CN211348622U - 一种应用于激光雷达的光学镜头 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应用于激光雷达的光学透镜，涉及光学透镜领域，包括沿光轴入射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片以及接收端；其中：所述第一透镜、第三透镜及第四透镜为正透镜，所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜凹面朝向像侧，所述第二透镜凹面朝向物侧，所述第三透镜曲率大的面朝向像侧，所述第四透镜凹面朝向像侧；所述第一透镜像侧与所述第二透镜物侧形成密封的空腔。本申请提供了一种成像效果好，结构简单，运维成本低，方便联合经营和大面积推广应用的光学镜头。

Description

一种应用于激光雷达的光学镜头

技术领域

本申请涉及光学镜头领域，尤其涉及一种成本低、成像好、结构简单的应用于激光雷达的光学镜头。

背景技术

现有光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头，长焦镜头；从视场大小分有广角、标准，远摄镜头；结构上分有固定光圈定焦镜头，手动光圈定焦镜头，自动光圈定焦镜头，手动变焦镜头、自动变焦镜头，自动光圈电动变焦镜头，电动光圈、焦距、聚焦可变镜头等。

近些年，随着电子技术的发展，摄像头的应用范围越来越广，应用于车载激光雷达的光学镜头就是其中一个重要方面，而光学镜头是无人驾驶领域车载激光雷达中的一个重要部件。

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。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种光学镜头，成像效果好，结构简单，运维成本低，方便联合经营和大面积推广应用。

为达到上述目的，本申请提供一种应用于激光雷达的光学镜头，包括沿光轴入射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片以及接收端；

其中：

所述第一透镜、第三透镜及第四透镜为正透镜，所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜凹面朝向像侧，所述第二透镜凹面朝向物侧，所述第三透镜曲率大的面朝向像侧，所述第四透镜凹面朝向像侧；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为圆形透镜；

所述第一透镜像侧边缘与所述第二透镜物侧边缘不透光密封。

如上的，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜满足：

第一透镜物侧面曲率半径为R1：30mm＜R1＜40mm；

第一透镜像侧面曲率半径R2：140mm＜R2＜150mm；

第二透镜物侧面曲率半径R1：-15mm＜R1＜-25mm；

第二透镜像侧面曲率半径R2：-20mm＜R2＜-30mm；

第三透镜物侧面曲率半径R1：30mm＜R1＜40mm；

第三透镜像侧面曲率半径R2：-550mm＜R2＜-650mm；

第四透镜物侧面曲率半径R1：15mm＜R1＜25mm；

第四透镜像侧面曲率半径R2:50mm＜R2＜60mm；

如上的，其中，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为：6.879mm；

所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为：0.1mm；

所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为：0.1mm。

如上的，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜材质特效满足：

所述第一透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

所述第二透镜光学折射率N：1.5＜N＜1.6；

所述第三透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

所述第四透镜光学折射率N：1.7＜N＜1.8；

以及：

所述第一透镜阿贝系数Nd：20＜Nd＜40；

所述第二透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜70；

所述第三透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜40；

所述第四透镜阿贝系数Nd：45＜Nd＜55；

如上的，其中，所述第一透镜及所述第二透镜的厚度D为：6mm＜D＜7mm；

所述第三透镜及所述第四透的厚度D为：7mm＜D＜8mm；

如上的，其中，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜物侧及像侧表面均镀有波长为905nm的增透膜。

本申请实现的有益效果如下：

(1)成像效果好；

(2)结构简单、生产成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一种应用于激光雷达的光学镜头的结构示意图；

图2为本申请一种应用于激光雷达的光学镜头的光斑分布示意图；

图3为本申请一种应用于激光雷达的光学镜头的光路示意图。

其中：1-第一透镜；2-第二透镜；3-第三透镜；4-第四透镜；5-滤光片；6-接收端。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。

实施例一

本实施例包含一种应用于激光雷达的光学镜头，该应用于激光雷达的光学镜头采用四片镜片组成，达到了激光雷达接收镜组小型化的需求。接收镜头接收镜头的最大视场角为120°，实现了大视角、高分辨率效果。

如图1所示，该应用于激光雷达的光学镜头包括沿光轴入射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片以及接收端；其中，第一透镜、第三透镜及第四透镜为正透镜，第二透镜为负透镜；第一透镜凹面朝向像侧，第二透镜凹面朝向物侧，第三透镜曲率大的面朝向像侧，第四透镜凹面朝向像侧。

本实施例中，第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜均为圆形；

具体地，第一透镜物侧面曲率半径为R1满足：30mm＜R1＜40mm、第一透镜像侧面曲率半径R2满足：140mm＜R2＜150mm；第二透镜物侧面曲率半径R1满足：-15mm＜R1＜-25mm、第二透镜像侧面曲率半径R2满足：-20mm＜R2＜-30mm；且第一透镜和第二透镜之间的空气间隔为6.879mm；经上述对第一透镜和第二透镜曲率半径及光轴间距的设置，第一透镜像侧面与第二透镜物侧面的边缘为平面，为防止光线穿过第一透镜的上下端平面进入第二透镜上下端平面，将第一透镜像侧边缘与所述第二透镜物侧边缘不透光密封。

