CN109798882B - 基于光束控制的激光发射系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光束控制的激光发射系统，包括：显控操作面板和与所述显控操作面板电连接的激光发射装置；激光发射装置包括容纳盒，容纳盒内设置有激光发射单元、测距单元和调焦单元；其中，在激光发射单元和调焦单元之间设置有用于调整激光光束竖直方向角度的俯仰方位控制单元；在与调焦单元的物镜对应的位置设置有用于调整激光光束水平角度的水平方位控制单元。本发明通过将两个方位控制单元分别放置在光束聚焦镜目镜的后端和物镜的前端，进而可以分别调整两个方位控制单元中的一维振镜的位置，来保证其中一个维度的大角度光束控制的需要，适应不同的需求场合，解决了光束控制角度小，聚焦效果差的问题。

Description

基于光束控制的激光发射系统

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种基于光束控制的激光发射系统。

背景技术

近年来，激光应用技术已经推广到了各行各业。在当前的激光应用中，采用的光束聚焦并控制发射通常有两种方案，方案一是将是激光耦合后通过二维振镜或两个一维的光束反射控制振镜进行光束二维方向控制，之后通过聚焦镜进行聚焦发射。方案二是激光经过聚焦扩束镜之后，在聚焦扩束镜的出口前端放置一个两维的光束反射控制振镜来实现对光束的两维控制。然而上述两种方案存在一定的缺陷，方案一中，由于出口光束的质量会随着摆动角度的增大而降低，导致振镜都不能做大角度的摆动，且光束反射控制系统的聚焦镜的倍率通常都不能太大，因此造成光束控制角度小，聚焦效果较差；方案二中，由于在聚焦扩束镜的出口前端放置一个两维的光束反射控制振镜，因此会导致光束控制系统体积空间较大，成本较高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于光束控制的激光发射系统，用以解决现有技术中存在的光束控制角度小，聚焦效果差以及体积空间大的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种基于光束控制的激光发射系统，包括显控操作面板和与所述显控操作面板电连接的激光发射装置；

所述激光发射装置包括一体机机壳，所述一体机机壳内设置有激光发射单元、测距单元和调焦单元；

其中，在所述激光发射单元和调焦单元之间设置有用于调整激光光束竖直方向角度的俯仰方位控制单元；

在与调焦单元的物镜对应的位置设置有用于调整激光光束水平角度的水平方位控制单元。

可选的，所述激光发射单元包括激光器，所述激光器设置在所述一体机机壳内；所述的激光器的出口与激光耦合镜头连接，利用激光耦合镜头将激光导入俯仰方位控制单元。

可选的，所述俯仰方位控制单元包括俯仰反射镜和俯仰控制振镜；

所述俯仰反射镜包括反射镜镜片；所述反射镜镜片与所述激光耦合镜头对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述反射镜镜片与水平方向之间的夹角为45°；所述反射镜镜片用于接收激光耦合镜头输出的激光并对激光光束进行初始方位控制，再将经过初始方位控制后的激光输出给所述俯仰控制振镜；

所述俯仰控制振镜包括振镜镜片和第一电机；所述振镜镜片沿平行于第一电机的输出轴的方向与所述第一电机的输出轴固定连接，且所述振镜镜片与所述俯仰反射镜镜片对应；利用所述输出轴转动带动所述振镜镜片转动，以使振镜镜片接收所述俯仰反射镜输出的激光并对激光光束进行二次方位控制，再将经过二次方位控制后的激光输出调焦单元。

可选的，还包括第一控制器，所述第一控制器设置在所述显控操作面板上，所述第一控制器与所述第一电机电连接。

可选的，所述调焦单元包括：物镜、目镜和驱动装置，

所述物镜与所述目镜同轴设置，所述目镜与所述物镜滑配连接、且所述物镜设置在所述一体机机壳的底部；

所述目镜与所述俯仰控制振镜对应，用于接收所述俯仰控制振镜反射的激光；

所述驱动装置与所述目镜的壳体传动连接，用于驱动所述目镜沿着激光的发射方向移动以调整焦距。

可选的，所述驱动装置包括底座、调焦电机和控制器；

所述控制器设置在所述显控操作面板上，且所述控制器与所述调焦电机电连接，用于对所述调焦电机进行控制；

所述调焦电机设置在所述底座上；

所述底座设置在所述一体机机壳的底部；所述底座上沿调焦电机的输出轴方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，所述调焦电机的输出轴通过螺杆与所述滑块螺纹连接；

所述滑块与所述目镜固定连接，所述滑块随着电机输出轴的转动带动所述目镜做往复运动。

可选的，所述水平方位控制单元包括设置在所述壳体侧壁上的水平反射镜和水平控制振镜；

所述水平反射镜的镜片与调焦单元的物镜对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述水平反射镜镜片与竖直方向之间的夹角为45°；所述水平反射镜用于接收物镜输出的激光，以对激光光束进行水平方向角度控制，并将经过水平方向角度控制后的激光输出给所述水平控制振镜上；

