CN110109136A - 一种紧凑激光雷达测距光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紧凑激光雷达测距光学系统，其不仅结构小巧紧凑，且可增加准直系统焦距而提升输出光束准直平行度，从而可增加测量距离；其包括聚光镜，所述聚光镜中心开有安装孔，所述安装孔内嵌装有卡塞格林准直系统，所述卡塞格林准直系统包括依次同轴设置的半导体二极管发射源、凹面反射镜和凸面反射镜，所述凹面反射镜的中心开孔。
Description
技术领域
本发明涉及光学镜头技术领域，具体为一种紧凑激光雷达测距光学系统。
背景技术
在现代工业生产中，运用激光作为传感器进行各种参数测量已经广泛应用，激光束打在目标物体上并产生漫反射信号，再用探测器接收反射的激光信号以分析物质结构、测量物体的形貌、测量物体的位置和距离等等，尤其是激光雷达测距，在各种场合都有重要的应用。其中，激光雷达测距的类型分为多种，而同轴测距方式因为具有紧凑小巧的结构而潜力巨大，半导体二极管激光器作为紧凑型同轴测距系统的首选光源，具有不同的发散角和光束质量，但其输出功率较大，而输出功率越大光束质量越差，准直效果越差，光束发散快，能量集中度低，从而导致输出功率增加与测量距离的增加不成比例，则为了增加光束的准直度，就需要加长准直系统的焦距，但却会增加准直系统的长度，从而不利于减小系统结构尺寸。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种紧凑激光雷达测距光学系统，其不仅结构小巧紧凑，且可增加准直系统焦距而提升输出光束准直平行度，从而可增加测量距离。
其技术方案是这样的：其特征在于：其包括聚光镜，所述聚光镜中心开有安装孔，所述安装孔内嵌装有卡塞格林准直系统，所述卡塞格林准直系统包括依次同轴设置的半导体二极管发射源、凹面反射镜和凸面反射镜，所述凹面反射镜的中心开孔。
其进一步特征在于：
所述安装孔内装配有不透明的套筒，所述半导体二极管发射源、凹面反射镜和凸面反射镜依次装配于所述套筒内，所述半导体二极管发射源为半导体二极管激光器；
所述半导体二极管发射源的发射面的一端部嵌装于所述套筒内，另一端部与驱动电路板相连接，所述凹面反射镜的背面为平面型，且紧贴所述半导体二极管发射源的发射面；
其还包括集成电路板，所述集成电路板通过支撑件与所述驱动电路板相连接，所述集成电路板上安装有探测器，所述探测器的靶面位于所述聚光镜的焦点位置处；
所述聚光镜的前后表面、所述凹面反射镜的凹面、所述凸面反射镜的凸面均镀膜；
所述半导体二极管发射源发出的光束为多模激光光束，光束的方向分为垂直正交的两个不同的发散方向；
所述凹面反射镜的中心开孔的孔径设置，以使得所述导体二极管发射源发出的光束口径的通光量大于95％；
所述凸面反射镜的外径尺寸设置，以使得所述导体二极管发射源发出的光束口径的反射通光量大于95％，所述凸面反射镜的外径尺寸不大于所述导体二极管发射源发出的光束口径；
所述聚光镜采用非球面型镜片。
本发明的有益效果是，通过在聚光镜中心开有安装孔，安装孔内嵌装有卡塞格林准直系统，且卡塞格林准直系统中的凹面反射镜的中心开孔，则由半导体二极管发射源发射的激光光束穿过凹面反射镜的中心开孔后，可被凸面反射镜反射到凹面反射镜后准直输出，得到高平行度的激光束，从而实现了既保证整体结构的小巧紧凑，又可增加准直系统焦距，提升输出准直平行度，具有更好的距离测量精度和更大的距离测量范围。
附图说明
图1为本发明的分解剖视示意图。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的一种紧凑激光雷达测距光学系统的实施例作详细的说明。
如图1所示，一种紧凑激光雷达测距光学系统，其包括聚光镜20，聚光镜20采用非球面型镜片，聚光镜20中心开有安装孔，其可兼顾准直后的半导体二极管发射源30的光束口径和回波探测信号的通光量，提高测量范围；安装孔内嵌装有卡塞格林准直系统，卡塞格林准直系统包括依次同轴设置的半导体二极管发射源30、凹面反射镜21和凸面反射镜22，半导体二极管发射源30为半导体二极管激光器；凹面反射镜21的中心开孔，可保证半导体二极管发射源30发出的光束能够自由高效透过，穿过的光束经过凸面反射镜22反射到凹面反射镜21后准直输出高平行度的激光束31；其中，凹面反射镜21和凸面反射镜22之间设置的距离越短，则表面曲率越大，而为了降低像差影响，优化像差，提升准直后的发射光束的准直平行度，凹面反射镜21和凸面反射镜22可采用非球面表面。
