一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达技术方案

本发明专利技术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：远心透镜组，该远心透镜组沿激光发射方向包括：第一透镜，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；第二透镜，其第一侧面为凸面，第二侧面为凸面；激光发射器阵列，其中，4＜f1/L＜6；f1为该第一透镜焦距，L为该激光发射器阵列相距该第一透镜的距离。本发明专利技术提高了发射光学系统的能量利用效率。使得激光发射器阵列发出的激光信号高效率的进入远心透镜组，避免能量浪费，并可对激光信号光束进行高度方向进行精确限制，以满足在应用场景中的特定需求。对发射信号进行聚焦，以提升出射信号的强度。以提升出射信号的强度。以提升出射信号的强度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达发射单元的光学系统及激光雷达


[0001]本专利技术涉及基于光电探测的激光雷达
，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。

技术介绍

[0002]激光雷达由于其高精度、高分辨率等测量优势已被广泛应用于各个领域。特别是在自动驾驶汽车领域，无论是标定、测试还是实际场景应用，激光雷达作为核心传感器都是必不可少的。
[0003]光学系统是激光雷达的重要组成部分，为了提高激光雷达的测距等方面的表现，需要对发射单元所发出激光信号的能量进行高效利用，特别是通过在光学系统中进行合理的设计，以避免激光信号能量的浪费。
[0004]通常发射单元中设置有激光器阵列10，每个激光器的发射光束都存在发散角θ1，如图1所示，此时可见边缘的激光器的部分发射光束A并未进入透镜20，存在能量的浪费。如欲透镜能够接收激光器的全部能量，则需要透镜具有较大的口径，但这会增加光学设计及加工的难度。
[0005]现有技术中，曲面激光器阵列23也能够解决边缘激光器的发射光束能量利用率低的问题，如图2所示，边缘激光器的发射光束向透镜中心投射，以充分利用透镜22的口径，对发射光束能量利用率高，每个激光器的发散角θ1均可进入透镜20，但此工艺较为复杂，成本较高。
[0006]另外，目前激光雷达的光学系统设计，通常包括三到四个具有屈光度的透镜，各个透镜的参数不同，种类各异，数量大成本高，在制造与批产中透镜组占据激光雷达的成本就很高。
[0007]故而，本领域的技术人员亟待解决的问题在于，提升光学系统中的能量高效利用，同时降低成本。

