一种降低激光扫描光束发散角装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种降低激光扫描光束发散角装置，准直器，用于发射准直的高斯光束；第一整形透镜，用于整形准直的高斯光束；扫描振镜，用于将入射的高斯光束在水平方向和垂直方向上投射出扫描区域；第二整形透镜或透镜组用于将扫描区域内的高斯光束整形，并向空间投射入射光束的扫描场；本发明专利技术可以在有限制的非自由空间内整形高斯光束，放大高斯光束束腰，降低高斯光束发散角度，在扫描区域内的高斯光束投射至最远。射至最远。射至最远。

【技术实现步骤摘要】
一种降低激光扫描光束发散角装置


[0001]本专利技术涉及激光测量
，尤其涉及一种远距离光束扫描投射方法。

技术介绍

[0002]激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后的人类又一重大专利技术，被称为“最快的刀”，“最准的尺”，“最亮的光”。激光在现代信息技术中起到举足轻重的作用，利用光纤作为传输媒质，激光可以把信息轻易传输到大洋的彼岸，激光通过光学镜片的会聚，可以聚焦成极微细的光束，完成要求极高的诸如雕刻、切割、焊接等方面的应用，把高功率的激光进行准直和扩束，发展成现代的激光武器等。上述的应用需要把激光光束在无限制的自由空间里进行整形，如专利CN202010267168.4所述，D0‑
扩束入射面的通光孔径，D1/D0‑
高斯光束整形镜的扩束比，在D0已知条件下，可以自由的扩束到需要的D1，而不受1
‑
高斯光束整形镜材料、口径等方面的限制，目前几乎所有的光学整形系统属于这一类。基于有限制的非自由空间内的光束整形系统较少，专利CN201920422006.6为有限制的非自由空间扩束的一种，受目前生产工艺加工水平的限制，扫描镜30的尺寸较小，双轴扫描周期为43KHz的最大外径为1000um左右，入射至扫描镜30的光斑大小沿平行扫描镜30镜面方向上只能小于这个值，光斑大小受到限制，影响到光束的发散度，降低投射的距离。本专利技术为在有限制的非自由空间内，一种提高高斯光束束腰直径，降低光束发散角度，对高斯光束准直和扩束的装置。

