CN217954828U - 一种新型激光快轴准直镜头及激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型激光快轴准直镜头及激光雷达。该激光快轴准直镜头包括从物侧到像侧依次设置的第一透镜L1，第二透镜L2和第三透镜L3，第一透镜L1为具有负的光焦度的弯月形的柱面镜，第二透镜L2为具有正的光焦度的弯月形的柱面镜，第三透镜L3为具有正的光焦度的双凸形的柱面镜。通过合理的光学设计实现了将点光源转变为线光源，并在实现该功能的情况下保持结构紧凑，在垂直于线光源方向上具有良好的准直作用。
Description
技术领域
本实用新型涉及车载激光雷达技术领域，具体涉及一种新型激光快轴准直镜头及激光雷达。
背景技术
随着汽车行业的发展和智能设备的普及，自动驾驶技术逐渐成为热点领域。自动驾驶汽车需要对周围障碍物和环境的感知能力，目前存在多种感知设备，如摄像头，毫米波雷达，激光雷达等。其中激光雷达凭借其长距离识别的优势受到青睐，被广泛的应用在自动驾驶技术中。
目前车载激光雷达技术领域百花齐放，多种技术路线并存。根据发射的激光光束数量激光雷达可分为单线激光雷达和多线激光雷达。目前主流技术为追寻更高的探测效率多使用多线激光雷达。对于多线激光雷达而言，如果使用一个旋转对称的光学系统对光束进行准直，由于像差的干扰不同视场的光源成像效果不同，为解决这一问题，可通过柱面镜分别对水平和垂直方向进行处理。
由于激光雷达多使用半导体激光器，对于半导体激光器而言激光出射方向分快轴和慢轴，快轴方向出射的激光和慢轴出射的激光相比，束腰更小，发散角更大，往往需要多片镜片进行准直。而当前市场上激光准直镜产品较少，现有的产品也多是单纯的单球面镜片准直，对于激光雷达普遍大于百米距离的使用场景而言，准直效果不佳。
实用新型内容
(一)要解决的问题
本实用新型针对现有产品种类稀少、准直效果不佳的问题，提出一种新型激光快轴准直镜头及激光雷达。
(二)技术方案
为实现上述目的，本产品使用以下技术方案。
第一方面，本申请提供一种新型激光快轴准直镜头，包括：
第一柱面镜L1，第二柱面镜L2和第三柱面镜L3。所述第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的屈光力子午线平行；其中，垂直于柱面镜且平行屈光力子午线的平面为y平面，垂直于y平面且通过光轴的为x平面，所述激光快轴准直镜头对y平面入射光起准直作用，对于x平面入射光等效为平行平板，实现将激光从点光源变换为线光源并在y平面上准直；所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
－1.2＜f1/f＜－0.8
1.4＜f2/f＜1.8
0.6＜f3/f＜1。
进一步地，所述第一柱面镜L1和第二柱面镜L2均为弯月形柱面镜，柱面镜L3为双凸透镜。
进一步地，所述第一柱面镜L1，所述第二柱面镜L2和所述第三柱面镜L3使用的光学材料，分别满足以下光学特性：
第一柱面镜L1材料满足：Nd≥1.8，Vd≤40；
第二柱面镜L2材料满足：Nd≥1.7，Vd≤50；
第三柱面镜L3材料满足：Nd≥1.7，Vd≤50；
其中Nd为材料折射率，Vd为阿贝常数。
更进一步地，上述激光快轴准直镜头，适用于波长为905nm的激光。
第二方面，本申请提供一种激光雷达，包括：
激光器和上述激光快轴准直镜头。其中，由激光器产生的光经过所述激光快轴准直镜头后发射出去。
(三)有益效果
本实用新型提供的激光快轴准直镜头和激光雷达，其中激光快轴准直镜头包括第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜，可以将点光源投射为线光源，且本镜头还有准直光线作用，可以很好的减少光线发散情况，极大地增强了激光雷达的工作距离，在百米以上的距离依然能有效地工作。另外，三个柱面镜的加工工艺简单、安装调试方便，因此，利用本申请激光快轴准直镜头的激光雷达，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低准直镜头的加工难度以及装调难度，从而降低激光雷达整体的成本。
附图说明
图1为本实用新型光学结构及光路示意图，其中(a)为光学系统正视图，(b)为光学系统45度角视图；
图2为柱面镜x平面和y平面示意图，其中(a)为x平面示意图，(b)为y平面示意图；
图3为本实用新型激光快轴准直镜头中柱面镜的x平面截面图；
图4为本实用新型激光快轴准直镜头中柱面镜的y平面截面图；
图5为本实用新型实施例1的准直效果图；
图6为本实用新型实施例2的准直效果图；
图7为本实用新型实施例3的准直效果图。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”，“第二”，“第三”，“y平面”，“x平面”：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，仅是为了便于描述实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位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。
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，一种新型激光快轴准直镜头，包括：第一柱面镜L1，第二柱面镜L2和第三柱面镜L3。
所述第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的屈光力子午线平行；如图2－4所示，垂直于柱面镜且平行屈光力子午线的平面为y平面，垂直于y平面且通过光轴的为x平面，所述激光快轴准直镜头对y平面入射光起准直作用，对于x平面入射光等效为平行平板，从而实现将激光从点光源变换为线光源并在y平面上准直。所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
－1.2＜f1/f＜－0.8；
1.4＜f2/f＜1.8；
0.6＜f3/f＜1。
由于该镜头包括柱面镜，可以将点光源投射为线光源，另外，满足上述焦距关系的柱面镜组可以很好地准直激光光束，避免远处物体反射回的激光功率太低淹没于噪声之中，极大地增加激光雷达的使用范围。
具体地，所述第一柱面镜L1和所述第二柱面镜L2均为弯月形柱面镜，所述第三柱面镜L3为双凸透镜。
可选的，所述第一柱面镜L1，所述第二柱面镜L2和所述第三柱面镜L3使用的光学材料，分别满足以下光学特性：
第一柱面镜L1材料满足：Nd≥1.8，Vd≤40；
