CN217112718U - 一种镜片组件及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种镜片组件及激光雷达，包括：准直透镜组，用于对激光发射器发出的激光光线进行准直；汇聚透镜组，用于将反射回来的激光光线汇聚到激光接收器上，所述准直透镜组和所述汇聚透镜组包括长轴和短轴，所述长轴长度大于所述短轴的长度且所述椭圆形镜片的短轴方向平行于所述激光发射器的慢轴方向。将准直透镜组和汇聚透镜组均设置为具有长轴和短轴的结构，并将准直透镜组和汇聚透镜组的短轴方向均设置为平行于激光发射器的慢轴方向，即将镜片的高度方向作为激光发射器的慢轴，从而降低了激光雷达整体的高度，如此，镜片尺寸与光斑本身形状高度更加吻合，不仅可以减少镜片所需尺寸，还可以使所需组装空间减少并提高耦合效率。

Description

一种镜片组件及激光雷达

技术领域

本实用新型涉及测距装置技术领域，特别涉及一种镜片组件及激光雷达。

背景技术

激光雷达包括发射系统、接收系统和信息处理系统，具体的运作机理跟雷达类似，就是激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，然后接收器接收到反射回来的光脉冲，根据信息处理系统运用一系列算法得出目标的位置、运动状态和形状等。

目前，现有的激光雷达发射系统的准直镜片为圆形镜片，但是，由于激光二极管LD的发光特性，导致快慢轴的发散角度不一致，准直设计时LD快轴发散角一般取为21.5°，慢轴发散角一般为10°(不同LD可能不太一样)，同一焦距情况下，快慢轴所需要的尺寸不一样，其光斑形状为椭圆形，这导致在使用圆形镜片时，会因为快轴需要较大口径，而慢轴所需准直口径较小，导致耦合效率不高，且整体高度相对于椭圆形高度更高。

因此，如何提高激光二极管与准直镜片的耦合效率，是本技术领域人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种镜片组件，以提高激光二极管与准直镜片的耦合效率。此外，本实用新型还需要提供一种具有上述镜片组件的激光雷达。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种镜片组件，其包括：

准直透镜组，用于对激光发射器发出的激光光线进行准直；

汇聚透镜组，用于将反射回来的激光光线汇聚到激光接收器上，所述准直透镜组和所述汇聚透镜组包括长轴和短轴，所述长轴长度大于所述短轴的长度，且所述准直透镜组和所述汇聚透镜组的短轴方向均平行于所述激光发射器的慢轴方向。

优选的，上述的镜片组件中，所述准直透镜组和所述汇聚透镜组均为椭圆透镜组。

优选的，上述的镜片组件中，所述汇聚透镜组和所述准直透镜组的长轴与短轴的长度比值范围均为1-4。

优选的，上述的镜片组件中，所述汇聚透镜组和所述准直透镜组的长轴均为6-10mm，所述汇聚透镜组所述准直透镜组的短轴的长度均为2-5mm。

优选的，上述的镜片组件中，所述准直透镜组包括相对布置的第一面和第二面，且所述第一面为椭圆曲面，所述第二面为椭圆曲面或椭圆平面；

所述汇聚透镜组包括相对布置的第三面和第四面，且所述第三面为椭圆曲面，所述第四面为椭圆曲面或椭圆平面。

一种激光雷达，包括激光发射器、激光接收器、镜片组件和支架，其中，所述镜片组件为上述任一项所述的镜片组件。

优选的，上述的激光雷达中，所述准直透镜组的镜片焦距与所述汇聚透镜组的镜片焦距均在5mm-50mm内。

优选的，上述的激光雷达中，所述汇聚透镜组的镜片焦距大于所述准直透镜组的镜片焦距，且所述汇聚透镜组和所述准直透镜组的镜片之间的焦距差不大于20mm。

优选的，上述的激光雷达中，所述支架包括并排布置的第一光通道和第二光通道，且所述第一光通道的一端安装有所述激光发射器，另一端密封贴合安装有所述准直透镜组，所述第二光通道的一端安装有所述激光接收器，另一端密封贴合安装有所述汇聚透镜组，且所述激光发射器发射激光的位置与所述激光接收器接收激光的位置不共面。

优选的，上述的激光雷达中，所述支架靠近被测物体的一端为水平面内的圆弧面，且所述汇聚透镜组和所述准直透镜组均位于靠近所述被测物体的一端。

本实用新型提供了一种激光雷达的镜片组件，将准直透镜组和汇聚透镜组均设置为具有长轴和短轴的结构，并将准直透镜组和汇聚透镜组的短轴方向均设置为平行于激光发射器的慢轴方向，即将镜片的高度方向作为激光发射器的慢轴，从而降低了激光雷达整体的高度，如此，镜片尺寸与光斑本身形状高度更加吻合，不仅可以减少镜片所需尺寸，还可以使所需组装空间减少并提高耦合效率。

