CN208705506U - 一种用于激光雷达的透镜组 - Google Patents
一种用于激光雷达的透镜组 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种用于激光雷达的透镜组，该透镜组包括：至少一个透镜，至少一个所述透镜具有入射面和出射面，所述入射面和所述出射面为凸面、凹面或非球面中的任一种；固定装置，用于固定至少一个所述透镜。本实用新型提供的用于激光雷达的透镜组，结构简单，易于装调，能够有效减小轴上和轴外像差，准直效果好，可实现激光雷达的精确探测。
Description
技术领域
本实用新型涉及透镜技术领域，特别涉及一种用于激光雷达的透镜组。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)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，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
发射和接收***是激光雷达的重要组成部分，通常情况下所需要的激光光束要有比较大的光束直径和小的发射角，而激光器发出的激光束直径一般在0.1mm到1.0mm之间，并且具有一定的发散角，不能直接满足实际的需求。
现有激光雷达通常采用单透镜对激光器输出光束进行准直，这种光束整形装置虽然结构简单、方便经济，但是像差大，准直度较低，大大影响了激光雷达的探测精度。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种用于激光雷达的透镜组。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种用于激光雷达的透镜组，包括：
至少一个透镜，至少一个所述透镜具有入射面和出射面，所述入射面和所述出射面为凸面、凹面或非球面中的任一种；
固定装置，用于固定至少一个所述透镜。
进一步地，该透镜组包括包括第一透镜、第二透镜和第三透镜，
所述第一透镜，具有相对设置的第一表面和第二表面，所述第一表面为朝向物侧的凸面，所述第二表面为非球面；
所述第二透镜，具有相对设置的第三表面和第四表面，所述第三表面上设有第一凹陷部，所述第四表面上设有第二凹陷部；
所述第三透镜，具有相对设置的第五表面和第六表面，所述第五表面为非球面，所述第六表面为远离物侧的凸面；
所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜沿着光轴方向从物侧依次排列。
进一步地，所述固定装置为镜筒，用于固定所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜。
进一步地，所述第一透镜、所述第二透镜和所述第三透镜的尺寸均相同；
所述第二透镜平行于光轴方向的最大厚度大于所述第三透镜平行于光轴方向的最大厚度，且所述第三透镜平行于光轴方向的最大厚度大于所述第一透镜平行于光轴方向的最大厚度。
进一步地，所述第一凹陷部的深度大于所述第二凹陷部的深度。
优选地，所述第一透镜为弯月形透镜，所述第二透镜为双凹形透镜，所述第三透镜为弯月形透镜。
进一步地，所述镜筒具有呈圆筒状的筒部，所述筒部在中心形成有通孔；所述镜筒还具有侧框部，所述侧框部上设有多个台阶。
进一步地，所述侧框部上设有第一台阶、第二台阶和第三台阶，其中，所述第一台阶，包括第一台阶侧面和与所述第一台阶侧面交错的第一台阶面；所述第二台阶，包括第二台阶侧面和与所述第二台阶侧面交错的第二台阶面；所述第三台阶，包括第三台阶侧面和与所述第三台阶侧面交错的第三台阶面。
进一步地，所述第一台阶面的宽度大于所述第三台阶面的宽度，且小于所述第二台阶面的宽度。
进一步地，所述第一台阶面、所述第二台阶面和所述第三台阶面上分别设有第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽；所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均为环形，且所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽的深度均相同。
进一步地，所述第一透镜的外缘设有与所述第一凹槽形状相匹配的第一凸起；所述第二透镜的外缘设有与所述第二凹槽形状相匹配的第二凸起；所述第三透镜的外缘设有与所述第三凹槽形状相匹配的第三凸起。
