CN102043245B

CN102043245B - 基于导光板微结构的激光扫描系统

Info

Publication number: CN102043245B
Application number: CN201010588826A
Authority: CN
Inventors: 杨波; 葛伟新; 王琪
Original assignee: CHENGZHOU FENGSHENG OPTOELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: CHENGZHOU FENGSHENG OPTOELECTRONICS Co Ltd
Priority date: 2010-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: CN102043245A

Abstract

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种激光光学系统。基于导光板微结构的激光扫描系统，包括激光器、供电系统，激光器上设有准直透镜，经过准直透镜呈现一束具有宽度的激光光束；还包括一反射镜组，反射镜组包括至少两个反射镜，至少两个反射镜的至少一部分反射面在具有宽度的激光光束的照射范围以内。由于采用上述设计方案，本发明只要使用一个激光器，就能实现投射多束扫描光束的目的。能够达到降低成本、降低能耗、降低故障率的目的。

Description

基于导光板微结构的激光扫描系统

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种激光光学领域，属于光学系统分析设计和器件设计领域，具体属于一种基于导光板微结构的激光扫描系统。

背景技术

现有的定位系统、扫描系统、安全系统中往往会用到光学扫描系统。光学扫描系统中往往会采用多个发光光源，以形成阵列。采用多个发光光源不但成本高，而且耗能高、故障率高。

特别是采用多个激光光源的光学扫描系统更是存在成本高、耗能高、故障率高等问题。比如采用激光阵列的安防系统，往往布置几十个甚至上百个激光器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于导光板微结构的激光扫描系统，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

基于导光板微结构的激光扫描系统，包括一激光器、一供电系统，其特征在于，所述激光器上设有一准直透镜，经过所述准直透镜呈现一束具有宽度的激光光束；

还包括一反射镜组，所述反射镜组包括至少两个反射镜，至少两个所述反射镜的至少一部分反射面在具有宽度的所述激光光束的照射范围以内。

使用中激光器经过准直透镜产生的具有宽度的激光光束，照射到至少两个不同的所述反射镜上，经过反射形成至少两束反射激光光束，以所述反射激光光束作为扫描光束。从而实现通过一个激光器产生至少两束扫描光束的目的。从而减少激光器数量的目的，进而达到降低成本、降低能耗、降低故障率的目的。

所述基于导光板微结构的激光扫描系统还包括一采用PMMA或其他材质导光板，所述反射镜组排列在所述导光板的一侧。以便使反射镜组中的各个反射镜一体化，便于生产和安装。

所述反射镜采用全反射镜，所述全反射镜生成在所述导光板内。以改善反光效果，并且有利于简化生产工艺。因为采用全反射原理，所以反射镜无需镀膜。

所述反射镜组位于所述导光板一侧，所述导光板竖直放置时，至少两个反射面朝左的所述全反射镜，所述全反射镜自上而下排列，且自右向左依次错位排列；所述激光器位于所述导光板上方，向所述导光板内自上而下发射具有宽度的激光光束。

激光光束在自上而下照射的过程中，依次照射到自上而下且自右向左排列的所述全反射镜，从而形成多束自右向左照射的可以作为扫描光束的所述反射激光光束。

所述全反射镜的反射面与水平面的夹角为45度，以便于形成水平光束。

至少两个所述全反射镜的反射面朝向方向一致。以便于形成朝向一个方向的多束激光光束，甚至形成多束平行的激光光束。

所述全反射镜内嵌在所述导光板内，所述全反射镜的右侧直角边长度小于0.5mm，相邻的两个全反射镜距离大于等于0.1mm。以便在保证导光板和反射镜组易于加工的情况下，相邻两个全反射镜反射出的激光光束的距离也小于0.5mm，以增加扫描精度。

所述导光板底部截面宽度大于等于3mm。以便内嵌反射镜组。

所述导光板为采用PMMA或玻璃材质制成的条状的光学材料，所述导光板上设有所述全反射镜。玻璃透明效果好，便于透过激光光束。

所述导光板为一条状的压克力条，所述导光板上设有由压克力材料制成的所述全反射镜。压克力材料(PMMA材料)具有优良的耐候性、抗老化性，且加工性能良好，因此采用压克力材料制成的全反射镜也具有良好的耐候性、抗老化性和加工性能，能增加本发明的使用寿命。

