一种大视场扫描成像光学系统的制作方法

本发明涉及光学成像领域，尤其是一种大视场扫描成像光学系统。

背景技术：

基于点扫描的光学成像系统，如基于MEMS的激光雷达，制造成本低，扫描速度快。问题在于MEMS本身尺寸小，若用于同轴接收光信息，则相比机械旋转扫描或大面积振镜扫描，接收能量非常低，通常采用非共轴接收光信息。而单点光探测器的光接收面积小，接收信号强度低。MEMS雷达提高接收信号强度第一种方法是增大MEMS的镜面面积，这样会使成本大大提高，同时大镜面的平面度降低，扫描频率下降。另外一种方法是采用聚焦透镜将接收光聚焦至探测器孔或光纤端，但无法接收离轴反射光信号，这会限制雷达系统的接收角度。提升接收角的方法是采用阵列探测器，成本高并增加了电路复杂度；或者使用大感光面积探测器，但是会增大等效噪声功率同时面积增大器件电容增加，响应时间变长，无法满足快速测量及高精度测量。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种大视场扫描成像光学系统，结构简单通过采用成像透镜组、光阑、导光件和光探测器相结合增加了接收视场，同时利用滤光片和光阑抑制了非目标物体反射杂光的干扰。

为了实现上述目的，本发明提供的一种大视场扫描成像光学系统，包括成像透镜组、光阑、导光件和光探测器；所述成像透镜组、光阑、导光件和光探测器沿接收光的行进方向依次排布，所述光阑设置于成像透镜组的像面上，所述导光件的入光口设置于光阑远离透镜组的一侧，所述光探测器的感光面到导光件的出光口的距离为0到2毫米。

作为本申请的一种优选的实施方式，所述成像透镜组包括第一平凸镜、凹透镜、滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜；所述第一平凸镜、凹透镜、第一滤光片、第二平凸镜和第三平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。

作为本申请一种优选的实施方式，所述成像透镜组包括凸透镜、平凹透镜、第二滤光片、第四平凸镜和第五平凸镜；所述凸透镜、平凹透镜、第二滤光片、第四平凸镜和第五平凸镜沿接收光的行进方向依次排布。

作为本申请一种优选的实施方式，所述光阑的通光口的形状和尺寸与成像透镜组的视场大小相匹配。

作为本申请一种优选的实施方式，所述导光件入光口的尺寸大于光阑通光口，所述导光件出光口尺寸与光探测器感光面尺寸接近。

作为本申请一种优选的实施方式，所述导光件为复合抛物面聚光器；所述复合抛物面聚光器的入光口的直径为光阑通光口最大尺寸的100％-110％，所述复合抛物面聚光器的出光口直径为光探测器感光面最大尺寸的80％-500％。

作为本申请一种优选的实施方式，所述导光件为锥形光纤束；所述锥形光纤束的入光口的直径为光阑通光口最大尺寸的100％-110％，所述锥形光纤束的出光口直径为光探测器感光面积的80％-500％。

作为本申请一种优选的实施方式，所述导光件为一分多光纤束，所述一分多光纤束的入光口的直径为光阑通光口最大尺寸的100％-110％，所述一分多光纤束的出光口到光探测器的感光面的距离为0到2毫米。

本发明的有益效果是：本发明提供一种大视场扫描成像光学系统，结构简单通过采用成像透镜组、光阑、导光件和光探测器相结合增加了接收视场，同时利用滤光片和光阑抑制了非目标物体反射杂光的干扰。

附图说明

图1为本发明大视场扫描成像光学系统实施例一的框图；

图2为本发明大视场扫描成像光学系统实施例二的示意图；

图3为本发明大视场扫描成像光学系统实施例三的示意图；

图4为本发明大视场扫描成像光学系统实施例四的示意图；

图5为本发明大视场扫描成像光学系统实施例五的示意图；

图6为本发明大视场扫描成像光学系统实施例六的示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

大视场扫描成像光学系统的第一实施例：

如图1所示，一种大视场扫描成像光学系统的第一实施例，包括成像透镜组200、光阑300、导光件400和光探测器500；所述成像透镜组200、光阑300、导光件400和光探测器500沿接收光100的行进方向依次排布，所述光阑300设置于成像透镜组200的像面上，所述导光件400的入光口设置于光阑300远离透镜组的一侧，所述光探测器500的感光面到导光件400的出光口的距离为0到2毫米。

