CN105842847A - 一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，包括扫描激光器、分光镜、凸微透镜阵列、凹微透镜阵列、第一聚集透镜组、第二聚集透镜组和激光探测器；扫描激光器发出的扫描激光束依次透过分光镜、凸微透镜阵列、凹微透镜阵列和第一聚集透镜组后聚集照射在探测目标上，探测目标漫反射回的激光再依次透过第一聚集透镜组、凹微透镜阵列和凸微透镜阵列后并通过分光镜反射至所述第二聚集透镜组，再聚集到激光探测器像面上。本发明采用双通道共光路，系统布局紧凑，具有小型化、轻量化的特点，且只需微米级的位移就能达到较大角度的扫描视场。

Description

一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统
技术领域
本发明属于激光成像和光学技术领域，更具体地，涉及一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统。
背景技术
激光成像有着广泛的用途，从国防、航空、航天等应用中的激光雷达、激光制导到激光显示、激光打印等。激光成像主要实现方式分为扫描式和非扫描式两类。非扫描激光成像系统在工作距离较远时需要激光器发射功率很高，当激光脉冲能量有限时，为保证作用距离，需要牺牲空间分辨率。扫描式激光成像技术是目前比较成熟的激光成像技术，但是，传统扫描成像系统体积大，功耗大，不能满足激光三维成像传感器微小化发展需求。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，旨在解决现有的扫描成像系统体积大且功耗大的问题。
本发明提供了一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，包括扫描激光器、分光镜、凸微透镜阵列、凹微透镜阵列、第一聚集透镜组、第二聚集透镜组和激光探测器；所述扫描激光器发出的扫描激光束依次透过分光镜、所述凸微透镜阵列、凹微透镜阵列和第一聚集透镜组后聚集照射在探测目标上，所述探测目标漫反射回的激光再依次透过所述第一聚集透镜组、所述凹微透镜阵列和所述凸微透镜阵列后并通过所述分光镜反射至所述第二聚集透镜组，再聚集到所述激光探测器像面上。
更进一步地，所述凸微透镜阵列为平凸型，所述凹微透镜阵列为平凹型。
更进一步地，工作时，所述凹微透镜阵列根据探测目标的位置可移动。
更进一步地，当未进行扫描时，所述凸微透镜阵列和所述凹微透镜阵列平行放置；当凹微透镜阵列相对于凸微透镜阵列向上偏移时，偏移量不大于单个凹微透镜半径；当凹微透镜阵列相对于凸微透镜阵列向下偏移时，偏移量不大于单个凹微透镜半径。
本发明提供的利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，双通道共光路，系统布局紧凑，具有小型化、轻量化的特点，且只需微米级的位移就能达到较大角度的扫描视场。
附图说明
图1为本发明实施例提供的利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统的结构示意图。
图2是伽利略望远系统转向原理图。
图3为本发明实施例提供的当负微透镜阵列向上产生微位移时扫描激光产生向下偏转的示意图。
图4为本发明实施例提供的当负微透镜阵列向下产生微位移时扫描激光产生向上偏转的示意图。
图中：1为扫描激光器，2为分光镜，3为凸微透镜阵列，4为凹微透镜阵列，5为第一聚集透镜组，6为第二聚集透镜组，7为激光探测器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的目的就是要提供一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，该扫描光学系统具有体积小、扫描位移小、扫描角度大等特点。
如图1所示，本发明提供的利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统包括扫描激光器1、分光镜2、凸微透镜阵列3、凹微透镜阵列4、第一聚集透镜组5、第二聚集透镜组6和激光探测器7；其中，扫描激光器1发出的扫描激光束透过分光镜2、凸微透镜阵列3、凹微透镜阵列4和第一聚集透镜组5，聚集照射在探测目标上，探测目标漫反射回的激光再透过第一聚集透镜组5、凹微透镜阵列4和凸微透镜阵列3，并通过分光镜2反射至第二聚集透镜组6，最终聚集到激光探测器7像面上。
