CN108227166B - 一种微片激光测距仪的离轴两反系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微片激光测距仪的离轴两反系统，该系统包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜，第一离轴反射镜为球面镜，第二离轴反射镜为偶次非球面镜，激光入射到第一离轴反射镜后发散并反射至第二离轴反射镜，并在第二离轴反射镜上发生反射后出射，形成扩束光斑；其中，第一离轴反射镜相对于入射激光的主光轴倾斜，第二离轴反射镜相对于入射激光的主光轴存在离轴偏心。本发明的微片激光测距仪的离轴两反系统采用两个离轴反射镜设计，通过将第一离轴反射镜设置为球面镜，将第二离轴反射镜设置为偶次非球面镜，能够在无中心能量损失，无中心遮拦情况下，满足扩束倍率设计要求，实现长距离测距，成本低，具有广阔的市场前景。

Description

一种微片激光测距仪的离轴两反系统
技术领域
本发明涉及激光测距仪技术领域，特别涉及一种微片激光测距仪的离轴两反系统。
背景技术
激光扩束系统是激光测距仪等诸多激光仪器设备中的重要部分，其主要作用是压缩激光的空间发散角，并使激光束满足孔径要求，实现远距离测距。现有的扩束系统设计方法主要分为折射型和反射型，折射型扩束器的设计、加工和调节都较简单，例如深圳市大族激光科技股份有限公司申请的专利“激光扩束系统”，其使用两块透镜组合实现，但是扩束光斑的孔径较小，倍率较低，难以满足出射光斑大口径要求。反射型扩束器虽能够增大扩束倍率，压缩系统长度，但存在中心遮拦问题，导致高斯型激光中心光束能量损失严重，难以实现远距离测距。因此，在如何避免中心遮拦的同时，满足高倍率扩束设计要求成为激光扩束系统设计的关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何提供一种中心无遮拦，同时满足高倍率扩束的微片激光测距仪的离轴两反系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微片激光测距仪的离轴两反系统，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜，所述第一离轴反射镜为球面镜，所述第二离轴反射镜为偶次非球面镜，激光入射到所述第一离轴反射镜后发散并反射至所述第二离轴反射镜，并在所述第二离轴反射镜上发生反射后出射，形成扩束光斑；其中，所述第一离轴反射镜相对于入射激光的主光轴倾斜，所述第二离轴反射镜相对于入射激光的主光轴存在离轴偏心。
作为本发明的进一步改进，所述第一离轴反射镜为顶点曲率半径为3.9mm的球面镜，口径尺寸为5mm，与所述第二离轴反射镜之间的距离为27.2mm，与所述入射激光的主光轴的倾斜角为19.5°；所述第二离轴反射镜为二次曲面系数为-1.163，顶点曲率为51.732mm的偶次非球面镜，口径尺寸为14.2mm，所述第二离轴反射镜的机械轴与所述入射激光的主光轴的偏心距离为2.4mm，所述机械轴为所述第二离轴反射镜的机械固定对称轴；所述入射激光的发散角为12.5mrad，光斑直径0.25mm；出射激光发散角为0.45mrad，光斑直径为12.7mm。
作为本发明的进一步改进，所述第一离轴反射镜和第二离轴反射镜上镀有高反膜。
作为本发明的进一步改进，所述入射激光为1.54um激光。
作为本发明的进一步改进，所述第一离轴反射镜和第二离轴反射镜的材料为铝。
本发明的微片激光测距仪的离轴两反系统采用两个离轴反射镜设计，通过将第一离轴反射镜设置为球面镜，将第二离轴反射镜设置为偶次非球面镜，能够在无中心能量损失，无中心遮拦情况下，满足扩束倍率设计要求，实现长距离测距，并且结构紧凑，易于单点金刚石车床加工，成本低，经济效益高，在激光测距仪领域具有很大应用潜力，具有广阔的市场前景。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明实施例中微片激光测距仪的离轴两反系统的示意图；
图2是本发明实施例中探测到的出射激光的能量示意图；
