CN217058727U - 多焦距激光准直扫描测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种多焦距激光准直扫描测量系统，应用于入射固定的待测靶室，包括扩束镜组、回射器以及聚焦镜；扩束镜组包括依次排列并互相设有间距的凹透镜、凸透镜和准直镜，外部的激光输出光源射入凹透镜，经过凸透镜和准直镜后射出指定直径和指定发散角的第一激光；第一激光射入回射器，回射器设置有多个反射镜，第一激光射入回射器内的第一反射镜上，通过多个反射镜的反射改变第一激光的照射路径；从回射器射出的第一激光射入到聚焦镜上，从聚焦镜中射出指定光斑的激光至待测靶室；聚焦镜的中心位于第一激光照射方向上，入射待测靶室的窗口中心位于第一激光方向上，通过准直以及聚焦得到所需的激光光斑以及光斑密度，提高扫描测量精度。

Description

多焦距激光准直扫描测量系统

技术领域

本实用新型涉及到激光扫描的技术领域，特别是涉及到一种多焦距激光准直扫描测量系统。

背景技术

不同能量的激光打在不同的靶面上，会产生不同的现象。开展不同靶的性能、飞行轨迹、状态方程等物理研究都是基于打靶能量已知才能开展的研究课题。

如申请号CN201510368266.6，提出的一种强激光能量实时监测系统装置。所述装置包括六面熔石英材料的45°全反镜、六面焦距为1200mm的聚焦透镜、六个能量采集探头、一个六通道的波形数字转换器、电脑；其中使用六束强激光，每束激光对应一面所述熔石英材料的45°全反镜，每面熔石英材料的45°全反镜对应一块所述聚焦透镜，每面聚焦透镜对应一个所述能量采集探头，所述能量采集探头采集到的数据通过所述波形数字转换器输入电脑进行采集处理。本实用新型的建立以及标定方法的完成，为激光打靶提供了准确的能量数据，为“天光一号”激光靶物理研究奠定了基础。同时，为各种激光大型装置提供了一种打靶能量同步实时监测测量的方法，打靶能量的准确测量是保证各大激光装置开展靶物理研究的基础。

而在激光打靶实验或者空间内，由于靶室的自由度较低，则需要通过改变激光器输出光斑与聚焦要求使之与靶位置相匹配，但是输出光斑与聚焦要求的精度难以达到要求，导致得不到所要的测试光斑。

实用新型内容

本实用新型的主要目的为提供一种入射待测靶室内的激光光斑，提高测量精度的多焦距激光准直扫描测量系统。

为了达到上述目的，本实用新型提出了如下的技术方案：

一种多焦距激光准直扫描测量系统，应用于入射固定的待测靶室，包括扩束镜组、回射器以及聚焦镜；

所述扩束镜组包括依次排列并互相设有间距的凹透镜、凸透镜和准直镜，外部的激光输出光源射入所述凹透镜，经过所述凸透镜和所述准直镜后射出指定直径和指定发散角的第一激光；

所述第一激光射入所述回射器，所述回射器设置有多个反射镜，所述第一激光射入所述回射器内的第一反射镜上，通过多个所述反射镜的反射改变所述第一激光的照射路径；

从所述回射器射出的所述第一激光射入到所述聚焦镜上，从所述聚焦镜中射出指定光斑的激光至所述待测靶室；所述聚焦镜的中心位于所述第一激光照射方向上，所述聚焦镜与所述待测靶室之间的距离为所述聚焦镜的聚焦参数，且入射所述待测靶室的窗口中心位于所述第一激光方向上。

进一步地，还包括电机；

所述聚焦镜设置于所述电机上，所述电机驱动所述聚焦镜相对所述待测靶室沿所述第一激光的照射方向运动，使得所述聚焦镜的中心与所述待测靶室的中心的距离为所述聚焦镜的聚焦参数。

