[發明專利]基于變焦液體透鏡與阿貝棱鏡的仿人眼掃描方法與系統

有效

• 申請號: 202010970368.6
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN111965812B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 郝群;楊驁;曹杰;程陽;陳傳訓
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G02B26/00
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 王民盛

1.基于變焦液體透鏡與阿貝棱鏡的仿人眼掃描系統，其特征在于：包括激光器、分束器、變焦液體透鏡和阿貝棱鏡；

激光器發射的光束經過分束器，被分束為線陣激光束，線陣激光束通過液體透鏡，經過液體透鏡不同口徑處的光斑由于透鏡畸變的存在而被以不同放大倍率放大；經放大后的線陣激光束經過阿貝棱鏡出射；由于棱鏡旋轉時具有光斑旋轉角度放大的作用，當阿貝棱鏡旋轉α角時，出射的線陣激光束繞中心旋轉2α；通過以α角旋轉阿貝棱鏡，則通過阿貝棱鏡的線陣激光束將以2α角對掃描平面實現仿人眼掃描。

2.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述變焦液體透鏡包括：前透鏡、平板玻璃、后透鏡、前液體表面和后液體表面；通過改變注入前透鏡和后透鏡中液體的體積，達到改變前液體表面和后液體表面的表面面形的目的。

3.如權利要求1所述的系統，其特征在于：所述線陣激光束為1xn的線陣激光束。

4.采用如權利要求1、2或3所述的系統實現仿人眼掃描的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：確定仿人眼掃描光斑參數；

根據對目標視場的掃描需求，確定掃描環數M，中心光斑直徑為D₀，相鄰環之間的增大系數q_i；則第i環掃描光斑的直徑由公式(1)表示，

D_i＝q_iD₀ (1)

步驟二：計算變焦液體透鏡對應第i環光束的相對畸變；

依據相鄰環之間的增大系數q_i，計算變焦液體透鏡的相對畸變P_i；P_i與q_i的對應關系由公式(2)計算，

P_i＝(q_i-1)/100 (2)

步驟三：計算變焦液體透鏡表面面形參數；

變焦液體透鏡的相對畸變最大值P_max與變焦液體透鏡的畸變值之間滿足以下關系

其中，δy’_z為透鏡的畸變；透鏡畸變δy’_z表示為

其中，S_V表示為

式中，

其中，h_z為第二近軸光線在折射面上的入射點相對于主光軸的高度，h為第一近軸光線在折射面上的入射點相對于主光軸的高度，u為近軸光線物方孔徑角，u’為近軸光線像方孔徑角，u_z為第二近軸光線的物方孔徑角，n為物方折射率，n’為像方折射率，r_k為前、后透鏡表面的曲率半徑，i為入射角，i’為折射角；k為液體透鏡表面的序數；

求解公式(3)-公式(6)，得到變焦液體透鏡的前液體表面的面形參數和后液體表面的面形參數；

以所得到的變焦液體透鏡的前液體表面和后液體表面的面形參數作為初始值，以變焦液體透鏡的相對畸變P_i為目標參數，對變焦液體透鏡的前液體表面和后液體表面的面形參數進行非球面優化，得到前液體表面和后液體表面的面形參數的非球面表達式，如公式(7)所示；

其中，Z為曲面沿光軸的偏移量，R為透鏡表面半口徑，K為二次曲面常數，A₂、A₄、A₆、A₈分別為二階、四階、六階和八階系數；

步驟四：設定掃描步進角；

根據對掃描區域的掃描密度的需求，設定仿人眼掃描步進角則阿貝棱鏡的旋轉角度為

步驟五：進行仿人眼掃描；

依據步驟三計算得到的變焦液體透鏡表面的面形參數，控制變焦液體透鏡表面產生變形，對經變焦液體透鏡的光束進行縮放，形成具有M環、相鄰環之間的增大系數為q_i的仿人眼掃描光斑；以的角度轉動阿貝棱鏡，實現對目標區域的仿人眼掃描。