CN108226901A - 激光雷达光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
Description
技术领域
本发明涉及激光应用技术，具体涉及一种激光雷达光学系统。
背景技术
激光雷达通过向目标区域出射激光光束，并接收由目标区域反射回来的激光回波光束，根据激光光束的飞行时间来获取待测空间的三维信息。由于激光雷达具有解析度高，测量精度高，抗干扰能力强等优点，其被广泛应用在如无人驾驶等领域，成为这些领域的必不可缺的传感器。激光雷达光学系统是激光雷达的“眼睛”，其好坏直接影响了激光的测量精度以及探测能力。
现有的激光雷达光学系统是由光学窗片、准直系统以及激光源等光学零件组成的，其中激光雷达光学系统的光学窗片位于整个激光雷达光学系统的最外侧，起到了保护光学系统中其他零件的作用。
但是，为了满足激光雷达的扫描需求以及美观需求，光学窗片的形状一般为圆筒形或者弧面，其会使得经过自身的光束在其中一个方向被扩散，这就导致了出射光束在经过光学窗片时水平方向和竖直方向上的焦距不同，形成像差。这样的像差会使得当出射光束到达待测空间时，出射光束在被扩散的方向的光能量密度降低，接收到的回波光束的能量也相应降低，使得获取待测空间的三维信息不准，进而造成整个激光雷达的探测能力的下降。
发明内容
为了解决现有技术中存在的由于准直后的激光光束经过光学窗片时被扩散而造成的光能量密度降低，激光雷达探测能力下降的问题，本发明提供了一种激光雷达光学系统。
本发明提供了一种激光雷达光学系统，包括：
发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；
所述发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组和所述矫正镜从所述光学窗片射出，并射向被测目标；
所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片入射，经过所述准直透镜组和所述矫正镜射入所述接收端；
其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。
该实施方式通过设置一矫正镜且该矫正镜的屈光度与光学窗片的屈光度匹配，该矫正镜可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距，以使激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，从而避免从所述激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
在其中一种可选的实施方式中，根据公式(1)计算所述激光雷达光学系统在水平方向上的焦距fH和在竖直方向上的焦距fV：
其中，所述Q1,H为光学窗片在水平方向上的屈光度，所述Q1,V为光学窗片在竖直方向上的屈光度,所述Q2,H为准直透镜组在水平方向上的屈光度，所述Q2，V为准直透镜组在竖直方向上的屈光度，所述Q3,H为所述矫正镜在水平方向上的屈光度,所述Q3,V为所述矫正镜在竖直方向上的屈光度，所述d12为所述光学窗片与所述准直透镜组之间的间距，所述d23为所述准直透镜组与所述矫正镜之间的间距。
在该实施方式中，根据光学窗片、准直透镜组以及矫正镜的屈光度，和各元件之间的距离，可确定激光雷达光学系统的焦距，从而实现对激光雷达光学系统在水平方向上和竖直方向上的焦距调整，以改善了整个激光雷达光学系统的探测能力。
在其中一种可选的实施方式中，所述激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，包括：
根据所述光学窗片在水平方向上和竖直方向上的屈光度确定所述矫正镜在水平方向上和竖直方向上的屈光度，以使所述激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同。
在该实施方式中，通过根据光学窗片在水平方向和竖直方向上的屈光度，确定并调整矫正镜在水平方向和竖直方向上的屈光度，以使激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同，进而保证光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向上的焦距相同，像差准确及有效的被补偿。
在其中一种可选的实施方式中，所述准直透镜组包括至少一片正透镜和至少一片负透镜。