在本发明实施例中，微镜阵列扫描是基于伽利略望远系统的光束转向实现的，图2示出了伽利略望远系统转向原理图；光束从左方入射。L1为正透镜，L2为负透镜，L1与L2的焦距分别为f1和f2。若L2相对于L1产生位移△X，由几何光学原理可得出出射光束偏转角为：
本发明提供的利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，双通道共光路，系统布局紧凑，具有小型化、轻量化的特点，且只需微米级的位移就能达到较大角度的扫描视场。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，现结合附图1、附图3和附图4以及具体实例详述如下：
利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统包括：扫描激光器1、分光镜2、凸微透镜阵列3、凹微透镜阵列4、第一聚集透镜组5、第二聚集透镜组6和激光探测器7。扫描激光器1发出的扫描激光束透过分光镜2、凸微透镜阵列3、凹微透镜阵列4和第一聚集透镜组5，聚集照射在探测目标上，探测目标漫反射回的激光再透过第一聚集透镜组5、凹微透镜阵列4和凸微透镜阵列3，并通过分光镜2反射至第二聚集透镜组6，最终聚集到激光探测器7像面上。
在本发明实施例中，凸微透镜阵列3其型式为平凸型，凹微透镜阵列4其型式为平凹型。
在本发明实施例中，凸微透镜阵列3和凹微透镜阵列4为了方便和可视化，均只以三个微透镜剖面表示微透镜阵列，微透镜阵列尺寸由扫描激光器输出光斑大小决定，其单个微透镜尺寸均为Φ100um左右。
在本发明实施例中，凸微透镜阵列3和凹微透镜阵列4，在系统未进行扫描时，凸微透镜阵列3和凹微透镜阵列4平行放置，此时扫描激光束聚集在正前方，其结构示意如附图1所示；当凹微透镜阵列4相对于凸微透镜阵列3向上偏移时(偏移量不大于单个凹微透镜半径)，此时扫描激光束聚集向下方偏移(聚集点偏移量与凹透镜偏移量成正比)，其结构示意如附图3所示；当凹微透镜阵列4相对于凸微透镜阵列3向下偏移时(偏移量不大于单个凹微透镜半径)，此时扫描激光束聚集向上方偏移(聚集点偏移量与凹透镜偏移量成正比)，其结构示意如附图4所示。
在本发明实施例中，第一聚集透镜组5为普通聚焦透镜，其焦距由激光成像系统的探测距离来确定，第二聚集透镜组6也为普通聚焦透镜，其焦距由系统中激光探测器7的位置来确定。
在本发明实施例中，扫描激光器1和激光探测器7均为比较成熟的技术，在此不再赘述其结构，例如，扫描激光器1可以采用北京时代卓易公司生产的PCLT-301半导体泵浦Nd:YAG固体激光器。激光探测器7可以采用Laser Components公司生产的IAE080x光电探测器。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用微透镜阵列进行扫描的激光成像光学系统，其特征在于，包括扫描激光器(1)、分光镜(2)、凸微透镜阵列(3)、凹微透镜阵列(4)、第一聚集透镜组(5)、第二聚集透镜组(6)和激光探测器(7)；
所述扫描激光器(1)发出的扫描激光束依次透过分光镜(2)、所述凸微透镜阵列(3)、凹微透镜阵列(4)和第一聚集透镜组(5)后聚集照射在探测目标上，所述探测目标漫反射回的激光再依次透过所述第一聚集透镜组(5)、所述凹微透镜阵列(4)和所述凸微透镜阵列(3)后并通过所述分光镜(2)反射至所述第二聚集透镜组(6)，再聚集到所述激光探测器(7)像面上。
2.如权利要求1所述的激光成像光学系统，其特征在于，所述凸微透镜阵列(3)为平凸型，所述凹微透镜阵列(4)为平凹型。
3.如权利要求1或2所述的激光成像光学系统，其特征在于，工作时，所述凹微透镜阵列(4)根据探测目标的位置可移动。
4.如权利要求3所述的激光成像光学系统，其特征在于，当未进行扫描时，所述凸微透镜阵列(3)和所述凹微透镜阵列(4)平行放置；当凹微透镜阵列(4)相对于凸微透镜阵列(3)向上偏移时，偏移量不大于单个凹微透镜半径；当凹微透镜阵列(4)相对于凸微透镜阵列(3)向下偏移时，偏移量不大于单个凹微透镜半径。
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