进一步地，所述回射器内至少包括有所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及射出反射镜；

所述第一反射镜与所述第一激光照射的方向呈倾斜设置，所述第一激光射入所述第一反射镜后，从所述第一反射镜反射出的激光射入所述第二反射镜；

所述第二反射镜与入射所述第二反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述第二反射镜射出的激光射入所述第三反射镜；

所述第三反射镜与入射所述第三反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述第三反射镜射出的激光射入所述射出反射镜；

所述射出反射镜与入射所述射出反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述射出反射镜射出的第一激光射入所述聚焦镜内。

进一步地，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述射出反射镜的设置与所述第一激光射入的角度呈45度设置。

进一步地，还包括移动模组；

所述第一反射镜和所述射出反射镜固定设置于所述回射器内；

所述第二反射镜和所述第三反射镜固定设置于所述移动模组上，所述移动模组同时远离或者同时靠近所述第一反射镜和所述射出反射镜运动。

进一步地，所述移动模组包括驱动电机；

所述驱动电机带动所述第二反射镜和所述第三反射镜往返运动。

进一步地，还包括镜架，所述镜架设置于所述驱动电机上；

所述第二反射镜和所述第三反射镜固定设置于所述镜架上，且所述第二反射镜和所述第三反射镜夹角呈90度设置。

进一步地，还包括激光输出光源，所述激光输出光源的发射中心与所述扩束镜组的中心位于同一水平线上。

进一步地，还包括密封外壳；

所述待测靶室、所述扩束镜组、所述回射器、所述聚焦镜以及所述激光输出光源设置于所述密封外壳内。

进一步地，还包括通光管；

所述通光管用于包裹从所述扩束镜组入射到所述回射器内的第一激光光路，从所述回射器射出至所述聚焦镜的第一激光光路，以及从所述聚焦镜射出至所述待测靶室的第一激光光路；

所述通光管的内径大于所述第一激光的最大外径。

本实用新型提供的一种多焦距激光准直扫描测量系统，具有的有益效果是，通过将激光输出光源依次通过扩束镜组、回射器以及聚焦镜，通过准直以及聚焦得到所需的激光光斑以及光斑密度，射入到待测靶室，提高扫描测量精度。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的多焦距激光准直扫描测量系统的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

参照图1，本实用新型提出了一种多焦距激光准直扫描测量系统，应用于入射固定的待测靶室7，包括扩束镜组2、回射器3以及聚焦镜5；扩束镜组2包括依次排列并互相设有间距的凹透镜21、凸透镜22和准直镜23，外部的激光输出光源1射入凹透镜21，经过凸透镜22和准直镜23后射出指定直径和指定发散角的第一激光4；第一激光4射入回射器3，回射器3设置有多个反射镜，第一激光4射入回射器3内的第一反射镜31上，通过多个反射镜的反射改变第一激光4的照射路径；从回射器3射出的第一激光4射入到聚焦镜5上，从聚焦镜5中射出指定光斑的激光至待测靶室7；聚焦镜5的中心位于第一激光4照射方向上，聚焦镜5与待测靶室7之间的距离为聚焦镜的聚焦参数，且入射待测靶室7的窗口71中心位于第一激光4方向上。

本实用新型中，扩束镜组2用于改变激光光束直径和发散角的透镜组件，包括凹透镜21、凸透镜22以及准直镜23，其中，凹透镜21为焦距f1为负数的镜片，用于将入射的激光的直径进行放大，其中，外部的激光输出光源1固定于指定位置上，激光输出光源1的发射点与凹透镜21的中心、凸透镜22的中心沿发射方向位于同一直线上，凹透镜21中心到激光输出光源1的距离数值为凹透镜焦距的绝对值，也即，如凹透镜21的焦距为-350mm，则凹透镜21中心到激光输出光源1的距离为350mm。凸透镜22为焦距f2为正数的镜片，凹透镜21的中心和凸透镜22的中心距离设置为(f1+f2)的绝对值，其中，凸透镜22焦距的数值大于凹透镜21焦距的绝对值，如在一具体实施例中，凸透镜22的焦距为1000mm，则凹透镜21的中心和凸透镜22的中心距离设置为-350mm+1000mm＝650mm，则可以得到凹透镜21、凸透镜22相对激光输出光源1的位置，再根据需要扩束后的激光光斑直径可手动调节准直镜的位置，使之从扩束镜组2射出的第一激光4的直径以及发散角为所需的范围内。

