CN211348874U - 多光束双柱镜光源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多光束双柱镜光源装置，包括若干个双柱镜激光发射单元，双柱镜激光发射单元包括激光源、激光束准直度调校装置和两根柱镜，两根柱镜并列且紧靠设置形成的双柱镜，激光源正对双柱镜，激光束准直度调校装置位于双柱镜与激光源之间，单个柱镜的直径略小于激光束准直度调校装置输出的准直激光束直径，激光束准直度调校装置输出的光束中心部从两根柱镜径向方向的结合部入射，通过双柱镜的各自半个柱镜。本装置用于生成一个亮斑较为均匀、中心和两头的强度差异小的长条型发散光斑，每路光束均由双柱镜进行激光束的散射，生成中心和边缘强度较为一致的光带。

Description

多光束双柱镜光源装置

技术领域

本实用新型涉及一种多光束双柱镜光源装置，具体说是一种用于大幅面激光靶中的激光光源装置，属于武器射击检测领域。

背景技术

在直瞄火炮的射击训练或武器射击效果监测中，对弹丸落点的测量方法有多种，其中用激光靶的测量方式的精度最高，被广泛应用于各类射击训练。按激光靶的工作原理，在弹丸飞过的空间用发散的激光束交叉照射，形成光幕，通过监测光幕中被弹丸遮挡后的阴影位置，即可计算出弹丸在空中的位置。

常见的激光靶的大小都为胸环靶的尺寸(约0.5-1米)，激光的发射和接收距离较短，容易实现功能。但在火炮的实弹射击中，靶板通常都很大，一般都大于3米，在这种情况下用激光靶的方式来工作，则激光的发射接收距离大为增加，此时激光的功率需要增加，对光斑的均匀度要求也要高，另外远距离对准激光点的难度也相应增加。由于激光靶的激光光源总体尺寸受限，若采用大功率激光器的方法，可以简单实现功率增大的效果，但是其外形尺寸将有较大的增加，不便于机动使用，因此不宜直接使用大功率器件。同时，在激光靶中，不仅需要激光光源能产生长条形散射光斑，长条形光斑要求光斑均匀，不能有明显的暗斑或亮点，而且还要求在整个长条区域中，各个部位的强度相对一致，即中心区域、两个头部等部位的光照强度大致相同，有利于激光信号检测的一致性，有利于整个装置的工作可靠性。而在常见的激光靶中，激光束通常通过传统柱镜或凹柱镜来实现长条光斑，但是其产生的光斑容易出现不均匀的现象，如长条光斑中心比两头的亮度强几倍，产生很大的偏差，不利于各部位光电信号检测的控制。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种光斑均匀、光强一致性好，容易实现光束对准的多光束双柱镜光源装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的多光束双柱镜光源装置，包括若干个双柱镜激光发射单元，所述双柱镜激光发射单元包括激光源、激光束准直度调校装置和两根柱镜，两根柱镜并列且紧靠设置形成的双柱镜，所述激光源正对双柱镜，激光束准直度调校装置位于双柱镜与激光源之间，所述单个柱镜的直径略小于激光束准直度调校装置输出的准直激光束直径，激光束准直度调校装置输出的光束中心部从两根柱镜径向方向的结合部入射，通过双柱镜的各自半个柱镜。

本实用新型的有益效果是：(1)充分应用柱镜对激光光束散射的特性，改变单柱镜的常规光照布局，将一个光束分成两个部分，分别有两个柱镜的一半进行散射组合，即将光强部分分配到弱散射区，弱光部分分配到强散射区，生成一个亮斑较为均匀、中心和两头的强度差异小的长条型发散光斑。相比单柱镜效果而言，强光部分有了减弱，弱光部分得到增强，因而整体的光强一致性大大提高。由于最终长条光带为多光束重叠照射而成，类似多光源组合照明提高匀光效果，光斑的均匀性得到进一步提高，较好地满足了大幅面激光靶的工作要求。(2)采用多光束双柱镜光源结构，增加了光照功率，较好地满足了均匀光强的长条光带的技术要求。

