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三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

李晶 车英 宋暖 翟艳男 陈大川 李君

李晶, 车英, 宋暖, 翟艳男, 陈大川, 李君. 三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(4): 418002-0418002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0418002
引用本文: 李晶, 车英, 宋暖, 翟艳男, 陈大川, 李君. 三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(4): 418002-0418002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0418002
Li Jing, Che Ying, Song Nuan, Zhai Yannan, Chen Dachuan, Li Jun. Design of common path zoom optical system with liquid lens for 3D laser radar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4): 418002-0418002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0418002
Citation: Li Jing, Che Ying, Song Nuan, Zhai Yannan, Chen Dachuan, Li Jun. Design of common path zoom optical system with liquid lens for 3D laser radar[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(4): 418002-0418002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0418002

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0418002
基金项目: 

国家自然科学基金重大仪器专项(D41527809)

详细信息
    作者简介:

    李晶(1981-),女,讲师,博士生,主要从事激光雷达、光学设计等方面的研究。Email:568026388@qq.com

  • 中图分类号: O439

Design of common path zoom optical system with liquid lens for 3D laser radar

  • 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 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-12-06
  • 修回日期:  2018-12-27
  • 刊出日期:  2019-04-25

三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0418002
    作者简介:

    李晶(1981-),女,讲师,博士生,主要从事激光雷达、光学设计等方面的研究。Email:568026388@qq.com

基金项目:

国家自然科学基金重大仪器专项(D41527809)

  • 中图分类号: O439

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 m/m,接收光学系统超过90%的聚焦能量集中在半径小于1.6 m的圆内,满足用户要求。

English Abstract

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