CN111413704B - 包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统。系统包括：激光器、激光发射光路和望远镜，激光器为高斯光束发射源，激光发射光路设置在激光器和望远镜之间，激光发射光路包括自由曲面透镜光束整形结构和折轴光路；自由曲面透镜光束整形结构用于将激光器出射的高斯光束整形为环形光束；折轴光路的出射光束为中心强度为零的环形光束；自由曲面透镜光束整形结构包括两块自由曲面透镜，折轴光路包括多块反射镜。该测距系统通过自由曲面透镜整型结构将高斯光束整型成环形光束，不但降低了系统噪声，避免了R‑C系统望远镜的能量遮挡，且整个系统的光学结构简单，易于推广应用。

Description

包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别涉及一种包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统。
背景技术
在低空卫士或激光测距等光学系统中，通常用固体激光或者光纤激光器作为光源，在发射端需用地平式望远镜作为跟踪及发射系统。固体激光器或光纤激光器出射的光束一般为高斯光束。
目前，通常使用的激光测距系统由激光器和折轴光路组成，激光器出射的高斯光束经折轴光路反射后进入望远镜光路出射。现有技术的激光测距系统，中心能量由于望远镜副镜的遮挡反射回折轴光路，该部分是激光测距光路的难点。
由于环形光束中心强度为零，若将高斯光束整型为环形光束再经望远镜出射，则可以降低系统噪声和避免地平式望远镜副镜的遮挡。但是，将高斯光束整型为环形光束通常需要复杂的光学结构。例如，采用双锥透镜可将高斯光束整型成环形光束，但是由于锥点的存在，双锥透镜的生产加工实现难度大，不利于整个测距系统的推广应用。
发明内容
针对现有技术的不足和应用的局限，本发明提供一种包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统。该系统能够降低系统噪声，避免R-C系统望远镜的能量遮挡，且整个系统的光学结构简单，易于推广应用。
本发明提供的包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统，包括：激光器、激光发射光路和望远镜，所述激光器为高斯光束发射源，所述激光发射光路设置在所述激光器和所述望远镜之间，所述激光发射光路包括自由曲面透镜光束整形结构和折轴光路；所述自由曲面透镜光束整形结构用于将激光器出射的高斯光束整形为环形光束；所述折轴光路的出射光束为中心强度为零的环形光束；
所述自由曲面透镜光束整形结构包括两块自由曲面透镜，沿光路方向分别为第一自由曲面透镜和第二自由曲面透镜；沿光路方向，第一自由曲面透镜的前表面为平面，第一自由曲面透镜的后表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的前表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的后表面为平面；所述折轴光路包括多块反射镜。
如上所述的激光测距系统，优选地，所述折轴光路由五块反射镜构成；所述激光器的出射光束半径与所述望远镜的出射光束半径比为1：45；所述望远镜的口径为1.2m；所述第一自由曲面透镜与所述第二自由曲面透镜的中心距离为700mm；所述激光器为固体激光器或者光纤激光器。
本发明提供的技术方案，通过自由曲面透镜整型结构将高斯光束整型成环形光束，不但降低了系统噪声，避免了R-C系统望远镜的能量遮挡，且整个系统的光学结构简单，易于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的激光测距系统的发射光路示意图；
图2为激光器出射的高斯光束截面图；
图3为本发明提供的激光测距系统中的自由曲面透镜光束整形结构的示意图；
图4为本发明提供的激光测距系统中的自由曲面透镜整型结构的出射光束截面图；
图5为本发明提供的激光测距系统中的望远镜出射光束截面图。
以上各图中：1、激光器；2、第一自由曲面透镜；3、第二自由曲面透镜；4、第一反射镜；5、第二反射镜；6、第三反射镜；7、第四反射镜；8、第五反射镜；9、望远镜副镜；10、望远镜主镜。
具体实施方式