具体的，通过采用成像透镜组200、光阑300、光探测器500和光探测器500相结合增加了系统的接收视场，所述透镜组200包括滤光片，所述滤光片的位置应处于透镜中光线与光轴夹角最小的位置，利用滤光片和光阑300抑制了非目标物体反射杂光的干扰。此外，通过上述方式让系统组成更加精简，减少了不必要的结构，降低了生产经营成本，提价了系统的实用性。

本实施例中，所述光阑300的通光口的形状和尺寸与成像透镜组200的视场大小相匹配。

具体的，通过采用与成像透镜组200的视场相匹配的光阑300能够有效保证通过所述光阑300的光束仅为成像光束，避免了非目标物体反射杂光也通过光阑300，进一步起到抑制干扰的目的。

本实施例中，所述导光件400入光口的尺寸大于光阑300通光口，所述导光件400出光口尺寸与光探测器500感光面尺寸接近。

具体的，所述导光件400能够将通过透镜组和光阑300后的成像光束的中心光线和非中心光线由导光件400的出光口全部射向光探测器500的感光面，保证了光探测器500的探测准确度。

大视场扫描成像光学系统的第二实施例：

如图2所示，大视场扫描成像光学系统的第二实施例与所述大视场扫描成像光学系统的第一实施例相比其区别点在于：所述成像透镜组包括第一平凸镜201、凹透镜202、滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205；所述第一平凸镜201、凹透镜202、第一滤光片203、第二平凸镜204和第三平凸镜205沿接收光的行进方向依次排布。

需要进行说明的是，在所述大视场扫描成像光学系统中，所述成像透镜组的设计是可以根据视场、F数的变化而进行改变的。此外，本实施例中未提及的系统各组成部分，与大视场扫描成像光学系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

大视场扫描成像光学系统的第三实施例：

如图3所示，大视场扫描成像光学系统的第三实施例与所述大视场扫描成像光学系统的第一实施例相比其区别点在于：所述成像透镜组包括凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215；所述凸透镜211、平凹透镜212、第二滤光片213、第四平凸镜214和第五平凸镜215沿接收光的行进方向依次排布。

需要进行说明的是，在所述大视场扫描成像光学系统中，所述成像透镜组的设计是可以根据视场、F数的变化而进行改变的。此外，本实施例中未提及的系统各组成部分与大视场扫描成像光学系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

大视场扫描成像光学系统的第四实施例：

如图4所示，大视场扫描成像光学系统的第四实施例与所述大视场扫描成像光学系统的第一实施例相比其区别点在于：所述导光件为复合抛物面聚光器421；所述复合抛物面聚光器421的入光口的直径为光阑321通光口最大尺寸的100％-110％，所述复合抛物面聚光器421的出光口直径为光探测器521的感光面最大尺寸的80％-500％。

具体的，所述复合抛物面聚光器421能够将通过透镜组和光阑321后的成像光束进行混合，使成像光束的中心光线和非中心光线由复合抛物面聚光器421的出光口全部射向光探测器521的感光面。需要进行说明的是，本实施例中未提及的系统各组成部分与大视场扫描成像光学系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

大视场扫描成像光学系统的第五实施例：

如图5所示，大视场扫描成像光学系统的第四实施例与所述大视场扫描成像光学系统的第一实施例相比其区别点在于：所述导光件为锥形光纤束431；所述锥形光纤束431的入光口的直径为光阑通331光口最大尺寸的100％-110％，所述锥形光纤束431的出光口直径为光探测器531感光面积的80％-500％。

具体的，所述锥形光纤束431是多根光线束构成的，并且每一根光纤束都是锥形的，通过所述锥形光纤束431能够将通过透镜组和光阑331后大的成像光束转换为小的光斑，进而射入光探测器531的感光面的不同位置，实现了大视场扫描的效果。需要进行说明的是，本实施例中未提及的系统各组成部分与大视场扫描成像光学系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

大视场扫描成像光学系统的第六实施例：

如图6所示，大视场扫描成像光学系统的第四实施例与所述大视场扫描成像光学系统的第一实施例相比其区别点在于：所述导光件为一分多光纤束441，所述一分多光纤束441的入光口的直径为光阑341通光口最大尺寸的100％-110％，所述一分多光纤束441的出光口到光探测器541的感光面的距离为0到2毫米。

具体的，所述一分多光纤束441是指在靠近光阑341一侧为1束粗的光纤束，粗的光线束还和多条细的光纤束相连，利用所述一分多光纤束441能够将通过透镜组和光阑341后成像光束分为不同角度的细的光束，从而射入光探测器541的感光面的不同位置，实现了大视场扫描的效果。需要进行说明的是，本实施例中未提及的系统各组成部分与大视场扫描成像光学系统的第一实施例中所记载的基本类似，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。