在该实施方式中，准直透镜组可包括多片透镜，其具体可由至少一片正透镜和至少一片负透镜组成，相比于单透镜式的准直透镜，采用多片透镜的准直透镜组能够对出射光束和回波光束进行更有效的准直作用，进一步减小光束在水平方向和竖直方向上的像差，提高激光雷达光学系统的探测能力。
在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为透镜。
在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为柱面镜。
在其中一种可选的实施方式中，所述矫正镜为反射镜。
在上述实施方式中，根据光束的类型以及光路的设计需求，矫正镜具体可采用透镜结构，也可采用反射镜，通过采用这样的方式，能够进一步根据具体设计需求确定与需求匹配的矫正镜，有效对像差进行补偿。
在其中一种可选的实施方式中，当所述矫正镜为透镜时，所述矫正镜穿插设置在所述准直透镜组的透镜之间。
在该实施方式中，若矫正镜为透镜，则矫正镜的设置位置可插设在准直透镜组的透镜之间，也可设置在准直透镜组以外的光路上。
在其中一种可选的实施方式中，该激光雷达光学系统还包括：分光元件；
所述分光元件用于改变所述回波光束和/或所述出射光束的传输方向。
在该实施方式中，通过设置分光元件，从而可对出射光束或回波光束的传输方向进行改向，从而使得激光雷达光学系统中的各元件的间距相对紧凑，减小了激光雷达光学系统的体积。
在其中一种可选的实施方式中，该激光雷达光学系统还包括：处理单元；
所述处理单元分别与所述发射端和所述接收端连接，用于根据所述出射光束和所述回波光束确定所述被测目标的信息。
在该实施方式中，通过设置分别与发射端和接收端连接的处理单元，以使得处理单元获取出射光束和回波光束的光信息，并对光信息进行计算和处理，以得到被测目标的信息。
本发明提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，光束经过矫正镜呈现第一偏转，光束经过所述光学窗片呈现与所述第一偏转方向相反且角度相同的第二偏转。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1为本发明实施例一提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图；
图2为本发明实施例一提供的一种激光雷达光学系统的光斑变化示意图；
图3为本发明实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图；
图4为本发明实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图；
图5为本发明实施例二提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图；
图6为本发明实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图；
图7为本发明实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图。
附图标记：
10-发射端； 20-接收端；
30-准直透镜组； 40-矫正镜；
50-光学窗片； 60-处理模块；
70-分光元件； 800-光轴。
通过上述附图，已示出本公开明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本公开的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
激光雷达通过向目标区域出射激光光束，并接收由目标区域反射回来的激光回波光束，根据激光光束的飞行时间来获取待测空间的三维信息。由于激光雷达具有解析度高，测量精度高，抗干扰能力强等优点，其被广泛应用在如无人驾驶等领域，成为这些领域的必不可缺的传感器。激光雷达光学系统是激光雷达的“眼睛”，其好坏直接影响了激光的测量精度以及探测能力。
现有的激光雷达光学系统是由光学窗片、准直系统以及激光源等光学零件组成的，其中激光雷达光学系统的光学窗片位于整个激光雷达光学系统的最外侧，起到了保护光学系统中其他零件的作用。
但是，为了满足激光雷达的扫描需求以及美观需求，光学窗片的形状一般为圆筒形或者弧面，其会使得经过自身的光束在其中一个方向被扩散，这就导致了出射光束在经过光学窗片时水平方向和竖直方向上的焦距不同，形成像差。这样的像差会使得当出射光束到达待测空间时，出射光束在被扩散的方向的光能量密度降低，接收到的回波光束的能量也相应降低，使得获取待测空间的三维信息不准，进而造成整个激光雷达的探测能力的下降。