优选地，第一透镜、第二透镜和第三透镜均采用光学玻璃制成。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型提供的用于激光雷达的透镜组，结构简单，易于装调，能够有效减小轴上和轴外像差，准直效果好，可实现激光雷达的精确探测。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，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它附图。
图1是本实用新型实施例提供的用于激光雷达的透镜组的主视图；
图2是本实用新型实施例提供的用于激光雷达的透镜组的俯视图；
图3是本实用新型实施例提供的用于激光雷达的透镜组的右视图；
图4是图2的A-A剖面图；
图5是图3的B-B剖面图；
图6是本实用新型实施例一提供的镜筒的一个角度的立体示意图；
图7是本实用新型实施例一提供的镜筒的另一个角度的立体示意图；
图8是本实用新型实施例二提供的镜筒的立体示意图；
图中：1-第一透镜，11-第一表面，12-第二表面，13-第二侧面，2-第二透镜，21-第三表面，211-第一凹陷部，22-第四表面，221-第二凹陷部，23-第四侧面，3-第三透镜，31-第五表面，32-第六表面，33-第六侧面，4-镜筒，41-筒部，411-第一铆接孔，412-第二铆接孔，413-第三铆接孔，42-侧框部，421-第一台阶，4211-第一台阶侧面，4212-第一台阶面，4213-第一凹槽，422-第二台阶，4221-第二台阶侧面，4222-第二台阶面，4223-第二凹槽，423-第三台阶，4231-第三台阶侧面，4232-第三台阶面，4233-第三凹槽。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例提供了一种用于激光雷达的透镜组，该透镜组可以用作激光雷达中的发射镜组或接收镜组。本实施例提供的用于激光雷达的透镜组包括至少一个透镜，优选地，如图1-图5所示，该透镜组包括沿光轴方向从物侧开始依次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。所述第一透镜1为弯月形透镜，其具有相对设置的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11为朝向物侧的凸面，所述第二表面12为非球面；所述第二透镜2为双凹形透镜，其具有相对设置的第三表面21和第四表面22，所述第三表面21上设有第一凹陷部211，所述第四表面22上设有第二凹陷部221；所述第三透镜3为弯月形透镜，其具有相对设置的第五表面31和第六表面32，所述第五表面31为非球面，所述第六表面32为远离物侧的凸面。所述第一透镜1的折射率介于1.5-1.7之间，优选为1.7。所述第二透镜2的折射系数介于1.64到1.87之间，优选为1.64。所述第三透镜3的折射率介于1.5-1.7之间，优选为1.57。
优选地，所述第二透镜2与所述第一透镜1及所述第三透镜3的尺寸均相同；所述第二透镜2平行于光轴方向的最大厚度大于所述第三透镜3平行于光轴方向的最大厚度，且所述第三透镜3平行于光轴方向的最大厚度大于所述第一透镜1平行于光轴方向的最大厚度。优选地，所述第一凹陷部211和第二凹陷部221的最大宽度与所述第二透镜2的最大尺寸之比在0.8到0.95的范围内；所述第一凹陷部211的深度大于所述第二凹陷部221的深度。
进一步地，第一透镜1还具有第一侧面和第二侧面13。所述第一侧面构成第一透镜1的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第一侧面可以用于第一透镜1的径向定位。所述第二侧面13是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。所述第二透镜2还具有第三侧面和第四侧面23。所述第三侧面构成第二透镜2的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第三侧面可以用于第二透镜2的径向定位。所述第四侧面23是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。所述第三透镜3还具有第五侧面和第六侧面33。所述第五侧面构成第三透镜3的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第五侧面可以用于第三透镜3的径向定位。所述第六侧面33是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。