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。

图1为本实用新型实施例中公开的激光雷达的拆解图；

图2为本实用新型实施例中公开的激光雷达的另一方向的拆解图；

图3为本实用新型实施例中公开的激光雷达的装配后剖视图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种镜片组件，以提高激光二极管与准直镜片的耦合效率。此外，本实用新型还公开了一种具有上述镜片组件的激光雷达。

下面将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，所描述的实施例仅仅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。

如图1-图3所示，本申请公开了一种激光雷达的镜片组件，包括：准直透镜组1和汇聚透镜组2，其中，准直透镜组1用于对激光发射器5发出的激光光线进行准直，而汇聚透镜组2用于将反射回来的激光光线汇聚到激光接收器4上，即在激光雷达中的镜片组件根据功能包括两种，而本申请的目的是将准直透镜组1和汇聚透镜组2均设置为具有长轴和短轴的镜片，并且上述镜片的短轴方向均平行于激光发射器5的慢轴方向，相应的，上述镜片的长轴方向平行于激光发射器5的快轴方向，即将上述镜片的高度方向作为激光发射器5的慢轴，从而降低了激光雷达整体的高度，与此同时，镜片尺寸与光斑本身形状高度更加吻合，不仅可以减少镜片所需尺寸，还可以使所需组装空间减少并提高耦合效率。

需要说明的是：本申请中涉及到的激光发射器可以为vcsel发射器，全称为垂直腔面发射激光器。

本申请中公开的准直透镜组1为椭圆形镜片，即根据实际情况将汇聚透镜组2也设置为椭圆形镜片，并保证椭圆形镜片的高度方向为激光发射器5 的慢轴方向，以使镜片尺寸与反射的光斑本身形状高度更为吻合，同时还可减少所需组装的空间。优选的，可将汇聚透镜组2和准直透镜组1设置为形状和大小都相同的两个镜片。

具体的，对于汇聚透镜组2和准直透镜组1的长轴与短轴的长度比值范围为1-4，如此设置，只要能够满足镜片的高度与光斑本身形状高度适配即可，在该比值范围内，根据激光二极管LD的快轴和慢轴的发散角进行设置，且均在保护范围内。

优选地，在一具体实施例中给出了一种汇聚透镜组2和准直透镜组1的具体尺寸，例如：汇聚透镜组2和准直透镜组的镜片长轴均为8mm，汇聚透镜组2和准直透镜组1的镜片短轴的长度均为3.5mm，相对于使用圆形镜片，镜片组件的高度降低了4.5mm。本领域技术人员可以理解的是，对于汇聚透镜组2和准直透镜组1的镜片的椭圆形尺寸的具体数值还可为其他数值，在此不一一列举。

在上述技术方案的基础上，本申请中公开的准直透镜组1包括相对布置的第一面和第二面，并且第一面为椭圆曲面，第二面为椭圆平面，或者第二面也为椭圆曲面；而汇聚透镜组2包括相对布置的第三面和第四面，并且第三面为椭圆曲面，第四面为椭圆平面，或者第四面也为椭圆曲面，即准直透镜组1和汇聚透镜组2均为至少一面凸起的凸透镜。

此外，本申请中还提供了一种激光雷达，包括激光发射器5、激光接收器 4、镜片组件和支架3，其中，该镜片组件为上述实施例中公开的镜片组件，因此，具有该镜片组件的激光雷达也具有上述所有技术效果，在此不再一一赘述。

优选的实施例中，上述公开的准直透镜组1的镜片的焦距与汇聚透镜组2 的焦距均在5mm-50mm内。对于准直透镜组1的镜片的焦距与汇聚透镜组2 的焦距的具体数值可根据不同的激光雷达设备进行设置，本申请的核心在于对准直透镜组1的镜片与汇聚透镜组2的镜片的形状的限定，而对于准直透镜组1和汇聚透镜组2的安装方式以及焦距数值均不做具体限定。

本申请中限定了一种汇聚透镜组2的镜片焦距大于准直透镜组1的镜片焦距，以使汇聚透镜组2具有更好的聚集光的能力，保证激光接收器5能够准确获取信号，提高检测的准确性。具体的，可将汇聚透镜组2和准直透镜组1之间的镜片焦距差设置为不大于7mm，即在保证聚光能力的同时避免激光雷达的尺寸过大。

