一种紧凑型激光雷达光学系统的制作方法

1.本实用新型涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种紧凑型激光雷达光学系统。


背景技术：

2.目前主流的激光雷达采用傍轴光学系统与共轴光学系统。傍轴光学系统如图1所示——发射光学系统与接收光学系统光轴不共轴。共轴激光雷达如图2所示——发射光学系统与接收光学系统共轴。在实际工程中，针对以下两种结构形式设计的激光雷达系统体积尺寸较大，也不利于模块化进行调试。
3.傍轴型激光雷达光学系统，发射光学系统在接收光学系统旁边。为批量生产，一般发射光学系统为单独的镜头，接收光学系统作为主体结构件，将发射光学镜头固定在主体结构件上。因而，体积尺寸相比共轴激光雷达系统而言，体积尺寸较大。同时，需要重点关注镜头与主体结构的应力及热变型，以免光轴发生了飘移，而使得光轴不平行，导致激光雷达的测量距离变短。一般在紧凑型激光雷达系统中不采用此种方案。
4.而采用传统的采用打孔的45度(或其它角度)的反射镜，使发射光学系统与接收光学系统共轴，可减小系统一部分体积。如图2示但转折后会使得接收光学系统与发射光轴垂直，使得在垂直方向的尺寸会有所增加。尤其是一些大口径，长焦距的激光雷达系统，凸出的尺寸更为明显。


