CN206773183U - 一种多方向分时变焦机构及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多方向分时变焦机构，包括：前组镜，设于电动平移台上并通过所述电动平移台上的导轨沿光束传输方向前后移动；扫描振镜，所述激光雷达输出光束经过所述前组镜至扫描振镜，光束通过扫描振镜的偏转实现光束的多方向发射；后组镜，所述扫描振镜通过设定的偏转角度将光束导向所述后组镜，所述后组镜设于所述扫描振镜的一侧或对称设于所述扫描振镜的两侧，还提供了一种应用上述变焦机构的激光雷达。本实用新型结构简单，成本低，可集成到不同的激光雷达发射系统中，实现多方向变焦发射，扩展激光雷达的探测方向和距离。

Description

一种多方向分时变焦机构及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及激光技术领域，具体涉及一种多方向分时变焦机构及激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种集大气光学、弱信号探测、激光器等技术发展出的光机电一体化系统设备。其工作原理是激光源向靶标区域发射激光束，经过探测靶标的反射或散射，然后接收从靶标返回来的激光回波信号与发射激光信号进行比对并作适当处理，即可获得靶标的相关信息，如靶标的距离、方位、速度、姿态、甚至表面形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。近年来，激光雷达已广泛应用在激光导航、激光测距、大气监测、跟踪识别、扫描成像等领域。

现有的激光雷达系统的变焦机构一般均为单路定焦发射方式，探测距离固定且方向唯一，激光雷达光束方向的改变通常依靠机械传动实现，所需时间较长且过程中会有较大的机械振动，对探测光束有较大的影响，除此之外，一但单路定焦发射的任一光学部件出现故障或问题，测得数据存在极大偏差而根本无法使用。

实用新型内容

因此，本实用新型的目的是提供一种结构简单，成本低的多方向分时变焦机构。

本实用新型提供的一种多方向分时变焦机构，包括：

前组镜，设于电动平移台上并通过所述电动平移台上的导轨沿光束传输方向前后移动；

扫描振镜，所述激光雷达输出光束经过所述前组镜至扫描振镜，光束通过扫描振镜的偏转实现光束的多方向发射；

后组镜，所述扫描振镜通过设定的偏转角度将光束导向所述后组镜，所述后组镜设于所述扫描振镜的一侧或对称设于所述扫描振镜的两侧。

可选地，所述前组镜为平凸非球面镜片。

可选地，所述平凸非球面镜片为偶次非球面镜片，该镜片的折射率为11.788±0.001，阿贝数为47.369±1.0％，镜片直径18毫米，中心厚度6.2毫米。

可选地，所述后组镜为单片平凸球面镜片。

可选地，所述单片平凸球面镜片的镜片折射率为1.5163±0.001，阿贝数为64.06±1.0％，球面曲率半径128.77毫米，镜片直径50.8毫米，中心厚度5.5毫米。

可选地，所述前组镜安装于电动平移台上，所述后组镜固定安装于载体平台上。

可选地，所述前组镜和/或后组镜为一片镜片或多片镜片。

可选地，所述扫描振镜为一维振镜或二维振镜。

可选地，所述一维振镜为0－45度平反射镜，其中一个面为镀高介质反射膜，该平反射镜的折射率为1.5163±0.001。

本实用新型还包括一种应用所述的多方向分时变焦机构的激光雷达。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提出一种多方向分时变焦机构，能够实现多方向激光束的分时输出，所需时间较短且不存在机械振动，变焦机构可以实现光学系统焦距的改变，对应不同距离位置的光束探测。本申请所提出的多方向分时变焦发射装置具有结构简洁、成本低的优点，可集成到不同的激光雷达发射系统中，实现多方向变焦发射，扩展激光雷达的探测方向和距离；通过对称多路探测可合成中心轴向探测结果，减小测量误差；前组镜和/后组镜为一片镜片或多片镜片，后组镜片可以为两组也可以为多组，上述均可以根据实际需要与探测距离与目标选择。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供的一种激光雷达多方向分时变焦发射装置，参见图1和图2所示，包括变焦机构和扫描机构，扫描机构置于变焦机构光路中。

其中，变焦机构包括：前组镜1、后组镜2、电动平移台3、电动平移台控制器4，前组镜1设于电动平移台3上，并通过电动平移台3上的导轨沿光束传输方向前后移动，扫描振镜设于前组镜的光束输出轴上，光束经过前组镜传输至扫描振镜，扫描振镜可通过其下部的转轴的实现周期性反复转动，后组镜设于扫描振镜的一侧或对称设于扫描振镜的两侧，可以为两组，也可以为多组，本实施例中，后组镜为对称的两组，分别设于扫描振镜的两侧，扫描镜通过设定的偏转角度将光束导向后组镜。