图3是本发明实施例中系统的像面点列图。
标记说明：10、第一离轴反射镜；20、第二离轴反射镜；21、机械轴；30、激光口；40、入射激光；41、主光轴；50、出射激光；60、倾斜角。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明微片激光测距仪的离轴两反系统，该系统包括第一离轴反射镜10和第二离轴反射镜20，第一离轴反射镜10和第二离轴反射镜20上镀有高反膜，第一离轴反射镜10和第二离轴反射镜20均为铝材料，可用单点金刚石车床加工。第一离轴反射镜10为球面镜，第二离轴反射镜20为偶次非球面镜，第二离轴反射镜20设置有激光口30，入射激光40从激光口30入射到第一离轴反射镜10，在第一离轴反射镜10上发散并反射至第二离轴反射镜20，接着发生反射后出射，出射激光50形成扩束光斑。其中，为了满足中心无遮拦，第一离轴反射镜10相对于入射激光40的主光轴41倾斜,形成倾斜角60，第二离轴反射镜20相对于入射激光40的主光轴41存在离轴偏心。
在本实施例中，我们选用1.54um激光，第一离轴反射镜10选用顶点曲率半径为3.9mm的球面镜，口径尺寸为5mm，与第二离轴反射镜20之间的距离为27.2mm，与入射激光40的主光轴41的倾斜角60为19.5°；第二离轴反射镜20选用二次曲面系数为-1.163，顶点曲率为51.732mm的偶次非球面镜，口径尺寸为14.2mm，第二离轴反射镜20的机械轴21与入射激光40的主光轴41的偏心距离为2.4mm，其中，机械轴21为第二离轴反射镜20的机械固定对称轴；入射激光40的发散角为12.5mrad，光斑直径0.25mm。得到的出射激光50发散角为0.45mrad，光斑直径为12.7mm。系统总体放大倍数为：出射光斑直径/入射光斑直径＝12.7/0.25＝50.8，满足扩束50倍率。
如图2所示，为本发明实施例中探测到的出射激光的能量示意图。以探测器探测出射激光50的能量，其中，总追迹光束为840989条，峰值照度为1.077W，探测到0.841W，能量损失率低于20％，有效避免中心遮拦导致的能量损失。
如图3所示，为本发明实施例中系统的像面点列图。从图中可以看出，在5个不同视场下(入射激光发散角内)，像点均小于艾里斑，达到衍射极限。
本发明的微片激光测距仪的离轴两反系统采用两个离轴反射镜设计，通过将第一离轴反射镜设置为球面镜，将第二离轴反射镜设置为偶次非球面镜，能够在无中心能量损失，无中心遮拦情况下，满足扩束倍率设计要求，实现长距离测距，并且结构紧凑，易于单点金刚石车床加工，成本低，经济效益高，在激光测距仪领域具有很大应用潜力，具有广阔的市场前景。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种微片激光测距仪的离轴两反系统，其特征在于，包括第一离轴反射镜和第二离轴反射镜，所述第一离轴反射镜为球面镜，所述第二离轴反射镜为偶次非球面镜，激光入射到所述第一离轴反射镜后发散并反射至所述第二离轴反射镜，并在所述第二离轴反射镜上发生反射后出射，形成扩束光斑；
其中，所述第一离轴反射镜相对于入射激光的主光轴倾斜，所述第二离轴反射镜相对于入射激光的主光轴存在离轴偏心，所述第一离轴反射镜为顶点曲率为3.9mm的球面镜，口径尺寸为5mm，与所述第二离轴反射镜之间的距离为27.2mm，与所述入射激光的主光轴的倾斜角为19.5°；所述第二离轴反射镜为二次曲面系数为-1.163，顶点曲率半径为51.732mm的偶次非球面镜，口径尺寸为14.2mm，所述第二离轴反射镜的机械轴与所述入射激光的主光轴的偏心距离为2.4mm，所述机械轴为所述第二离轴反射镜的机械固定对称轴；所述入射激光的发散角为12.5mrad，光斑直径0.25mm；出射激光发散角为0.45mrad，光斑直径为12.7mm；所述入射激光为1.54μm激光。
2.如权利要求1所述的微片激光测距仪的离轴两反系统，其特征在于，所述第一离轴反射镜和第二离轴反射镜的材料为铝。
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