所述水平控制振镜包括水平振镜镜片和第二电机；所述水平振镜镜片沿平行于第二电机的输出轴方向与所述第二电机的输出轴固定连接，且所述水平振镜的镜片与所述水平反射镜的镜片对应；利用所述第二电机输出轴转动带动所述水平振镜镜片转动，以使水平振镜接收所述水平反射镜输出的激光并对激光光束进行水平方向角度控制。

可选的，还包括第二控制器，所述第二控制器设置在所述显控操作面板上，且所述第二控制器与所述第二电机电连接。

可选的，所述测距单元包括测距机，所述测距机设置在所述物镜的上方，且所述测距机的镜头与物镜位于同一竖直平面内。

可选的，还包括：定位装置，所述激光发射装置设置在所述的定位装置的承载座上；

观瞄装置，所述观瞄装置与显控操作面板电连接。

本发明实施例中，通过将两个方位控制单元分别放置在光束聚焦镜目镜的后端和物镜的前端的方案，进而可以分别调整两个方位控制单元中的一维振镜的位置，来保证其中一个维度的大角度光束控制的需要，适应不同的需求场合，解决了或者光束控制角度小、聚焦效果差、体积空间大以及成本高的问题。使整个装置体积重量较小，方便携带，操作灵活。

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它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明第一实施例基于光束控制的激光发射系统的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中激光发射装置的结构示意图；

图3为本发明第二实施例基于光束控制的激光发射系统的整体结构示意图；

图4为本发明第二实施例中显控操作面板的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一实施例提供一种基于光束控制的激光发射系统，如图1所示，包括：显控操作面板2和与所述显控操作面板2电连接的激光发射装置1；

所述激光发射装置1包括一体机机壳，所述一体机机壳内设置有激光发射单元、测距单元和调焦单元。其中，在所述激光发射单元和调焦单元之间设置有用于调整激光光束竖直方向角度的俯仰方位控制单元；在与调焦单元的物镜对应的位置设置有用于调整激光光束水平角度的水平方位控制单元。

具体的，如图2所示，本实施例中，激光发射单元包括激光器，激光器设置在一体机机壳内；激光器的出口与激光耦合镜头6连接，利用激光耦合镜头6将激光导入俯仰方位控制单元。具体的，激光器可以是光纤激光器，也可以是固体激光器、半导体激光器或者CO2激光器。

俯仰方位控制单元包括俯仰反射镜7和俯仰控制振镜8；所述俯仰反射镜7包括反射镜镜片；所述反射镜镜片与所述激光耦合镜头对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述反射镜镜片与水平方向之间的夹角为45°；所述反射镜镜片用于接收激光耦合镜头输出的激光并对激光光束进行初始方位控制，再将经过初始方位控制后的激光输出给所述俯仰控制振镜。所述俯仰控制振镜8包括振镜镜片和第一电机81；所述振镜镜片沿平行于第一电机的输出轴的方向与所述第一电机的输出轴固定连接，且所述振镜镜片与所述俯仰反射镜镜片对应；利用所述输出轴转动带动所述振镜镜片转动，以使振镜镜片接收所述俯仰反射镜输出的激光并对激光光束进行二次方位控制，再将经过二次方位控制后的激光输出调焦单元。具体，本实施例中，还包括第一控制器，所述第一控制器设置在所述显控操作面板上，所述第一控制器与所述第一电机电连接。

所述调焦单元包括：物镜11、目镜10和驱动装置9，所述物镜与所述目镜同轴设置，所述目镜与所述物镜滑配连接、且所述物镜通过固定架设置在一体机机壳的底部；所述目镜10与所述俯仰控制振镜对应，用于接收所述俯仰控制振镜反射的激光；

驱动装置9与所述目镜的壳体传动连接，用于驱动所述目镜沿着激光的发射方向移动以调整焦距。具体的，所述驱动装置9包括底座、调焦电机和调焦控制器；所述调焦控制器设置在所述显控操作面板上，且所述调焦控制器与所述调焦电机电连接，用于对所述调焦电机进行控制；所述调焦电机设置在所述底座上；所述底座设置在所述一体机机壳的底部；所述底座上沿调焦电机的输出轴方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，所述调焦电机的输出轴通过螺杆与所述滑块螺纹连接；所述滑块与所述目镜固定连接，所述滑块随着电机输出轴的转动带动所述目镜做往复运动。具体的，所述滑块上沿垂直于滑块的滑动方向设置有推杆，所述推杆与所述目镜的壳体连接，用于推动目镜往复运行。

