[发明专利]大口径激光成像镜头

说明书

技术领域

本发明涉及成像镜头，具体地说，是一种用于激光雷达成像系统的大口径激光成像镜头，该镜头把经发射系统发射并经照射物体反射回来的光成像在接收器上，并由此得到被照射物体的形状和距离。

背景技术

激光雷达成像系统的成像镜头主要用于接收物体反射回来的激光，通过接收这些反射回来的激光成像，从而获得物体的图像和物体的距离。随着激光技术和光学加工技术的不但发展，这种应用越来越多，但是目前由于光学设计和加工技术及接收器尺寸的限制，大口径激光成像镜头往往采用反射结构，这种结构往往焦距较长，视场很小，加工制造困难，而且成本高，同时无法在地面近距离上获得所需要的效果，所以这种反射结构往往作为空间成像镜头使用。因此，设计一种口径大、视场较大的透射式成像镜头对于激光扫描成像和测距是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是在保证成像质量的情况下，解决由于发射激光器功率不足的情况下接收镜头口径不足造成的小口径接收系统无法使用的问题，同时也解决了反射式接收系统视场过小的问题，为激光雷达成像系统提供一种大口径激光成像镜头。

本发明的技术解决方案如下：

一种大口径激光成像镜头，其构成是从物端到成像端同光轴地依次设置负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜和正光焦度的第五透镜，第一透镜为弯月透镜，第一透镜的通光口径为140～150mm，所有透镜的材料采用熔石英，各透镜的组合焦距满足条件：

f×tanw＝ap

其中：f为镜头的组合焦距，w为镜头的视场角，ap为接收器的半口径。

当接收器的半口径ap＝10mm时，该大口径激光成像镜头进一步满足以下条件：

50mm＜D2＜D1＜100mm

0＜D3＜0.1mm，30mm＜D5＜35mm

15mm＜d1＜18mm，30mm＜d5

其中D1是第一透镜和第二透镜之间的间隔，D2是第二透镜和第三透镜之间的间隔，D3是第三透镜和第四透镜之间的间隔，D5是第五透镜和接收器之间的间隔，d1是第一透镜的中心厚度，d5为第五透镜的厚度。

所述的第二透镜和第三透镜的焦距较长，第四透镜和第五透镜的焦距较短。

本发明为了满足大相对口径的要求，第一透镜使光发散，为了解决单色像差，使用了五片透镜片。为了不移动镜片的距离，同时使两种不同的波长成像清晰，使两种波长的光的成像位置不同。为了进一步的校正像差可以把球面换成非球面透镜。

本发明的优点：

本发明中的所有透镜都是采用球面镜片，没有特别难加工的镜片，同时由于是透射式的同轴结构，安装调试方便，可以保证安装调试精度。由于两种波长成像的位置比较接近，两种波长切换使用时调试非常方便。本镜头的视场角比较大，很适合近距离，大视场的情况下使用。

附图说明

图1是本发明大口径激光成像镜头的总光路的剖面示意图

图2是本发明大口径激光成像镜头在波长532nm时的点扩散图

图3是本发明大口径激光成像镜头在波长532nm时的像差线图

图4是本发明大口径激光成像镜头在波长532nm时的传递函数图

图5是本发明大口径激光成像镜头在波长532nm时的渐晕图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明大口径激光成像镜头的总光路的剖面示意图，由图可见，本发明大口径激光成像镜头的构成是：从物端到成像端同轴地依次设置负光焦度的第一透镜、正光焦度的第二透镜、正光焦度的第三透镜、正光焦度的第四透镜及正光焦度的第五透镜，第一透镜为弯月透镜，第一透镜的通光口径为140～150mm，所有透镜的材料采用熔石英，各透镜的组合焦距满足条件：

f×tanw＝ap

其中：f为镜头的组合焦距，w为镜头的视场角，ap为接收器的半口径。

当接收器的半口径ap＝10mm时，该大口径激光成像镜头进一步满足以下条件：

50mm＜D2＜D1＜100mm

0＜D3＜0.1mm，30mm＜D5＜35mm

15mm＜d1＜18mm，30mm＜d5