类似单点扫描激光雷达，APD 面阵激光雷达接收光学系统的功能是把探测目标视场反射的微弱激光回波信号会聚至探测器的光敏面上，并需提高探测器的接收光功率，同时还需尽可能地减少背景噪声光的入射，但是该面阵激光雷达接收光学系统的设计又不同于单点激光雷达，后者只需将探测目标的回波信号会聚到APD 探测器的一个光敏面上，而前者是分别会聚到多个光敏面上，由此对面阵激光雷达光学系统的设计、制作、装调都提出了较高的要求。从图2-4 可知，接收光学系统主要包括接收透镜、滤波片和光纤阵列等部分。对于接收透镜主要考虑的性能指标有：有效口径、焦距、透射率；滤波片主要考虑的指标有：带宽、透射率；光纤阵列主要考虑的指标有：光纤布局间距、光纤芯径、长度。通常接收透镜和滤波片有参数相近的商业化产品可供选用，而光纤阵列没有现成产品，只能专门设计制作。
APD 面阵激光雷达的接收光学系统需要将回波信号会聚到5×5 光纤阵列端面或者5×5APD 阵列的各个光敏面上，使各单元接收到光信号，并保证接收光纤阵列或者APD 阵列各个单元的接收视场与目标点一一对应。通过分析，将5×5 的探测目标分成5 列，每列5 个探测小区域，每个接收单元对应探测目标其中一个小区域，从而可以将APD 面阵激光雷达的接收光学系统转化为单点激光雷达接收光学系统进行设计。探测目标接收光路示意图如图4-5 所示。
图4-5 接收光学系统设计示意图(Zhou et al.，2015)(www.xing528.com)
目前国际上主要有反射式和透射式两种类型的接收光学系统用于激光雷达(熊辉丰，1994)。反射式接收光学系统通常用于作用距离比较远的大型激光跟踪测距雷达中，这种接收光学系统的口径大、成本昂贵。透射式接收光学系统主要用于近距离的成像激光雷达，这种类型的接收光学系统体积小、价格比较适中。
接收光学系统采用的透镜主要有球面透镜和非球面透镜两种，它们的参数比较如表4-1 所示。其中球面透镜成本低，加工简单。而非球面透镜性能更佳，但由于加工难度大，限制了其应用。随着光学加工开展了大规模技术革命和创新活动，特别是人们研究开发出许多新的光学零件加工方法，如计算机数控单点金刚石车削技术、光学玻璃透镜模压成型技术、光学塑料成型技术、计算机数控研磨和抛光技术、环氧树脂复制技术、电铸成型技术以及传统的研磨抛光技术等(中国光学期刊网，2016)，这些加工技术使得人们可以利用非球面镜片设计和制作出质地优良的光学成像系统。
表4-1 球面与非球面透镜比较
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