第一激光4射入到回射器3中，通过回射器3中的多个反射镜进行反射，以改变第一激光4的光路径长度，改变光路径长度是为了改变激光中每一脉冲进入到待测靶室7的时差，也即通过延时控制改变进入待测靶室7的脉冲时差。在一具体实施例中，由于光束速度是固定的3*10^8m/s，则如若确定在原有的光路径长度的基础上，得到延时所需要扫描的范围为100ps，其中1ps＝10的负12次方秒也即(1ps＝10^-12s)，则通过公式可以计算3*10^8m/s*100ps＝3cm，也即需要延长的光路路径长度为3cm，以使得进入待测靶室7的激光脉冲调整为所需的扫描值。

从回射器3射出的第一激光4进入到聚焦镜5内，聚焦镜5对进入的第一激光4进行聚焦，然后射出所需的激光密度以及直径至待测靶室7内，其中，聚焦镜5包括有多种聚焦参数，如聚焦参数为350mm、500mm、700mm、900mm的聚焦镜5，不同聚焦参数的聚焦镜5的设置，需改变聚焦镜5与待测靶室7中心的距离，且该距离为聚焦镜5的聚焦参数，如在一具体实施例中，若采用聚焦参数为500mm的聚焦镜5，则聚焦镜5中心与待测靶室7的距离为500mm。

在一具体实施例中，如采用激光输出光源1的直径与扩束镜组2校正直径的比例为1:2；激光输出光源1的波长γ为1064nm，聚焦镜5的聚焦参数f为500mm，激光输出光源1的直径为9mm，则可以得到进入扩束镜组2校正的D直径为18mm，也即进入聚焦镜5的第一激光4的光斑直径D为18mm，瑞利长度为1mm，从聚焦镜5出来的激光光斑直径d为：

也即4*1064*500/(3.14*18)≈37650.38mm≈37.6μm，也即进入待测靶室7的激光光斑直径为37.6μm。

通过改变第一激光4的光路径的距离，可以改变激光的脉冲时间，使得第一激光4从窗口71进入待测靶室7的脉冲与所需击中的靶点一致，实现扫描打靶的功能，提高打靶的精度，从待测靶室7出来的激光进入到光垃圾桶8回收。

在其他具体实施例中，激光输出光源1的直径与扩束镜组2校正直径的比例也可采用1:1或者2:3又或者3:4，无论比例值多少，均可采用上述的计算方式计算出聚焦镜5出来多少激光光斑直径d，以实现本实用新型的激光打靶的目的。

在本实施例中，还包括电机6；聚焦镜5设置于电机6上，电机6驱动聚焦镜5相对待测靶室7沿第一激光4的照射方向运动，使得聚焦镜5的中心与待测靶室7的中心的距离为聚焦镜5的聚焦参数。电机6上设置有用于固定聚焦镜5的固定架，将聚焦镜5固定于固定架上，且聚焦镜5聚焦的中心与待测靶室7的窗口71中心设置为沿第一激光4照射方向的同一直线上，根据聚焦镜5的聚焦参数移动聚焦镜的中心与待测靶室7的中心的距离，更具体的是，若聚焦镜5的聚焦参数为500mm，则聚焦镜5的中心与待测靶室7的中心的距离为500mm，预先手动或者通过其他方式调节聚焦镜5移动，再通过电机6控制固定架移动，固定架移动带动聚焦镜5移动，其中，电机6采用的是步进电机，精度为2μm，且电机6的行程可大于30mm的移动，以在移动过程中提高聚焦镜5的移动位置的精度。在其他实施例中，聚焦镜5也可采用聚焦参数为700mm、350mm、900mm的聚焦镜5，对应改变聚焦镜5的中心与待测靶室7的中心的距离即可。

