CN209765040U - 一种基于变形物镜的激光雷达接收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于变形物镜的激光雷达接收系统，其特征在于，所述的激光雷达接收系统包括变形物镜、汇聚透镜组、窄带滤光片以及探测器。所述的变形物镜能够在不改变接收系统像质、以及接收探测器尺寸的情况下，扩大接收系统在水平方向的视场角，以满足激光雷达大视场的应用需求。

Description

一种基于变形物镜的激光雷达接收系统

技术领域

本实用新型涉及到激光传感器领域，尤其是一种激光雷达接收系统。

背景技术

激光雷达通过主动向待测区域发射激光光束，并探测待测空间反射回来的回波信号，进而可以获知待测区域的三维空间信息。由于激光雷达的测距精度高，响应速度快，能够获得足够丰富的三维空间信息，因此在机器视觉，辅助驾驶，室内场景扫描重建等各个方向都有广泛的应用。

随着无人驾驶技术的不断发展，市场对车载激光雷达的要求也越来越高。小体积，高稳定性，高分辨率是车载激光雷达的未来发展趋势。固态激光雷达没有传统的机械旋转部件，结构稳定性更好，体积更紧凑，生产成本低，可制造性好，因此在车载激光雷达应用中有很大优势。

固态激光雷达的探测视场大小，取决于接收系统的视场大小，接收视场的大小正比于接收探测器的尺寸。因此，在现有探测器尺寸的情况下，扩大固态激光雷达的探测视场是激光雷达研究的重要内容。

实用新型内容

由于现有探测器尺寸的限制，激光雷达探测视场范围也受到了限制，针对这一问题，本实用新型提出了一种基于变形物镜的激光雷达接收系统。

本实用新型可以通过下面的方式实现：

一种基于变形物镜的激光雷达接收系统，其特征在于，所述的接收系统包括变形物镜、汇聚透镜组、窄带滤光片以及接收探测器，

所述的变形物镜用于扩大激光雷达接收系统在某一个方向上的接收视场，

所述的汇聚透镜组用于远端的回拨信号汇聚到所述的接收探测器上，

所述的窄带滤光片用于抑制背景光对信号的干扰，

所述的接收探测器用于将所述的汇聚透镜组汇聚的回波信号转化为电信号；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜位于所述的汇聚透镜组之前，所述的窄带滤光片位于所述的接收探测器之前；

所述的变形物镜、所述的汇聚透镜组、所述的窄带滤光片以及所述的接收探测器的光轴重合；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜至少包括两片透镜，其中一片镜为正透镜，一片镜为负透镜；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜为无焦系统；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜在子午和弧矢两个方向上的角放大倍率不一致，所述的变形物镜在子午方向上的放大倍率为1，在弧矢方向上的放大倍率小于1；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜在子午和弧矢两个方向上的角放大倍率不一致，所述的变形物镜在弧矢方向上的放大倍率为1，在子午方向上的放大倍率小于1；

在其中一种可选的实施方式中，所述的变形物镜组为近红外增透，增透波段为650nm～1050nm；

本实用新型的优点和有益效果为：

一种基于变形物镜的激光雷达接收系统，该接收系统可以在现有接收探测器尺寸的基础上，扩大某一个方向上的接收视场角，以便满足激光雷达探测视场的需求。进而，可以降低在应用中激光雷达的个数，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。在附图中：

图1是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统的结构图；

图2是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统子午方向上的工作原理图；

图3是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统弧矢方向上的工作原理图；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型实施例做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

图1是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统的结构图。所述的激光雷达光学系统包括变形物镜组110，汇聚透镜组120，窄带滤光片130，以及接收探测器140。所述的变形物镜组110，所述的汇聚透镜组120，所述的窄带滤光片130，以及所述的接收探测器140共光轴，所述的激光雷达接收系统的光轴为101。所述的变形物镜110位于所述的汇聚透镜组120之前，用于对所述的汇聚透镜组 120的某一个方向进行扩角。所述的汇聚透镜组120用于将远端的回波信号汇聚到所述的接收探测器140上。所述的窄带滤光片130位于所述的接收探测器140 之前，用于抑制背景光对信号的干扰。所述的接收探测器140用于将所述的汇聚透镜组120汇聚的回波信号转化为电信号。