优选地，所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3的材质可以采用适当的光学玻璃，以使得所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3不会由于热铆接而变形。所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3的制造方法可以采用机械加工或玻璃模制加工。
该透镜组还包括固定装置，优选地，如图1、图2、图3、图4和图6所示，该固定装置为镜筒4，所述镜筒4呈C形，其具有筒部41，所述筒部41呈圆筒状，在中心形成有通孔；以及侧框部42，所述侧框部42上设有多个台阶，在本实施例中，所述侧框部42具有第一台阶421、第二台阶422和第三台阶423。需要说明的是，本实施例仅为举例说明，但不限于此，在实际应用中，可以根据实际需求调整台阶的数量。具体地，所述第一台阶421包括第一台阶侧面4211和与所述第一台阶侧面4211交错的第一台阶面4212；所述第二台阶422包括第二台阶侧面4221和与所述第二台阶侧面4221交错的第二台阶面4222；第三台阶423包括第三台阶侧面4231和与所述第三台阶侧面4231交错的第三台阶面4232。其中，所述第一台阶面4212的宽度大于所述第三台阶面4232的宽度，且小于所述第二台阶面4222的宽度。所述第一台阶侧面4211的高度大于所述第二台阶侧面4221的高度，且小于所述第三台阶侧面4231的高度。所述第一台阶面4212、所述第二台阶面4222和所述第三台阶面4232上分别设有第一凹槽4213、第二凹槽4223和第三凹槽4233。优选地，所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233均为环形，且所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233的深度均相同。需要说明的是，所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233的宽度均可以根据实际需要来设置，优选地，所述第一凹槽4213的最大宽度与所述第一台阶面4212的最大宽度之比在1/4-1/3的范围内，所述第二凹槽4223的最大宽度与所述第二台阶面4222的最大宽度之比在1/5-1/3的范围内，所述第三凹槽4233的最大宽度与所述第三台阶面4232的最大宽度之比在1/3-1/2的范围内。
如图7所示，所述筒部41上设有第一铆接部、第二铆接部和第三铆接部。所述第一铆接部包括三个第一铆接孔411，通过热铆接装置对所述第一铆接部进行热铆接而形成第一铆接固定部，所述第一铆接固定部形成于所述第一凹槽4213内，由此能够固定所述第一透镜1。所述第二铆接部包括三个第二铆接孔412，通过热铆接装置对所述第二铆接部进行热铆接而形成第二铆接固定部，所述第二铆接固定部形成于所述第二凹槽4223内，由此能够固定所述第二透镜2。所述第三铆接部包括三个第三铆接孔413，通过热铆接装置对所述第三铆接部进行热铆接而形成第三铆接固定部，所述第三铆接固定部形成于所述第三凹槽4233内，由此能够固定所述第三透镜3。
优选地，可以通过模具对适当的热塑性树脂例如聚碳酸酯树脂、ABS树脂等进行成形来制造所述镜筒4。
本实施例提供的用于激光雷达的透镜组，结构简单，易于装调，能够有效减小轴上和轴外像差，准直效果好，可实现激光雷达的精确探测。
实施例二
本实施例提供了一种用于激光雷达的透镜组，该透镜组可以用作激光雷达中的发射镜组或接收镜组。本实施例提供的用于激光雷达的透镜组包括至少一个透镜，优选地，如图1-图5所示，该透镜组包括沿光轴方向从物侧开始依次排列的第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3。所述第一透镜1为弯月形透镜，其具有相对设置的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11为朝向物侧的凸面，所述第二表面12为非球面；所述第二透镜2为双凹形透镜，其具有相对设置的第三表面21和第四表面22，所述第三表面21上设有第一凹陷部211，所述第四表面22上设有第二凹陷部221；所述第三透镜3为弯月形透镜，其具有相对设置的第五表面31和第六表面32，所述第五表面31为非球面，所述第六表面32为远离物侧的凸面。所述第一透镜1的折射率介于1.5-1.7之间，优选为1.7。所述第二透镜2的折射系数介于1.64到1.87之间，优选为1.64。所述第三透镜3的折射率介于1.5-1.7之间，优选为1.57。