在本实施例中，回射器3内至少包括有第一反射镜31、第二反射镜32、第三反射镜33以及射出反射镜34；第一反射镜31与第一激光4照射的方向呈倾斜设置，第一激光4射入第一反射镜31后，从第一反射镜31反射出的激光射入第二反射镜32；第二反射镜32与入射第二反射镜32的激光照射的方向呈倾斜设置，从第二反射镜32射出的激光射入第三反射镜33；第三反射镜33与入射第三反射镜33的激光照射的方向呈倾斜设置，从第三发射33镜射出的激光射入射出反射镜34；射出反射镜34与入射射出反射镜34的激光照射的方向呈倾斜设置，从射出反射镜34射出的第一激光4射入聚焦镜5内。

在本实施例中，在回射器3内设置设置有四个反射镜，第一激光4进入到回射器3内，预先射入到第一反射镜31，从第一反射镜31反射出来的激光进入到第二反射镜32，从第二反射镜32出来的激光进入到第三反射镜33，从第三反射镜33出来的激光进入到射出反射镜34，从射出反射镜34射出来的激光也即从回射器3内出来的第一激光4进入到聚焦镜5。在一具体实施例中，反射镜采用的是1.5英寸的直角反射镜，进入第一反射镜31的第一激光4方向与从射出反射镜32射出来的激光方向相同。在其他实施例中，激光反射后，进入第一反射镜31的第一激光4方向与从射出反射镜34射出来的激光方向也可不相同，只要能实现本实用新型的一个改变激光路径即可。

在本实施例中，第一反射镜31、第二反射镜32、第三反射镜33以及射出反射镜34的设置与第一激光射入的角度呈45度设置。采用45度直角反射镜，便于计算激光路径长度，在其他实施例中，也可以采用如60度，30度等直角反射镜。

在本实施例中，还包括移动模组35；第一反射镜31和射出反射镜34固定设置于回射器3内；第二反射镜32和第三反射镜33固定设置于移动模组35上，移动模组35同时远离或者同时靠近第一反射镜31和射出反射镜34运动。通过改变回射器3内的反射镜之间的距离，以实现改变激光路径长度，进而改变脉冲激光延时使得进入待测靶室7的时间。在一具体实施例中，将第二反射镜32和第三反射镜33固定设置于移动模组35上，移动模组35移动带动第二反射镜32和第三反射镜33同时远离或者同时靠近第一反射镜31和射出反射镜34，如若同时远离则延长激光路径长度，如若同时靠近则缩短激光路径的长度。

在本实施例中，移动模组35包括驱动电机；驱动电机带动第二反射镜32和第三反射镜33往返运动。在本实施例中，还包括镜架，镜架设置于驱动电机上；第二反射镜32和第三反射镜33固定设置于镜架上，且第二反射镜32和第三反射镜33夹角呈90度设置。也即进入第二反射镜32的激光方向与从第三反射镜33出来的激光方向在水平及垂直方向上的夹角均为0度，进入第一反射镜31的第一激光4方向与从射出反射镜34射出来的激光方向相同。通过电机控制镜架移动，镜架移动带动第二反射镜32和第三反射镜33沿同一方向同时移动，其中，驱动电机采用的是步进电机，精度为2μm，且电机的行程可大于30mm的移动，以在移动过程中提高反射镜的移动位置的精度，以调节光路径长度。在一具体实施例中，驱动电机和上述控制聚焦镜5移动的电机6为相同的电机型号。

在本实施例中，还包括激光输出光源1，激光输出光源1的发射中心与扩束镜组2的中心位于同一水平线上。

在本实施例中，还包括密封外壳9；待测靶室7、扩束镜组2、回射器3、聚焦镜5以及激光输出光源1设置于密封外壳9内。通过密封外壳9进行密封，以避免气流扰动与大气中杂质颗粒影响测试精度。