需要说明的是，这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本发明的实施例进行描述。
图1为本发明实施例一提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图。
如图1所示，该激光雷达光学系统，包括：发射端10、接收端20、准直透镜组30、矫正镜40和光学窗片50；其中，发射端10用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40从所述光学窗片50射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片50入射，经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40射入所述接收端20，其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。
具体来说，由于光束经过矫正镜呈现第一偏转，光束经过所述光学窗片呈现第二偏转，通过第一偏转对第二偏转进行补偿，以使激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距保持相同，其中，当第二偏转为在水平方向对光束进行汇聚时，第一偏转可为在水平方向对光束进行发散，而当第二偏转在竖直方向为对光束进行发散时，第一偏转可为在水平方向对光束进行发散。
其中，在其中一种可选的实施方式中，所述出射光束和所述回波光束经过矫正镜40之后呈现第一偏转，所述出射光束和所述回波光束经过所述光学窗片50之后呈现第二偏转，所述第一偏转与所述第二偏转的偏转方向相反偏转角度相同。
进一步来说，第一偏转和第二偏转的偏转方向和偏转角度，分别与矫正镜40和光学窗片50的屈光度有关，本实施例对此不进行限制。
在图1所示结构提供的技术方案中，通过设置一矫正镜该矫正镜40可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距，从而避免从所述激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
其中需要说明的是，在本实施例第一中，矫正镜40与准直透镜组30的相对位置关系可如图1所示，也可采用其他方式，本发明对此不进行限制。
在其中一种可选的实施方式中，根据公式(1)计算所述激光雷达光学系统在水平方向上的焦距fH和在竖直方向上的焦距fV：
其中，所述Q1,H为光学窗片在水平方向上的屈光度，所述Q1,V为光学窗片在竖直方向上的屈光度,所述Q2,H为准直透镜组在水平方向上的屈光度，所述Q2，V为准直透镜组在竖直方向上的屈光度，所述Q3,H为所述矫正镜在水平方向上的屈光度,所述Q3,V为所述矫正镜在竖直方向上的屈光度，所述d12为所述光学窗片与所述准直透镜组之间的间距，所述d23为所述准直透镜组与所述矫正镜之间的间距。
在该实施方式中，根据光学窗片、准直透镜组以及矫正镜的屈光度，和各元件之间的距离，可确定激光雷达光学系统的焦距，从而实现对激光雷达光学系统在水平方向上和竖直方向上的焦距调整，以改善了整个激光雷达光学系统的探测能力。
在其中一种可选的实施方式中，所述激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，包括：根据所述光学窗片在水平方向上和竖直方向上的屈光度确定所述矫正镜在水平方向上和竖直方向上的屈光度，以使所述激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同。
进一步来说，在本实施方式中，以光学镜片在水平方向上的屈光度Q1,H＝0为例，在满足fH＝fV的情况下存在两种可实现的方式：
其中一种的矫正镜的屈光度可表示为：
在该实施方案中，光学窗片和矫正镜在水平方向上的屈光度均为0。
而另一种的矫正镜的屈光度可表示为：
在该实施方案中，光学窗片在水平方向上的屈光度为0而矫正镜在竖直方向上的屈光度为0。
在该实施方式中，通过根据光学窗片在水平方向和竖直方向上的屈光度，确定并调整矫正镜在水平方向和竖直方向上的屈光度，以使激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同，进而保证光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向上的焦距相同，像差准确及有效的被补偿。