所述的变形物镜110由两片柱面镜组成，分别为负焦柱镜111和正焦柱镜112。所述的负焦柱镜111位于所述的正焦柱镜112之前，并且负焦柱镜111和所述的正焦柱镜112的母线方向一致。所述的变形物镜110为无焦系统，即入射光为平行光时，透过所述的变形物镜110后，仍然为平行光。所述的汇聚透镜组120由两组镜组成，第一组为双胶合透镜121，第二组为双凸透镜122。所述的双胶合透镜121和所述的双凸透镜122的所有镜面均为球面。因此所述的汇聚透镜组 120在子午方向和弧矢方向上的焦距相等，均为f₀。所述的接收探测器140为方形，其在接收系统子午方向上的长度为y，其在接收系统弧矢方向上的长度为x。所述的接收探测器140在子午和弧矢方向上的长度与接收系统的焦距共同决定了激光雷达接收系统的视场大小。

图2是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统子午方向上的工作原理图。所述的负焦柱镜111和所述的正焦柱镜112在子午方向上为平面，对子午方向上的光线无作用。因此所述的变焦物镜110在子午方向上的角放大倍率为γ_y=1。所述的中心视场光线102经过所述的变形物镜110和所述的汇聚透镜组120后汇聚，透过所述的窄带滤光片130，汇聚在所述的接收探测器140的中心位置。所述的边缘视场光线103经过所述的变形物镜110和所述的汇聚透镜组120后，透过所述的窄带滤光片130，汇聚在所述的接收探测器140的下边缘位置。

所述的激光雷达接收系统在子午方向上的视场角为ω_y。所述的汇聚透镜组 120在子午方向上的接收视场为ω′_y。所述的接收探测器140在子午方向上的像面大小为y，因此激光雷达在子午方向上的视场大小

图3是一种基于变形物镜的激光雷达接收系统弧矢方向上的工作原理图。所述的负焦柱镜111在弧矢方向上第一个面为为平面，第二个面为凹面，所述的负焦柱镜111在弧矢方向上的焦距为f₁。所述的正焦柱镜112在弧矢方向上第一个面为为凸面，第二个面为平面，所述的正焦透镜组在弧矢方向上的焦长为f₂。所述的负焦柱镜111在弧矢方向上的像方焦点与所述的正焦柱镜112在弧矢方向上的物方焦点重合，共同组成一个无焦系统。因此所述的变焦物镜110在弧矢方向上的角放大倍率为

γ＝f₁/f₂

并且，|γ_x|＜1。

由于所述的变形物镜组110为在弧矢方向上为无焦系统，因此所述的中心视场光线103经过所述的变形物镜110后仍然是平行光，该平行光经过所述的汇聚透镜组120后汇聚在所述的接收探测器140的中心位置。所述的边缘视场光线104为平行光，与所述的光轴101之间的夹角为ω_x，经过所述的变形物镜110后仍然是平行光，该平行光与所述的光轴101之间的夹角为ω’_x。该平行光束经过所述的汇聚透镜组120后汇聚在所述的接收探测器140的下边缘位置。

所述的接收探测器140在子午方向上的像面大小为x，因此激光雷达在弧矢方向上的视场大小

所述的基于变形物镜的激光雷达接收系统，与所述的汇聚透镜组120相比，子午方向上视场角没有变化，ω_y＝ω’_y。由于弧矢方向上的角放大率|γ_x|＜1，因此弧矢方向上激光雷达接收系统的视场角被扩大，ω_x＝ω′_x/γ_x。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于变形物镜的激光雷达接收系统，其特征在于，包括变形物镜、汇聚透镜组、窄带滤光片以及接收探测器；

所述的窄带滤光片和接收探测器的光轴重合；

所述的变形物镜位于所述的汇聚透镜组的前方，所述的窄带滤光片位于所述的接收探测器的前方；

所述的变形物镜用于扩大激光雷达接收系统的接收视场；

所述的汇聚透镜组用于将远端的回拨信号汇聚到所述的接收探测器上；

所述的窄带滤光片用于削弱背景光对信号的影响；

所述的接收探测器用于将所述的汇聚透镜组汇聚的回波信号转化为电信号。

2.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于所述的变形物镜至少包括两片透镜，其中至少一片镜为正透镜，至少一片镜为负透镜。

3.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于所述的变形物镜为无焦系统。

4.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于所述的变形物镜在子午方向上的放大倍率为1，在弧矢方向上的放大倍率小于1。

5.如权利要求1所述的激光雷达接收系统，其特征在于所述的变形物镜在弧矢方向上的放大倍率为1，在子午方向上的放大倍率小于1。

6.如权利要求2所述的激光雷达接收系统，其特征在于所述的变形物镜组为近红外增透，增透波段为650nm～1050nm。