如图3所示，上述的支架3包括并排布置的第一光通道和第二光通道，并且第一光通道的一端安装有激光发射器5另一端密封贴合安装有准直透镜组1，具体的，该准直透镜组1的尺寸和形状与第一光通道的横截面的形状和尺寸相同。上述的第二光通道的一端安装有激光接收器4另一端密封贴合安装有汇聚透镜组2，具体的，该汇聚透镜组2的尺寸和形状与第二光通道的横截面的形状和尺寸相同。对于支架3、激光发射器5、准直透镜组1、汇聚透镜组2和激光接收器4的安装位置以及安装方式可均参照现有方式。

此外，由于激光发射器5和激光接收器4均需要安装在PCB板上，此外，激光发生器5和激光接收器4自身的结构不同，因此，存在激光雷达的激光发射器5发射激光的位置和激光接收器4接收激光位置不共面，此外，结合准直透镜组1的镜片的焦距与汇聚透镜组2的焦距不同，因此，准直透镜组1 和汇聚透镜组2到被测物的距离不同，即汇聚透镜组2更靠近支架1的内部。通过上述设置设置，可使杂散光不易被接收，提高了检测的准确性。

结合上述方案，上述公开的支架3靠近被测物体的一端为水平面内的圆弧面，而上述的汇聚透镜组2和准直透镜组1均位于靠近被测物体的一端。此处提供了一种激光雷达的结构布局方式，如图1所示，其目的是为了与外侧的外罩等结构相适配，对于本领域技术人员而言，该支架的具体形状和尺寸可根据不同需要设计即可。

工作时，激光发射器5发射的光经准直透镜组1准直成近似平行光，经过一定距离打到被测物体表面，由于所有物体表面均存在一定反射特性，会有一部分能量反射至汇聚透镜组2，经汇聚透镜组2汇聚至激光接收器4，触发光电效应产生电流，根据三角测距法或是飞行时间法即可算出被测物体距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种镜片组件，其特征在于，包括：

准直透镜组(1)，用于对激光发射器(5)发出的激光光线进行准直；

汇聚透镜组(2)，用于将反射回来的激光光线汇聚到激光接收器(4)上，所述准直透镜组(1)和所述汇聚透镜组(2)包括长轴和短轴，所述长轴长度大于所述短轴的长度，且所述准直透镜组(1)和所述汇聚透镜组(2)的短轴方向均平行于所述激光发射器(5)的慢轴方向。

2.根据权利要求1所述的镜片组件，其特征在于，所述准直透镜组(1)和所述汇聚透镜组(2)均为椭圆透镜组。

3.根据权利要求2所述的镜片组件，其特征在于，所述汇聚透镜组(2)和所述准直透镜组(1)的长轴与短轴的长度比值范围均为1-4。

4.根据权利要求2所述的镜片组件，其特征在于，所述汇聚透镜组(2)和所述准直透镜组(1)的长轴均为6-10mm，所述汇聚透镜组(2)和所述准直透镜组(1)的短轴的长度均为2-5mm。

5.根据权利要求2所述的镜片组件，其特征在于，所述准直透镜组(1)包括相对布置的第一面和第二面，且所述第一面为椭圆曲面，所述第二面为椭圆曲面或椭圆平面；

所述汇聚透镜组(2)包括相对布置的第三面和第四面，且所述第三面为椭圆曲面，所述第四面为椭圆曲面或椭圆平面。

6.一种激光雷达，包括激光发射器(5)、激光接收器(4)、镜片组件和支架(3)，其特征在于，所述镜片组件为如权利要求1-5任一项所述的镜片组件。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述准直透镜组(1)的镜片焦距与所述汇聚透镜组(2)的镜片焦距均在5mm-50mm内。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述汇聚透镜组(2)的镜片焦距大于所述准直透镜组(1)的镜片焦距，且所述汇聚透镜组(2)和所述准直透镜组(1)的镜片之间的焦距差不大于20mm。

9.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，

所述支架(3)包括并排布置的第一光通道和第二光通道，且所述第一光通道的一端安装有所述激光发射器(5)，另一端密封贴合安装有所述准直透镜组(1)，所述第二光通道的一端安装有所述激光接收器(4)，另一端密封贴合安装有所述汇聚透镜组(2)，且所述激光发射器(5)发射激光的位置与所述激光接收器(4)接收激光的位置不共面。

10.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述支架(3)靠近被测物体的一端为水平面内的圆弧面，且所述汇聚透镜组(2)和所述准直透镜组(1)均位于靠近所述被测物体的一端。

Images