一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，包括掃描激光器、分光鏡、凸微透鏡陣列、凹微透鏡陣列、第一聚集透鏡組、第二聚集透鏡組和激光探測(cè)器；掃描激光器發(fā)出的掃描激光束依次透過分光鏡、凸微透鏡陣列、凹微透鏡陣列和第一聚集透鏡組后聚集照射在探測(cè)目標(biāo)上，探測(cè)目標(biāo)漫反射回的激光再依次透過第一聚集透鏡組、凹微透鏡陣列和凸微透鏡陣列后并通過分光鏡反射至所述第二聚集透鏡組，再聚集到激光探測(cè)器像面上。本發(fā)明采用雙通道共光路，系統(tǒng)布局緊湊，具有小型化、輕量化的特點(diǎn)，且只需微米級(jí)的位移就能達(dá)到較大角度的掃描視場(chǎng)。
【專利說明】
一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于激光成像和光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種利用微透鏡陣列進(jìn)行 掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光成像有著廣泛的用途，從國(guó)防、航空、航天等應(yīng)用中的激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)到 激光顯示、激光打印等。激光成像主要實(shí)現(xiàn)方式分為掃描式和非掃描式兩類。非掃描激光成 像系統(tǒng)在工作距離較遠(yuǎn)時(shí)需要激光器發(fā)射功率很高，當(dāng)激光脈沖能量有限時(shí)，為保證作用 距離，需要犧牲空間分辨率。掃描式激光成像技術(shù)是目前比較成熟的激光成像技術(shù)，但是， 傳統(tǒng)掃描成像系統(tǒng)體積大，功耗大，不能滿足激光三維成像傳感器微小化發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激 光成像光學(xué)系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有的掃描成像系統(tǒng)體積大且功耗大的問題。
[0004] 本發(fā)明提供了一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，包括掃描激光 器、分光鏡、凸微透鏡陣列、凹微透鏡陣列、第一聚集透鏡組、第二聚集透鏡組和激光探測(cè) 器;所述掃描激光器發(fā)出的掃描激光束依次透過分光鏡、所述凸微透鏡陣列、凹微透鏡陣列 和第一聚集透鏡組后聚集照射在探測(cè)目標(biāo)上，所述探測(cè)目標(biāo)漫反射回的激光再依次透過所 述第一聚集透鏡組、所述凹微透鏡陣列和所述凸微透鏡陣列后并通過所述分光鏡反射至所 述第二聚集透鏡組，再聚集到所述激光探測(cè)器像面上。
[0005] 更進(jìn)一步地，所述凸微透鏡陣列為平凸型，所述凹微透鏡陣列為平凹型。
[0006] 更進(jìn)一步地，工作時(shí)，所述凹微透鏡陣列根據(jù)探測(cè)目標(biāo)的位置可移動(dòng)。
[0007] 更進(jìn)一步地，當(dāng)未進(jìn)行掃描時(shí)，所述凸微透鏡陣列和所述凹微透鏡陣列平行放置； 當(dāng)凹微透鏡陣列相對(duì)于凸微透鏡陣列向上偏移時(shí)，偏移量不大于單個(gè)凹微透鏡半徑；當(dāng)凹 微透鏡陣列相對(duì)于凸微透鏡陣列向下偏移時(shí)，偏移量不大于單個(gè)凹微透鏡半徑。
[0008] 本發(fā)明提供的利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，雙通道共光路，系 統(tǒng)布局緊湊，具有小型化、輕量化的特點(diǎn)，且只需微米級(jí)的位移就能達(dá)到較大角度的掃描視 場(chǎng)。
【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0010] 圖2是伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向原理圖。
[0011] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)負(fù)微透鏡陣列向上產(chǎn)生微位移時(shí)掃描激光產(chǎn)生向下 偏轉(zhuǎn)的示意圖。
[0012] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的當(dāng)負(fù)微透鏡陣列向下產(chǎn)生微位移時(shí)掃描激光產(chǎn)生向上 偏轉(zhuǎn)的示意圖。
[0013]圖中：1為掃描激光器，2為分光鏡，3為凸微透鏡陣列，4為凹微透鏡陣列，5為第一 聚集透鏡組，6為第二聚集透鏡組，7為激光探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0015] 本發(fā)明的目的就是要提供一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，該 掃描光學(xué)系統(tǒng)具有體積小、掃描位移小、掃描角度大等特點(diǎn)。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明提供的利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)包括掃 描激光器1、分光鏡2、凸微透鏡陣列3、凹微透鏡陣列4、第一聚集透鏡組5、第二聚集透鏡組6 和激光探測(cè)器7;其中，掃描激光器1發(fā)出的掃描激光束透過分光鏡2、凸微透鏡陣列3、凹微 透鏡陣列4和第一聚集透鏡組5，聚集照射在探測(cè)目標(biāo)上，探測(cè)目標(biāo)漫反射回的激光再透過 第一聚集透鏡組5、凹微透鏡陣列4和凸微透鏡陣列3,并通過分光鏡2反射至第二聚集透鏡 組6，最終聚集到激光探測(cè)器7像面上。
