專利名稱：分束角任意可變的激光分束裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與激光測(cè)距有關(guān)，涉及激光分束裝置，特別是一種利用衍射光學(xué)元件分光和光學(xué)系統(tǒng)變焦實(shí)現(xiàn)激光束夾角任意可變的多激光束并行出射的分束角任意可變的激光分束裝置。
背景技術(shù)：
利用高亮度、高方向性和高相干性的激光對(duì)目標(biāo)作探測(cè)而進(jìn)行激光直接成像技術(shù)，可以構(gòu)成對(duì)地觀測(cè)或地面景物的激光直接成像三維系統(tǒng)。采用激光作有源照射，不僅僅利用激光測(cè)距，還探測(cè)激光回波攜帶的目標(biāo)反射強(qiáng)度信息，通過探測(cè)激光回波脈沖攜帶的目標(biāo)距離和反射強(qiáng)度及波形特征信息，可以獲得地物目標(biāo)每個(gè)像元高分辨率的距離數(shù)據(jù)和灰度像。在地面景物成像中，可以很容易地得到目標(biāo)的三維輪廓圖。在對(duì)地觀測(cè)成像中，結(jié)合全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)可以直接得到地物目標(biāo)的三維影像信息，而且，其圖像和三維坐標(biāo)是完全匹配的，無需另外的地面控制點(diǎn)，進(jìn)一步，還可以達(dá)到對(duì)目標(biāo)的三維識(shí)別與分類，實(shí)現(xiàn)高分辨率、高效率、準(zhǔn)確、主動(dòng)、直接地對(duì)地面三維成像。激光遙感成像可以獲得很高的空間分辨率，無須內(nèi)插即可獲得均勻高分辨率的數(shù)字高程圖，信息處理的效率比較高。激光遙感成像以激光作有源照射，主動(dòng)遙感方式較少受環(huán)境、氣候、目標(biāo)光照和對(duì)比度的影響，可以全天候工作，特別適合于工程應(yīng)用和軍事偵察。隨著激光器及其探測(cè)技術(shù)的日益發(fā)展，在這方面的研究與應(yīng)用必將越來越廣泛。
激光成像的基本原理是向目標(biāo)發(fā)射窄激光束，然后探測(cè)該目標(biāo)上的被照射點(diǎn)的激光回波。一個(gè)回波能夠給出一個(gè)距離信息和一個(gè)灰度信息，所以，要對(duì)目標(biāo)作清晰成像就要求對(duì)目標(biāo)作多激光束照射，而且激光束照射的光斑比要小，光斑間隔也要小，間隔越小，則成像的空間分辨率越高。因而，對(duì)目標(biāo)作三維激光成像時(shí)，需要對(duì)目標(biāo)照射大量的激光束并探測(cè)對(duì)應(yīng)的激光回波。實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的多激光束照射的常規(guī)方式是激光束作遍歷掃描。在地面景物成像時(shí)就是利用兩維掃描鏡作二維掃描；在對(duì)地觀測(cè)成像時(shí)，由飛行器的飛行運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一維掃描，而由掃描鏡作另外一維掃描。
在對(duì)地觀測(cè)中，一般的距離比較遠(yuǎn)，所以只能采用脈沖激光源。這時(shí)，在掃描方式下，如果激光器的重復(fù)頻率足夠高，可以實(shí)現(xiàn)很高密度的地面目標(biāo)采樣點(diǎn)。但是，大功率脈沖激光器的重復(fù)率不可能做得非常高，目前的激光重復(fù)頻率達(dá)到數(shù)十到一百多千赫茲。同時(shí)，掃描工作方式時(shí)的機(jī)械磨損、震動(dòng)會(huì)破壞波束的指向精度，最終影響定位準(zhǔn)確度；機(jī)械掃描要增加重量、體積、能耗，并且其技術(shù)發(fā)展難以在星載測(cè)高中得以運(yùn)用。
隨著激光探測(cè)技術(shù)，尤其是陣列探測(cè)技術(shù)的發(fā)展，人們開始關(guān)注非掃描的激光三維成像工作模式，采用具有較高激光功率、不甚高的脈沖重復(fù)率的激光器，僅僅利用飛行器的飛行作一維掃描，通過激光束分束發(fā)射和陣列探測(cè)，實(shí)現(xiàn)一行多點(diǎn)的并行激光探測(cè)，達(dá)到推帚式激光三維成像的目的。此時(shí)，省卻了掃描鏡掃描機(jī)構(gòu)。但在推帚激光成像技術(shù)中，非常重要的是需要一種多激光束并行出射的激光分束器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的困難，提供一種分束角任意可變的激光分束裝置，該裝置可將入射的一束激光變成多束激光并行出射，而且激光束之間的夾角是連續(xù)可調(diào)變的。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種分束角任意可變的激光分束裝置，其特征在于依光束前進(jìn)方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵和一望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)構(gòu)成，該望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)由共焦面的前透鏡組和后透鏡組組成，該后透鏡組是可變焦的。