所述导光板与所述全反射镜生成在一块压克力条上，采用一体化设计。这样能使导光板与全反射镜无连接点，制作简单方便、节省成本。

有益效果：由于采用上述设计方案，本发明只要使用一个激光器，就能实现投射多束扫描光束的目的。能够达到降低成本、降低能耗、降低故障率的目的。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1顺时针旋转90度后的局部放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2，基于导光板微结构的激光扫描系统，包括激光器1、供电系统，激光器1上设有准直透镜，经过准直透镜呈现一束具有宽度的激光光束；还包括反射镜组，反射镜组包括至少两个反射镜2，至少两个反射镜2的至少一部分反射面在具有宽度的激光光束的照射范围以内。使用中激光器1经过准直透镜产生的具有宽度的激光光束，照射到至少两个不同的反射镜2上，经过反射形成至少两束反射激光光束，以反射激光光束作为扫描光束。从而实现通过一个激光器1产生至少两束扫描光束的目的。从而减少激光器1数量的目的，进而达到降低成本、降低能耗、降低故障率的目的。

基于导光板微结构的激光扫描系统还包括一采用透明材质的导光板3，反射镜组排列在导光板3内。以便使反射镜组中的各个反射镜2一体化，便于生产和安装。反射镜2采用全反射镜，全反射镜生成在导光板3内。以改善反光效果，并且有利于简化生产工艺。因为采用全反射原理，所以反射镜无需镀膜。反射镜组位于导光板3一侧，导光板3竖直放置时，至少有两个反射面朝左的全反射镜，全反射镜自上而下排列，且自右向左依次错位排列；激光器1位于导光板3上方，向导光板3内自上而下发射具有宽度的激光光束。激光光束在自上而下照射的过程中，依次照射到自上而下且自右向左排列的全反射镜，从而形成多束自右向左照射的可以作为扫描光束的反射激光光束。

全反射镜的反射面与水平面的夹角为45度，以便于形成水平光束。至少两个全反射镜的反射面朝向方向一致。以便于形成朝向一个方向的多束激光光束，甚至形成多束平行的激光光束。全反射镜内嵌在导光板3内，全反射镜的右侧直角边长度小于0.5mm，相邻的两个全反射镜距离大于等于0.1mm。以便在保证导光板3和反射镜组易于加工的情况下，相邻两个全反射镜反射出的激光光束的距离也小于0.5mm，以增加扫描精度。导光板3底部截面宽度大于等于3mm。以便内嵌反射镜组。

导光板3可以为采用玻璃制成的条状的玻璃条，导光板3上设有全反射镜。玻璃透明效果好，便于透过激光光束。导光板3也可以为一条状的压克力条，导光板3上设有由压克力材料制成的全反射镜。压克力材料具有优良的耐候性、抗老化性，且加工性能良好，因此采用压克力材料制成的全反射镜也具有良好的耐候性、抗老化性和加工性能，能增加本发明的使用寿命。

具体实施时，可以采用多种方法制作反射镜组，导光板3与全反射镜可以生成在一块压克力条上，采用一体化设计。这样能使导光板3与全反射镜无连接点，制作简单方便、节省成本。可以在导光板3的右侧设有全反射镜，全反射镜的反射面朝向导光板3的左侧。以便使激光器1发射的激光光束从导光板3的上端截面垂直入射下来，经过导光板3右侧的全反射镜的反射，反射出向左出射的反射激光光束。此设计使导光板3右侧倾斜，形成一从右往左倾斜的倾斜面，且导光板3截面顶部大、底部小。

本发明的工作原理如下：

参照图1，a和b分别为导光板3顶部截面和底部截面的长度，l₁和l₂分别为导光板3直角边和斜边的长度，α为导光板3斜边和垂直方向之间的夹角，则a、b和α的方程式为：