本实施例中，如图2所示，前组镜采用平凸非球面镜片，计算公开为：

偶次非球面参数为基圆半径R＝11.65，二次常数K＝-1.1，多项式系数A4＝3.6906721e-05，A6＝-1.2854612e-08，A8＝-1.4001677e-10，A10＝-2.5131166e-13，A12＝5.0178988e-16，A14＝5.8558715e-18，A16＝-1.1277944e-20，镜片材料折射率为1.788±0.001，阿贝数为47.369±1.0％，镜片直径18毫米，中心厚度6.2毫米。后组镜采用单片平凸球面镜片，镜片材料折射率为1.5163±0.001，阿贝数为64.06±1.0％，球面曲率半径128.77毫米，镜片直径50.8毫米，中心厚度5.5毫米。

激光雷达输出光束经过前组镜1至扫描振镜5，扫描振镜通过设定的偏转角度将光束导向安装于固定位置的后组镜2，装置通过扫描振镜5的偏转实现激光雷达光束的多方向分时发射。前组镜1与后组镜2构成变焦系统，改变前组镜1与后组镜2的间距可实现整套装置光学变焦的变化，前组镜1安装于电动平移台3之上，前组镜1在电动平移台3导轨上沿光束传输方向前后移动，所移动的距离对应整套装置的焦距变化相对应，通过光学设计可以计算出装置焦点位置对应的前组镜1和后组镜2之间的距离，由此决定前组镜1的移动距离，通过电动平移台3的移动实现光学变焦。

前组镜安装在电动平移台上，电动平移台为步进电机，导轨平台移动范围为12.5毫米，电动平移台重复定位精度1微米，整步分辨率2.5微米，行进速度为2.5毫米每秒。后组镜为两片，对称放置在中心光路两侧，每一片后组镜与中心光路夹角均为30度，从后组镜输出的两路光束夹角为60度。

当前组镜片与后组镜片距离为271.5毫米时，对应装置整体的光学焦距为10米，即激光雷达探测距离为10米处；当前组镜片与后组镜片距离为265.1毫米时，对应装置整体的光学焦距为120米，即激光雷达探测距离为120米处。前组镜与后组镜之间的距离由271.5mm减小至265.1mm时，两镜片所组成的光学系统焦距对应10米至120米之间变化，例如将两者之间的距离设置为271.5mm、267.4mm、266.7mm、266.1mm、265.8mm、265.6mm、265.4mm、265.2mm、265.1mm实现对10米、20米、30米、40米、50米、60米、80米、100米、120米位置处的聚焦。

本实施例中，扫描振镜采用一维振镜，振镜反射镜片采用0-45度平反射镜，一面镀高介质反射膜，反面细磨，镜片材料折射率为1.5163±0.001，阿贝数为64.06±1.0％，镜片直径20毫米，厚度3毫米。前组镜与振镜反射镜的距离为83.5毫米，激光雷达光束经过前组镜到达振镜反射镜片上的光斑大小为7.26毫米。振镜反射镜片法线沿中心光路偏转15度，可以将通过前组镜的光束发射至于与中心光路呈30度的后组镜上。

工作过程中，将非球面前组镜与后组镜间距为271.5毫米的位置设置为电动平移台位移零点，电动平移台承载非球面前组镜沿中心光路轴向前后两镜组间距减小的方向移动，分别实时探测焦距由10米至120米之间的变化。在每一个预定的焦距位置处，一维振镜以2Hz的频率转动，完成夹角为60度的两个方向上激光雷达光束的发射与接收。

电动平移台由电动平移台控制器连接，扫描振镜与扫描振镜控制器连接，上位机7控制电动平移台控制器4和扫描振镜控制器6，实现统一控制。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种多方向分时变焦机构，其特征在于，包括：

前组镜，设于电动平移台上并通过所述电动平移台上的导轨沿光束传输方向前后移动；

扫描振镜，激光雷达输出光束经过所述前组镜至扫描振镜，光束通过扫描振镜的偏转实现光束的多方向发射；

后组镜，所述扫描振镜通过设定的偏转角度将光束导向所述后组镜，所述后组镜设于所述扫描振镜的一侧或对称设于所述扫描振镜的两侧。

2.根据权利要求1所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述前组镜为平凸非球面镜片。

3.根据权利要求2所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述平凸非球面镜片为偶次非球面镜片，该镜片的折射率为11.788±0.001，阿贝数为47.369±1.0％，镜片直径18毫米，中心厚度6.2毫米。

4.根据权利要求1所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述后组镜为平凸球面镜片。

5.根据权利要求4所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述平凸球面镜片的镜片折射率为1.5163±0.001，阿贝数为64.06±1.0％，球面曲率半径128.77毫米，镜片直径50.8毫米，中心厚度5.5毫米。

6.根据权利要求1所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述前组镜安装于电动平移台上，所述后组镜固定安装于载体平台上。

7.根据权利要求1所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述前组镜和/或后组镜为一片镜片或多片镜片。

8.根据权利要求1所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述扫描振镜为一维振镜或二维振镜。

9.根据权利要求8所述的多方向分时变焦机构，其特征在于，所述一维振镜为0－45度平反射镜，其中一个面为镀高介质反射膜，该平反射镜的折射率为1.5163±0.001。

10.还包括一种应用权利要求1～9任一项所述的多方向分时变焦机构的激光雷达。