此外，设置第二透镜与第三透镜的空气间隔为0.1mm；其中，为使穿过第二透镜的光线能够全部折射至第三透镜，优选设置第三透镜物侧面曲率半径R1满足：30mm＜R1＜40mm、第三透镜像侧面曲率半径R2满足：-550mm＜R2＜-650mm；

同理，设置第三透镜与第四透镜的空气间隔为0.1mm；第四透镜物侧面曲率半径R1：15mm＜R1＜25mm；第四透镜像侧面曲率半径R2:50mm＜R2＜60mm；

第一透镜优选应用H-ZF62型玻璃材质，第二透镜优选应用H-K11型光学玻璃材质，第三透镜优选应用H-ZLAF4LA型光学玻璃材质，第四透镜优选应用H-LAF53型光学玻璃材质；且上述透镜均满足以下特性：

第一透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

第二透镜光学折射率N：1.5＜N＜1.6；

第三透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

第四透镜光学折射率N：1.7＜N＜1.8；

以及：

第一透镜阿贝系数Nd：20＜Nd＜40；

第二透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜70；

第三透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜40；

第四透镜阿贝系数Nd：45＜Nd＜55；

且该应用于激光雷达的光学镜头各透镜的光轴厚度D满足：

第一透镜：6mm＜D＜7mm；

第二透镜：6mm＜D＜7mm；

第三透镜：7mm＜D＜8mm；

第四透镜：7mm＜D＜8mm；

基于满足上述各透镜结构组合的条件下，本申请的光学镜头得到的光路如图2所示；

图3展示的是本申请提供的应用于激光雷达的光学镜头光斑分布示意图，光斑，即点光源(即星点)经过光学系统后在像面前后不同截面上所成的衍射像的光强分布。理想的星点成像时像平面前后的光强呈对称分布，并随着视场不同而变化；而实际光学系统成像时，像差等缺陷很容易破坏这种对称性。弥散斑能量的分布情况能够非常灵敏地反映光学的像差和缺陷，因此定量测量弥散斑参数是控制光学系统成像质量的重要手段。

本实施例提供的应用于激光雷达的光学镜头各透镜物侧表面及像侧表面均镀有波长为905nm的增透膜，采用905nm激光为入射光源，得到的接收效果如图2所示，接收镜头的最大视场角为120°以上，可达到激光雷达接收镜头的使用要求。

本实施例提供的应用于激光雷达的光学镜头各透镜均采用单片球面透镜，而非目前市场应用较为广泛的非球面透镜和胶合透镜，极大的缩减的该光学镜头的生产成本。

所述应用于激光雷达的光学镜头，在第四透镜的像侧沿光线入射方向还设有接收端，接收端用于连接TDC芯片(即时间数据转化器，是常用的高精度时间测量芯片)，TDC芯片用于进行数据处理得到光发射和光接收时间差，；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。接收端和第四透镜之间设有滤光片，滤光片为905nm窄带滤光片。接收端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)，本申请优选为雪崩光电二极管。接收端设置在接收镜头光学系统的焦平面处。

本申请实现的有益效果如下：

(1)成像效果好；

(2)结构简单、生产成本低。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，包括沿光轴入射方向依次排列的第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、滤光片以及接收端；

其中：

所述第一透镜、第三透镜及第四透镜为正透镜，所述第二透镜为负透镜；所述第一透镜凹面朝向像侧，所述第二透镜凹面朝向物侧，所述第三透镜曲率大的面朝向像侧，所述第四透镜凹面朝向像侧；

所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜为圆形透镜；

所述第一透镜像侧边缘与所述第二透镜物侧边缘不透光密封。

2.如权利要求1所述的一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜满足：

第一透镜物侧面曲率半径为R1：30mm＜R1＜40mm；

第一透镜像侧面曲率半径R2：140mm＜R2＜150mm；

第二透镜物侧面曲率半径R1：-15mm＜R1＜-25mm；

第二透镜像侧面曲率半径R2：-20mm＜R2＜-30mm；

第三透镜物侧面曲率半径R1：30mm＜R1＜40mm；

第三透镜像侧面曲率半径R2：-550mm＜R2＜-650mm；

第四透镜物侧面曲率半径R1：15mm＜R1＜25mm；

第四透镜像侧面曲率半径R2:50mm＜R2＜60mm。

3.如权利要求1所述的一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜与所述第二透镜之间的空气间隔为：6.879mm；

所述第二透镜与所述第三透镜之间的空气间隔为：0.1mm；

所述第三透镜与所述第四透镜之间的空气间隔为：0.1mm。

4.如权利要求1所述的一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜及第四透镜材质特效满足：

所述第一透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

所述第二透镜光学折射率N：1.5＜N＜1.6；

所述第三透镜光学折射率N：1.9＜N＜2.0；

所述第四透镜光学折射率N：1.7＜N＜1.8；

以及：

所述第一透镜阿贝系数Nd：20＜Nd＜40；

所述第二透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜70；

所述第三透镜阿贝系数Nd：60＜Nd＜40；

所述第四透镜阿贝系数Nd：45＜Nd＜55。

5.如权利要求1所述的一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜及所述第二透镜的厚度D为：6mm＜D＜7mm；

所述第三透镜及所述第四透的厚度D为：7mm＜D＜8mm。

6.如权利要求1所述的一种应用于激光雷达的光学镜头，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜物侧及像侧表面均镀有波长为905nm的增透膜。

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