[发明专利]基于多视场合束镜的激光雷达光学装置及激光雷达系统

说明书

本发明提供了一种基于多视场合束镜的激光雷达光学装置及激光雷达系统，所述装置包括前镜组、多视场合束镜、矫正镜组和光电探测器；前镜组用于将经由被测物反射的不同视场的光导入多视场合束镜；多视场合束镜用于将前镜组汇聚的不同视场的反射光汇入矫正镜组；矫正镜组用于将不同视场的反射光矫正像差后汇聚于光电探测器；光电探测器用于将光信号转化为电信号。本发明相比于现有大视场激光雷达光学装置，使用了多视场合束镜，将较大探测区域分视场接收，降低了系统设计难度，提高了系统探测能力，减小了原器件数量，降低了成本，缩小了尺寸。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种基于多视场合束镜的激光雷达光学装置及激光雷达系统。

背景技术

随着无人驾驶、高精地图测绘、辅助驾驶、机器人视觉技术的不断发展，测距能力强、大扫描视场、小体积、低成本的激光雷达的需求不断增加，对光学系统设计领域和相关配合领域，如半导体工艺，信号处理领域，精密加工等领域都提出了新的要求和挑战。激光雷达对于其核心光学系统的设计成本、实现成本、系统稳定性、空间尺寸及核心光电器件成本都提出了严格的要求。系统稳定性高度会影响到使用安全，体积过于庞大不利于集成使用，成本过高也不利于激光雷达的民用化推广。降低光学系统的设计难度，采用通用光电探测器在一定程度上能够提高系统稳定性，减小空间尺寸，同时也能够降低激光雷达的成本。

然而，目前常用的大视场光学雷达系统在保证空间尺寸的同时不能够兼顾简化光学系统设计，并通常会使用特殊的光电传感器，这些因素会导致系统稳定性降低，同时增加了激光雷达的成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于多视场合束镜的激光雷达光学装置及激光雷达系统，本发明在保证测距能力的同时简化了大视场光学系统的设计，并通过使用通用的光电探测器降低激光雷达系统的成本。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种基于多视场合束镜的激光雷达光学装置，包括激光发射单元、扫描单元和控制单元，还包括：前镜组、多视场合束镜、矫正镜组和光电探测器；

所述激光发射单元，用于发射整形后的调制激光光束；

所述扫描单元，用于将所述激光发射单元发射的激光光束进行偏转，实现对被测物的扫描；

所述控制单元，用于控制所述扫描单元的扫描形态，使所述扫描单元能够在一维或二维方向完成对发射光束的偏转；

所述前镜组，用于将经由所述被测物反射的不同视场的光导入所述多视场合束镜；

所述多视场合束镜，用于将所述前镜组汇聚的不同视场的反射光汇入所述矫正镜组；

所述矫正镜组，用于将不同视场的反射光矫正像差后汇聚于所述光电探测器；

所述光电探测器，用于将所述矫正镜组汇聚的光信号转化为电信号。

进一步地，所述前镜组至少包括两组汇聚镜组，不同汇聚镜组主光轴之间成预设角度，不同汇聚镜组用于接收不同视场方向上被测物反射的反射光束，并将反射光束导入所述多视场合束镜。

进一步地，所述汇聚镜组至少包括一片自由曲面透镜或球面镜，用于将经由所述被测物反射的光导入所述多视场合束镜。

进一步地，所述多视场合束镜至少包括两条合束路径，通过反射原理将所述前镜组汇聚的不同视场的反射光进行合束。

进一步地，所述矫正镜组至少包括一片自由曲面透镜或球面镜，用于将所述多视场合束镜导入的不同视场的反射光矫正像差后汇聚于所述光电探测器。

进一步地，所述前镜组、所述多视场合束镜以及所述矫正镜组由对近红外透过率高于90％的材料加工而成。