优选地，所述第二透镜2与所述第一透镜1及所述第三透镜3的尺寸均相同；所述第二透镜2平行于光轴方向的最大厚度大于所述第三透镜3平行于光轴方向的最大厚度，且所述第三透镜3平行于光轴方向的最大厚度大于所述第一透镜1平行于光轴方向的最大厚度。优选地，所述第一凹陷部211和第二凹陷部221的最大宽度与所述第二透镜2的最大尺寸之比在0.8到0.95的范围内；所述第一凹陷部211的深度大于所述第二凹陷部221的深度。
进一步地，第一透镜1还具有第一侧面和第二侧面13。所述第一侧面构成第一透镜1的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第一侧面可以用于第一透镜1的径向定位。所述第二侧面13是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。所述第二透镜2还具有第三侧面和第四侧面23。所述第三侧面构成第二透镜2的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第三侧面可以用于第二透镜2的径向定位。所述第四侧面23是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。所述第三透镜3还具有第五侧面和第六侧面33。所述第五侧面构成第三透镜3的基准外形，是部分圆筒面。该部分圆筒面以与光轴同轴的方式高精度地形成。因此，所述第五侧面可以用于第三透镜3的径向定位。所述第六侧面33是与光轴平行的平面，其形状是为了避免在与其他部件组装时发生干扰等为目的而设置的。
优选地，所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3的材质可以采用适当的光学玻璃，以使得所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3不会由于热铆接而变形。所述第一透镜1、所述第二透镜2和所述第三透镜3的制造方法可以采用机械加工或玻璃模制加工。
该透镜组还包括固定装置，优选地，如图1、图2、图3、图4和图8所示，该固定装置为镜筒4，所述镜筒4呈C形，其具有筒部41，所述筒部41呈圆筒状，在中心形成有通孔；以及侧框部42，所述侧框部42上设有多个台阶，在本实施例中，所述侧框部42具有第一台阶421、第二台阶422和第三台阶423。需要说明的是，本实施例仅为举例说明，但不限于此，在实际应用中，可以根据实际需求调整台阶的数量。具体地，所述第一台阶421包括第一台阶侧面4211和与所述第一台阶侧面4211交错的第一台阶面4212；所述第二台阶422包括第二台阶侧面4221和与所述第二台阶侧面4221交错的第二台阶面4222；第三台阶423包括第三台阶侧面4231和与所述第三台阶侧面4231交错的第三台阶面4232。其中，所述第一台阶面4212的宽度大于所述第三台阶面4232的宽度，且小于所述第二台阶面4222的宽度。所述第一台阶侧面4211的高度大于所述第二台阶侧面4221的高度，且小于所述第三台阶侧面4231的高度。所述第一台阶面4212、所述第二台阶面4222和所述第三台阶面4232上分别设有第一凹槽4213、第二凹槽4223和第三凹槽4233。优选地，所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233均为环形，且所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233的深度均相同。需要说明的是，所述第一凹槽4213、所述第二凹槽4223和所述第三凹槽4233的宽度均可以根据实际需要来设置，优选地，所述第一凹槽4213的最大宽度与所述第一台阶面4212的最大宽度之比在1/4-1/3的范围内，所述第二凹槽4223的最大宽度与所述第二台阶面4222的最大宽度之比在1/5-1/3的范围内，所述第三凹槽4233的最大宽度与所述第三台阶面4232的最大宽度之比在1/3-1/2的范围内。
进一步地，所述第一透镜1的外缘设有与所述第一凹槽4213形状相匹配的第一凸起(图中未示出)，所述第一透镜1通过第一凸起卡入所述第一凹槽4213内，使所述第一透镜1与所述镜筒4组装成一体；所述第二透镜2的外缘设有与所述第二凹槽4223形状相匹配的第二凸起(图中未示出)，所述第二透镜2通过所述第二凸起卡入所述第二凹槽4223内，使所述第二透镜2与所述镜筒4组装成一体；所述第三透镜3的外缘设有与所述第三凹槽4233形状相匹配的第三凸起(图中未示出)，所述第三透镜3通过所述第三凸起卡入所述第三凹槽4233内，使所述第三透镜3与所述镜筒4组装成一体。
优选地，可以通过模具对适当的热塑性树脂例如聚碳酸酯树脂、ABS树脂等进行成形来制造该镜筒4。
