CN108549083A - 用在激光雷达中的分离光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用在激光雷达中的分离光学系统，分离光学系统的组成，光学系统包括激光整形发射光学系统、接收光学系统，发射光学对半导体激光器进行光束整形，并将发散角准直至15mrad；接收光学收集对方端机发射的激光信号会聚到探测器，并对背景光进行光谱滤波；本发明提供的用在激光雷达中的分离光学系统，采用发射光学和接收光学分别置于电机的上面和下面，构成分离的光学系统，能够把发射激光和接收激光分离开。
Description
技术领域
本发明涉及属于激光雷达领域，是一种用在激光雷达中的分离光学系统。
背景技术
光学系统是激光雷达中重要的组成部分，一般由发射光学和接收光学两部分组成，发射光学完成对激光光束的准直，按照一定的发散角发射出去。接收光学实现 对回波激光的汇聚，使激光信号进入APD探测器面上。传统的激光雷达的光学系统 一般采用集成在一起，随着电机伺服机构一起完成对目标的测量。传统的激光雷达 光学系统容易受到自身窗口的影响，在近距离条件下产生干扰。而本申请方案采用 分离的光学系统，发射光学和接收光学分别位于电机的上面和下面，可以有效解决 近距离的回波干扰。目前的集成式激光雷达光学系统容易造成近距离的激光干扰， 使整个激光雷达测距范围受到影响，本申请方案提出的分离式光学系统则可以避免 激光回波干扰。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种用在激光雷达中的 分离光学系统，解决传统激光雷达近距离激光干扰，其中，具体技术方案为：
分离光学系统的组成，光学系统包括激光整形发射光学系统、接收光学系统， 发射光学对半导体激光器进行光束整形，并将发散角准直至15mrad；接收光学收集 对方端机发射的激光信号会聚到探测器，并对背景光进行光谱滤波。
上述的用在激光雷达中的分离光学系统，其中：
光学系统方案：
√发射光学系统
发射光源采用带尾纤输出的激光器，激光在光纤芯层经多次发射，充满光纤数 值孔径角度范围，光强近高斯型分布；
√接收光学系统
根据光学系统输入技术指标要求，常用的接收光学系统结构型式包括开普勒 式、伽利略式以及折反射式光学系统结构，由于伽利略式光学筒长短，体积轻，光 学系统像差小，符合设备对体积重量的要求，故选用该结构型式，该结构型式包括 接受主镜、接受次镜、滤光片、聚光镜；
√滤光片参数
为了提高信噪比，截止噪声信号，接收光路中需要添加窄带滤光片；
滤光片的透过波长随入射角漂移的理论和实验曲线与如下经验公式相符：
式中：
λD—设计波长；
λθ—入射角为θ时最大透射率波长，单位rad；
k—常数，k值取决于膜层数、各层折射率和色散，取值范围为0.09～0.28，由 膜系的具体设计和工艺条件决定；
窄带滤光片透射率与波长的关系可用高斯曲线来模拟：
式中：
T0—最大透射率；
λm—最大透过率波长；
σλ—以波长为单位的平均偏差；
设定半波带宽为令Tλ＝T0，经理论推导，其半波带宽：
Δλ＝2.335σλ
设定透射曲线和入射角无关，即T0和Δλ保持恒定，设计波长与漂移波长相 等时λ1＝λD>λ0，半波带宽，
若将滤光片放置于探测器前方接收锥形光路中，已知：
λ1＝905nm，θm＝0.047rad，k＝0.15，将其带入上式：
Δλ＝0.433nm
由于采用光纤激光器，考虑中心波长的漂移及半功率带宽因素，拟定滤光片半 功率带宽为±3.5nm，根据滤光片的镀膜等制作工艺水平，中心波长峰值透过率τ ＝80％，已知APD探测器光谱响应范围为0.4～1.6μm，要求窄带滤光片在该光谱波段 范围内，截止深度为3‰，905nm波段内的信号光除外。
上述的用在激光雷达中的分离光学系统，其中：
分离光学系统的组成主要技术参数：
光学系统输入技术参数包括：
带尾纤输出激光器：FC/PC；
激光器中心波长：905nm；
探测器光敏面：2mm；
设计参数：
激光出射束散角为:15mrad；
接收视场：15mrad；
接收光学口径：50mm。
上述的用在激光雷达中的分离光学系统，其中：
激光器技术参数：
出纤功率：75W(峰值)；
中心波长：905nm；
光纤芯径：9μm；
数值孔径：0.22；
光纤长度：0.1m。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：采用发射光学和接收光学分别置于电机的上面和下面，构成分离的光学系统，能够把发射激光和接收激光分离开。
附图说明
图1为分离式光学系统示意图。
图2为接收光学系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种用在激光雷达中的分离光学系统。
分离式激光光学系统如下：
1)分离光学系统的组成
光学系统包括激光整形发射光学系统、接收光学系统，发射光学对半导体激光 器进行光束整形，并将发散角准直至15mrad；接收光学收集对方端机发射的激光信 号会聚到探测器，并对背景光进行光谱滤波。
2)主要技术参数
●光学系统输入技术参数包括：
●带尾纤输出激光器；FC/PC
●激光器中心波长：905nm
●探测器光敏面：2mm
设计参数：
●激光出射束散角为:15mrad
●接收视场：15mrad
●接收光学口径：50mm
3)光学系统方案
√发射光学系统
发射光源采用带尾纤输出的激光器，激光在光纤芯层经多次发射，充满光纤数 值孔径角度范围，光强近高斯型分布。
