三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

摘要：

针对动车组空间三维坐标的测量需求,设计了三维激光雷达共光路变焦光学系统.系统采用发射/接收共光路的结构形式,以高斯光学为理论基础,对能量传输进行了详细的分析,得到扩束透镜链的严格限制关系.为简化系统结构,利用液体透镜代替传统的机械变焦机构,以几何光学为理论基础,计算出光学系统初始结构,并采用Zemax 光学设计软件进行仿真,设计出三维激光雷达发射/接收共光路光学系统.该结构形式不仅提高了系统同轴度、减小外部干扰, 还简化了结构、缩小了仪器体积.采用液体透镜调焦代替机械调焦,避免了调焦引起的机械振动,有效提高了激光雷达的定位精度.通过改变液体透镜的光焦度,实现了在2～30 m 测量范围内,发射光学系统在被测物体表面的光斑半径小于20 μm/m,接收光学系统超过90％的聚焦能量集中在半径小于1.6 μm 的圆内,满足用户要求.

关键词：激光雷达、高斯光学、发射/接收共光路、液体透镜

所属期刊栏目：48

分类号：O439(光学)

资助基金：国家自然科学基金D41527809

在线出版日期：2019-06-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：176-184