CN218122342U - 一种激光测距光学系统 - Google Patents

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许熠宸
罗杰
薛政云
郑新
何文波
黄灯辉
江伟
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Abstract

本实用新型涉及一种激光测距光学系统，由沿光线入射方向自左向右依次设置有由第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜组成；所述第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为平凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜。该激光测距光学组件采用五片式设计，结构简单稳定；光学表面光线入射角度低，公差敏感度低且系统透过率高，有助于降低激光能量损耗与探测距离的提升；光圈极大，光学性能更好，成像面照度更高。光学尺寸更为紧凑，总长<2.8cm。

Description

一种激光测距光学系统
技术领域
本实用新型涉及一种激光测距光学系统。
背景技术
激光雷达以其快速、精准的3D扫描与测量能力已经成为L3级别及以上的高级自动驾驶系统的核心部件。其中，非扫描式Flash激光雷达可以在短时间内发射发散激光以实现区域覆盖与探测，与二维扫描激光雷达相比避免了摆镜的使用，实现了更为稳定的系统结构。为此，需要一种激光测距光学系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光测距光学系统，该激光测距光学系统有助于降低激光能量损耗与探测距离的提升。
本实用新型的技术方案在于：一种激光测距光学系统，由沿光线入射方向自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜组成；所述第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为平凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜。
进一步地，所述光学系统的焦距为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为，其中与
Figure 691816DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例：-13.1<
Figure 844622DEST_PATH_IMAGE002
<-10.6，-12.5<
Figure DEST_PATH_IMAGE003
<-9.4，16.9<
Figure 453589DEST_PATH_IMAGE004
<19.3，12.5<
Figure DEST_PATH_IMAGE005
<14.7，8.5<
Figure 111841DEST_PATH_IMAGE006
<10.6。
进一步地，第一透镜满足关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 665313DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第二透镜满足关系式：
Figure 395109DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 779954DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第三透镜满足关系式：
Figure 110573DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 181035DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第四透镜满足关系式：
Figure 950408DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 658601DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第五透镜满足关系式：
Figure 127497DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 655561DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；其中
Figure 431887DEST_PATH_IMAGE007
为折射率，
Figure 758701DEST_PATH_IMAGE008
为阿贝常数。
进一步地，所述第五透镜为非球面透镜。
进一步地，所述光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.26。
进一步地，所述光学系统的F数≤1.15。
进一步地，所述光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.38。
与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：该激光测距光学系统采用五片式设计，结构简单稳定；光学表面光线入射角度低，公差敏感度低且系统透过率高，有助于降低激光能量损耗与探测距离的提升；光圈大，光学性能更好，成像面照度更高；光学尺寸更低，总长<2.8cm。
附图说明
图1为本实用新型的光学结构示意图；
图2为本实用新型的工作波段MTF图；
图3是本实用新型的工作波段轴向像差图；
图4是本实用新型的工作波段场曲畸变图；
图中：L1-第一透镜；L2-第二透镜；L3-第三透镜；L4-第四透镜；L5-第五透镜；L6-滤光片；L7-保护玻璃；STO-光阑；IMA-成像面。
具体实施方式
为让本实用新型的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本实用新型并不限于此。
参考图1至图4
一种激光测距光学系统，由沿光线入射方向自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜组成；所述第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为平凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜。
本实施例中，所述第五透镜至成像面之间自左向右还依次设置有滤光片L6和保护玻璃L7。
本实施例中，所述光学系统的焦距为
Figure 165543DEST_PATH_IMAGE001
，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为，其中与
Figure 679439DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例：-13.1<
Figure 830760DEST_PATH_IMAGE002
<-10.6，-12.5<
Figure 779124DEST_PATH_IMAGE003
<-9.4，16.9<
Figure 419184DEST_PATH_IMAGE004
<19.3，12.5<
Figure 521893DEST_PATH_IMAGE005
<14.7，8.5<
Figure 436759DEST_PATH_IMAGE006
<10.6。
本实施例中，第一透镜满足关系式：
Figure 505209DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 316171DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第二透镜满足关系式：
Figure 70238DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 460899DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第三透镜满足关系式：
Figure 23336DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 5199DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第四透镜满足关系式：
Figure 748027DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 503231DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第五透镜满足关系式：
Figure 749536DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 167879DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；其中
Figure 132423DEST_PATH_IMAGE007
为折射率，
Figure 425739DEST_PATH_IMAGE008
为阿贝常数。
本实施例中，所述第五透镜为非球面透镜。
本实施例中，所述光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.26。
本实施例中，所述光学系统的F数≤1.15。
本实施例中，所述光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.38。
本实施例中，所述第五透镜为非球面透镜。非球面曲线方程表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
其中，Z为非球面沿光轴方向在高度为h的位置时，距非球面顶点的离矢高；c为非球面的近轴曲率；k为圆锥常数；
Figure 634873DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 630642DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure DEST_PATH_IMAGE013
、
Figure 987542DEST_PATH_IMAGE014
、
Figure DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 756653DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 508708DEST_PATH_IMAGE017
均为高次项系数。
本实施例中，为了光学系统实现的如下技术指标：
（1）焦距：2.6mm≤EFFL≤3.5mm；（2）光圈F≤1.15；（3）工作波段：近红外，光学系统所采用的具体设计见下表：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
。
本实施例中，光学系统的各非球面透镜的非球面系数如下表：
Figure 3275DEST_PATH_IMAGE019
。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种激光测距光学系统，其特征在于，由沿光线入射方向自左向右依次设置的第一透镜、第二透镜、第三透镜、光阑、第四透镜、第五透镜组成；所述第一透镜为弯月负透镜，第二透镜为弯月负透镜，第三透镜为弯月正透镜，第四透镜为平凸正透镜，第五透镜为双凸正透镜。
2.根据权利要求1所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，所述光学系统的焦距为
Figure 671678DEST_PATH_IMAGE001
，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜的焦距分别为，其中与
Figure 540277DEST_PATH_IMAGE001
满足以下比例：-13.1<
Figure 636277DEST_PATH_IMAGE002
<-10.6，-12.5<
Figure 174706DEST_PATH_IMAGE003
<-9.4，16.9<
Figure 234453DEST_PATH_IMAGE004
<19.3，12.5<
Figure 765798DEST_PATH_IMAGE005
<14.7，8.5<
Figure 467038DEST_PATH_IMAGE006
<10.6。
3.根据权利要求1或2所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，第一透镜满足关系式：
Figure 425635DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 969749DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第二透镜满足关系式：
Figure 55517DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 881038DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第三透镜满足关系式：
Figure 417062DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 58259DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第四透镜满足关系式：
Figure 196985DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 997451DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；第五透镜满足关系式：
Figure 314163DEST_PATH_IMAGE007
≥1.5，
Figure 429274DEST_PATH_IMAGE008
≤50.0；其中
Figure 856844DEST_PATH_IMAGE007
为折射率，
Figure 370871DEST_PATH_IMAGE008
为阿贝常数。
4.根据权利要求1或2所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，所述第五透镜为非球面透镜。
5.根据权利要求1或2所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，所述光学系统的光学总长度TTL与光学系统的焦距f之间满足：TTL/f≤9.26。
6.根据权利要求1所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，所述光学系统的F数≤1.15。
7.根据权利要求1、2或6所述的一种激光测距光学系统，其特征在于，所述光学系统的半像高ImaH与光学系统的焦距f之间满足：ImaH/f≥1.38。
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