CN109188401A - 激光雷达光学***及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例中公开了一种激光雷达光学***及激光雷达，所述***包括：发射端光学单元，用于准直出射激光；发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。本发明实施例中，在发射端设置了光学校正单元，能减小激光雷达外壳对出射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。

Description

激光雷达光学***及激光雷达
技术领域
本发明涉及检测领域，特别涉及一种激光雷达光学***及激光雷达。
背景技术
激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达***，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
旋转式多线激光雷达是激光雷达的一种，其外罩多数采用圆柱或圆锥筒形形状，其外表面准线半径大于内表面准线半径，等效于焦距为负值的柱面透镜，经过外罩的光会产生光学像散，导致激光雷达发射的激光水平方向发散角变大，从而使得接收激光光斑水平方向长度变大，降低激光雷达测距能力。
现有技术中，还没有一种有效的方法来校正上述误差。
发明内容
本发明实施例中提供了一种激光雷达光学***及激光雷达，能校正激光雷达因为外壳产生的误差。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
一方面，提供了一种激光雷达光学***，所述***包括：
发射端光学单元，用于准直出射激光；
发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；
其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。
可选的，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径的绝对值大于所述发射端柱透镜第二曲面的半径。
可选的，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径为无穷大。
可选的，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径为负值。
第二方面，提供了一种激光雷达光学***，所述***包括：
接收端光学单元，用于聚焦反射激光，所述反射激光是出射激光被反射后的激光；
接收端校正单元，包括至少包括至少一片接收端柱透镜，用于校正所述反射激光；
其中，所述接收端柱透镜的母线垂直于所述接收端柱透镜的准线，所述接收端柱透镜的准线平行于水平面，所述接收端柱透镜的对称轴与所述接收端光学单元的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述反射光线依次经过所述发射端柱透镜的第二曲面、发射端柱透镜的第一曲面、接收端光学单元。
可选的，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径的绝对值大于所述接收端柱透镜第二曲面的半径。
可选的，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为无穷大。
可选的，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为负值。
第三方面，提供了一种激光雷达光学***，所述***包括如上任一项所述的激光雷达光学***，还包括如上任一项所述的激光雷达光学***。
第四方面，提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括如上任一项所述的激光雷达光学***。
本发明的实施例中公开了一种激光雷达光学***及激光雷达，所述***包括：发射端光学单元，用于准直出射激光；发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。本发明实施例中，在发射端设置了光学校正单元，能减小激光雷达外壳对出射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本发明实施例的激光雷达光学***的示意图；
图2所示为本发明实施例的发射端柱透镜的示意图；
图3所示为本发明实施例的发射端柱透镜的示意图；
图4所示为本发明实施例的发射端柱透镜的示意图；
图5所示为不添加发射端柱透镜和添加发射端柱透镜之后光斑的对比示意图；
图6所示为本发明实施例的激光雷达的示意图。
具体实施方式
本发明如下实施例提供了一种激光雷达光学***及激光雷达，能减小激光雷达外壳对出射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例的激光雷达光学***的示意图，如图1所示，所述***包括：
发射端光学单元110，用于准直出射激光；
发射端校正单元120，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；
其中，所述发射端柱透镜的母线121垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线122平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴123与所述发射端光学单元110的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。
图2、图3、图4所示为本发明实施例的发射端柱透镜的示意图，图2至图4所示的视角是垂直于水平面的。
如图2所示，发射端柱透镜包括两个曲面，第一曲面210的半径的绝对值大于所述发射端柱透镜第二曲面220的半径。图2所示的实施例中，该柱透镜两个曲面的半径都是正数，也可以称为双凸柱透镜。
图3所示的实施例中，所述发射端柱透镜的第一曲面310的半径为无穷大，第二曲面320的半径为正数。
无穷大半径的曲面即平面，所以图3所示的实施例中，发射端柱透镜第一曲面为平面，第二曲面是半径为正数的曲面，也可以称为平凸柱透镜。
图4所示的实施例中，所述发射端柱透镜的第一曲面410的半径为负值，第二曲面420的半径为正值。图4所示的实施例中的柱透镜也可以称为弯月柱透镜。
