留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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。
  • [1] Zheng Shumin, Xia Guofang, Hu Chunmei. Application research of terrestrial Lidar technology in grotto temple elevation precise surveying and mapping[J]. Laser Journal, 2016, 37(1):5-8. (in Chinese)
    [2] Han Xiaochun. Laser 3D imaging radar optical system[D].Nanjing:Nanjing University, 2014. (in Chinese)
    [3] Zhang Xinting. Research on the key technology of lidar 3D topography measurement system[D]. Changchun:Changchun University of Science and Technology, 2015. (in Chinese)
    [4] Albert B. Laser Radar System[M]. Boston:Artech House, 1992.
    [5] Yan Jixiang, Wei Guanghui, Ha Liuzhu. Matrix Optics[M]. Beijing:Ordnance Industry Press, 1995. (in Chinese)
    [6] Zhang Xinting, An Zhiyong, Kang Lei. Design of 3D laser radar transmitting/receiving common path optical system[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(6):0618004. (in Chinese)
    [7] Zhang Le. Study on laser radar transmitting and receiving optical system[D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2004. (in Chinese)
    [8] Zhang Xinting, Kang Lei, An Zhiyong. Laser radar launching/receiving optical system design for three-dimensional shape measurement[J]. Applied Optics, 2015, 36(3):337-342. (in Chinese)
    [9] Wang Ying. Design of 3D laser radar transmitting/receiving system optical machine structure[D]. Changchun:Changchun University of Science and Technology, 2015. (in Chinese)
    [10] Guo Yulan, Wan Jianwei, Lu Min. Lidar targer 3D attitude estimation[J]. Optical and Precision Engineering, 2012, 20(4):843-850. (in Chinese)
  • [1] 罗雄, 史悦, 范琪, 尹微, 彭涛, 赵培娥, 王柯, 周鼎富.  基于相干激光雷达气象多要素探测 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230138-1-20230138-10. doi: 10.3788/IRLA20230138
    [2] 徐国权, 李广英, 万建伟, 许可, 董光焰, 程光华, 王兴, 韩文杰, 马燕新.  脉冲调制激光雷达水下成像系统 . 红外与激光工程, 2022, 51(3): 20210204-1-20210204-8. doi: 10.3788/IRLA20210204
    [3] 范伟, 刘博, 蒋贇.  基于体光栅窄带光学滤波的激光雷达收发波长动态匹配技术研究 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20210639-1-20210639-7. doi: 10.3788/IRLA20210639
    [4] 李洋, 王国名, 王颖, 程智, 周维虎, 崔成君.  面向机器视觉测量的液体透镜调焦系统标定方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210472-1-20210472-10. doi: 10.3788/IRLA20210472
    [5] 邢承滨, 龚声胜, 于晓亮, 李易馨.  高斯混合聚类对移动曲面拟合滤波分类的应用 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20200501-1-20200501-11. doi: 10.3788/IRLA20200501
    [6] 李光福, 南钢洋, 潘冬阳, 白雪, 刘帅, 孙志慧.  激光雷达测风系统信号采集处理研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(S2): 20210467-1-20210467-7. doi: 10.3788/IRLA20210467
    [7] 刘壮, 王超, 江伦, 史浩东.  低空高分辨率激光雷达光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(1): 20200117-1-20200117-7. doi: 10.3788/IRLA20200117
    [8] 杨程, 鄢秋荣, 祝志太, 王逸凡, 王明, 戴伟辉.  基于深度学习的压缩光子计数激光雷达 . 红外与激光工程, 2020, 49(S2): 20200380-20200380. doi: 10.3788/IRLA20200380
    [9] 沈振民, 赵彤, 王云才, 郑永超, 尚卫东, 王冰洁, 李静霞.  混沌脉冲激光雷达水下目标探测 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 406004-0406004(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0406004
    [10] 高健, 周安然, 孙东松, 郑俊, 李梓霂, 韩於利.  多普勒激光雷达中种子激光注入的一种鉴别方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(2): 230001-0230001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0230001
    [11] 王强, 郝利丽, 唐红霞, 李贤丽, 牟海维, 韩连福, 赵远.  实际环境对量子激光雷达性能的影响 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 29-35. doi: 10.3788/IRLA201847.S106006
    [12] 陶宗明, 单会会, 张辉, 张连庆, 王申浩, 麻晓敏, 周浦城, 姚翎, 薛模根, 王邦新, 谢晨波, 刘东, 王英俭.  单波长发射五通道接收激光雷达系统研制 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1030002-1030002(7). doi: 10.3788/IRLA201765.1030002
    [13] 朱进一, 谢永军.  采用衍射主镜的大口径激光雷达接收光学系统 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 518001-0518001(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0518001
    [14] 夏文泽, 韩绍坤, 曹京亚, 王亮, 翟倩.  激光雷达距离估计技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(9): 906005-0906005(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0906005
    [15] 吴超, 刘春波, 韩香娥.  光波导相控阵激光雷达接收系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1030003-1030003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1030003
    [16] 张欣婷, 安志勇, 亢磊.  三维激光雷达发射/接收共光路光学系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 618004-0618004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0618004
    [17] 史风栋, 刘文皓, 汪鑫, 丁娟, 史屹君, 修春波.  室内激光雷达导航系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3570-3575.
    [18] 曹开法, 黄见, 胡顺星.  边界层臭氧差分吸收激光雷达 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2912-2917.
    [19] 张小富, 乐小云.  对激光雷达特定的发射模块后向散射信号的调制和设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 888-892.
    [20] 姜成昊, 杨进华, 张丽娟, 李祥.  新型多普勒成像激光雷达原理设计与仿真 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 411-416.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  471
  • HTML全文浏览量:  76
  • PDF下载量:  111
  • 被引次数: 0
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

参考文献 (10)

目录

    /

    返回文章
    返回