为了进一步说明本实施例一的方案，图2为本发明实施例一提供的一种激光雷达光学系统的光斑变化示意图。在图2所示的光斑变化示意图以光学窗片50在水平方向对出射光束进行扩散，矫正镜40用于矫正出射光束和回波光束在水平方向上的光束为例进行说明。
如图2所示，图2中的L表示观测位置，f0为加入矫正镜40后激光雷达光学系统的焦距，fH为不加所述矫正镜40的激光雷达光学系统在水平方向焦距。
第一行为不加矫正镜40时的观测到的光斑形态变化：当L<f0时，汇聚光斑比较大，并且水平方向大于竖直方向。当L＝f0时，汇聚光斑在竖直方向上汇聚最小，但是在水平方向仍然很大。当f0<L<fH时，汇聚光斑在竖直方向和水平方向上的光斑大小基本相等，但是光斑整体大小较大。当L＝fH时，汇聚光斑在水平方向上汇聚最小，但是在竖直方向仍然很大。当L＞fH时，汇聚光斑变大，并且竖直方向大于水平方向。
第二行为加入矫正镜40以后观测到光斑形态的变化,与第一行光斑相比，在L从小于f0起逐渐增大直至大于fH的变化过程中，光斑在水平方向和竖直方向上的变化基本保持一致，不会出现光斑在某一方向上的汇聚点很大的情况，也就是说，光斑在水平方向和竖直方向的汇聚局势始终保持一致。同时，显而易见的是，在L＝f0时，光斑在水平方向和竖直方向同时汇聚到最小，接收端可放置于该位置并对该位置上的汇聚光斑进行检测或探测，以获得被测目标信息。
为了进一步说明本实施例一所提供的激光雷达光学系统，图3为本发明实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图，图4为本发明实施例一提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图。
如图3和图4所示，该激光雷达光学系统，包括：发射端、接收端、准直透镜组30、矫正镜40和光学窗片50；其中，发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40从所述光学窗片50射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片50入射，经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40射入所述接收端，其中，光束经过矫正镜呈现第一偏转，光束经过所述光学窗片呈现与所述第一偏转方向相反且角度相同的第二偏转。其中，如图3所示，准直透镜组30、矫正镜40可为成对设置，即针对出射光束设置一组准直透镜组30和一个矫正镜40，针对回波光束同样设置一组准直透镜组30和一个矫正镜40。其中，由于接收端和发射端一般沿水平面平行设置，其在竖直面上的光路将重合。
此外，准直透镜组30包括至少一片正透镜和至少一片负透镜。具体的，准直透镜组30可包括多片透镜，其具体可由至少一片正透镜和至少一片负透镜组成，相比于单透镜式的准直透镜，采用多片透镜的准直透镜组30能够对出射光束和回波光束进行更有效的准直作用，进一步减小光束在水平方向或竖直方向上的像差，提高激光雷达光学系统的探测能力。
此外，根据光束的类型以及光路的设计需求，在本申请中，矫正镜具体可采用透镜结构，也可采用反射镜，也可采用透镜和反射镜组合的结构，此外矫正镜还可采用柱面镜。
在图3和图4中，为了配合光路设计，矫正镜40设置为透镜，在其中一种可选的实施方式中，矫正镜40可设置在准直透镜组30以外的光路上，如设置在准直透镜组30靠近发射端或接收端一侧的光路上(如图3所示)，或设置在准直透镜组30远离发射端或接收端一侧的光路上，当然，矫正镜40还可穿插设置在准直透镜组30的正透镜和负透镜之间，本发明对此不进行限制。
同时，可选的，在矫正镜40为透镜时，矫正镜40还可为柱面镜，其中矫正镜40靠近发射端或接收端的一面为柱面镜的凸面。在该实施方式中，若矫正镜40为透镜，则矫正镜40可采用柱面镜结构，其中为了对光学窗片50进行补偿，可将矫正镜40靠近发射端或发射端的一面设置为柱面镜的凸面，从而仅对特定方向的光束的焦距进行调整。
进一步来说，在图3和图4所示的光路中，光学窗片50在竖直方向上的前表面的剖面为平面，即光学窗片50在竖直方向上对光束不起作用(如图4所示)；光学窗片50在水平方向上的前表面的剖面为弧面，即光学窗片50在水平方向上对出射光束和回波光束起到了发散作用(如图3所示)。基于此，矫正镜40在靠近焦距点的一侧表面在水平方线的剖面为凸形的圆柱面(如图3所示)，在竖直方向的剖面为平面(如图4所示)，矫正镜40在水平方向上对光束起到汇聚作用。因此，矫正镜40可有效补偿由于光学窗片50对出射光束以及回波光束的发散作用，使出射光束在竖直方向和水平方向上的焦点更好重合。
