[發明專利]一種降低激光掃描光束發散角裝置

在審

• 申請號: 202110058029.5
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112924952A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 岳士軍
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G02B27/09;G02B26/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種降低激光掃描光束發散角裝置，準直器，用于發射準直的高斯光束；第一整形透鏡，用于整形準直的高斯光束；掃描振鏡，用于將入射的高斯光束在水平方向和垂直方向上投射出掃描區域；第二整形透鏡或透鏡組用于將掃描區域內的高斯光束整形，并向空間投射入射光束的掃描場；本發明可以在有限制的非自由空間內整形高斯光束，放大高斯光束束腰，降低高斯光束發散角度，在掃描區域內的高斯光束投射至最遠。

技術領域

本發明涉及激光測量技術領域，尤其涉及一種遠距離光束掃描投射方法。

背景技術

激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之后的人類又一重大發明，被稱為“最快的刀”，“最準的尺”，“最亮的光”。激光在現代信息技術中起到舉足輕重的作用，利用光纖作為傳輸媒質，激光可以把信息輕易傳輸到大洋的彼岸，激光通過光學鏡片的會聚，可以聚焦成極微細的光束，完成要求極高的諸如雕刻、切割、焊接等方面的應用，把高功率的激光進行準直和擴束，發展成現代的激光武器等。上述的應用需要把激光光束在無限制的自由空間里進行整形，如專利CN202010267168.4所述，D₀-擴束入射面的通光孔徑，D₁/D₀-高斯光束整形鏡的擴束比，在D₀已知條件下，可以自由的擴束到需要的D₁，而不受1-高斯光束整形鏡材料、口徑等方面的限制，目前幾乎所有的光學整形系統屬于這一類。基于有限制的非自由空間內的光束整形系統較少，專利CN201920422006.6為有限制的非自由空間擴束的一種，受目前生產工藝加工水平的限制，掃描鏡30的尺寸較小，雙軸掃描周期為43KHz的最大外徑為1000um左右，入射至掃描鏡30的光斑大小沿平行掃描鏡30鏡面方向上只能小于這個值，光斑大小受到限制，影響到光束的發散度，降低投射的距離。本發明為在有限制的非自由空間內，一種提高高斯光束束腰直徑，降低光束發散角度，對高斯光束準直和擴束的裝置。

發明內容

本發明考慮到在有限的空間條件下，提供一種光束整形的裝置，其目的是擴大光斑直徑，降低光束發散角度。

作為本發明的一個方面，提供了一種高斯光束整形系統，公開如下技術方案：

一方面，提供了一種在有限制的空間或孔徑內，增加高斯光束束腰直徑，降低光束發散度的光學擴束系統，所述的光學擴束系統包括：

準直器，用于發射出準直的高斯光束；

第一整形透鏡，為負光焦度的透鏡，用于將準直的高斯光束發散，沿光束傳輸方向上，發散后光束束腰位置位于透鏡之前；

掃描振鏡，用于將準直的光束在水平及垂直兩個方向上掃描出一個區域；

第二整形透鏡，為正光焦度的透鏡，或具有正或負光焦度的透鏡組，也可以為柱透鏡組，用于將掃描區域內水平方向和（或）垂直方向上壓縮角度，準直光束；

可選的，所述掃描振鏡還用于改變反射激光的方向；

其中，所述的準直器、第一整形透鏡、掃描振鏡及第二整形透鏡順序設置。

基于上述技術方案，本發明相對于現有技術，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間光學系統，這種限制主要體現在光束口徑上，典型的是運用于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）固態激光雷達，受MEMS反射鏡面口徑的限制，高斯光束光斑大小受到限制，發散角增加，投射至遠處物體上的單位光能量減弱，觀察距離顯著降低；

2、運用于激光雷達上，分辨率高低直觀的表現就是投射至遠方物體上相鄰Pixel/Line的間距，低分辨率間距過大，漏掉有用的物體細節，或識別不出體積較小的物體。第二整形透鏡將掃描區域內水平方向和（或）垂直方向上壓縮角度，掃描點相鄰Pixel/Line角度經過第二整形透鏡后被壓縮減小，對于固有的低分辨率的激光雷達，可以識別因相鄰Pixel/Line角度大而遺漏的物體；

3、對于功率較高的激光光束，光學系統中具有實焦點的會聚透鏡，在焦面上會產生溫度聚集，局部溫度過高，安全隱患不可避免。