在本实施例中，还包括通光管；通光管用于包裹从扩束镜组2入射到回射器3内的第一激光光路，从回射器3射出至聚焦镜5的第一激光光路，以及从聚焦镜5射出至待测靶室7的第一激光光路；通光管的内径大于第一激光4的最大外径。由于第一激光4的直径也即光斑直径是会根据不同的需求进行变化的，因此，在设置通光管时，预设好允许变化的最大光斑直径，设置通光管将激光路径进行封装，以避免调试过程中操作不当误触激光，也消除杂散光向外辐射打伤眼睛，保护操作者。

本实用新型的多焦距激光准直扫描测量系统，通过将激光输出光源依次通过扩束镜组、回射器以及聚焦镜，通过准直以及聚焦得到所需的激光光斑以及光斑密度，射入到待测靶室，提高扫描测量精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多焦距激光准直扫描测量系统，应用于入射固定的待测靶室，其特征在于，包括扩束镜组、回射器以及聚焦镜；

所述扩束镜组包括依次排列并互相设有间距的凹透镜、凸透镜和准直镜，外部的激光输出光源射入所述凹透镜，经过所述凸透镜和所述准直镜后射出指定直径和指定发散角的第一激光；

所述第一激光射入所述回射器，所述回射器设置有多个反射镜，所述第一激光射入所述回射器内的第一反射镜上，通过多个所述反射镜的反射改变所述第一激光的照射路径；

从所述回射器射出的所述第一激光射入到所述聚焦镜上，从所述聚焦镜中射出指定光斑的激光至所述待测靶室；所述聚焦镜的中心位于所述第一激光照射方向上，所述聚焦镜与所述待测靶室之间的距离为所述聚焦镜的聚焦参数，且入射所述待测靶室的窗口中心位于所述第一激光方向上。

2.根据权利要求1所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括电机；

所述聚焦镜设置于所述电机上，所述电机驱动所述聚焦镜相对所述待测靶室沿所述第一激光的照射方向运动，使得所述聚焦镜的中心与所述待测靶室的中心的距离为所述聚焦镜的聚焦参数。

3.根据权利要求1所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，所述回射器内至少包括有所述第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜以及射出反射镜；

所述第一反射镜与所述第一激光照射的方向呈倾斜设置，所述第一激光射入所述第一反射镜后，从所述第一反射镜反射出的激光射入所述第二反射镜；

所述第二反射镜与入射所述第二反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述第二反射镜射出的激光射入所述第三反射镜；

所述第三反射镜与入射所述第三反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述第三反射镜射出的激光射入所述射出反射镜；

所述射出反射镜与入射所述射出反射镜的激光照射的方向呈倾斜设置，从所述射出反射镜射出的第一激光射入所述聚焦镜内。

4.根据权利要求3所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述射出反射镜的设置与所述第一激光射入的角度呈45度设置。

5.根据权利要求3或4所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括移动模组；

所述第一反射镜和所述射出反射镜固定设置于所述回射器内；

所述第二反射镜和所述第三反射镜固定设置于所述移动模组上，所述移动模组同时远离或者同时靠近所述第一反射镜和所述射出反射镜运动。

6.根据权利要求5所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，所述移动模组包括驱动电机；

所述驱动电机带动所述第二反射镜和所述第三反射镜往返运动。

7.根据权利要求6所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括镜架，所述镜架设置于所述驱动电机上；

所述第二反射镜和所述第三反射镜固定设置于所述镜架上，且所述第二反射镜和所述第三反射镜夹角呈90度设置。

8.根据权利要求1所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括激光输出光源，所述激光输出光源的发射中心与所述扩束镜组的中心位于同一水平线上。

9.根据权利要求1所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括密封外壳；

所述待测靶室、所述扩束镜组、所述回射器、所述聚焦镜以及所述激光输出光源设置于所述密封外壳内。

10.根据权利要求8所述的多焦距激光准直扫描测量系统，其特征在于，还包括通光管；

所述通光管用于包裹从所述扩束镜组入射到所述回射器内的第一激光光路，从所述回射器射出至所述聚焦镜的第一激光光路，以及从所述聚焦镜射出至所述待测靶室的第一激光光路；

所述通光管的内径大于所述第一激光的最大外径。

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