[发明专利]透光窗口及激光雷达

说明书

本发明适用于激光雷达装置技术领域，提供了一种透光窗口及激光雷达。透光窗口，内部构设有至少一端开口的空腔结构，包括光束出射部及光束探测部。光束出射部包括用于供激光光源的出射光线自所述空腔结构内射出且等厚度设置的第一曲面壳体，所述第一曲面壳体的内曲面由第一曲线围绕回转轴回转而成；所述第一曲线上各点的曲率不为零。光束探测部用于供反射光线射入空腔结构，与光束出射部相连。本发明提供的透光窗口，使得第一曲面壳体对各方向出射的准直光束具有一定的折射聚合作用，提高出射光能量密度，进而提高设有该透光窗口的激光雷达的测距效果。

技术领域

本发明属于激光雷达装置技术领域，更具体地说，是涉及一种透光窗口及激光雷达。

背景技术

机械扫描激光雷达通过旋转反射扫描机构来改变光束探测方向从而实现激光的扫描探测，其具有技术成熟、扫描探测角度大、可靠性高等优点，被广泛应用于工业、激光雷达、智能机器人等领域。

激光雷达透光窗口，即透光罩，作为激光雷达装置的保护罩，具有防尘、防水等作用，其用于保护雷达内部的光机电器件正常工作，是不可或缺的重要部件。机械扫描激光雷达的透光窗口大多为圆柱筒形，透光窗口具有一定折射率，并且只在水平方向具有曲率，在使用过程中相当于弯月柱透镜。工作时，准直激光光束经旋转反射装置反射，穿透透光窗口形成探测光束。

申请人发现，目前激光雷达的光源多为边发射激光二极管，其快慢轴发散角相差较大，经过准直透镜组后光束快慢轴两方向尺寸相差较大，光束再经旋转反射装置反射，从反射点以不同角度打到透光窗口上，再经过单向曲率的透光窗口折射后会导致穿过透光窗口激光光束发散。发散的激光光束会降低光束能量密度，降低接收有效视场角接收光束能量，从而影响雷达测距。

目前一般通过减小准直透镜的孔径(降低不同方向通过透光窗口光束尺寸差)或降低透光外罩折射率、减小外罩厚度的方式来降低透光窗口对光束的影响。但是前者在相同的数值孔径下，减小透镜缝孔径，焦距也会相应变短，这会导致准直后光束残余发散角变大，继而导致光束尺寸超出接收视场角范围，而且采用小口径长焦距透镜，透过准直透镜组光束能量会变低，从而影响测距。降低透光外罩折射率、减小外罩厚度的方式由于材料、工艺以及使用场景限制，改善效果有限。

发明内容

本发明的目的在于提供一种透光窗口，旨在解决或者至少在一定程度上改善现有激光雷达存在的因激光光束发散而影响雷达测距的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种透光窗口，内部构设有至少一端开口的空腔结构，包括：

光束出射部，包括用于供激光雷达的出射光自所述空腔结构内射出且等厚度设置的第一曲面壳体，所述第一曲面壳体的外曲面为常高斯曲率曲面；以及

光束探测部，用于供反射光线射入所述空腔结构，与所述光束出射部相连。

进一步地，所述第一曲面壳体的外曲面具有主曲率k₁和主曲率k₂，所述主曲率k₁与所述主曲率k₂的比值小于等于1且大于等于0.8。

进一步地，所述第一曲面壳体为球面壳体或部分球面壳体。

进一步地，所述光束探测部包括等厚度设置的第二曲面壳体，所述第二曲面壳体与所述第一曲面壳体相连，所述第二曲面壳体为圆柱筒形壳体结构或部分圆柱筒形壳体结构。

进一步地，所述光束探测部包括等厚度设置的第二曲面壳体，所述第二曲面壳体与所述第一曲面壳体相连，所述第二曲面壳体的外曲面为常高斯曲率曲面，所述第二曲面壳体的外曲面具有主曲率k₃和主曲率k₄，所述主曲率k₃与所述主曲率k₄的比值小于等于1且大于等于0.8。