技术实现思路

[0003]本专利技术考虑到在有限的空间条件下，提供一种光束整形的装置，其目的是扩大光斑直径，降低光束发散角度。
[0004]作为本专利技术的一个方面，提供了一种高斯光束整形系统，公开如下技术方案：一方面，提供了一种在有限制的空间或孔径内，增加高斯光束束腰直径，降低光束发散度的光学扩束系统，所述的光学扩束系统包括：准直器，用于发射出准直的高斯光束；第一整形透镜，为负光焦度的透镜，用于将准直的高斯光束发散，沿光束传输方向上，发散后光束束腰位置位于透镜之前；扫描振镜，用于将准直的光束在水平及垂直两个方向上扫描出一个区域；第二整形透镜，为正光焦度的透镜，或具有正或负光焦度的透镜组，也可以为柱透镜组，用于将扫描区域内水平方向和（或）垂直方向上压缩角度，准直光束；可选的，所述扫描振镜还用于改变反射激光的方向；其中，所述的准直器、第一整形透镜、扫描振镜及第二整形透镜顺序设置。
[0005]基于上述技术方案，本专利技术相对于现有技术，至少可以克服以下缺憾或其中一部分：1、高斯光束中有限制的非自由空间光学系统，这种限制主要体现在光束口径上，典型的是运用于MEMS（Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System）固态激光雷达，受MEMS反射镜
面口径的限制，高斯光束光斑大小受到限制，发散角增加，投射至远处物体上的单位光能量减弱，观察距离显著降低；2、运用于激光雷达上，分辨率高低直观的表现就是投射至远方物体上相邻Pixel/Line的间距，低分辨率间距过大，漏掉有用的物体细节，或识别不出体积较小的物体。第二整形透镜将扫描区域内水平方向和（或）垂直方向上压缩角度，扫描点相邻Pixel/Line角度经过第二整形透镜后被压缩减小，对于固有的低分辨率的激光雷达，可以识别因相邻Pixel/Line角度大而遗漏的物体；3、对于功率较高的激光光束，光学系统中具有实焦点的会聚透镜，在焦面上会产生温度聚集，局部温度过高，安全隐患不可避免。
附图说明
[0006]图1为本专利技术实施例一高斯光束整形光路结构Y方向示意图；图2为本专利技术实施例一高斯光束整形光路结构X方向示意图；图3为本专利技术实施例二光路结构图。
[0007]上述附图中，附图标记含义如下：10，准直器；20，第一整形透镜；30，扫描振镜；40，第二整形透镜或透镜组；10
’
,实施例二中第二入射光路准直器；20
’
,实施例二中第二入射光路第一整形透镜；θ
01
，X方向上扫描振镜30扫描角度；θ
11
，X方向经过第二整形透镜40后扫描角度；θ
02
，Y方向上扫描振镜30扫描角度；θ
12
，Y方向经过第二整形透镜40后扫描角度；W0为经过准直器10后光束光束束腰直径；W1为高斯光束经过第一整形透镜20后束腰直径；W2，W3，W4，W5，W6，W7分别为高斯光束经过第二整形透镜或透镜组40后各采样点处的高斯光束束腰直径；d1表示准直器10至第一整形透镜20间距；d2表示第一整形透镜20至扫描振镜30间距；d
3 表示扫描振镜30至第二整形透镜或透镜组40间距。
具体实施方式
[0008]以下结合附图和实例，对本专利技术进行完整、详细的说明。
[0009]实施例一本专利技术实施例一提供了一种非自由空间内的高斯光束整形装置，图1为在Y方向上高斯光束整形光路结构图，激光经过准直器10后，高斯光束准直传输，束腰大小为W0；第一整形透镜20位于准直器前距离准直器10为d1位置处，可选的20为负光焦度透镜，准直的高斯光束经过第一整形透镜20 后，束腰W1虚焦点位置位于准直器10和第一整形透镜20之间，高斯光束经过第一整形透镜20后，以发散的形式传输至扫描振镜30上；扫描振镜30是基于MEMS（Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System,微机电系统）振镜，或其它机械式、电子式振镜，光学系统中扫描振镜30仅改变高斯光束传播的方向；高斯光束经过第二整形透镜或透镜组40后，在沿着第一整形透镜20，及第二整形透镜或透镜组40的弧度方向上，高斯光束束腰被放大，高斯光束发散度降低，Y方向（或称为扫描场垂直方向）上，扫描角度由θ
02
压缩至θ
22
，图2中X方向（或称为扫描场水平方向）上，扫描角度由θ
01
压缩至θ
11
。
[0010]所述第一整形透镜20，所述第二整形透镜或透镜组40在沿着弧度方向构成开普勒
式高斯光束整形扩束系统。
[0011]所述第一整形透镜20包括在Y方向上仅具有弧度的柱面透镜，或在X和Y方面上均具有弧度的柱面透镜或球面透镜，所述的柱面透镜包括单个柱透镜或多个柱透镜组成的透镜组，所述的球面透镜包括单个球面透镜或多个球面透镜组成的透镜组。
[0012]所述的第二整形透镜或透镜组40包括在Y方向上仅具有弧度的柱面透镜，或在X和Y方向上均具有弧度的柱面透镜或球面透镜，所述的柱面透镜包括单个柱透镜或多个柱透镜组成的透镜组，所述的球面透镜包括单个球面透镜或多个球面透镜组成的透镜组。
[0013]所述扫描场垂直方向上扫描角度θ
02
及θ
12
，当第二整形透镜或透镜组40为柱面镜，且弧度仅在X方向上时，θ
02
与θ
12
相等本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低激光扫描光束发散角装置，包括：准直器，第一整形透镜，扫描振镜和第二整形透镜或透镜组；所述准直器用于准直入射的高斯光束；所述第一整形透镜用于整形准直的高斯光束；所述扫描振镜用于将所述的高斯光束在水平方向上和垂直方向上投射出扫描区域；所述第二整形透镜或透镜组用于将扫描区域内的高斯光束整形，并向空间投射出入射高斯光束扫描场。2.根据权利要求1所述的降低激光扫描光束发散角装置，其特征在于，还包括：两路或两路以上的高斯光束入射至扫描振镜上；所述两路或两路以上入射的高斯光束，相邻两路入射的高斯光束经过扫描振镜后两个扫描场之间存在重叠区域。3.根据权利要求1所述的降低激光扫描光束发散...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ五一IntClG零一S七四八一，
申请(专利权)人：岳士军，
类型：发明
国别省市：