图5所示为不添加发射端柱透镜和添加发射端柱透镜之后光斑的对比示意图，图5(a)是未添加发射端柱透镜的光斑图，图5(b)是添加发射端柱透镜后的光斑图，经过对比可知，添加发射端柱透镜后，光斑的发散角有明显的改善。
本发明实施例给出了多种发射端柱透镜的实施方式，但不限于上述方式，其他结构的柱透镜也可能达到上述效果，在此不再赘述。
本发明的实施例中公开了一种激光雷达光学***，所述***包括：发射端光学单元，用于准直出射激光；发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。本发明实施例中，在发射端设置了光学校正单元，能减小激光雷达外壳对出射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。
本发明实施例中，还提供了一种激光雷达光学***，所述***包括：
接收端光学单元，用于聚焦反射激光，所述反射激光是出射激光被反射后的激光；
接收端校正单元，包括至少包括至少一片接收端柱透镜，用于校正所述反射激光；
其中，所述接收端柱透镜的母线垂直于所述接收端柱透镜的准线，所述接收端柱透镜的准线平行于水平面，所述接收端柱透镜的对称轴与所述接收端光学单元的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述反射光线依次经过所述发射端柱透镜的第二曲面、发射端柱透镜的第一曲面、接收端光学单元。
本发明实施例中，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径的绝对值大于所述接收端柱透镜第二曲面的半径。
本发明实施例中，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为无穷大。
本发明实施例中，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为负值。
本发明实施例中的是接收端柱透镜的结构、设置于发射端柱透镜是相同或相似的，在此不再赘述。
本发明实施例的激光雷达，出射激光出射时需要经过外壳，因此在接收端预先校正；反射激光被接收前也是要经过外壳的，外壳对反射激光一样有发散作用，因此在接收端对反射光进行校正，也可以减小激光雷达外壳对反射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。
本发明实施例中，发射端校正单元和接收端校正单元可以单独存在，即可以只在发射端设置发射端校正单元，也可以只在接收端设置接收端校正单元。在本发明的其他实施例中，还可以在发射端和接收端同时设置校正单元，从而对发射激光和反射激光同时进行校正，达到更好的测距效果。
本发明的实施例中，包括上述设置于发射端的激光雷达光学***，还包括上述甚至于接收端的激光雷达光学***。
本发明实施例还提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括上述激光雷达光学***。
图6所示为本发明实施例的激光雷达的示意图，图6所示的实施例中，激光雷达的接收端和发射端均设置了校正单元。在本发明其他实施例中，可以只在激光雷达的发射端设置发射端校正单元，也可以只在激光雷达的接收端设置接收端校正单元。
本发明的实施例中公开了一种激光雷达光学***及激光雷达，所述***包括：发射端光学单元，用于准直出射激光；发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。本发明的实施例中，可以只发射端设置校正单元，还可以只在接收端设置校正单元，或可以同时在发射端和接收端设置校正单元。本发明实施例能减小激光雷达外壳对出射激光的影响，从而提高激光雷达测距能力。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达光学***，其特征在于，所述***包括：
发射端光学单元，用于准直出射激光；
发射端校正单元，包括至少一片发射端柱透镜，用于校正所述出射激光；
其中，所述发射端柱透镜的母线垂直于所述发射端柱透镜的准线，所述发射端柱透镜的准线平行于水平面，所述发射端柱透镜的对称轴与所述发射端光学单元的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述出射光线依次经过所述发射端光学单元、发射端柱透镜的第一曲面、发射端柱透镜的第二曲面。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径的绝对值大于所述发射端柱透镜第二曲面的半径。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径为无穷大。
4.如权利要求2所述的***，其特征在于，所述发射端柱透镜的第一曲面的半径为负值。
5.一种激光雷达光学***，其特征在于，所述***包括：
接收端光学单元，用于聚焦反射激光，所述反射激光是出射激光被反射后的激光；
接收端校正单元，包括至少包括至少一片接收端柱透镜，用于校正所述反射激光；
其中，所述接收端柱透镜的母线垂直于所述接收端柱透镜的准线，所述接收端柱透镜的准线平行于水平面，所述接收端柱透镜的对称轴与所述接收端光学单元的光轴重合；
所述发射端柱透镜包括第一曲面和第二曲面，所述反射光线依次经过所述发射端柱透镜的第二曲面、发射端柱透镜的第一曲面、接收端光学单元。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径的绝对值大于所述接收端柱透镜第二曲面的半径。
7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为无穷大。
8.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述接收端柱透镜的第一曲面的半径为负值。
9.一种激光雷达光学***，其特征在于，所述***包括如权利要求1至4任一项所述的激光雷达光学***，还包括如权利要求5至8任一项所述的激光雷达光学***。
10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括所述权利要求1至9任一项所述的激光雷达光学***。
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