具体的，所述水平方位控制单元包括设置在所述壳体侧壁上的水平反射镜12和水平控制振镜13；水平反射镜12的镜片与调焦单元的物镜对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述水平反射镜12镜片与竖直方向之间的夹角为45°；所述水平反射镜用于接收物镜输出的激光，以对激光光束进行水平方向角度控制，并将经过水平方向角度控制后的激光输出给所述水平控制振镜13上。水平控制振镜13包括水平振镜镜片和第二电机；所述水平振镜镜片沿平行于第二电机的输出轴方向与所述第二电机的输出轴固定连接，且所述水平振镜的镜片与所述水平反射镜的镜片对应；利用所述第二电机输出轴转动带动所述水平振镜镜片转动，以使水平振镜接收所述水平反射镜输出的激光并对激光光束进行水平方向角度控制。本实施例中，还包括第二控制器，所述第二控制器设置在所述显控操作面板上，且所述第二控制器与所述第二电机电连接。

具体的，本实施例中还包括所述测距单元包括测距机，所述测距机设置在所述物镜的上方，且所述测距机的镜头与物镜位于同一竖直平面内。

本发明实施例中先使耦合后的激光光束通过俯仰反射45°反射镜7进入俯仰控制振镜8镜片中，俯仰控制振镜8位于变焦镜头变焦目镜10的后方，通过控制俯仰控制振镜8的摆动来控制激光俯仰角度；再通过方位45°反射镜12反射激光光束进入方位控制振镜13；通过控制方位控制振镜13的摆动来控制激光的方位发射角度；也可以采用其它布局方式实现两路振镜的光束控制，比如去掉方位45°反射镜12，使光路直接进入方位控制振镜反射出去。

本发明实施例中，通过在聚焦镜目镜后端和物镜的前端分别放置一维振镜的方式，增大了对光束的控制角度，并且聚焦效果好，适用了某些特定应用场合对激光聚焦发射、光束方向控制以及光束摆动角度的要求。同时本发明采用反射镜和一维振镜的组合成为水平方位控制单元和俯仰方位控制单元，使得装置整体轻体积小，并且重量轻，方便搬运，操作灵活。

本发明第二实施例提供一种基于光束控制的激光发射系统，在第一实施例的基础上改进而得，如图3所述，包括：显控操作面板2、观瞄装置3和与所述显控操作面板2电连接的激光发射装置1；观瞄装置3与显控操作面板2电连接，具体的，连接方式包括有线电连接和无线电连接。观瞄装置具体可以为观瞄相机。定位装置可以为三脚架或者云台。观瞄相机与显控操作面板2用于采集目标图像并显示图像于显控控制面板中，两者固定在三脚架4上，三脚架4用于支撑整个装置并实现对目标快速粗瞄准。

结合图2，激光发射装置1包括测距机5，测距机5为小型的激光测距机，用于测量目标的距离。激光耦合镜6，用于准直激光；俯仰反射45°反射镜7，用于反射激光进入振镜镜片中；俯仰控制振镜8用于控制反射激光的俯仰角度；变焦驱动电机9用于调整目镜的位置；变焦目镜10与变焦物镜11组合成变焦镜头一起用来控制激光光束的焦点位置；方位45°反射镜12用于反射激光光束进入方位控制振镜13；方位控制振镜13用于控制激光的方位发射角度和位置。

如图4所示，所述的显控操作面板2包含图像显示器17，用于显示图像采集CCD采集的图像；瞄准十字丝14，用于标识激光的发射位置；光束控制范围图框15用于标识振镜控制激光光束的发射范围；控制按键16用于实现控制激光光束移动及激光发射等其它功能。具体的，光束控制范围图框15作为进行粗瞄的范围参考，也可以设置不同大小的图框进行瞄准，不同大小的图框所代表的振镜控制的光束质量不同，也可以采用其它的图框形式来确定粗跟瞄的范围

在本实施例中，是将俯仰控制振镜8放置于聚焦镜变焦目镜10后方用于控制反射激光的俯仰角度，将方位控制振镜13放置于聚焦镜的变焦物镜11前方用于控制激光的方位发射角度和位置。在本实施的基础上也可以进行变形：将方位控制振镜13放置于聚焦镜变焦物镜的后方而将俯仰控制振镜8放置于聚焦镜变焦物镜11的前方。

本实施例中利用设置的观瞄装置对目标进行拍摄，并通过图框设定出振镜光束控制的范围，然后使用三脚架或云台进行快速粗瞄准，将目标快速移动到图框当中，如图4所示，进一步再通过显控操作面板上的控制按键16进行控制，调整俯仰控制振镜8和水平控制振镜制13对光束进行精确跟瞄，使激光光束能够高效而准确的对准目标。