第二柱面镜L2材料满足：Nd≥1.7，Vd≤50；
第三柱面镜L3材料满足：Nd≥1.7，Vd≤50；
其中Nd为材料折射率，Vd为阿贝常数。
具体地，上述激光快轴准直镜头，适用于波长为905nm的激光。
实施例1
一种新型激光快轴准直镜头，包括第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3。所述第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的屈光力子午线平行；如图2所示，定义垂直于镜片且平行屈光力子午线的平面为y平面，垂直于y平面且通过光轴的平面为x平面。所述第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的光学数据如表1：
表1中面序号分别表示从物侧到像侧各柱面镜的表面序号。
所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
f1/f＝－1.004；
f2/f＝1.631；
f3/f＝0.880。
本实施例中的镜头适用于905nm波长的激光
本实施例中的所述激光慢轴准直镜头的准直数据如表2：
| α | β | |
| Rmssize(mr) | 40.0749363 | 0.0512544322 |
其中α表示x平面内无准直效果的方向上的发散角，β表示y平面内光束被准直后的y方向发散角。
本实施例激光快轴准直镜头的实际效果参见图5，图中OBJ和IMA表示物方视场角和像方视场角，代表光垂直入射，在垂直方向上观察。
通过表2中的数据以及图5的效果图可以看出：经过激光快轴准直镜头的光束具有非常小的发散角，镜头准直效果较佳，避免了照射远处的物体反射回的激光功率太低淹没于噪声之中，极大地增加激光雷达的使用范围。
实施例2
一种新型激光快轴准直镜头，包括第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3，其空间位置关系同实施例一。本实施例中，所述激光快轴准镜头中第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的光学数据如表3：
所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
f1/f＝－0.982；
f2/f＝1.469；
f3/f＝0.922。
本实施例中所述激光慢轴准直镜头的准直数据如表4：
| α | β | |
| Rmssize(mr) | 38.7560972 | 0.049730942 |
其中α表示x平面内无准直效果的方向上的发散角，β表示y平面内光束被准直后的y方向发散角。
本实施例激光快轴准直镜头的实际效果参见图6，图中OBJ和IMA表示物方视场角和像方视场角，代表光垂直入射，在垂直方向上观察。
通过表4中的数据以及图6的效果图可以看出：经过激光快轴准直镜头的光束具有非常小的发散角，镜头准直效果较佳，增加了激光雷达的使用范围。
实施例3
一种新型激光快轴准直镜头，包括第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3，其空间位置关系同实施例一。本实施例中，所述激光快轴准镜头中第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的光学数据如表5：
所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
f1/f＝－0.979；
f2/f＝1.468；
f3/f＝0.924。
本实施例中所述激光慢轴准直镜头的准直数据如表6：
其中α表示x平面内无准直效果的方向上的发散角，β表示y平面内光束被准直后的y方向发散角。
本实施例激光快轴准直镜头的实际效果参见图7，图中OBJ和IMA表示物方视场角和像方视场角，代表光垂直入射，在垂直方向上观察。
通过表6中的数据以及图7的效果图可以看出：经过激光快轴准直镜头的光束具有非常小的发散角，镜头准直效果较佳，极大地增加了激光雷达的使用范围。
实施例4
结合上述关于激光快轴准直镜头的描述，本实施例提供了一种激光雷达，其包括了激光器和上述实施例提供的激光快轴准直镜头，因此，在利用该激光雷达对激光器产生的激光进行准直时，由于激光快轴准直镜头采用柱面镜组可以实现对激光器产生的激光进行准直，因此，利用实施例的激光雷达，可以实现对激光雷达发射光的准直；进一步地，由于在对激光器产生的发射光进行准直时，采用的是第一柱面镜、第二柱面镜和第三柱面镜，上述柱面镜的加工工艺较球透镜、渐变折射率光纤等的加工工艺更简单，装调也更方便。因此，利用包括该激光快轴准直镜头的激光雷达，在实现对激光器的发射光进行准直的同时，还可以降低激光雷达的整体成本。
以上内容是结合优选技术方案对本实用新型所做的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施仅限于这些说明。对本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种新型激光快轴准直镜头，其特征在于：所述的激光快轴准直镜头包括第一柱面镜L1，第二柱面镜L2和第三柱面镜L3，所述第一柱面镜L1、第二柱面镜L2和第三柱面镜L3的屈光力子午线平行；其中，垂直于柱面镜且平行屈光力子午线的平面为y平面，垂直于y平面且通过光轴的为x平面，所述激光快轴准直镜头对y平面入射光起准直作用，对于x平面入射光等效为平行平板，实现将激光从点光源变换为线光源并在y平面上准直；所述第一柱面镜L1的焦距f1、所述第二柱面镜L2的焦距f2、所述第三柱面镜L3的焦距f3以及光学系统的焦距f满足以下关系：
－1.2＜f1/f＜－0.8；
1.4＜f2/f＜1.8；
0.6＜f3/f＜1。
2.根据权利要求1所述的新型激光快轴准直镜头，其特征在于：所述第一柱面镜L1和所述第二柱面镜L2均为弯月形柱面镜，所述第三柱面镜L3为双凸透镜。
3.一种激光雷达，其特征在于，包括激光器和如权利要求1或2所述的激光快轴准直镜头。
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|---|---|---|---|
| CN202222141149.4U CN217954828U (zh) | 2022-08-15 | 2022-08-15 | 一种新型激光快轴准直镜头及激光雷达 |
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