技术实现要素：

5.本实用新型针对现有技术中存在的技术问题，提供一种紧凑型激光雷达光学系统，发射与接收共轴、体积小、易于模块化、易于装配调试(发射与接收在同一平台上完成调试)、稳定性高等特点。
6.本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
7.一种紧凑型激光雷达光学系统，包括固定座以及安装在固定座上的激光光源、聚光镜、光电探测器、与所述聚光镜同轴嵌套设置的固定镜筒；所述固定镜筒内倾斜设置发射转折镜；
8.所述激光光源的出射光照射到所述发射转折镜上，经过发射转折镜反射后，从固定镜筒的一端出射，形成激光雷达出射光路；
9.激光雷达的入射光从聚光镜的凸面入射，经过聚光镜折射后照射在所述光电探测器上，形成激光雷达的入射光路。
10.进一步的，还包括折叠反射镜和接收反射镜；所述折叠反射镜固定安装在所述固定座上，与激光雷达的出射光和入射光光路共轴，用于反射经聚光镜折射后的入射光；所述接收反射镜安装在所述固定镜筒靠近所述折叠反射镜的一端；
11.激光雷达的入射光从所述聚光镜的凸面入射，经过聚光镜折射后照射在所述折射反射镜上，然后反射至所述接收反射镜上，再由所述接收反射镜将入射光反射到所述光电探测器上，形成激光雷达的入射光路。
12.进一步的，所述射转折镜和所述接收反射镜平行设置。
13.进一步的，所述反射转折镜和所述接收反射镜为同一镜体的正反两面。
14.进一步的，所述聚光镜为平凸透镜，其凸面焦点位于激光雷达的出射光光路上。
15.进一步的，所述固定镜筒内还设有准直镜，所述准直镜与激光雷达的出射光光路共轴，用于对所述发射转折镜反射的光线进行准直。
16.进一步的，所述激光光源激光二极管光纤激光器。
17.进一步的，所述光电探测器采用雪崩二极管或光电二极管或硅光电倍增管。
18.本实用新型的有益效果是：紧凑型激光雷达光学系统其发射光路与接收光路共轴，总的体积尺寸基本与聚光镜口径相当。同时，将发射光学系统的准直镜与固定筒安装在聚光镜上，免去了发射系统的结构安装。并且，通过转折镜将发射光路进行转折，使得激光光源位于聚光镜光路旁边，后期可直接安装在聚光镜的固定座上。再者，聚光镜聚集后的光线通过折叠反射镜进行折叠，将光线向前进行折叠使得反射到接收反射镜上，再次将聚光镜的焦点转折至聚光镜光路的旁边，可使得光电探测器也安装在聚光镜的固定座。采用此种结构的激光雷达光学系统结构极其紧凑。
附图说明
19.图1为傍轴激光雷达原理示意图；
20.图2为共轴激光雷达原理示意图；
21.图3为本实用新型实施例一提供的紧凑型激光雷达光学系统原理示意图；
22.图4为本实用新型实施例二提供的紧凑型激光雷达光学系统原理示意图。
23.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
24.1、激光光源，2、聚光镜，3、光电探测器，4、折叠反射镜，5、固定镜筒，6、准直镜，7、发射转折镜，8、接收反射镜。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
26.实施例1
27.如图3所示，本实施例提供一种紧凑型激光雷达光学系统，包括固定座以及安装在固定座上的激光光源1、聚光镜2、光电探测器3、折叠反射镜4、固定镜筒5；所述固定镜筒5内设置有准直镜6以及倾斜设置的发射转折镜7和接收反射镜8；
28.固定座在图3中未示出，在实际设计中，可以根据需要将固定座设计成框架型结构或筒状结构或其他便于安装的结构。
29.该激光雷达光学系统的出射光与入射光共轴。所述聚光镜2为平凸透镜，其凸面焦点位于激光雷达的出射光光路的反向延长线上。
30.所述折叠反射镜4固定安装在所述固定座上，与激光雷达的出射光和入射光光路共轴，用于反射经聚光镜2折射后的入射光；所述接收反射镜8安装在所述固定镜筒5靠近所述折叠反射镜4的一端；
31.所述固定镜筒5内还设有准直镜6，所述准直镜6与激光雷达的出射光光路共轴，用
于对所述发射转折镜7反射的光线进行准直。
32.所述激光光源的出射光照射到所述发射转折镜上，经过发射转折镜反射后，再经准直镜6准直后从固定镜筒5的一端出射，形成激光雷达出射光路。
33.激光雷达的入射光从所述聚光镜2的凸面入射，经过聚光镜2折射后照射在所述折射反射镜4上，然后反射至所述接收反射镜8上，再由所述接收反射镜8将入射光反射到所述光电探测器3上，形成激光雷达的入射光路。
34.优选的，所述射转折镜和所述接收反射镜平行设置。
35.优选的，为了更进一步简化该光学系统的空间结构，所述反射转折镜7和所述接收反射镜8可以设计为同一镜体的正反两面。
36.进一步的，激光光源1可以为激光二极管(ld)光纤激光器或其它激光器，对其更换均示为同一方案。
37.进一步的，光电探测器3可以是雪崩二极管(apd)、光电二极管pin-pd、硅光电倍增管(mppc或sipd)。
38.本实用新型实施例所提供的激光雷达光学系统具有以下优点：
39.a.体积尺寸小、结构紧凑
40.采用共轴光学系统，发射光路采用发射反射镜转折，使得激光光源位于聚光镜光路旁边，可以将光源安装在聚光镜的固定座上。同理，接收光路采用两次转折，一方面缩短了轴向尺寸，另一方面也可将光电探测器安装在聚光镜座上。因而，无需再设计激光光源的安装结构零件，也无需光电探测器安装零件，全部安装在聚光镜的固定座上，浑然一体。
41.b.模块化
42.采用此种模块化设计，发射光学系统与接收光学系统在同一个零件上，在实际工程中，可直接在一个调试平台上，将发射光路与接收光路调同轴，同时将焦点位置调好，易于批量生产。
43.c.稳定性高
44.发射与接收光学系统，通过合理的光路布局后，安装在同一个零件上，高低温、应力变形小，使得产品的稳定性得到提高。
45.d.易于调试
46.对于接收光路的调试，可采用调节折叠反射镜的前后移动来实现，可使得接收光路调节更简单。
47.实施例2
48.对于一些激光雷达系统，若聚光镜的焦距较短，则可以对实施例1所提供的光学系统进行进一步简化，可以同时省去折叠反射镜4和接收反射镜8，将光电探测器3直接设置在聚光镜2的焦点上，如图4所示。
49.在本实施例中，激光雷达的入射光从聚光镜2的凸面入射，经过聚光镜2折射后照射在所述光电探测器上，形成激光雷达的入射光路。
50.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。