本发明实施例通过在聚焦镜目镜后和物镜前分别放置一维振镜的方式，适用了某些特定应用场合对激光聚焦发射和光束方向控制以及光束摆动角度的要求；同时采用三角架快速移动结合光束控制范围图框进行粗瞄准，再使用振镜控制光束进行精确跟瞄的方式进行目标瞄准，使激光光束能够高效而准确的对准目标；采用根据目标距离来调整激光指示十字丝在显示屏幕的位置，使十字丝始终对准激光光斑位置，为非同轴发射激光提供准确的光点指示。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种基于光束控制的激光发射系统，其特征在于，包括：显控操作面板和与所述显控操作面板电连接的激光发射装置；

所述激光发射装置包括一体机机壳，所述一体机机壳内设置有激光发射单元、测距单元和调焦单元；

其中，在所述激光发射单元和调焦单元之间设置有用于调整激光光束竖直方向角度的俯仰方位控制单元；

在与调焦单元的物镜对应的位置设置有用于调整激光光束水平角度的水平方位控制单元；

其中，所述激光发射单元包括激光器，所述激光器设置在所述一体机机壳内；所述的激光器的出口与激光耦合镜头连接，利用激光耦合镜头将激光导入俯仰方位控制单元；

其中，所述俯仰方位控制单元包括俯仰反射镜和俯仰控制振镜；

所述俯仰反射镜包括反射镜镜片；所述反射镜镜片与所述激光耦合镜头对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述反射镜镜片与水平方向之间的夹角为45°；所述反射镜镜片用于接收激光耦合镜头输出的激光并对激光光束进行初始方位控制，再将经过初始方位控制后的激光输出给所述俯仰控制振镜；

所述俯仰控制振镜包括振镜镜片和第一电机；所述振镜镜片沿平行于第一电机的输出轴的方向与所述第一电机的输出轴固定连接，且所述振镜镜片与所述俯仰反射镜镜片对应；利用所述输出轴转动带动所述振镜镜片转动，以使振镜镜片接收所述俯仰反射镜输出的激光并对激光光束进行二次方位控制，再将经过二次方位控制后的激光输出调焦单元；

其中，所述调焦单元包括：物镜、目镜和驱动装置，

所述物镜与所述目镜同轴设置，所述目镜与所述物镜滑配连接、且所述物镜设置在所述一体机机壳的底部；

所述目镜与所述俯仰控制振镜对应，用于接收所述俯仰控制振镜反射的激光；

所述驱动装置与所述目镜的壳体传动连接，用于驱动所述目镜沿着激光的发射方向移动以调整焦距；

其中，所述驱动装置包括底座、调焦电机和控制器；

所述控制器设置在所述显控操作面板上，且所述控制器与所述调焦电机电连接，用于对所述调焦电机进行控制；

所述调焦电机设置在所述底座上；

所述底座设置在所述一体机机壳的底部；所述底座上沿调焦电机的输出轴方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，所述调焦电机的输出轴通过螺杆与所述滑块螺纹连接；

所述滑块与所述目镜固定连接，所述滑块随着电机输出轴的转动带动所述目镜做往复运动；

其中，所述水平方位控制单元包括设置在壳体侧壁上的水平反射镜和水平控制振镜；

所述水平反射镜的镜片与调焦单元的物镜对应、通过连接件与所述一体机机壳的底部固定连接，且所述水平反射镜镜片与竖直方向之间的夹角为45°；所述水平反射镜用于接收物镜输出的激光，以对激光光束进行水平方向角度控制，并将经过水平方向角度控制后的激光输出给所述水平控制振镜上；

所述水平控制振镜包括水平振镜镜片和第二电机；所述水平振镜镜片沿平行于第二电机的输出轴方向与所述第二电机的输出轴固定连接，且所述水平振镜的镜片与所述水平反射镜的镜片对应；利用所述第二电机输出轴转动带动所述水平振镜镜片转动，以使水平振镜接收所述水平反射镜输出的激光并对激光光束进行水平方向角度控制。

2.如权利要求1所述的基于光束控制的激光发射系统，其特征在于，还包括第一控制器，所述第一控制器设置在所述显控操作面板上，所述第一控制器与所述第一电机电连接。

3.如权利要求1所述的基于光束控制的激光发射系统，其特征在于，还包括第二控制器，所述第二控制器设置在所述显控操作面板上，且所述第二控制器与所述第二电机电连接。

4.如权利要求1所述的基于光束控制的激光发射系统，其特征在于，所述测距单元包括测距机，所述测距机设置在所述物镜的上方，且所述测距机的镜头与物镜位于同一竖直平面内。

5.如权利要求1所述的基于光束控制的激光发射系统，其特征在于，还包括：

定位装置，所述激光发射装置设置在所述的定位装置的承载座上；

观瞄装置，所述观瞄装置与显控操作面板电连接。