[0017]在本發(fā)明實(shí)施例中，微鏡陣列掃描是基于伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光束轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)的，圖2 示出了伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)向原理圖；光束從左方入射。L1為正透鏡，L2為負(fù)透鏡，1^與1^的焦 距分別為fi和5。若1^相對(duì)于1^產(chǎn)生位移ΛΧ，由幾何光學(xué)原理可得出出射光束偏轉(zhuǎn)角為： L0018」
本發(fā)明提供的利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，雙通道共光路，系 統(tǒng)布局緊湊，具有小型化、輕量化的特點(diǎn)，且只需微米級(jí)的位移就能達(dá)到較大角度的掃描視 場(chǎng)。
[0019] 為了更進(jìn)一步的說明本發(fā)明實(shí)施例提供的利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像 光學(xué)系統(tǒng)，現(xiàn)結(jié)合附圖1、附圖3和附圖4以及具體實(shí)例詳述如下：
[0020] 利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)包括:掃描激光器1、分光鏡2、凸微 透鏡陣列3、凹微透鏡陣列4、第一聚集透鏡組5、第二聚集透鏡組6和激光探測(cè)器7。掃描激光 器1發(fā)出的掃描激光束透過分光鏡2、凸微透鏡陣列3、凹微透鏡陣列4和第一聚集透鏡組5， 聚集照射在探測(cè)目標(biāo)上，探測(cè)目標(biāo)漫反射回的激光再透過第一聚集透鏡組5、凹微透鏡陣列 4和凸微透鏡陣列3,并通過分光鏡2反射至第二聚集透鏡組6,最終聚集到激光探測(cè)器7像面 上。
[0021 ]在本發(fā)明實(shí)施例中，凸微透鏡陣列3其型式為平凸型，凹微透鏡陣列4其型式為平 凹型。
[0022]在本發(fā)明實(shí)施例中，凸微透鏡陣列3和凹微透鏡陣列4為了方便和可視化，均只以 三個(gè)微透鏡剖面表示微透鏡陣列，微透鏡陣列尺寸由掃描激光器輸出光斑大小決定，其單 個(gè)微透鏡尺寸均為Φ IOOum左右。
[0023]在本發(fā)明實(shí)施例中，凸微透鏡陣列3和凹微透鏡陣列4,在系統(tǒng)未進(jìn)行掃描時(shí)，凸微 透鏡陣列3和凹微透鏡陣列4平行放置，此時(shí)掃描激光束聚集在正前方，其結(jié)構(gòu)示意如附圖1 所示；當(dāng)凹微透鏡陣列4相對(duì)于凸微透鏡陣列3向上偏移時(shí)(偏移量不大于單個(gè)凹微透鏡半 徑），此時(shí)掃描激光束聚集向下方偏移(聚集點(diǎn)偏移量與凹透鏡偏移量成正比），其結(jié)構(gòu)示意 如附圖3所示；當(dāng)凹微透鏡陣列4相對(duì)于凸微透鏡陣列3向下偏移時(shí)(偏移量不大于單個(gè)凹微 透鏡半徑），此時(shí)掃描激光束聚集向上方偏移(聚集點(diǎn)偏移量與凹透鏡偏移量成正比），其結(jié) 構(gòu)示意如附圖4所示。
[0024]在本發(fā)明實(shí)施例中，第一聚集透鏡組5為普通聚焦透鏡，其焦距由激光成像系統(tǒng)的 探測(cè)距離來確定，第二聚集透鏡組6也為普通聚焦透鏡，其焦距由系統(tǒng)中激光探測(cè)器7的位 置來確定。
[0025]在本發(fā)明實(shí)施例中，掃描激光器1和激光探測(cè)器7均為比較成熟的技術(shù)，在此不再 贅述其結(jié)構(gòu)，例如，掃描激光器1可以采用北京時(shí)代卓易公司生產(chǎn)的PCLT-301半導(dǎo)體栗浦 Nd:YAG固體激光器。激光探測(cè)器7可以采用Laser Components公司生產(chǎn)的IAE080X光電探測(cè) 器。
[0026]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用微透鏡陣列進(jìn)行掃描的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括掃描激光器 (1)、分光鏡(2)、凸微透鏡陣列（3)、凹微透鏡陣列(4)、第一聚集透鏡組(5)、第二聚集透鏡 組(6)和激光探測(cè)器(7); 所述掃描激光器（1)發(fā)出的掃描激光束依次透過分光鏡(2)、所述凸微透鏡陣列（3)、凹 微透鏡陣列(4)和第一聚集透鏡組(5)后聚集照射在探測(cè)目標(biāo)上，所述探測(cè)目標(biāo)漫反射回的 激光再依次透過所述第一聚集透鏡組(5)、所述凹微透鏡陣列(4)和所述凸微透鏡陣列（3) 后并通過所述分光鏡(2)反射至所述第二聚集透鏡組(6)，再聚集到所述激光探測(cè)器(7)像 面上。2. 如權(quán)利要求1所述的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述凸微透鏡陣列（3)為平凸 型，所述凹微透鏡陣列(4)為平凹型。3. 如權(quán)利要求1或2所述的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，工作時(shí)，所述凹微透鏡陣列 (4)根據(jù)探測(cè)目標(biāo)的位置可移動(dòng)。4. 如權(quán)利要求3所述的激光成像光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，當(dāng)未進(jìn)行掃描時(shí)，所述凸微透 鏡陣列(3)和所述凹微透鏡陣列(4)平行放置；當(dāng)凹微透鏡陣列(4)相對(duì)于凸微透鏡陣列（3) 向上偏移時(shí)，偏移量不大于單個(gè)凹微透鏡半徑；當(dāng)凹微透鏡陣列（4)相對(duì)于凸微透鏡陣列 (3)向下偏移時(shí)，偏移量不大于單個(gè)凹微透鏡半徑。
【文檔編號(hào)】G02B27/00GK105842847SQ201610388407
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】李寧, 涂遠(yuǎn)江, 周奐斌, 桂宏凡, 楊長(zhǎng)英, 周輝, 馬柯
【申請(qǐng)人】湖北三江航天萬(wàn)峰科技發(fā)展有限公司