CN111830722A - 一种多程光斑的激光发射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多程光斑的激光发射器，包括一激光源和透镜，其特征在于，所述透镜包含多个透镜分区，所述多个透镜分区的主光轴重合，且具有不同的焦距，所述激光源设置在所述主光轴上；在激光源的照射下，光线通过不同透镜分区时，其发散角不同。通过激光发射端的光学整形系统分区或多组态光学系统合成，实现激光发射系统的多组态输出，实现了单一发射单元激光多程光斑大小类似的有益效果，即不同探测距离的光斑大小类似，从而大大简化了探测器件的选型和布局。

Description

一种多程光斑的激光发射器
技术领域
本发明涉及激光器的制造和应用，具体而言，涉及一种多程光斑的激光发射器。
背景技术
激光通讯、激光能量传输、激光模拟对抗等光学发射与接收系统中，为充分利用激光的指向性和低发散性，往往需要较长的有效工作距离。因此激光发射端会调节至激光的小发散角状态。但光斑仍然随着传输距离的增加逐渐变大，即较近距离与较远距离处的光斑大小会差别很大。这种状态对激光接收端造成很大困扰，一是能量近端与远端的能量密度差别很大，探测器件选择困难，二是光斑大小差别大造成定位精度和探测器布局的困难。首先，当激光发射器和探测器矩阵距离较近时，激光发射器射出的光束发散角应该大点，以免光束照射在探测器矩阵中的探测器之间，使得激光发射器的命中率降低；其次，当激光发射器和探测器矩阵距离较远时，激光发射器射出的光束发散角应该小点，以免光束经过较长光程后，光斑变大，在光斑内可能会照射到较多数量的探测器，使得测量精度偏低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多程光斑的激光发射器，以实现激光多程光斑大小差别小，能量密度均一的技术特色。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种多程光斑的激光发射器包括一激光源和透镜，所述透镜包含多个透镜分区，所述多个透镜分区的主光轴重合，且具有不同的焦距，所述激光源设置在所述主光轴上；在激光源的照射下，光线通过不同透镜分区时，其发散角不同。
所述透镜分区由多个环形透镜区域组成。
所述透镜分区由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合。
所述透镜分区由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合；所述多个扇形区域由多个焦距不同的不完整环形透镜区域组成，且环形透镜区域的圆心与扇形区域的顶点重合。
在探测器矩阵要求的光斑大小下，所述透镜分区的适用距离相互衔接。
透镜采用塑胶、树脂或玻璃材料制成。
所述透镜在制造时，采用一体成型。
所述透镜在制造时，采用拼装后胶粘为一体。
与现有技术相比，该发明实现激光多程光斑大小差别小，能量密度均一的技术特色；通过激光发射端的光学整形系统分区或多组态光学系统合成，实现激光发射系统的多组态输出，实现了单一发射单元激光多程光斑大小类似的有益效果，即不同探测距离的光斑大小类似，从而大大简化了探测器件的选型和布局。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图也属于本发明的保护范围。
图1为实施例一的激光发射器的结构图；
图2为实施例一的透镜的主视图；
图3为实施例一的透镜的另一结构图；
图4为透镜参数结构示意图；
图5为实施例二的激光发射器的结构图；
图6为实施例二的透镜的主视图；
图7为实施例三的透镜的主视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。
实施例1
一种多程光斑的激光发射器包括了激光源S，透镜O，透镜O包含多个环形透镜区域，如图1和2中的透镜O为两个环形透镜区域，分别为环形透镜区域1和环形透镜区域2，各环形透镜区域的主光轴重合，且焦距不同，使得在一激光发射器的照射下，光线通过不同透镜区域时，其发散角不同。
透镜O可以采用塑胶、树脂或玻璃材料制成，在制造该透镜时，可以一体成形，即采用模具制成最终形状，或通过模具制备一个较大的透镜，再通过加工加工出具有不同焦距的环形透镜区域，图1所示的为一体成型；此外也可以采用拼装的方法，即为了方便制造加工，先制备出不同焦距的环形透镜区域，其次，将各环形透镜区域拼装，并通过胶粘结为一体，如图3所示。
在同一探测器矩阵下，为了使得各透镜分区的适用距离相互衔接，下面就以两个透镜分区为例，介绍其参数设置原理如下：首先根据实际情况，确认在近程应用时该多程光斑的激光发射器与探测器矩阵的最近使用距离S1，其次，根据探测矩阵的具体设置情况，确定在近程应用时，保证激光照射到该矩阵时，至少击中其中一个探测器时的光斑直径D1，以及根据具体应用条件所允许的最大光斑直径D2。为了便于理解各透镜分区的焦距关系，采用图4进行说明，由于激光光束沿着主光轴对称，因此本图采用光线的一半进行说明，X轴也为主光轴，R1为发散角为θ1的光束，即通过一透镜分区后的发散角θ1；R2为发散角为θ2的光束，即通过另一透镜分区后的发散角θ2。为了使探测器矩阵能够接收到激光信号，在近程应用时选取发散角较大的光束R1，当Y＝D1/2时，与R1光线相交，其在X轴的投影为X0，且X0＝S1，当Y＝D2/2时，与R1光线相交，其在X轴的投影为X2，X2＝S1D2/D1，其次也可以求得
