MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统设计

摘要

MEMS微镜扫描激光雷达具有视场和分辨率可电控、体积小、重量轻等突出优势，是车载激光雷达的重要发展方向。本论文以MEMS微镜扫描激光雷达的研制为背景，研究了基于MEMS微镜的半导体激光准直发射光学系统的设计问题，旨在为课题组正在研发的激光雷达提供发射光学系统设计方案。　　论文调研了激光成像雷达的发展现状、概述了光学扫描技术的进展，在此基础上，提出了MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统的设计方案，通过理想光学系统建模，推导了扫描发射光学系统探测光束发散角和系统扫描视场与光学系统各组成部分参数之间依赖关系的计算公式。以上述依赖关系为基础，结合透镜D/f的限制以及光学系统指标要求，完成了发射光学系统核心透镜组参数设计，并利用ZEMAX软件进行了各透镜组的具体设计。经ZEMAX软件的仿真评估，所设计发射光学系统的扫描视场达到27°，对于SPLLL90_3激光器的探测光束发散角为30mrad。在实验上，进行了3组不同参数组合发射光学系统的扫描范围和探测光束发散角的实验，得到了与理论分析相一致的结果。通过实验，验证了本论文所提MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统设计方案的正确性，为MEMS微镜扫描激光雷达研制探索了一种发射光学系统设计方案。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1激光雷达的研究现状

1．2．2光学扫描技术的研究现状

1．3 MEMS微镜扫描方式

1．3．1 MEMS微镜扫描

1．3．2 MEMS微镜扫描现有设计方案

1．4本论文的主要研究内容

2 MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统建模与参数计算

2．1主要技术要求

2．2理想光学系统建模

2．2．1消像散透镜组

2．2．2光束变换透镜组

2．2．3像点位置补偿透镜组

2．2．4准直物镜组

2．3理想光学系统参数

2．3．1微镜扫描角度与系统扫描视场的数学关系

2．3．2探测光束发散角的理论公式

2．3．3光学系统各核心透镜组的参数设计

2．4本章小结

3 MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统核心透镜组的光学设计

3．1光束变换透镜组

3．2像点位置补偿透镜组

3．3准直物镜组

3．4消像散透镜组

3．5本章小结

4 MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数的理论评价

4．1光学系统整体建模

4．2光学系统实现的技术指标

4．2．1微镜扫描角度与系统扫描视场的仿真验证

4．2．2探测光束发散角的仿真验证

4．3本章小结

5 MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统的实验研究

5．1实验方案

5．2主要实验仪器

5．3实验结果与分析

5．3．1微镜扫描角度与系统扫描视场关系的实验验证

5．3．2探测光束发散角的实验验证

5．4本章小结

6总结与展望

6．1总结

6．2展望

致谢

参考文献

附录