专利名称：分束角任意可变的激光分束装置的制作方法
技术领域：
本发明与激光测距有关，涉及激光分束装置，特别是一种利用衍射光学元件分光和光学系统变焦实现激光束夹角任意可变的多激光束并行出射的分束角任意可变的激光分束装置。
背景技术：
利用高亮度、高方向性和高相干性的激光对目标作探测而进行激光直接成像技术，可以构成对地观测或地面景物的激光直接成像三维系统。采用激光作有源照射，不仅仅利用激光测距，还探测激光回波携带的目标反射强度信息，通过探测激光回波脉冲携带的目标距离和反射强度及波形特征信息，可以获得地物目标每个像元高分辨率的距离数据和灰度像。在地面景物成像中，可以很容易地得到目标的三维轮廓图。在对地观测成像中，结合全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)可以直接得到地物目标的三维影像信息，而且，其图像和三维坐标是完全匹配的，无需另外的地面控制点，进一步，还可以达到对目标的三维识别与分类，实现高分辨率、高效率、准确、主动、直接地对地面三维成像。激光遥感成像可以获得很高的空间分辨率，无须内插即可获得均匀高分辨率的数字高程图，信息处理的效率比较高。激光遥感成像以激光作有源照射，主动遥感方式较少受环境、气候、目标光照和对比度的影响，可以全天候工作，特别适合于工程应用和军事侦察。随着激光器及其探测技术的日益发展，在这方面的研究与应用必将越来越广泛。
激光成像的基本原理是向目标发射窄激光束，然后探测该目标上的被照射点的激光回波。一个回波能够给出一个距离信息和一个灰度信息，所以，要对目标作清晰成像就要求对目标作多激光束照射，而且激光束照射的光斑比要小，光斑间隔也要小，间隔越小，则成像的空间分辨率越高。因而，对目标作三维激光成像时，需要对目标照射大量的激光束并探测对应的激光回波。实现对目标的多激光束照射的常规方式是激光束作遍历扫描。在地面景物成像时就是利用两维扫描镜作二维扫描；在对地观测成像时，由飞行器的飞行运动实现一维扫描，而由扫描镜作另外一维扫描。
在对地观测中，一般的距离比较远，所以只能采用脉冲激光源。这时，在扫描方式下，如果激光器的重复频率足够高，可以实现很高密度的地面目标采样点。但是，大功率脉冲激光器的重复率不可能做得非常高，目前的激光重复频率达到数十到一百多千赫兹。同时，扫描工作方式时的机械磨损、震动会破坏波束的指向精度，最终影响定位准确度；机械扫描要增加重量、体积、能耗，并且其技术发展难以在星载测高中得以运用。
随着激光探测技术，尤其是阵列探测技术的发展，人们开始关注非扫描的激光三维成像工作模式，采用具有较高激光功率、不甚高的脉冲重复率的激光器，仅仅利用飞行器的飞行作一维扫描，通过激光束分束发射和阵列探测，实现一行多点的并行激光探测，达到推帚式激光三维成像的目的。此时，省却了扫描镜扫描机构。但在推帚激光成像技术中，非常重要的是需要一种多激光束并行出射的激光分束器。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的困难，提供一种分束角任意可变的激光分束装置，该装置可将入射的一束激光变成多束激光并行出射，而且激光束之间的夹角是连续可调变的。
本发明的技术解决方案如下一种分束角任意可变的激光分束装置，其特征在于依光束前进方向该装置依次包括一透射式衍射光栅和一望远变焦系统构成，该望远变焦系统由共焦面的前透镜组和后透镜组组成，该后透镜组是可变焦的。
其作用是先通过透射式衍射光栅进行激光分束，再采用变焦望远系统改变各激光分束之间的夹角，从而实现分束后的激光束之间的夹角随意连续可调。
激光器发出的激光通过透射式衍射光栅后，被分成多束且指向各异，光束的数量及各光束间的夹角由衍射光栅的参数所定。由于该光学元件的参数是固定的，则各束间的夹角也是固定的。
在透射式衍射光栅后面连接一个由两透镜组组成的望远镜系统，由望远系统的特性可知，γ＝f1′/(-f2′)，即望远系统的角放大率γ仅取决于其二透镜组的焦距之比；当其中一透镜组为变焦系统时，角放大率γ将随该透镜组的焦距改变而变化。因此，进入这样一个系统，多激光束的夹角便可通过透镜组的变焦而任意改变。
本发明的优点在于采用透射式衍射光学元件与透镜望远系统结合组成的激光分束装置，只需用圆筒连接，结构简单；分束激光的角间距任意可调，能满足激光遥感成像的各种需求；由于变焦镜的后截距不变，只需调节变焦镜使之变焦，而无需作其他调整，便于实施。
图1为本发明分束角任意可变的激光分束装置的光学结构示意图。
具体实施例方式先请参阅图1，图1是本发明分束角任意可变的激光分束装置的光学结构示意图。由图可见，本发明分束角任意可变的激光分束装置，依光束前进方向依次包括一透射式衍射光栅1和一望远变焦系统2构成，该望远变焦系统2由共焦面的前透镜组21和后透镜组22构成，该后透镜组22是可变焦的。
其工作情况是一激光束4经衍射光栅1分束后，多束激光5按设计的角间距朝不同的方向发射；进入前透镜组21并被会聚于其焦面6上，形成等间距的点列阵；再经与其共焦面的可变焦后透镜组22后以相等的角间距朝不同的方向出射。当变焦后透镜组22的焦距与前透镜组21的焦距相等，出射激光7的发射方向与分束后的激光5一致；当变焦后透镜组22的焦距大于前透镜组21的焦距时，出射激光7的角间距小于激光分束5的角间距；当变焦后透镜组22的焦距小于前透镜组21的焦距时，出射激光7的角间距大于激光分束5的角间距。由于变焦后透镜组22的焦距在相当大的范围内连续可变，出射激光7的夹角(角间距)也可在相当大的范围内任意可变，从而可根据地面采样点的排列需要，确定激光分束角的角间距。
权利要求
1.一种分束角任意可变的激光分束装置，其特征在于依光束前进方向该装置依次包括一透射式衍射光栅(1)和一望远变焦系统(2)构成，该望远变焦系统(2)由共焦面的前透镜组(21)和后透镜组(22)组成，该后透镜组(22)是可变焦距的。
全文摘要
一种分束角任意可变的激光分束装置，其特征在于依光束前进方向该装置依次包括一透射式衍射光栅和一望远变焦系统构成，该望远变焦系统由共焦面的前透镜组和可变焦的后透镜组组成。本发明可将入射的一束激光变成多束激光后并行出射，而且激光束之间的夹角是连续可调变的。
文档编号H01S3/00GK1525205SQ0315105
公开日2004年9月1日 申请日期2003年9月18日 优先权日2003年9月18日
发明者方抗美, 胡以华, 张立 申请人:中国科学院上海技术物理研究所