激光器技术参数：
●出纤功率：75W(峰值)；
●中心波长：905nm；
●光纤芯径：9μm；
●数值孔径：0.22；
●光纤长度：0.1m；
发射光学采用成熟的光纤准直镜，该器件在其他激光系统中已成熟应用，在此 不多论证。已知光纤尾纤跳线接口为FC/PC接口，根据上述技术指标参数要求，可 以选购满足技术要求的光纤准直镜。
√接收光学系统
根据光学系统输入技术指标要求，常用的接收光学系统结构型式包括 开普勒式、伽利略式以及折反射式光学系统结构，由于伽利略式光学筒长 短，体积轻，光学系统像差小，符合设备对体积重量的要求，故选用该结 构型式。
√滤光片参数
为了提高信噪比，截止噪声信号，接收光路中需要添加窄带滤光片。
滤光片的透过波长随入射角漂移的理论和实验曲线与如下经验公式相符：
式中：
λD—设计波长；
λθ—入射角为θ时最大透射率波长，单位rad；
k—常数。k值取决于膜层数、各层折射率和色散，取值范围为0.09～0.28，由 膜系的具体设计和工艺条件决定。
窄带滤光片透射率与波长的关系可用高斯曲线来模拟：
式中：
T0—最大透射率；
λm—最大透过率波长；
σλ—以波长为单位的平均偏差；
设定半波带宽为令Tλ＝T0，经理论推导，其半波带宽：
Δλ＝2.335σλ
设定透射曲线和入射角无关，即T0和Δλ保持恒定，设计波长与漂移波长相 等时λ1＝λD>λ0，半波带宽，
若将滤光片放置于探测器前方接收锥形光路中，已知：
λ1＝905nm，θm＝0.047rad，k＝0.15，将其带入上式：
Δλ＝0.433nm
由于采用光纤激光器，考虑中心波长的漂移及半功率带宽等因素，拟定滤光片 半功率带宽为±3.5nm，根据滤光片的镀膜等制作工艺水平，中心波长峰值透过率 τ＝80％。已知APD探测器光谱响应范围为0.4～1.6μm，要求窄带滤光片在该光谱 波段范围内，截止深度为3‰(905nm波段内的信号光除外)。
分离式光学系统工作原理：
1)激光从发射光学系统经过准直镜发射出去。
2)激光打到目标上。
3)激光反射回来进入接收光学系统。
4)接收光学系统经过汇聚、滤波进入探测器上。
本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的 保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (4)
1.一种用在激光雷达中的分离光学系统，其特征在于：
分离光学系统的组成，光学系统包括激光整形发射光学系统、接收光学系统，发射光学对半导体激光器进行光束整形，并将发散角准直至15mrad；接收光学收集对方端机发射的激光信号会聚到探测器，并对背景光进行光谱滤波。
2.如权利要求1所述的用在激光雷达中的分离光学系统，其特征在于：
光学系统方案：
√发射光学系统
发射光源采用带尾纤输出的激光器，激光在光纤芯层经多次发射，充满光纤数值孔径角度范围，光强近高斯型分布；
√接收光学系统
根据光学系统输入技术指标要求，常用的接收光学系统结构型式包括开普勒式、伽利略式以及折反射式光学系统结构，由于伽利略式光学筒长短，体积轻，光学系统像差小，符合设备对体积重量的要求，故选用该结构型式，该结构型式包括接受主镜、接受次镜、滤光片、聚光镜；
√滤光片参数
为了提高信噪比，截止噪声信号，接收光路中需要添加窄带滤光片；
滤光片的透过波长随入射角漂移的理论和实验曲线与如下经验公式相符：
式中：
λD—设计波长；
λθ—入射角为θ时最大透射率波长，单位rad；
k—常数，k值取决于膜层数、各层折射率和色散，取值范围为0.09～0.28，由膜系的具体设计和工艺条件决定；
窄带滤光片透射率与波长的关系可用高斯曲线来模拟：
式中：
T0—最大透射率；
λm—最大透过率波长；
σλ—以波长为单位的平均偏差；
设定半波带宽为令Tλ＝T0，经理论推导，其半波带宽：
Δλ＝2.335σλ
设定透射曲线和入射角无关，即T0和Δλ保持恒定，设计波长与漂移波长相等时λ1＝λD>λ0，半波带宽，
若将滤光片放置于探测器前方接收锥形光路中，已知：
λ1＝905nm，θm＝0.047rad，k＝0.15，将其带入上式：
Δλ＝0.433nm
由于采用光纤激光器，考虑中心波长的漂移及半功率带宽因素，拟定滤光片半功率带宽为±3.5nm，根据滤光片的镀膜等制作工艺水平，中心波长峰值透过率τ＝80％，已知APD探测器光谱响应范围为0.4～1.6μm，要求窄带滤光片在该光谱波段范围内，截止深度为3‰，905nm波段内的信号光除外。
3.如权利要求2所述的用在激光雷达中的分离光学系统，其特征在于：
分离光学系统的组成主要技术参数：
光学系统输入技术参数包括：
带尾纤输出激光器：FC/PC；
激光器中心波长：905nm；
探测器光敏面：2mm；
设计参数：
激光出射束散角为:15mrad；
接收视场：15mrad；
接收光学口径：50mm。
4.如权利要求3所述的用在激光雷达中的分离光学系统，其特征在于：
激光器技术参数：
出纤功率：75W(峰值)；
中心波长：905nm；
光纤芯径：9μm；
数值孔径：0.22；
光纤长度：0.1m。
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| CN (1) | CN108549083A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108663757A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-10-16 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 一种出光角度控制装置 |
