激光雷达镜头设计 | SYNOPSYS 光学设计软件第73课

1.概述

激光雷达  (Laser Detection And Ranging, LADAR 或 Light Detection And Ranging, LIDAR)  区别于传统的以微波和毫米波作为载波的雷达，是指以激光作为载波、以光电探测器作为接收器件、以光学镜头作为天线的光雷达。

其工作原理是向被测目标发射激光束，然后测量反射或散射信号的到达时间、强弱程度等参数，以确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特性，从而建立测量目标的三维成像信息。由于探测精度高、功耗低、体积小、易于装备等特点，目前激光雷达在地形测绘、城市建模、工业制造、自动驾驶，以及预警探测、制导、引信等技术中等领域已得到广泛的应用，具有良好的应用前景

激光雷达的基本原理如下图：

2.1设计要求

为了提高激光雷达的探测范围、分辨率和精度，激光雷达接收镜头也在往大视场、大孔径方向发展。下面是一个大视场大孔径的激光雷达接收物镜的指标：

固态激光雷达探测器：像面尺寸19.5×11.5mm，像元面积35×45um

波长905+-5nm

焦距15mm

视场角 2w  =76

FN  =1.4

后焦26mm

总长77mm

相对照度全视场>0.7且均匀

畸变<8%

MTF  >0.5 全视场 20 lp/mm

搜索宏和运行结果

运行搜索宏可以得到10个初始结构

从中找出一个最佳结构，接下来进行下一步分析:

基本参数

初始结构的像质

畸变

MTF

相对照度表格和图像

中间优化步骤，优化宏

固定光阑

在合适的位置插入光阑，使用指令固定光阑位置并模拟退火优化

添加真实材料

优化后查看 pad 发现边缘厚度不好，太薄了加工困难，重新优化宏设置  AEC  2 1 1 ，得到结果：

最终结果像质

畸变<8%，满足条件

MTF >0.5 全视场 20 lp/mm，满足条件

相对照度全视场>0.7且均匀，满足条件

总结

该镜头所有指标已经基本满足要求，使用了7片透镜