作为优选，所述双柱镜激光发射单元为4个，可以形成多光束的组合照射，由此增强光带的光照强度；同时，多个光源的光斑重叠混合，可进一步提高了光斑的均匀度。

作为优选，所述双柱镜激光发射单元设置在二维调节机构上，可以进行长条光斑的平移和倾斜两个自由度的调节。

作为优选，所述二维调节机构包括活动座和二维调节座，所述活动座连接二维调节座，二维调节座上分别设有倾斜调节旋钮和水平摆动旋钮，所述倾斜调节旋钮用于调节活动座的垂直角度，水平摆动旋钮用于调节活动座的水平位置。

作为优选，所述激光束准直度调校装置为准直镜。

附图说明

图1单柱镜散射形成条状光斑示意图。

图2单柱镜散射原理示意图。

图3单柱镜散射后光斑各部位的光强状态。

图4多光束双柱镜光源装置结构示意图。

图5光斑水平偏转示意图。

图6光斑倾斜偏转示意图。

图7多光束镜筒座结构。

图8多光束镜筒组合示意图。

图9双柱镜镜筒结构示意图。

图10双柱镜光束散射的光路结构图。

图11双柱镜散射后光斑各部位的光强状态示意图。

其中：第一柱镜1、第二柱镜2、激光束3、柱镜框4、准直镜5、准直镜筒6、镜筒7、激光器8、垫圈9、压紧螺圈10、镜筒座11、镜筒组12、盒盖13、激光发射盒14、活动座15、二维调节座16、倾斜调节旋钮17、水平摆动旋钮18、底座19。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当了解，附图中所示的仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并不构成对本实用新型的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本实用新型进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，这些都落在本实用新型的保护范围之内。

如图1所示，现有技术中在采用单柱镜结构时，当准直激光束3射入第一柱镜1时，将被圆柱面两侧折射，在AB处汇聚成细小的直线，再向前大角度地散射展开，在远处形成一个拉长的光带CDGH。若输入光束较细时，在远处看到的光带可以看成为一条直线。

如图2所示，可以看出准直激光束经过单柱镜时的散射状况。光束的每个部分经过单柱镜时，经圆弧表面发生两次折射，在紧靠圆柱面的位置汇聚成一个很小的区域F，可以看成为焦点。光束经汇聚后再进一步向前方传播，此时的光束将发生大角度的散射。中心区0附近的光经柱镜中心部分折射，产生小角度的偏转。光束外侧(I处、J处)的光经柱镜外部圆面的折射，向对面产生了大角度的折射，如图中上边I处的光线经折射后，射向下方的i处。同理下边J处的光线经折射后，射向上方的j处。

图3表示了单柱镜光束散射前后的光强分布情况。其中，(a)图中P1表示输入的准直激光束的光强分布样式。在输入光束中，上部边缘I处和下部边缘J处的光强较弱，而中心区0的光强很强。

就单柱镜的折射效果而言，中心部分的折射偏离角度较小，损耗很小，出射光带中心区域的光强较强。外侧部分的折射角大，损耗也大。另外随着输入部位从0到I处的变化，出射角度急剧增加，使得大角度处(i处、j处)得到的能量更少，光强更小。

从图3的(b)图可以看出，出射光带i、j上光强P2的分布状态。中心部分大大高于两端的光强，有时甚至达到几倍的差异。这种光强分布根本不利于对光带信号检测的一致性控制。

如图4、5和6所示，本实用新型多光束双柱镜光源装置，包括镜筒组12，镜筒组12整体装入激光发射盒14中，激光发射盒14设有盒盖13和出光口。当镜筒组12装入激光发射盒14后盖上盒盖13。

二维调节机构包括活动座15和二维调节座16，二维调节座16固定安装在底座19上。激光发射盒14组装在活动座15上。

二维调节座16上分别设有倾斜调节旋钮17和水平摆动旋钮18。倾斜调节旋钮17用于控制活动座15的垂直角度，进而调整长条光带的垂直方向角度；水平摆动旋钮18调节活动座的水平位置，进而调整长条光带在水平方向的移动。二维调节座16为现有技术中标准的调节机构，故在本技术方案中不再展开描述。

如图7和8所示，本技术方案中镜筒座优选采用四个镜筒组合，即设计了四个孔位，可以组装四个镜筒组12。下方的安装孔位H1侧面设计了螺孔s1，用于容纳紧定螺钉紧固最下方的一个镜筒组12；上方的孔位H2、H3和H4则设计为开槽夹紧的结构，通过孔位s2、s3和s4安装螺钉，将三个水平排列的镜筒组12夹紧。左下方侧面的四个孔位s5为安装孔，则用来安装组合后的镜筒组整体。

