CN219392270U - 一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达 - Google Patents
一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达。该光学系统包括：准直镜，设置在激光发射器前，用于对激光光束进行快轴准直；第一透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；第二透镜，具有负屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；第三透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；第四透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；所述光学系统使得从该激光光束以平行光束出射于该第四透镜。本实用新型对激光发射器发出的激光光束的发散角进行细腻精巧的整形，使得该激光光束最终以平行光束出射，以提升激光雷达的扫描效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光雷达领域，特别是涉及一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达。
背景技术
激光雷达用于发射激光信号探测目标的位置，其工作原理为向目标物发射探测激光信号，接收从目标反射回来的信号，与发射信号进行比较，进行适当处理后，获得目标的相关信息，包括距离、方位、高度等参数，还可对空间环境进行三维重建。
激光雷达通常包括发射模块、接收模块、扫描模块、光学系统和处理器等组成部分。
光学系统是激光雷达的重要组成部分，对激光光束的整形起到重要作用，激光雷达的发射模块的光学系统使得激光光束以便于扫描模块扫描的方式出射，进而提升扫描的准确度。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题在于，提供一种基于激光雷达发射单元的光学系统，用于对激光光束进行发散角调整，并最终以平行光束出射，以提升激光雷达的扫描效果。
本实用新型公开了一种基于激光雷达发射单元的光学系统，该光学系统包括：
准直镜，设置在激光发射器前，用于对激光光束进行快轴准直；
第一透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
第二透镜，具有负屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
第三透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；
第四透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
所述光学系统使得从该激光光束以平行光束出射于该第四透镜。
所述第一透镜、第二透镜均为H-ZLAF75A玻璃制造；
所述第三透镜、第四透镜均为H-QK3L玻璃制造。
所述的基于激光雷达发射单元的光学系统满足：∣f3/f2∣<2.2；
f3为第三透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
所述的基于激光雷达发射单元的光学系统满足：∣f1/f2∣<1.25；
f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
所述光学系统的慢轴视场不小于±10°，快轴视场不小于±30°。
该准直镜为柱状镜或玻璃柱。
该准直镜对应一个或多个激光发射器。
该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第二透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第一透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角；和/或
该第二透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角。
本实用新型还公开了一种激光雷达，包括：
所述的光学系统；
透镜支撑架，包括发射支撑架以及接收支撑架，该光学系统设置于该发射支撑架；
该第四透镜比该接收支撑架的入射透镜远离发射单元的发射方向。
该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第二透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第一透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角；和/或
该第二透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角。
本实用新型的基于激光雷达发射单元的光学系统，对激光发射器发出的激光光束的发散角进行细腻精巧的整形，使得该激光光束最终以平行光束出射，以提升激光雷达的扫描效果。
附图说明
图1A所示为本实用新型的光学系统的示意图。
图1B所示为本实用新型的光学系统的光路图。
图2所示为本实用新型的光学系统的立体图。
图3、4所示为本实用新型的光学系统的示意图。
图5所示为本实用新型的发射支撑架的结构示意图。
图6所示为安装于图5的透镜支撑架上的光学系统的排布示意图。
图7所示为本实用新型的激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例描述本实用新型的技术方案的实现过程，不作为对本实用新型的限制。
如图1A所示为本实用新型的光学系统的示意图。本实用新型的光学系统设置于激光雷达的发射单元。图2所示为本实用新型的光学系统的立体图。
该光学系统包括准直镜101、第一透镜102、第二透镜103、第三透镜104和第四透镜105，从第一侧到第二侧依次设置。
准直镜101设置于激光发射器200前，用于对激光发射器200发出的激光光束进行快轴准直。
第一透镜102具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面，均为球面镜。借此，可以提供聚光能力，将激光光束进行汇聚集中。
第二透镜103，具有负屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面，均为球面镜。借此，有助于形成广视角结构，并能够修正该第一透镜形成的相差。
第三透镜104，具有正屈光力，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面，均为球面镜。
第四透镜105，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面，均为球面镜。该第三透镜104、第四透镜105用于依次对激光光束进行整形，以将激光光束汇聚成平行光，如图1B所示。
