专利名称：小扇面激光扫描技术方法
技术领域：
本发明涉及一种高速激光扫描探测和测量的新技术方法。
背景技术：
对于探测和捕捉高速运动的物体，通常采用高速摄影的方法。但是在数百米较大的区域中对不确定轨迹的高速物体进行探测和捕捉，可采用激光扫描的方法。现有的激光扫描技术使用光点扫描，即用机械扫描装置将激光的光点从一侧扫描到另一侧，周期往复。最常见的扫描方式如激光打印机、复印机、激光扫描仪或条码扫描仪，均为细小的激光光点扫描。这一类激光扫描的对象通常是静止的物体，通过微小的激光光点对物体进行扫描，以便获得高的分辨率。对于数百米的大区域，采用通常的光点扫描将使激光光点在区域的末端掠过物体的速度极快，尤其对运动速度达每秒数百米的物体，为了可靠地探测和捕捉到物体，要求激光扫描的速度更快，通常超过每秒800km。这样的高速扫描对同步使用的光电接收传感器提出了无法达到的极高要求，即光电传感器的频率响应速度限制了利用激光高速回转扫描来监测和捕捉高速通过的物体。因此，寻找一种有效解决激光扫描系统光电传感器高速响应问题的新技术方法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种可探测和捕捉高速运动物体并有效解决光电传感器频响的激光扫描技术方法。
本发明是通过下述技术方案实现的。发明的原理如图1和图2所示。小扇面激光扫描技术方法，具有激光源(1)，激光扫描镜组(2)，反射镜(3)，多面棱体(4)和微凹柱面透镜组(5)等。采用微凹柱面透镜组(5)将激光光源(1)发射的一束激光拉成具有微小夹角的小扇面，利用反射镜(3)将此小扇面激光束透射到由电机驱动的高速旋转多面棱体(4)上，使小扇面激光束通过调整扫描角的激光扫描镜组(2)，产生从一侧到另一侧往复的高速扫描，形成一个复合扇形的激光扫描光平面。小扇面激光扫描角由探测区域大小、小扇面激光到多面棱体的入射角所决定。小扇面激光的夹角由光电传感器响应所允许的激光扫描在物体上贮留的时间所决定，这样可使光电传感器有充足的响应时间。
本发明的优点和有益效果在于可以相对集中有限的激光作用能量，进行大区域范围的探测。解决了利用激光扫描对高速目标探测和捕捉所存在的关键技术，即光电接收器必须具有过高响应频率的问题。本发明可使激光扫描速度达到预定的要求，可探测和捕捉运动速度更快的物体。
图1为本发明技术方法说明框图。图2为本发明技术原理结构图，图中1—激光源；2—激光扫描镜组；3—反射镜；4—多面棱体；5—微凹柱面透镜组。
具体实施例方式
本发明的具体实施例如下参照图2所组成的光路，激光光源(1)通过微凹柱面透镜组(5)，可将一束激光拉成一定角度的小扇面，利用反射镜(3)将小扇面激光束透射到由电机驱动的高速旋转多面棱体(4)上，使小扇面激光束通过调整扫描角的激光扫描镜组(2)产生从一侧到另一侧往复的高速扫描，形成一个复合扇形的激光扫描光平面。小扇面激光扫描角由探测区域大小、小扇面激光到多面棱体的入射角所决定。小扇面激光的夹角由光电传感器响应所允许的激光扫描在物体上贮留的时间决定，使光电传感器有充足的响应时间。
例如扫描探测一个W＝400m宽的区域，为了探测和捕捉到以每秒390m高速下落的物体，要求实现可靠的目标捕捉，激光扫描频率必须高于N＝2K场/秒，对于激光光点扫描来说，在监测区域末端的激光光点扫描掠过被探测目标的水平线速度为V＝W*N＝400*2000(m/s)＝800km/s最小被探测目标的水平尺度为D＝100(mm)，扫描激光光点掠过被探测目标的时间为TP＝D/V＝0.000000125(s)＝0.125(μs)，上述时间即是系统光电接收响应所允许的最低平均时间，因为光电接收器件均由光积分效应产生光电转换效应，0.125(μs)的允许最低响应时间对象CCD传感器类的光电接收器是无法满足的。为了解决上述问题，本发明利用微凹柱面透镜组，将一束扫描激光光点拉成小扇面，在监测区域末端的激光小扇面宽为Ws＝K*D，例如Ws＝20(m)，K＝200，小扇面激光扫描掠过被探测目标的时间为Ts＝K*TP＝200*TP＝25(μs)上述光电接收响应时间将完全满足CCD光电接收器使用条件，可以接收到可靠的激光扫描回波信号。
权利要求
1.小扇面激光扫描技术方法，具有激光源(1)，激光扫描镜组(2)，反射镜(3)，多面棱体(4)和微凹柱面透镜组(5)等，其特征是用微凹柱面透镜组(5)将激光光源(1)发射的一束激光拉成具有微小夹角的小扇面，利用反射镜(3)将小扇面激光束透射到由电机驱动的高速旋转多面棱体(4)上，使小扇面激光束通过调整扫描角的激光扫描镜组(2)产生一个小扇形往复激光扫描光平面。
全文摘要
本发明涉及一种高速激光扫描探测和测量的新技术，即小扇面激光扫描技术方法。采用微凹柱面透镜组将激光光源发射的一束激光拉成具有微小夹角的小扇面，利用反射镜将此激光束透射到由电机驱动的高速旋转多面棱体上，使激光束产生一个小扇形往复激光扫描光平面。这是对高速运动物体的激光扫描探测和捕捉中，有效解决光电传感器频响的一种激光扫描方法。本发明的优点在于可以相对集中有限的激光作用能量，进行大区域范围的探测。解决了利用激光扫描对高速目标探测和捕捉所存在的关键技术，即光电接收器必须具有过高响应频率的问题。本发明可使激光扫描速度达到预定的要求，可探测和捕捉运动速度更快的物体。
文档编号G02B26/10GK1458544SQ03128730
公开日2003年11月26日 申请日期2003年5月7日 优先权日2003年5月7日
发明者王向军 申请人:天津大学