像激光雷达光学系统
CN101576620A (zh) * 2009-06-08 2009-11-11 北京理工大学 一种大口径光学潜望式非同轴激光雷达三维扫描装置
CN202025083U (zh) * 2010-12-08 2011-11-02 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光云高实时遥感装置
CN102621558A (zh) * 2012-01-08 2012-08-01 杨少辰 激光雷达能见度仪及其收发同轴光学系统
CN104487865A (zh) * 2012-03-23 2015-04-01 文达光电股份有限公司 多方向激光雷达系统
CN105510899A (zh) * 2015-11-27 2016-04-20 皖江新兴产业技术发展中心 一种激光雷达同轴检测系统及其自动校准方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1967285A (zh) * 2006-09-14 2007-05-23 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达透射式共焦距收发光学系统
CN101430377A (zh) * 2008-11-18 2009-05-13 北京航空航天大学 基于apd阵列的非扫描3d成像激光雷达光学系统
CN101576620A (zh) * 2009-06-08 2009-11-11 北京理工大学 一种大口径光学潜望式非同轴激光雷达三维扫描装置
CN202025083U (zh) * 2010-12-08 2011-11-02 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光云高实时遥感装置
CN102621558A (zh) * 2012-01-08 2012-08-01 杨少辰 激光雷达能见度仪及其收发同轴光学系统
CN104487865A (zh) * 2012-03-23 2015-04-01 文达光电股份有限公司 多方向激光雷达系统
CN105510899A (zh) * 2015-11-27 2016-04-20 皖江新兴产业技术发展中心 一种激光雷达同轴检测系统及其自动校准方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109031533B (zh) * 2018-07-06 2020-09-08 天津大学 基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线及收发方法
CN109031533A (zh) * 2018-07-06 2018-12-18 天津大学 基于卡塞格林望远镜的双光路收发一体化天线及收发方法
CN109164431A (zh) * 2018-08-24 2019-01-08 福建海创光电有限公司 激光雷达收发共轴光学引擎结构
CN111670383A (zh) * 2019-01-07 2020-09-15 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置及移动平台
WO2020142870A1 (zh) * 2019-01-07 2020-07-16 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置
WO2020142878A1 (zh) * 2019-01-07 2020-07-16 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置及移动平台
CN112219130A (zh) * 2019-01-07 2021-01-12 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置
CN112219130B (zh) * 2019-01-07 2024-03-15 深圳市大疆创新科技有限公司 一种测距装置
CN111638498B (zh) * 2019-02-14 2023-10-13 宁波舜宇车载光学技术有限公司 单层片式激光雷达设备及其制造方法
CN111638498A (zh) * 2019-02-14 2020-09-08 宁波舜宇车载光学技术有限公司 单层片式激光雷达设备及其制造方法
CN110133660A (zh) * 2019-05-23 2019-08-16 成都信息工程大学 一种量子阱汽车灯光雷达系统
CN113030911A (zh) * 2019-12-09 2021-06-25 觉芯电子(无锡)有限公司 一种激光雷达系统
CN111398933A (zh) * 2020-04-29 2020-07-10 武汉海达数云技术有限公司 激光雷达探测系统及激光雷达
WO2021238389A1 (zh) * 2020-05-29 2021-12-02 Oppo广东移动通信有限公司 光学模组及电子设备
CN115343690B (zh) * 2022-10-14 2023-02-07 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 光学收发组件和激光雷达装置
CN115343690A (zh) * 2022-10-14 2022-11-15 北京摩尔芯光半导体技术有限公司 光学收发组件和激光雷达装置
CN117491976A (zh) * 2023-12-27 2024-02-02 武汉灵途传感科技有限公司 一种收发同轴的激光探测系统及其调节方法、激光雷达
CN117491976B (zh) * 2023-12-27 2024-04-02 武汉灵途传感科技有限公司 一种收发同轴的激光探测系统及其调节方法、激光雷达

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