本实施例提供的用于激光雷达的透镜组，结构简单，易于装调，能够有效减小轴上和轴外像差，准直效果好，可实现激光雷达的精确探测。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施例仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于激光雷达的透镜组，其特征在于，包括：
至少一个透镜，至少一个所述透镜具有入射面和出射面，所述入射面和所述出射面为凸面、凹面或非球面中的任一种；
固定装置，用于固定至少一个所述透镜。
2.根据权利要求1所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，包括第一透镜(1)、第二透镜(2)和第三透镜(3)，
所述第一透镜(1)，具有相对设置的第一表面(11)和第二表面(12)，所述第一表面(11)为朝向物侧的凸面，所述第二表面(12)为非球面；
所述第二透镜(2)，具有相对设置的第三表面(21)和第四表面(22)，所述第三表面(21)上设有第一凹陷部(211)，所述第四表面(22)上设有第二凹陷部(221)；
所述第三透镜(3)，具有相对设置的第五表面(31)和第六表面(32)，所述第五表面(31)为非球面，所述第六表面(32)为远离物侧的凸面；
所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)和所述第三透镜(3)沿着光轴方向从物侧依次排列。
3.根据权利要求2所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述固定装置为镜筒(4)，用于固定所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)和所述第三透镜(3)。
4.根据权利要求2所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述第一透镜(1)、所述第二透镜(2)和所述第三透镜(3)的尺寸均相同；
所述第二透镜(2)平行于光轴方向的最大厚度大于所述第三透镜(3)平行于光轴方向的最大厚度，且所述第三透镜(3)平行于光轴方向的最大厚度大于所述第一透镜(1)平行于光轴方向的最大厚度。
5.根据权利要求2所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述第一透镜(1)为弯月形透镜，所述第二透镜(2)为双凹形透镜，所述第三透镜(3)为弯月形透镜。
6.根据权利要求3所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述镜筒(4)具有呈圆筒状的筒部(41)，所述筒部(41)在中心形成有通孔；所述镜筒(4)还具有侧框部(42)，所述侧框部(42)上设有多个台阶。
7.根据权利要求6所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述侧框部(42)上设有第一台阶(421)、第二台阶(422)和第三台阶(423)，其中，
所述第一台阶(421)，包括第一台阶侧面(4211)和与所述第一台阶侧面(4211)交错的第一台阶面(4212)；
所述第二台阶(422)，包括第二台阶侧面(4221)和与所述第二台阶侧面(4221)交错的第二台阶面(4222)；
所述第三台阶(423)，包括第三台阶侧面(4231)和与所述第三台阶侧面(4231)交错的第三台阶面(4232)。
8.根据权利要求7所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述第一台阶面(4212)的宽度大于所述第三台阶面(4232)的宽度，且小于所述第二台阶面(4222)的宽度。
9.根据权利要求8所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述第一台阶面(4212)、所述第二台阶面(4222)和所述第三台阶面(4232)上分别设有第一凹槽(4213)、第二凹槽(4223)和第三凹槽(4233)；
所述第一凹槽(4213)、所述第二凹槽(4223)和所述第三凹槽(4233)均为环形，且所述第一凹槽(4213)、所述第二凹槽(4223)和所述第三凹槽(4233)的深度均相同。
10.根据权利要求9所述的用于激光雷达的透镜组，其特征在于，所述第一透镜(1)的外缘设有与所述第一凹槽(4213)形状相匹配的第一凸起；
所述第二透镜(2)的外缘设有与所述第二凹槽(4223)形状相匹配的第二凸起；
所述第三透镜(3)的外缘设有与所述第三凹槽(4233)形状相匹配的第三凸起。
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