CN108761739A - 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置 - Google Patents

一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108761739A
CN108761739A CN201810897235.3A CN201810897235A CN108761739A CN 108761739 A CN108761739 A CN 108761739A CN 201810897235 A CN201810897235 A CN 201810897235A CN 108761739 A CN108761739 A CN 108761739A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lens
optical system
laser radar
receiving
reception
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810897235.3A
Other languages
English (en)
Inventor
刘定
刘峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Da Han Zhengyuan Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Da Han Zhengyuan Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Da Han Zhengyuan Technology Co Ltd filed Critical Beijing Da Han Zhengyuan Technology Co Ltd
Priority to CN201810897235.3A priority Critical patent/CN108761739A/zh
Publication of CN108761739A publication Critical patent/CN108761739A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/001—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras
    • G02B13/0015—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design
    • G02B13/002—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface
    • G02B13/0035—Miniaturised objectives for electronic devices, e.g. portable telephones, webcams, PDAs, small digital cameras characterised by the lens design having at least one aspherical surface having three lenses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces

Abstract

本发明公开了一种接收镜头光路系统及包含该接收镜头光路系统的激光雷达接收装置，沿光线入射方向依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜，第一透镜为凹面朝向像侧的负透镜，第二透镜为凹面朝向物侧的正透镜，第三透镜为凹面朝向像侧的正透镜。系统采用三片镜片组成，达到了激光雷达接收镜组小型化的需求，使接收镜头实现了大视角、高分辨率效果。包含该接收镜头光路系统的激光雷达接收装置，在第三透镜的后部设有探测器，探测器连接用于进行数据处理得到光发射和光接收时间差的TDC芯片，对时间差进行处理可得到激光雷达发射端与待测物间的距离，达到探测目的。

