[实用新型]激光雷达收发集成装置

说明书

技术领域：

本实用新型涉及激光雷达，尤其涉及激光雷达的接收与发射。

背景技术：

在激光雷达接收与发射的装置中，接收光学口径越大，所接收到的光信号越强，接收光学的焦距越短，在相同口径下体积就越小。常用的接收望远镜有凸透镜折射式、凹面镜反射式、卡塞格林折反式等多种形式，在相同接收口径下，卡塞格林折反式望远镜的长度较短、体积较小。由于便携式设备、弹载和星载等系统中，空间体积有限或空间资源珍贵，即便卡塞格林折反式接收发射装置还是显得太大；且卡塞格林折反式接收发射装置是由多个光学元件组成，对部件精度要求高，装配和调试难度大，机械稳定性易受环境影响。因此，目前需要一种在相同接收口径下体积更小、结构更简单、机械强度更大、受环境影响更小的激光雷达收发装置。

发明内容：

本实用新型的目的是：提供一种激光雷达收发集成装置。该装置的高焦比集光器采用一整块光学材料，使接收到的信号光经一次折射与两次反射，汇聚成很小的光斑，口径与焦距之比(即焦比)大，且激光发射组件与光学接收组件集成一体。优点在于，在相同接收口径下体积小，安装简单，机械强度高，性能稳定、调试方便。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

(1)激光雷达收发集成装置由激光发射组件和光学接收组件组成。

光学接收组件由高焦比集光器和光电探测器组成，用以接收激光雷达的回波光信号，并转换为电信号。高焦比集光器的基材是一BK7材料的双凸透镜，双凸透镜的背光面称为第二光学面，在第二光学面上除中心区域外镀反光膜MIRROR，其不镀膜的面积为光电探测器光敏面的面积；从基材一侧看第二光学面上的反光膜，呈一凹面镜；双凸透镜的向光面称为第一光学面，在第一光学面的中心磨一小凹面，小凹面称为第三光学面，第三光学面上镀反光膜MIRROR，从基材一侧看第三光学面上的反光膜，呈一凸面镜。

采用ZEMAX软件，高焦比集光器的光学结构参数如下表：

上表列出了各个光学面与镀膜的面型(Surf：Type)、曲率半径(Radius)、光学厚度(Thickness)、材料类型(Glass)、口径半径(Semi-Diameter)和二次曲面(Conic)参数，根据这些参数即可得到高焦比集光器每个光学面和每个镀膜面的曲面，以及各曲面之间的相互关系，由此可以加工出高焦比集光器。

光电探测器安装在第二光学面的中心区域，其光敏面正对未镀膜处。

激光发射组件由激光器和准直透镜组成，用以发射激光雷达信号。在第三光学面所形成的凹面中安装激光器，在激光器的前面安装准直透镜，两者距离为准直透镜的一倍焦距，准直透镜将激光束整形为发散度很小的光束。

激光器、准直透镜、高焦比集光器和光电探测器光轴重合。

(2)工作原理

激光雷达的电信号通过导线驱动激光器发射激光，发射的激光由准直透镜整形向目标发射；经目标散射后，回波光信号返回到高焦比集光器，回波光信号先经第一光学面折射，产生一定程度的汇聚，然后照射到第二光学面的反光膜上，对折射光产生第一次反射并进一步汇聚，第一次反射光照射到第三光学面后，产生第二次反射，第二次反射光汇聚到光电探测器的光敏面上，光电探测器将接收到的回波光信号转换成电信号，由此实现了激光雷达信号的发射与接收。

本实用新型的优点是：光学接收组件采用一整块光学材料，使接收到的信号光经一次折射与两次反射，汇聚成很小的光斑，口径与焦距之比大，使得在相同接收口径下体积减小；且由于收发组件一体化集成，使得安装简单，性能稳定，调试方便。

附图说明：

图1是激光雷达收发集成装置结构示意图。

其中：1激光器，2准直透镜，3高焦比集光器，4光电探测器，5小孔，11导线，31第一光学面，32第二光学面，33第三光学面。

图2是高焦比集光器的光路追迹图。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明作进一步的说明。

由图1可知，激光雷达收发集成装置由激光发射组件和光学接收组件组成。