| CN111162868A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-05-15 | 北京宇航系统工程研究所 | 针对激光的大角度偏差容忍和数据纠错的通信方法及系统 |
| CN113721250A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种离散视场激光近程探测前端装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1831562A (zh) * | 2006-04-17 | 2006-09-13 | 武汉大学 | 基于半导体激光器的大气探测激光雷达 |
| CN102788678A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 华中科技大学 | 一种海洋湍流参数的非接触测量方法及系统 |
| CN104121991A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-29 | 清华大学 | 等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统 |
| US20150377701A1 (en) * | 2013-02-05 | 2015-12-31 | Rafal Pawluczyk | Fiber optic probe for remote spectroscopy |
| US20160161752A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-06-09 | Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg | Device for wavelength combining of laser beams |
| CN107390200A (zh) * | 2017-08-01 | 2017-11-24 | 宁波傲视智绘光电科技有限公司 | 一种机械扫描式激光雷达光机结构和探测方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1831562A (zh) * | 2006-04-17 | 2006-09-13 | 武汉大学 | 基于半导体激光器的大气探测激光雷达 |
| CN102788678A (zh) * | 2012-07-19 | 2012-11-21 | 华中科技大学 | 一种海洋湍流参数的非接触测量方法及系统 |
| US20150377701A1 (en) * | 2013-02-05 | 2015-12-31 | Rafal Pawluczyk | Fiber optic probe for remote spectroscopy |
| US20160161752A1 (en) * | 2013-03-15 | 2016-06-09 | Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg | Device for wavelength combining of laser beams |
| CN104121991A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-29 | 清华大学 | 等离子体发射光谱二维空间分布的测量系统 |
| CN107390200A (zh) * | 2017-08-01 | 2017-11-24 | 宁波傲视智绘光电科技有限公司 | 一种机械扫描式激光雷达光机结构和探测方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108663757A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-10-16 | 上海禾赛光电科技有限公司 | 一种出光角度控制装置 |
| CN108663757B (zh) * | 2018-04-03 | 2020-11-03 | 上海禾赛科技股份有限公司 | 一种出光角度控制装置 |
| CN111162868A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-05-15 | 北京宇航系统工程研究所 | 针对激光的大角度偏差容忍和数据纠错的通信方法及系统 |
| CN111162868B (zh) * | 2019-11-28 | 2023-05-09 | 北京宇航系统工程研究所 | 针对激光的大角度偏差容忍和数据纠错的通信方法及系统 |
| CN113721250A (zh) * | 2021-08-30 | 2021-11-30 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 一种离散视场激光近程探测前端装置 |
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