Figure BDA0002609063980000041
因此可以得到近程应用透镜分区的相关参数为：
Figure BDA0002609063980000051
适用范围为[S1,S1D2/D1]，通过测量光源与透镜分区之间的距离计算出透镜分区的焦距f1。为了便于将该近程应用的透镜与远程应用透镜的适用范围连接起来，如图4所示，R2的光线与Y＝D1/2的交点必须在[X0，X2]之间，此时可以设定X1在线段X2-X0中以一定的比例常量λ设置，即
Figure BDA0002609063980000052
因此可以求出X1的数值，此时可以得到与近程应用透镜分区适用距离相互衔接的另一透镜分区的相关参数为：
Figure BDA0002609063980000053
适用范围为[X1,D2X1/D1]，通过测量光源与透镜之间的距离计算出透镜的焦距f2。若包含大于两个以上的透镜分区时，可以通过上述计算得到，其他透镜的相关参数。
实施例2
一种多程光斑的激光发射器的具体结构，包括了激光源S，透镜O，透镜O包含多个透镜区域，所述透镜区域由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合，如图5中的透镜O为两个扇形透镜区域，分别为扇形透镜区域3和扇形透镜区域4，各扇形透镜区域的主光轴重合，且焦距不同，使得在一激光发射器的照射下，光线通过不同透镜区域时，其发散角不同。
透镜O可以采用塑胶、树脂或玻璃材料制成，在制造该透镜时，可以一体成形，即采用模具制成最终形状，或通过模具制备一个较大的透镜，再通过加工加工出具有不同焦距的扇形透镜区域；此外也可以采用拼装的方法，即为了方便制造加工，先制备出不同焦距的扇形透镜区域，其次，将各扇形透镜区域拼装，并通过胶粘结为一体。
每个扇形透镜区域焦距及使用范围的设置原则与实施例一相同。
实施例3
一种多程光斑的激光发射器的具体结构，包括了激光源S，透镜O，透镜O包含多个透镜区域，所述透镜区域由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合；所述多个扇形区域由多个焦距不同的环形透镜区域组成。如图7中的透镜O大体上分为两个扇形区域，即由透镜区域5和7组成的第一扇形区域，以及由透镜区域6和8组成的第二扇形区域，每个扇形区域又分别包含了两个透镜区域，四个透镜区域5-8的主光轴重合，透镜区域5-8的圆心与扇形区域的顶点重合，且具有不同的焦距，在一激光发射器的照射下，光线通过不同透镜区域时，其发散角不同。
透镜O可以采用塑胶、树脂或玻璃材料制成，在制造该透镜时，可以一体成形，即采用模具制成最终形状，或通过模具制备一个较大的透镜，再通过加工加工出具有不同焦距的扇形透镜区域；此外也可以采用拼装的方法，即为了方便制造加工，先制备出不同焦距的透镜区域，其次，将各透镜区域拼装，并通过胶粘结为一体。
每个透镜区域焦距及使用范围的选择原则与实施例一相同。
图中，虚线和实线分别表示通过不同透镜区域的激光光束。
以上所述仅为本发明的一部分实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多程光斑的激光发射器，包括一激光源和透镜，其特征在于，所述透镜包含多个透镜分区，所述多个透镜分区的主光轴重合，且具有不同的焦距，所述激光源设置在所述主光轴上；在激光源的照射下，光线通过不同透镜分区时，其发散角不同。
2.根据权利要求1所述的激光发射器，所述透镜分区由多个环形透镜区域组成。
3.根据权利要求1所述的激光发射器，所述透镜分区由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合。
4.根据权利要求1所述的激光发射器，所述透镜分区由多个扇形区域组成，所述扇形区域位于垂直于主光轴的透镜截面上，且扇形区域的顶点与主光轴和透镜截面的交点重合；所述多个扇形区域由多个焦距不同的不完整环形透镜区域组成，且环形透镜区域的圆心与扇形区域的顶点重合。
5.根据权利要求1-4所述的激光发射器，在探测器矩阵要求的光斑大小下，所述透镜分区的适用距离相互衔接。
6.根据权利要求5所述的激光发射器，透镜采用塑胶、树脂或玻璃材料制成。
7.根据权利要求6所述的激光发射器，所述透镜在制造时，采用一体成型。
8.根据权利要求6所述的激光发射器，所述透镜在制造时，采用拼装后胶粘为一体。
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