本发明实施例一提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
进一步来说，为了更好的描述本实施例提供的激光雷达光学系统，在图1所示实施例的基础上，本发明实施例二提供了一种激光雷达光学系统，与图1所示结构类似的是，实施例二中的激光雷达光学系统中包括：发射端10、接收端20、准直透镜组30、矫正镜40和光学窗片50；其中，发射端10用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40从所述光学窗片50射出，并射向被测目标；所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片50入射，经过所述准直透镜组30和所述矫正镜40射入所述接收端20，其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。
与实施例一不同的是，本实施例二中的激光雷达光学系统还包括：分光元件70，和/或，处理模块80。
具体来说，激光雷达光学系统还可包括：分光元件70。
所述分光元件70用于改变光束的传输方向，以使在激光雷达光学系统的整体空间有限的情况下，回波光束传输方向经分光元件70发生改变准确的入射至接收端20，和/或，出射光束的传输方向经分光元件70发生改变准确的从光学窗片50中出射。
此外，可选的，激光雷达光学系统中还包括：处理单元60；所述处理单元60分别与所述发射端10和所述接收端20连接，用于根据所述出射光束和所述回波光束确定所述被测目标的信息。在该实施方式中，通过设置分别与发射端10和接收端20连接的处理单元60，以使得处理单元60获取出射光束和回波光束的光信息，并对光信息进行计算和处理，以得到被测目标的信息。
为了进一步说明本实施例二中的激光雷达光学系统，图5为本发明实施例二提供的一种激光雷达光学系统的结构示意图。其中，在图5中显示了在该激光雷达光学系统中出射光束和回波光束的光传输方向。
具体来说，在图5所示的结构中，基于分光元件70的材料以及镀膜特性，其不会改变出射光束的传输方向，而仅改变回波光束的传输方向。
此外，分光元件70的位置和数量可根据实际情况进行设置，而根据分光元件70的位置和数量的不同，激光雷达光学系统中的光路也将发生相应的变化。也就是说，在其他结构中，分光元件70也可用于改变出射光束的传输方向而不改变回波光束的传输方向；或者，采用两个分光元件70分别改变出射光束的传输方向和回波光束的传输方向。在该实施方式中，通过设置有分光元件70，从而可对出射光束，和/或，回波光束的传输方向进行改向，从而使得激光雷达光学系统中的各元件的间距相对紧凑，减小了激光雷达光学系统的体积。
进一步来说，图6为本发明实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在水平方向上的剖面示意图；图7为本发明实施例二提供的另一种激光雷达光学系统的光路在竖直方向上的剖面示意图。
为了补偿光学窗片50在特定方向上对光束的发散作用，矫正镜40被设置为反射镜，且针对出射光束和回波光束可分别配置有一矫正镜40。进一步来说，当矫正镜40为反射镜时，则可将矫正镜40的反射面设置为凹面，从而仅对特定方向的光束的焦距进行调整，实现对光学窗片进行补偿的功能。
以图6和图7所示的结构中的光路为例，针对出射光束和回波光束在经过光学窗口50时在水平方向上被发散，可采用分别设置一组准直透镜组30、一个矫正镜40、一个分光元件70，其中的准直透镜组30由正透镜和负透镜组合成，矫正镜40为反射镜，分光元件70为全反镜的方式以实现对光束的补偿。其中，由于接收端和发射端一般沿水平面平行设置，其在竖直面上的光路将重合。
具体来说，光学窗片50在竖直方向上的前表面的剖面为平面(如图7所示)，即光学窗片50在竖直方向上对回波光束和发射光束不起作用；光学窗片50在水平方向上的前表面的剖面为弧面(如图6所示)，即光学窗片50在水平方向上对回波光束和发射光束起到了发散作用。基于此，本实施例二中的矫正镜40的反射面在水平方线的剖面为凹面(如图6所示)，在竖直方向的剖面为平面(如图7所示)其在在水平方向上起到汇聚作用。因此，矫正镜40可有效补偿由于光学窗片50对回波光束和发射光束的发散作用，使回波光束和发射光束在竖直方向和水平方向上的焦点更好重合。
