脉冲激光测距仪发射与接收的透镜设计

摘要：根据脉冲激光测距仪的原理，采用单透镜对脉冲激光测距仪发射的光述进行准直和对回波光束的汇聚。通过对单透镜准直系统对发散角的压缩，以及对反射回波的汇聚，运用ZMAX对发射和接收的光学成像系统进行模拟，选取最佳的设计方案。该方法不仅满足脉冲激光测距仪的基本设计要求，同时可以方便校正像差，使得准直系统的设计比较简单，节省制作成本，且便于携带。 关键词：激光测距；发射光束准直；ZEMAX；像差

Abstract： 1 引言

脉冲激光测距仪具有体积小、重量轻、功耗低、便于携带等优点，因此在许多领域被广泛应用。脉冲激光测距仪发射和接收激光能量决定其测距性能的主要参量之一。由于半导体激光二极管发射出来的光束，在相互垂直的平面内有一定的发散角，侧向发散角?//一般为10°左右；而横向发散角??为30°左右。所以在使用半导体激光器时作为发射源时，需要对半导体激光器发射出来的光束先进行准直。目前，有非球面单透镜准直系统，长焦距大孔径的光学系统组合，柱面镜加普通光学系统进行准直，宏/微观光学元件结合进行准直等进行准直。接收有单透镜的接收设计和透镜组系统的设计等。

2 激光光束

从激光二极管半导体发射出来的光束呈高斯分布的TEM00基横模，因此光束近似可看为高斯光束。半导体激光器发散角(FMHM)与高斯光束通常定义发散角(

1光强分布处)的关系 2e

图1 发散角(FMHM)与

1处发散角的关系 e2为了能够充分利用能量且兼顾其他因素，在设计准直整形系统时取高斯光束光强发散角。因此则要由??求出光强

1处定义e21处对应的发散角。 2eX2由上图1中有 I?I0exp(?2)

aX12X121那么在X1处的光强分布I1?I0?I0exp(?2)，得出exp(?2)?2

2aaX122同理在X2处的光强分布有exp(?2)?e

a由

Xtan(?1/2)X1ln2以及1?得出 ?X2tan(?2/2)X22?2/2?arctan[1.7tan(?1/2)]

将半导体激光器说明书中的参数??=?1上代入，即可求得光强处激光测距仪的性能与发射激光性质密切相关。

激光发射器主要考虑呈高斯分布的,

将光束近似看成高斯光束。高斯光束的分布函数

1发散角?2。 e2