技术实现思路

[0008]本专利技术解决的技术问题在于，提供基于激光雷达发射单元的光学系统，以提高发射光学系统中的能量高效利用。
[0009]更进一步的，使得更多激光信号进入远心透镜组。
[0010]更进一步的，对发射信号进行聚焦，以提升出射信号的能量。
[0011]更进一步的，在实现光学性能需求的同时，减少透镜数量，降低制造成本。
[0012]本专利技术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：
[0013]远心透镜组，该远心透镜组沿激光发射方向包括：
[0014]第一透镜，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；
[0015]第二透镜，其第一侧面为凸面，第二侧面为凸面；
[0016]激光发射器阵列，其中，4＜f1/L＜6；
[0017]f1为该第一透镜焦距，L为该激光发射器阵列相距该第一透镜的距离。
[0018]所述的基于激光雷达发射单元的光学系统，其中1.0<(H+D)/D
’
<1.4
[0019]D
’
为该远心透镜组的通光口径，D为该远心透镜组的入瞳直径，H为该激光发射器阵列的高度。
[0020]该激光发射器阵列包括VCSEL激光器。
[0021]所述远心透镜组的F数为F/#，满足1.75≤F/#≤2.9。
[0022]所述远心透镜组焦距f与所述第一透镜的焦距f1、所述第二透镜的焦距f2分别满足：1.6＜f1/f＜2.0；1.2＜f2/f＜1.5；0.6＜f2/f1＜0.9。
[0023]该光学系统还包括：
[0024]扫描镜，该激光发射器阵列相距该扫描镜的镜面的距离R使得该激光发射器阵列中不同位置的激光器发出的激光信号均聚焦在该扫描镜上，以避免光通量损失；
[0025]R>1.1*f，f为该远心透镜组焦距。
[0026]1.5<R/(L+L
’
)<2.5，其中L
’
为第二透镜至扫描镜的镜面的距离。
[0027]所述远心透镜组的入瞳直径在25mm
‑
35mm之间，所述远心透镜系统的焦距f在55mm
‑
100mm之间,所述远心透镜组的垂直视场不小于30
°
。
[0028]0.45<S/f<0.65；
[0029]S为所述第一透镜、第二透镜之间的距离。
[0030]本专利技术还公开了一种激光雷达，包括所述的基于激光雷达发射单元的光学系统。
[0031]本专利技术提供基于激光雷达发射单元的光学系统，以提高发射光学系统的能量利用效率。
[0032]本专利技术使得激光发射器阵列发出的激光信号高效率的进入远心透镜组，避免能量浪费，并可对激光信号光束进行高度方向进行精确限制，以满足在应用场景中的特定需求。同时，对发射信号进行聚焦，以提升出射信号的强度。
[0033]本专利技术采用较少的透镜(2片)，缩短了光学总长，同时根据合理的距离配置，提升了光学系统的适配性，使得光学系统具有较大的排布灵活性，有助于进一步压缩激光雷达的设备整体体积，并降低了制造成本。
附图说明
[0034]图1所示为现有技术的基于激光雷达发射单元的光学系统的示意图；
[0035]图2所示为现有技术的基于激光雷达发射单元的光学系统的光路示意图；
[0036]图3所示为本专利技术的基于激光雷达发射单元的光学系统的示意图；
[0037]图4所示为本专利技术的基于激光雷达发射单元的光学系统的光路示意图。
具体实施方式
[0038]以下结合具体实施例描述本专利技术的技术方案的实现过程，不作为对本专利技术的限制。
[0039]为了提高光学系统的能量利用效率，本专利技术提供了一种基于激光雷达发射单元的光学系统，以使得光学系统中的能量高效利用。
[0040]另外，本专利技术对发射信号进行聚焦，以提升出射信号的能量。
[0041]如图3所示为本专利技术的基于激光雷达发射单元的光学系统的示意图。
[0042]该光学系统包括：激光发射器阵列10以及远心透镜组20。
[0043]该激光发射器阵列10由VCSEL激光器组成。各个VCSEL激光器设置在同一承载平面上，出光方向(主光线)相同且垂直该承载平面，也可参考图1。
[0044]该远心透镜组20沿激光发射方向包括两个透镜。
[0045]第一透镜201，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；
[0046]第二透镜202，其第一侧面为凸面，第二侧面为凸面。VCSEL激光器的全角发散角例如为20
°
，在排布成阵列时，发光面积较大且叠加发散角。
[0047]为了提高激光发射器阵列10所发出的激光的能量利用效率，本专利技术分别在透镜组的配置以及透镜组与光源的相对关系方面着手进行优化，以降低能量浪费。
[0048]本专利技术的透镜组选用远心透镜组。远心透镜是指主光线在物空间和/或像空间为平行的透镜。远心透镜具有放大性能恒定以及成像透视图不变的优点。
[0049]通过选用远心透镜组,使得收入远心透镜组的光线在传输过程中能够保证远心透镜组的全视场的激光能量均能够充分出射，保证传输中的能量利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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：远心透镜组，该远心透镜组沿激光发射方向包括：第一透镜，其第一侧面为凹面，第二侧面为凸面；第二透镜，其第一侧面为凸面，第二侧面为凸面；激光发射器阵列，其中，4＜f1/L＜6；f1为该第一透镜焦距，L为该激光发射器阵列相对该第一透镜的距离。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，1.0<(H+D)/D
’
<1.4其中，D
’
为该远心透镜组的通光口径，D为该远心透镜组的入瞳直径，H为该激光发射器阵列的高度。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，该激光发射器阵列包括VCSEL激光器。4.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，所述远心透镜组的F数为F/#，满足1.75≤F/#≤2.9。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，所述远心透镜组焦距f与所述第一透镜的焦距f1、所述第二透镜的焦距f2分别满足：1.6＜f1/f＜2.0；1.2＜f2/f＜1.5；0.6＜f2/f1＜0.9。6.如权利要求3所述的基于激光雷...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵稳立，
申请(专利权)人：北京北科天绘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：