下面将结合附图通过实施例对本发明实施的技术方案进行清楚、完整的描述。在本发明中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的激光测距系统的发射光路示意图。参考图1所示，本发明提供的包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统，包括：激光器、激光发射光路和望远镜，激光器为高斯光束发射源，激光发射光路设置在激光器和望远镜之间，激光发射光路包括自由曲面透镜光束整形结构和折轴光路；自由曲面透镜光束整形结构用于将激光器出射的高斯光束整形为环形光束；折轴光路的出射光束为中心强度为零的环形光束；自由曲面透镜光束整形结构包括两块自由曲面透镜，沿光路方向分别为第一自由曲面透镜和第二自由曲面透镜；沿光路方向，第一自由曲面透镜的前表面为平面，第一自由曲面透镜的后表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的前表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的后表面为平面；折轴光路包括多块反射镜。
在图1给出的实施例中，激光器1出射的高斯光束依次经第一自由曲面透镜2、第二自由曲面透镜3后整形为环形光束，再经折轴光路(第一反射镜4、第二反射镜5、第三反射镜6、第四反射镜7和第五反射镜8)和望远镜光路(望远镜副镜9和望远镜主镜10)出射。
图2为激光器出射的高斯光束截面图，图3为本发明提供的激光测距系统中的自由曲面透镜光束整形结构的示意图，图4为本发明提供的激光测距系统中的自由曲面透镜整型结构的出射光束截面图，图5为本发明提供的激光测距系统中的望远镜出射光束截面图。参考图1-图5所示，激光器工作产生激光，激光器出射的高斯光束(如图2所示)先经自由曲面透镜光束整型结构(如图3所示)整形为环形光束(如图4所示)，经折轴光路后再经望远镜光路出射(如图5所示)。优选地，所述折轴光路由五块反射镜构成；所述激光器的出射光束半径与所述望远镜的出射光束半径比为1：45；所述望远镜的口径为1.2m；所述第一自由曲面透镜与所述第二自由曲面透镜的中心距离为700mm；所述激光器为固体激光器或者光纤激光器。
继续参看图1-图5所示，本实施例中，第一自由曲面透镜和第二自由曲面透镜选用的材料相同，为波长在532nm时，折射率n＝1.4607的融熔石英。激光测距系统所处环境稳定，望远镜主镜的曲率半径为R＝-3600mm，半径约为555.5mm，副镜的曲率半径R＝-480mm，半径约为90mm。
一、输入参数：
固体激光器，输出光束半径：10mm。
二、输出参数：
自由曲面透镜光束整型后的环形光束口径：内半径：12mm，外半径：60mm；
望远镜光路出射光束：内半径：90mm，外半径：450mm。
从图5可以看出，望远镜出射的环形光束的中心强度满足预期，光能利用率高，达到设计要求。
综上所述，本发明提供的技术方案，通过自由曲面透镜整型结构将高斯光束整型成环形光束，不但降低了系统噪声，避免了R-C系统望远镜的能量遮挡，且整个系统的光学结构简单，易于推广应用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种包含自由曲面透镜光束整形结构的激光测距系统，所述系统包括：激光器、激光发射光路和望远镜，所述激光器为高斯光束发射源，所述激光发射光路设置在所述激光器和所述望远镜之间，其特征在于，所述激光发射光路包括自由曲面透镜光束整形结构和折轴光路；所述自由曲面透镜光束整形结构用于将激光器出射的高斯光束整形为环形光束；所述折轴光路的出射光束为中心强度为零的环形光束；
所述自由曲面透镜光束整形结构包括两块自由曲面透镜，沿光路方向分别为第一自由曲面透镜和第二自由曲面透镜；沿光路方向，第一自由曲面透镜的前表面为平面，第一自由曲面透镜的后表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的前表面为自由曲面，第二自由曲面透镜的后表面为平面；所述折轴光路包括多块反射镜；折轴光路由五块反射镜构成；所述激光器的出射光束半径与所述望远镜的出射光束半径比为1：45；所述望远镜的口径为1.2m；所述第一自由曲面透镜与所述第二自由曲面透镜的中心距离为700mm；所述激光器为固体激光器或者光纤激光器。
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