进一步来说，出射光束依次经过矫正镜40的补偿、分光元件70的改变传输方向，并入射至准直透镜组30，被准直准直后的出射光束将从光学窗片50出射并传输至被测目标，在回波过程中，而从光学窗片50射入的回波光束经准直透镜组30被聚焦，再由分光元件70对回波光束的传输方向进行改变，以使该回波光束射至矫正镜40的反射面并被补偿，该补偿后的回波光束最终被反射至接收端。需要说明的是，矫正镜40与分光元件70的相对位置可如图6或图7所示，也可根据实际情况自行设置，本实施例对其相对位置不进行限制。
可选的，上述实施方式中的准直透镜组30包括至少一片正透镜和至少一片负透镜。具体的，准直透镜组30可包括多片透镜，其具体可由至少一片正透镜和至少一片负透镜组成，相比于单透镜式的准直透镜，采用多片透镜的准直透镜组30能够对出射光束和回波光束进行更有效的准直作用，进一步减小光束在水平方向或竖直方向上的像差，提高激光雷达光学系统的探测能力。
本发明实施例二提供的激光雷达光学系统，通过采用发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；发射端用于产生出射光束，出射光束经过准直透镜组和矫正镜从光学窗片射出，并射向被测目标；被测目标返回的回波光束从光学窗片入射，经过准直透镜组和矫正镜射入接收端；其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。通过采用设置可用于调整出射光束和回波光束在特定方向上的焦距的矫正镜，从而避免从激光雷达光学系统射出的出射光束以及激光雷达光学系统的接收端接收到的回波光束在水平方向和竖直方向的焦距不一致的问题，进而避免了像差，提高了探测能力。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种激光雷达光学系统，其特征在于，包括：发射端、接收端、准直透镜组、矫正镜和光学窗片；
所述发射端用于产生出射光束，所述出射光束经过所述准直透镜组和所述矫正镜从所述光学窗片射出，并射向被测目标；
所述被测目标返回的回波光束从所述光学窗片入射，经过所述准直透镜组和所述矫正镜射入所述接收端；
其中，激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同。
2.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在于，还包括：根据公式(1)计算所述激光雷达光学系统在水平方向上的焦距fH和在竖直方向上的焦距fV：
其中，所述Q1,H为光学窗片在水平方向上的屈光度，所述Q1,V为光学窗片在竖直方向上的屈光度,所述Q2,H为准直透镜组在水平方向上的屈光度，所述Q2，V为准直透镜组在竖直方向上的屈光度，所述Q3,H为所述矫正镜在水平方向上的屈光度,所述Q3,V为所述矫正镜在竖直方向上的屈光度，所述d12为所述光学窗片与所述准直透镜组之间的间距，所述d23为所述准直透镜组与所述矫正镜之间的间距。
3.根据权利要求2所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述激光雷达光学系统在水平方向的焦距与在竖直方向的焦距相同，包括：
根据所述光学窗片在水平方向上和竖直方向上的屈光度确定所述矫正镜在水平方向上和竖直方向上的屈光度，以使所述激光雷达光学系统在水平方向的屈光度与在竖直方向的屈光度相同。
4.根据权利要求1所述的激光雷达光学系统，其特征在在于，所述准直透镜组包括至少一片正透镜和至少一片负透镜。
5.根据权利要求4所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述矫正镜为透镜。
6.根据权利要求5所述的激光雷达光学系统，其特征在于，当所述矫正镜为透镜时，所述矫正镜穿插设置在所述准直透镜组的透镜之间。
7.根据权利要求4所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述矫正镜为柱面镜。
8.根据权利要求4所述的激光雷达光学系统，其特征在于，所述矫正镜为反射镜。
9.根据权利要求1-8任一项所述的激光雷达光学系统，其特征在于，还包括：分光元件；
所述分光元件用于改变所述回波光束和/或所述出射光束的传输方向。
10.根据权利要求1-8任一项所述的激光雷达光学系统，其特征在于，还包括：处理单元；
所述处理单元分别与所述发射端和所述接收端连接，用于根据所述出射光束和所述回波光束确定所述被测目标的信息。
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