安装孔内装配有不透明的套筒23，半导体二极管发射源30、凹面反射镜21和凸面反射镜22从左至右依次同轴装配于套筒23内，可实现遮挡杂散光、避免杂散光对探测信号的干扰的目的。
半导体二极管发射源30的发射面的一端部嵌装于套筒23内，另一端部与驱动电路板50相连接，凹面反射镜21的背面为平面型，且紧贴半导体二极管发射源30的发射面；驱动电路板50上也有非完全开孔，可保证反射回波信号透过聚光镜20高效率聚焦到探测器40上；其还包括集成电路板60，集成电路板60通过支撑件与驱动电路板50相连接，集成电路板60上安装有探测器40，探测器40为回波探测器，探测器40的靶面位于聚光镜20的焦点位置处。
聚光镜20的前后表面均镀膜，可增加回波反射激光信号的透过率，凹面反射镜21的凹面、凸面反射镜22的凸面均镀高反射膜，可提升半导体二极管发射源30发散激光波长的反射率。
半导体二极管发射源30发出的光束为多模激光光束，该多模激光光束的发散角较大，可分为垂直正交的两个不同的发散方向，且半导体二极管发射源30的快轴发散角和慢轴发散角的度数是不同的；凹面反射镜21的中心开孔的孔径尺寸设置尽量小，以使得导体二极管发射源发出的光束口径的通光量大于95％；凸面反射镜22的外径尺寸设置尽量小，以使得导体二极管发射源发出的光束口径的反射通光量大于95％，凸面反射镜22的外径尺寸不大于导体二极管发射源发出的光束口径。
本发明中，半导体二极管激光器发出发散的激光光束，自由穿过凹面反射镜21的中心开孔后，激光光束被凸面反射镜22反射到凹面反射镜21后准直输出，得到高平行度的激光束31，从而本发明实现了一种具有同轴光源发射和回波信号接收、平行准直度高、空间利用率高、结构紧凑的激光雷达测距光学系统，并具有更好的距离测量精度和更大的距离测量范围。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；且对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：其包括聚光镜，所述聚光镜中心开有安装孔，所述安装孔内嵌装有卡塞格林准直系统，所述卡塞格林准直系统包括依次同轴设置的半导体二极管发射源、凹面反射镜和凸面反射镜，所述凹面反射镜的中心开孔。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述安装孔内装配有不透明的套筒，所述半导体二极管发射源、凹面反射镜和凸面反射镜依次装配于所述套筒内，所述半导体二极管发射源为半导体二极管激光器。
3.根据权利要求2所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述半导体二极管发射源的发射面的一端部嵌装于所述套筒内，另一端部与驱动电路板相连接，所述凹面反射镜的背面为平面型，且紧贴所述半导体二极管发射源的发射面。
4.根据权利要求3所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：其还包括集成电路板，所述集成电路板通过支撑件与所述驱动电路板相连接，所述集成电路板上安装有探测器，所述探测器的靶面位于所述聚光镜的焦点位置处。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述聚光镜的前后表面、所述凹面反射镜的凹面、所述凸面反射镜的凸面均镀膜。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述半导体二极管发射源发出的光束为多模激光光束，光束的方向分为垂直正交的两个不同的发散方向。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述凹面反射镜的中心开孔的孔径设置，以使得所述导体二极管发射源发出的光束口径的通光量大于95％。
8.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述凸面反射镜的外径尺寸设置，以使得所述导体二极管发射源发出的光束口径的反射通光量大于95％，所述凸面反射镜的外径尺寸不大于所述导体二极管发射源发出的光束口径。
9.根据权利要求1所述的一种紧凑激光雷达测距光学系统，其特征在于：所述聚光镜采用非球面型镜片。
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