如图9所示，镜筒组12包括第一柱镜1、第二柱镜2、柱镜框4、准直镜5、准直镜筒6、镜筒7、激光器8、垫圈9、压紧螺圈10。激光器8由压紧螺圈10、垫圈9通过螺纹装压在镜筒7的左端。准直镜5胶结在准直镜筒6里。准直镜筒6和镜筒7间为螺纹连接，准直镜筒6用于调校激光器8发出的准直激光束的准直度。第一柱镜1和第二柱镜2并列且紧靠设置胶结在柱镜框4里，形成双柱镜结构，再胶结到准直镜筒6上。

从图中可以看出，激光器8位于第一柱镜1和第二柱镜2的径向方向上，正对第一柱镜1和第二柱镜2的结合部。

准直镜筒6位于激光器8与第一柱镜1、第二柱镜2之间，准直镜筒6靠近第一柱镜1、第二柱镜2。

第一柱镜1、第二柱镜2的直径与经过准直镜筒6调校过的准直激光束的大小相近，略小于调校过的准直激光束直径。

调校过的准直激光束通过并列紧靠的双柱镜，光束中心部分对应双柱镜的结合部位，光束通过双柱镜相邻处的各自半个柱镜。准直激光束中心部分由柱镜结合部的较大倾斜圆柱面折射，准直激光束边缘外侧部分则由相对柱镜的中心部分柱面折射，由此光路布局的散射光斑的光强一致性好，解决了常见散射长条光斑的中心很强，两头很弱的问题。

如图10所示，当采用双柱镜并列排放时，其单个柱镜的直径和准直激光束的大小相近，略小于准直激光束直径，让原准直激光束从双柱镜结合部的中间射入。此时，输入的准直激光束中心部位较强的光射向了圆柱的边缘部分，产生较大衰减，向外侧散射；而输入光束的边缘部分光强较弱，通过柱镜的中心部分损耗较小，向正前方小角度范围射出。

通过此光路结构散射出的长条光带，是由弱光经低损耗区传播、强光向高衰减区传播而成，其光强分布的严重不均的现象得到较好改善。

在图中，两个半个光束对应两个焦点F1、F2，其间距相对长距离的照射则为很小，可以近似看成从一个点发出来的长条光带。

从图11(a)中可以看出双柱镜和单柱镜相同的输入光束，而(b)中的出射光强在整个光带上的强度比较相近，大大改善了光带的光强一致性。

以上对本实用新型的一些较佳的实施方式进行了具体描述。在此基础上，本领域技术人员可以进行显而易见的修改、变型以及不同实施例中的各种特征的组合，这些都在本实用新型的范围之内。

Claims (6)

1.一种多光束双柱镜光源装置，其特征在于：包括若干个双柱镜激光发射单元，所述双柱镜激光发射单元包括激光源、激光束准直度调校装置和两根柱镜，两根柱镜并列且紧靠设置形成的双柱镜，所述激光源正对双柱镜，激光束准直度调校装置位于双柱镜与激光源之间，所述单个柱镜的直径略小于激光束准直度调校装置输出的准直激光束直径，激光束准直度调校装置输出的光束中心部从两根柱镜径向方向的结合部入射，通过双柱镜的各自半个柱镜。

2.根据权利要求1所述的多光束双柱镜光源装置，其特征在于：所述双柱镜激光发射单元为4个。

3.根据权利要求1或2所述的多光束双柱镜光源装置，其特征在于：所述双柱镜激光发射单元设置在二维调节机构上。

4.根据权利要求3所述的多光束双柱镜光源装置，其特征在于：所述二维调节机构包括活动座和二维调节座，所述活动座连接二维调节座，二维调节座上分别设有倾斜调节旋钮和水平摆动旋钮，所述倾斜调节旋钮用于调节活动座的垂直角度，水平摆动旋钮用于调节活动座的水平位置。

5.根据权利要求4所述的多光束双柱镜光源装置，其特征在于：所述激光束准直度调校装置为准直镜。

6.根据权利要求1或2所述的多光束双柱镜光源装置，其特征在于：所述激光束准直度调校装置为准直镜。

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