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SYNOPSYS 光学设计软件课程七十三：激光雷达镜头设计

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

SYNOPSYS 初始结构搜索宏和运行结果：


    LOG
    CORE 16
   TIME
    DSEARCH 3 QUIET
    SYSTEM
    ID DSEARCH SAMPLE
    OBB 0 38 5.36
    WAVL 0.91 0.905 0.900
    UNITS MM
    END
    GOALS
    ELEMENTS 7
    FNUM 1.4 10
    BACK 26 SET
    TOTL 77 1
    STOP MIDDLE
    STOP FREE
    COLORS M
    FOV 0.0 0.5 0.75 1 0.0
    FWT 5.0 3.0 1.0 1.0 1.0
    RT 0.5
    QUICK 30 30
    NPASS 10
    ANNEAL 200 20 Q 10
    SNAPSHOT 10
    END
    SPECIAL PANT
    END
    SPECIAL AANT
     M 0 1 A P YA 1
     S GIHT
     LLL 0.7 1 1 A P ILLUM 1
     M 0 0.1 A P UNI 1 0 0 0
    END
    GO
   TIME

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<8%

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

包含增大照度控制的权重、畸变的权重，控制厚度等等

    
    PANT
    !VY 0 YP1
    VLIST RD ALL
    VLIST TH ALL EXCEPT LB1
    !VLIST GLM ALL
    END
    AANT P
    AEC   2 1 1 
    ACC 10 1 1 
    ACM 3 1 1
    M   0.714286E+00  0.100000E+02 A CONST 1.0 / DIV FNUM
    GSR     0.500000     5.000000      4  M     0.000000
    GNR     0.500000     3.000000      4  M     0.500000
    GNR     0.500000     1.000000      4  M     0.750000
    GNR     0.500000     1.000000      4  M     1.000000
    M   0.770000E+02  0.100000E+01 A TOTL
      M 0 1 A P YA 1
      S GIHT
      LLL 0.7 5 1 A P ILLUM 1
      M 0 0.1 A P UNI 1 0 0 0
    END
    SNAP  10/DAMP    1.00000    
    SYNOPSYS   10