α = \arctan \frac{a - b}{l_{1}}

β为反射镜2的顶角，r为导光板3右侧倾斜表面与反射镜2反射面的夹角，反射镜2的反射面与水平面的夹角为45度，因此方程式为：

α+γ+45°＝90°，β+γ＝90°

参照图2，假设两条垂直入射的激光光束为Ray1和Ray2，分别从导光板3右侧表面的反射镜2反射后从导光板3的左侧射出，Ray1和Ray2之间的距离d为两条相邻反射激光光束的最大距离，扫描精度由此距离确定。四边形ABCD是一个平行四边形，d1为反射镜2反射面的长度，d2为底面直角边长度，d3为相邻两反射镜2之间的距离，d4为反射镜2右侧直角边的长度，因此方程式为：

\cos α = \frac{AE}{AD} = \frac{AE}{BC} = \frac{d}{d_{3} + d_{4}},

得出：

d_{3} + d_{4} = \frac{d}{\cos α}

根据上述方程式可以计算反射镜2的数量n：

n = \frac{l_{2}}{d_{3} + d_{4}} = \frac{l_{1} / \cos α}{d / \cos α} = \frac{l_{1}}{d}

为了保证导光板3易于加工，导光板3的尺寸应加以限制，如d3应为一定值，因此：

d_{4} = \frac{d}{\cos α} - d_{3},

d_{1} = \frac{d_{4}}{\sin β} = \frac{d}{\cos α \sin β} - \frac{d_{3}}{\sin β},

d_{2} = \frac{d_{4}}{\tan β} = \frac{d}{\cos α \tan β} - \frac{d_{3}}{\tan β}

采用压克力作为导光板3和反射镜2时，亚克力的折射率n2＝1.49，θ为入射光线与反射镜2反射面的夹角，当θ＜arc sin(n1/n2)＝arc sin(1/1.49)＝42.16度时发生全反射，而为使得光线能水平出射，反射镜2的反射面与水平面的夹角为45度设置，该角度大于全反射临界角，所以在导光板3右侧表面全反射镜2的倾斜表面将发生全反射现象。当光线入射到反射镜2的反射面时，入射角满足全反射条件，因此反射镜2反射面或导光板3右侧表面不需要镀膜，激光光束能在反射镜2上经反射，从而从导光板3左侧表面水平出射反射激光光束。

实施例1

如图2所示，一体化设计的导光板3规格如下：

a为20mm，b为3mm，l₁为750mm，厚度为5mm；α为1.3°，d3为0.1mm，d4长度为0.4mm，β为46.3°，由上述规格的导光板3和全反射镜一体化制得的导光板3，只要使用一个激光器1，就能实现投射多束光的目的，且导光板3便于加工，相邻两个全反射镜反射出的反射激光光束的距离为0.5mm，扫描精度高。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于导光板微结构的激光扫描系统，包括一采用透明材质的导光板、一激光器、一供电系统，其特征在于，所述激光器上设有一准直透镜，经过所述准直透镜呈现一束具有宽度的激光光束；

还包括一反射镜组，所述反射镜组包括至少两个反射镜，至少两个所述反射镜的至少一部分反射面在具有宽度的所述激光光束的照射范围以内；反射镜组排列在所述导光板内，反射镜采用全反射镜，所述全反射镜生成在所述导光板内；

反射镜组位于所述导光板一侧，所述导光板竖直放置时，所述至少两个反射镜的反射面朝左，所述反射镜自上而下排列，且自右向左依次错位排列；

所述激光器位于所述导光板上方，向所述导光板内自上而下发射具有宽度的激光光束。

2.根据权利要求1所述的基于导光板微结构的激光扫描系统，其特征在于，所述全反射镜的反射面与水平面的夹角为45度。

3.根据权利要求1或2所述的基于导光板微结构的激光扫描系统，其特征在于，所述导光板的与其入光面相对的面的截面宽度大于等于3mm。

4.根据权利要求1或2所述的基于导光板微结构的激光扫描系统，其特征在于，所述导光板为采用玻璃制成的条状的玻璃条，所述导光板上设有所述全反射镜。

5.根据权利要求1或2所述的基于导光板微结构的激光扫描系统，其特征在于，所述导光板为一条状的压克力条，所述导光板上设有由压克力材料制成的所述全反射镜。

6.根据权利要求5所述的基于导光板微结构的激光扫描系统，其特征在于，所述导光板与所述全反射镜生成在一块压克力条上，采用一体化设计。