其作用是先通過透射式衍射光柵進(jìn)行激光分束，再采用變焦望遠(yuǎn)系統(tǒng)改變各激光分束之間的夾角，從而實(shí)現(xiàn)分束后的激光束之間的夾角隨意連續(xù)可調(diào)。
激光器發(fā)出的激光通過透射式衍射光柵后，被分成多束且指向各異，光束的數(shù)量及各光束間的夾角由衍射光柵的參數(shù)所定。由于該光學(xué)元件的參數(shù)是固定的，則各束間的夾角也是固定的。
在透射式衍射光柵后面連接一個(gè)由兩透鏡組組成的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，由望遠(yuǎn)系統(tǒng)的特性可知，γ＝f1′/(-f2′)，即望遠(yuǎn)系統(tǒng)的角放大率γ僅取決于其二透鏡組的焦距之比；當(dāng)其中一透鏡組為變焦系統(tǒng)時(shí)，角放大率γ將隨該透鏡組的焦距改變而變化。因此，進(jìn)入這樣一個(gè)系統(tǒng)，多激光束的夾角便可通過透鏡組的變焦而任意改變。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用透射式衍射光學(xué)元件與透鏡望遠(yuǎn)系統(tǒng)結(jié)合組成的激光分束裝置，只需用圓筒連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；分束激光的角間距任意可調(diào)，能滿足激光遙感成像的各種需求；由于變焦鏡的后截距不變，只需調(diào)節(jié)變焦鏡使之變焦，而無需作其他調(diào)整，便于實(shí)施。


圖1為本發(fā)明分束角任意可變的激光分束裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式先請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明分束角任意可變的激光分束裝置的光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明分束角任意可變的激光分束裝置，依光束前進(jìn)方向依次包括一透射式衍射光柵1和一望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)2構(gòu)成，該望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)2由共焦面的前透鏡組21和后透鏡組22構(gòu)成，該后透鏡組22是可變焦的。
其工作情況是一激光束4經(jīng)衍射光柵1分束后，多束激光5按設(shè)計(jì)的角間距朝不同的方向發(fā)射；進(jìn)入前透鏡組21并被會(huì)聚于其焦面6上，形成等間距的點(diǎn)列陣；再經(jīng)與其共焦面的可變焦后透鏡組22后以相等的角間距朝不同的方向出射。當(dāng)變焦后透鏡組22的焦距與前透鏡組21的焦距相等，出射激光7的發(fā)射方向與分束后的激光5一致；當(dāng)變焦后透鏡組22的焦距大于前透鏡組21的焦距時(shí)，出射激光7的角間距小于激光分束5的角間距；當(dāng)變焦后透鏡組22的焦距小于前透鏡組21的焦距時(shí)，出射激光7的角間距大于激光分束5的角間距。由于變焦后透鏡組22的焦距在相當(dāng)大的范圍內(nèi)連續(xù)可變，出射激光7的夾角(角間距)也可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)任意可變，從而可根據(jù)地面采樣點(diǎn)的排列需要，確定激光分束角的角間距。
權(quán)利要求
1.一種分束角任意可變的激光分束裝置，其特征在于依光束前進(jìn)方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵(1)和一望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)(2)構(gòu)成，該望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)(2)由共焦面的前透鏡組(21)和后透鏡組(22)組成，該后透鏡組(22)是可變焦距的。
全文摘要
一種分束角任意可變的激光分束裝置，其特征在于依光束前進(jìn)方向該裝置依次包括一透射式衍射光柵和一望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)構(gòu)成，該望遠(yuǎn)變焦系統(tǒng)由共焦面的前透鏡組和可變焦的后透鏡組組成。本發(fā)明可將入射的一束激光變成多束激光后并行出射，而且激光束之間的夾角是連續(xù)可調(diào)變的。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1525205SQ0315105
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者方抗美, 胡以華, 張立 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所