[发明专利]光学系统及激光雷达

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达测量领域，具体而言，涉及一种光学系统及激光雷达。

背景技术

目前，水下目标的探测手段主要采用声纳、水听器等水声探测系统。声纳探测系统一般安装在船上，不仅工作效率低，而且在充满暗礁与浅滩的海域，测量过程本身具有一定的危险性，甚至可能根本不能进行；且声纳机动性差，难以进行大面积搜索，往往采用“采样”工作方式。机载激光探测系统以扫描方式工作，扫描方向与飞行方向垂直，飞行时，海面上的探测点组成一个几百米宽的探测带，可以获得比声纳探测大得多的探测效率；探测密度远远高于传统的声纳系统，且可以随时调整探测密度。

激光雷达光学系统是激光雷达的“眼睛”，它是激光雷达极其关键，极其重要的部件。然而，现有的目前国内机载激光雷达光学系统实现激光水下目标探测主要采用卵形扫描方式。这种扫描方式的扫描激光在水面的扫描轨迹为卵形，此时扫描激光在水面的入射角随着扫描点的位置变化而变化，需要预先对扫描激光在水面上的各扫描足点的入射角进行标定，增大了激光雷达水下目标探测的工作量和后端计算的复杂度。此外，当激光发射频率恒定，匀速旋转的楔形反射镜扫描出的激光足迹光斑在卵形两头分布较密集，中间分布较稀疏。为得到等间隔的扫描，电楔形反射镜旋转电机的控制变得复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学系统及激光雷达，以有效地改善上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种光学系统，包括激光发射装置、反射装置、楔形镜、物镜组件、目镜组件和探测装置。所述激光发射装置发出的激光经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面。当所述楔形镜处于旋转状态时，入射到所述楔形镜的第一表面且由所述楔形镜的第二表面出射的激光随着所述楔形镜的旋转对目标进行圆形扫描。由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光经所述物镜组件、所述目镜组件入射到所述探测装置。

进一步的，上述光学系统中，经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面的激光的光轴与由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光的光轴重合。

进一步的，上述反射装置包括第一反射镜，所述第一反射镜设置于所述楔形镜的第一表面和所述物镜组件之间。

进一步的，上述反射装置还包括第二反射镜，所述激光发射装置发出的激光入射到所述第二反射镜，经所述第二反射镜反射到所述第一反射镜，经所述第一反射镜反射后入射到所述楔形镜的第一表面。

进一步的，上述反射装置设置有光通道，所述激光发射装置发出的激光经所述光通道入射到所述楔形镜的第一表面，透过所述第一表面且由所述楔形镜的第二表面出射的激光入射到目标，由所述目标反射并透过所述楔形镜的激光经所述反射装置反射至所述物镜组件。

进一步的，上述探测装置包括分束器、第一光电探测器和第二光电探测器，从所述目镜组件出射的激光经所述分束器分束为第一探测光和第二探测光，所述第一探测光入射到所述第一光电探测器、被所述第一光电探测器接收，所述第二探测光入射到所述第二光电探测器、被所述第二光电探测器接收，其中，所述第一探测光的能量小于所述第二探测光的能量。采用双通道检测，有效地实现了高动态范围测量。

进一步的，上述光学系统还包括第一偏振控制器和第二偏振控制器。所述激光发射装置发出的激光入射到所述第一偏振控制器，经所述第一偏振控制器的偏振态编码处理后，入射到所述反射装置，经所述反射装置反射后入射到所述楔形镜的第一表面。由所述目镜组件出射的激光经所述第二偏振控制器检偏后进入所述探测装置。通过对光束的偏振态进行控制，有利于提高系统的信噪比。

进一步的，上述光学系统还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设置于所述目镜组件与所述探测装置之间的光路中，用于滤除激光以外的杂散光。由于窄带滤光片的峰值波长与激光的入射角度相关，由所述目镜组件出射后入射到所述窄带滤光片的激光的入射方向平行于所述窄带滤光片的法线方向，有利于避免窄带滤光片的峰值波长发生偏移，影响滤波效果。

进一步的，上述光学系统还包括视场光阑，所述物镜组件的像方焦点与所述目镜组件的像方焦点重合，所述视场光阑设置于所述物镜组件的像面处。

另一方面，本发明实施例还提供给了一种激光雷达，该激光雷达包括上述的光学系统。