该第二透镜103以及第三透镜104之间可以设置有反射镜106，以改变光轴走向，增加光学系统布局的灵活性，在有限的设备体积之下延长光程。
在一优化实施例中，通过调节透镜焦距可以进一步提升激光光束整形质量。第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3。
该光学系统满足如下条件：
∣f1/f2∣<1.25。
此时，可确保第二透镜具有足够的屈折力，有助于第二透镜广视角的形成。
该光学系统还满足如下条件：
∣f3/f2∣<2.2。
此时，可以避免第二透镜的屈折力过强而造成光线过度折射，有助于减缓面反射以及尽可能避免产生像差。
上述光学系统的透镜数据如下表所示。
所述第一透镜102、第二透镜103均为H-ZLAF75A玻璃制造。所述第三透镜104、第四透镜105均为H-QK3L玻璃制造。
所述光学系统的慢轴视场不小于±10°，快轴视场不小于±30°。
如图1A、3、4所示，该准直镜101可以对应一个或多个激光发射器。所述光学系统的准直镜可以采用柱状镜或玻璃柱。
所述光学系统还可以包括多个准直镜以对应全部的激光发射器，通过设置多个准直镜可以提升每一路光束的装配准确性，提升准直效率。
本实用新型还公开了一种激光雷达，该激光雷达包括前述的光学系统。
该激光雷达还包括透镜支撑架10，包括发射支撑架以及接收支撑架，前述的光学系统设置于该发射支撑架。如图5所示，该发射支撑架可以支撑定位第一、二、三、四透镜。使得第四透镜出射的平行光束可照射于扫描镜的镜面上，见图7。
透镜支撑架10还可包括反射镜106，从而使得该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角。如图6所示为安装于图5的透镜支撑架10上的光学系统的排布示意图。第一、二透镜的主光轴为重合或平行，第三、四透镜的主光轴为重合或平行。
该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第二透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第一透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角；和/或
该第二透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角。
接收支撑架可以支撑定位激光雷达的接收单元的光学系统，并定位接收模块300。
该第四透镜比该接收支撑架中的接收入射光束的入射透镜301更加远离光束发射方向N，用于出射光束的第四透镜相对透镜301在发射方向N的后撤形成的空间B，从而额外生成一块可容置入射光的空间，进而在激光雷达原有体积下，扩大了视场或在原有视场下，缩小了设备体积。
本实用新型的基于激光雷达发射单元的光学系统，对激光发射器发出的激光光束的发散角进行细腻精巧的整形，使得该激光光束最终以平行光束出射，以提升激光雷达的扫描效果。
上述实施例仅用于描述本实用新型的技术方案，不视为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，该光学系统包括：
准直镜，设置在激光发射器前，用于对激光光束进行快轴准直；
第一透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
第二透镜，具有负屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
第三透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；
第四透镜，具有正屈光力，其第一侧面为凸面，第二侧面为凹面；
所述光学系统使得从该激光光束以平行光束出射于该第四透镜。
2.如权利要求1所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，所述第一透镜、第二透镜均为H-ZLAF75A玻璃制造；
所述第三透镜、第四透镜均为H-QK3L玻璃制造。
3.如权利要求1所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，满足：∣f3/f2∣<2.2；
f3为第三透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
4.如权利要求1或3所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，满足：∣f1/f2∣<1.25；
f1为第一透镜的焦距，f2为第二透镜的焦距。
5.如权利要求1所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，所述光学系统的慢轴视场不小于±10°，快轴视场不小于±30°。
6.如权利要求1所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，该准直镜为柱状镜或玻璃柱。
7.如权利要求6所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，该准直镜对应一个或多个激光发射器。
8.如权利要求1所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其特征在于，该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第二透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第一透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角；和/或
该第二透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角。
9.一种激光雷达，其特征在于，包括：
如权利要求1至8中任一项所述的光学系统；
透镜支撑架，包括发射支撑架以及接收支撑架，该光学系统设置于该发射支撑架；
该第四透镜比该接收支撑架的入射透镜远离发射单元的发射方向。
10.如权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，
该第一透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第二透镜的主光轴与第三透镜的主光轴夹90度角；
该第一透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角；和/或
该第二透镜的主光轴与第四透镜的主光轴夹90度角。
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