Description

一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置。
背景技术
无人驾驶领域最近备受人们关注，无人驾驶汽车的可靠性和安全性关系着人们的生命安全。将激光雷达安装在无人驾驶汽车上，能够在无人驾驶汽车行进过程中，探测无人驾驶汽车附近的物体并测量物体距离，并通过车辆的控制模块，控制车辆的行进路线与车辆的启动与刹车。
激光雷达是根据TOF原理工作的，TOF原理是发射一束高功率的脉冲激光，照射在被测物体上，通过测量发射时间与接收时间的时间差来计算距离。激光雷达通常由激光发射端和激光接收端组成，通过将激光雷达安装在无人驾驶汽车上，通过激光测距技术能够检测无人驾驶汽车行进过程中的障碍物，帮助无人驾驶汽车规划行车路线，躲避危险物体，达到安全驾驶的目的。
激光雷达的探测器前面通常会设置接收镜组，用于将从物体反射回的反射光聚焦到小体积的探测器上，完成探测目的。为了接收更多不同角度物体反射回的反射光，接收镜组的视场角要尽可能大，接收镜组为了达到大视场角的要求，多采用复杂的透镜组进行复杂的组合设计，这将不利于激光雷达的小型化，制约着激光雷达的应用范围。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置，具有结构简单、视场角大的特点，能够在接收物体反射回的大角度反射光的同时，达到激光雷达小型化的要求。
为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：
一种接收镜头光学系统，沿光线入射方向依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜，
所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为正透镜。
进一步，所述第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔为14.2mm，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为3.8mm。
进一步，所述第一透镜为凹面朝向像侧的负透镜，所述第二透镜为凹面朝向物侧的正透镜，所述第三透镜为凹面朝向像侧的正透镜。
进一步，沿光线入射方向，所述第一透镜的入射面的曲率半径为15mm< R1<18mm。
进一步，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的曲率半径R1和R2、光折射率N、阿贝系数Nd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足：
。
进一步，所述第二透镜的直径小于所述第一透镜和所述第三透镜的直径。
进一步，所述第一透镜的材料为H-K9L光学玻璃，所述第二透镜和所述第三透镜的材料均为H-ZLaF90。
进一步，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的入射面和出射面均镀有905nm增透膜。
进一步，沿光线入射方向，所述第三透镜的后方设有窄带滤光片。
一种激光雷达接收装置，沿光线入射方向，所述第三透镜的后部设有探测器，所述探测器连接用于计算激光发射与接收时间差的TDC芯片。
本发明一种激光雷达接收镜头光学系统及接收装置，该光学系统采用球面设计，工艺性能好，材料成本低。系统采用三片镜片组成，达到了激光雷达接收镜组小型化的需求。镜片材料选用高折射的光学玻璃材料，使接收镜头实现了大视角效果。
附图说明
图1为本发明一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置的结构示意图；
图2为本发明一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置的光路结构示意图;
图3为本发明一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置的探测器的接收效果示意图。
具体实施方式
下面结合实施例说明本发明一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置。
本发明包含一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置，如图1所示，激光雷达接收镜头光学系统包括沿光轴入射方向依次设置的第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3，第一透镜1为凹面朝向像侧的负透镜，第二透镜2为凹面朝向物侧的正透镜，第三透镜3为凹面朝向像侧的正透镜。第二透镜2的直径小于第一透镜的直径和第三透镜的直径。系统采用三片镜片组成，达到了激光雷达接收镜组小型化的需求接收镜头的最大视场角为120o，实现了大视角、高分辨率效果。
第一透镜1与第二透镜2在光轴上的空气间隔为14.2mm，第二透镜2与第三透镜3之间的空气间隔为3.8mm。第二透镜2的直径小于所述第一透镜1和第三透镜3的直径。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的曲率半径R1和R2、光折射率N、阿贝系数Nd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足：
曲率半径R1(mm) 曲率半径R2(mm) 光学折射率N 阿贝系数Nd 透镜厚度D(mm)
第一透镜 10<R1<20 5<R2<10 1.5<N<1.6 50< Nd <70 3<D<4
第二透镜 -45<R1<-35 -20<R2<-10 1.9<N<2.3 20< Nd <30 4<D<6
第三透镜 15<R1<25 65<R2<75 1.8<N<2.2 22< Nd <30 6<D<7
优选地，第一透镜1的曲率半径15mm<R1<18mm, 6mm<R2<9mm;第二透镜2上位曲率半径-40mm <R1<-42mm, -16mm<R2<-13mm；第三透镜3的曲率半径 19mm <R1 <22mm, 69mm<R2<72mm。第一透镜1的材料为H-K9L光学玻璃，第二透镜2和第三透镜3的材料均为H-ZLaF90。第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的表面均镀有波长为905nm的增透膜，采用905nm激光为入射光源，得到的接收效果图如图3所示，接收镜头的最大视场角为120o以上，可达到激光雷达接收镜头的使用要求。
优选地，在其他条件与上述内容相同的情况下，第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3的入射面均镀有波长为905nm的增透膜，接收镜头的最大视场角也可达到120o，可达到激光雷达接收镜头的使用要求。
一种激光雷达接收装置，包括上述激光雷达接收镜头光学系统，沿光线入射方向，第三透镜3的后部设有探测器4，探测器4连接用于进行数据处理得到光发射和光接收时间差的TDC芯片，TDC芯片同时连接发射905nm激光的激光器，通过对激光发射时间和激光接收时间进行处理，可得到两者时间差。TDC芯片将数据传输到处理器中，处理器进行计算便可得到激光雷达与待测物之间距离。探测器4和第三透镜3之间设有窄带滤光片5，窄带滤光片5为905nm窄带滤光片。探测器4是将光信号转变为电信号的元器件，可以为光电倍增管、光电二极管或雪崩光电二极管（APD）。探测器4优选为雪崩光电二极管。探测器4设置在接收镜头光学系统的焦平面处。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本发明中的上、下、左、右、顶、底等方位词，仅表示各部件之间的相对位置，不代表各部件的固定位置。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种接收镜头光学系统，其特征在于，沿光线入射方向依次设置有第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为负透镜，所述第二透镜为正透镜，所述第三透镜为正透镜。
2.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第一透镜与第二透镜在光轴上的空气间隔为14.2mm，所述第二透镜与第三透镜之间的空气间隔为3.8mm。
3.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第一透镜为凹面朝向像侧的负透镜，所述第二透镜为凹面朝向物侧的正透镜，所述第三透镜为凹面朝向像侧的正透镜。
4.如权利要求4所述接收镜头光学系统，其特征在于，，沿光线入射方向，所述第一透镜的入射面的曲率半径为15mm< R1<18mm。
5.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜的曲率半径R1和R2、光折射率N、阿贝系数Nd以及透镜厚度D沿光线入射方向依次满足：
。
6.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第二透镜的直径小于所述第一透镜和所述第三透镜的直径。
7.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第一透镜的材料为H-K9L光学玻璃，所述第二透镜和所述第三透镜的材料均为H-ZLaF90。
8.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜和第三透镜的入射面和出射面均镀有905nm增透膜。
9.如权利要求1所述接收镜头光学系统，其特征在于，沿光线入射方向，所述第三透镜的后方设有窄带滤光片。
10.应用如权利要求1所述接收镜头光学系统的激光雷达接收装置，其特征在于，沿光线入射方向，所述第三透镜的后部设有探测器，所述探测器连接用于计算激光发射与接收时间差的TDC芯片。
CN201810897235.3A 2018-08-08 2018-08-08 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置 Pending CN108761739A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810897235.3A CN108761739A (zh) 2018-08-08 2018-08-08 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810897235.3A CN108761739A (zh) 2018-08-08 2018-08-08 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108761739A true CN108761739A (zh) 2018-11-06

Family

ID=63969378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810897235.3A Pending CN108761739A (zh) 2018-08-08 2018-08-08 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108761739A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111273423A (zh) * 2018-12-04 2020-06-12 新巨科技股份有限公司 三片式红外线单波长镜片组
CN111708045A (zh) * 2020-06-15 2020-09-25 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种激光测角光学镜头及光学接收系统
CN113740876A (zh) * 2021-08-13 2021-12-03 探维科技(北京)有限公司 三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107797224A (zh) * 2016-08-30 2018-03-13 大族激光科技产业集团股份有限公司 光学镜头及激光加工设备和激光加工方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107797224A (zh) * 2016-08-30 2018-03-13 大族激光科技产业集团股份有限公司 光学镜头及激光加工设备和激光加工方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111273423A (zh) * 2018-12-04 2020-06-12 新巨科技股份有限公司 三片式红外线单波长镜片组
CN111273423B (zh) * 2018-12-04 2021-12-21 新巨科技股份有限公司 三片式红外线波长镜片组
CN111708045A (zh) * 2020-06-15 2020-09-25 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种激光测角光学镜头及光学接收系统
CN111708045B (zh) * 2020-06-15 2023-06-02 湖北三江航天万峰科技发展有限公司 一种激光测角光学镜头及光学接收系统
CN113740876A (zh) * 2021-08-13 2021-12-03 探维科技(北京)有限公司 三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10816778B2 (en) Image capture system and imaging optical system
US20190257924A1 (en) Receive path for lidar system
US10126411B2 (en) Beam steering LADAR sensor
CN211014630U (zh) 激光雷达设备及机动车系统
CN108761739A (zh) 一种接收镜头光学系统及激光雷达接收装置
US20180372847A1 (en) Focal region optical elements for high-performance optical scanners
CN111830485A (zh) 一种用于广角飞行时间光学测距的红外发射模块及其模组
US7540449B2 (en) Methods and apparatus for non-imaging guidance system
US20200292671A1 (en) Laser radar system
US20180164413A1 (en) LiDAR Apparatus
CN217425688U (zh) 光学透镜、激光发射系统及激光收发装置
US10473923B2 (en) Focal region optical elements for high-performance optical scanners
US20170102264A1 (en) Light pipe sensor system
US20230152460A1 (en) Dual lens receive path for lidar system
CN111413687A (zh) 激光雷达光学系统与激光雷达
WO2023079306A1 (en) A receiver for free-space optical signals
EP0353138A1 (fr) Dispositif optique multispectral à miroirs
RU2579817C1 (ru) Оптическая система дальномера
CN114236499A (zh) 一种激光雷达
EP2766227B1 (en) Camera arrangement
CN110007291B (zh) 一种接收系统和激光雷达
CN207020306U (zh) 一种具有组合孔径的激光扫描装置及其激光雷达装置
CN213181998U (zh) 一种用于广角飞行时间光学测距的红外发射模块及其模组
JP7405805B2 (ja) ライダー用レンズシステム
CN211348622U (zh) 一种应用于激光雷达的光学镜头

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20181106