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CN111679425A - 一种光束扫描系统 - Google Patents

一种光束扫描系统 Download PDF

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CN111679425A
CN111679425A CN202010530472.3A CN202010530472A CN111679425A CN 111679425 A CN111679425 A CN 111679425A CN 202010530472 A CN202010530472 A CN 202010530472A CN 111679425 A CN111679425 A CN 111679425A
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CN
China
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prism
wedge
light beam
optical axis
wedge prism
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CN202010530472.3A
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黄红林
何婕
韩巍
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Suzhou Jiuwu Interchange Intelligent Technology Co ltd
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Suzhou Jiuwu Interchange Intelligent Technology Co ltd
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    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems
    • G02B26/108—Scanning systems having one or more prisms as scanning elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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Abstract

本发明公开了一种光束扫描系统，该光束扫描系统包括沿光路依次设置的光源、准直系统、旋转棱镜系统，旋转棱镜系统包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，光源发出光束经过准直系统准直，然后经过第一楔形棱镜和第二楔形棱镜发生偏转，光束扫描系统还包括棱镜控制系统，棱镜控制系统控制第一楔形棱镜和第二楔形棱镜绕第一光轴转动；当第一楔形棱镜和第二楔形棱镜的旋转角度相差180度时，从第二楔形棱镜出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一光轴的距离大于等于光束的半径。本发明光束扫描系统可以对视场进行扩展，实现大范围的扫描，同时避免在扫描范围内出现扫描盲区。

Description

一种光束扫描系统
技术领域
本发明涉及光束扫描技术领域，特别涉及一种光束扫描系统。
背景技术
光束扫描系统主要分为反射式和折射式，反射式系统结构复杂，体积大， 扫描精度有限。近几年来，针对旋转双棱镜折射式扫描结构的研究越来越多。
然而反射式扫描结构系统复杂，光束扫描精度有限，装调精度高，系统结 构大；透射式扫描结构能实现快速的高精度光束扫描，但单棱镜只能控制简单 的光束偏转，旋转双棱镜结构系统扫描视场较小，且可能存在扫描盲区的问题， 旋转三棱镜或多棱镜的系统解决了扫描盲区的问题，但算法复杂，且旋转组件 太多，电机组合和控制系统难度增加，会影响扫描精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题的是提供一种可以扩大扫描范围，且在扫描范围 内杜绝扫描盲区的光束扫描系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种光束扫描系统，其包括沿光路依次 设置的光源、准直系统、旋转棱镜系统，所述旋转棱镜系统包括第一楔形棱镜 和第二楔形棱镜，所述光源发出光束经过所述准直系统准直，然后经过所述第 一楔形棱镜和第二楔形棱镜发生偏转，所述光束扫描系统还包括棱镜控制系统， 所述棱镜控制系统控制所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜绕第一光轴转动；
当所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜的旋转角度相差180度时，从所述第 二楔形棱镜出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一光轴的距离大于等于 光束的半径；其中，第一光轴为从所述准直系统后出射的光束的光轴，第二光 轴为从所述第二楔形棱镜出射的光束的光轴。
作为本发明的进一步改进，所述光束扫描系统还包括视场扩展系统，所述 视场扩展系统包括正透镜和负透镜，所述正透镜和负透镜的像方焦平面重合， 从所述第二楔形棱镜出射的光束经过所述正透镜后汇聚至所述正透镜和负透镜 的像方焦平面上，然后经所述负透镜折射后平行出射。
作为本发明的进一步改进，所述正透镜上的光束入射角为θs，所述正透镜 和负透镜的焦距分别为f1和f2，所述负透镜上的光束出射角θout满足公式：
Figure BDA0002535189640000021
作为本发明的进一步改进，所述光束扫描系统还包括分光系统和探测器， 从所述准直系统出射的光束经过所述分光系统后部分入射至所述第一楔形棱 镜，部分入射至所述探测器。
作为本发明的进一步改进，所述光束扫描系统还包括聚焦透镜，所述聚焦 透镜设于所述准直系统与探测器之间，用于将光束聚焦至所述探测器。
作为本发明的进一步改进，所述分光系统包括分光棱镜。
作为本发明的进一步改进，所述棱镜控制系统包括第一控制模块和第二控 制模块，所述第一控制模块控制所述第一楔形棱镜转动，所述第二控制模块控 制所述第二楔形棱镜转动，进而控制光束经过所述第二楔形棱镜后的偏转角度， 实现不同的扫描轨迹。
作为本发明的进一步改进，所述第一控制模块控制所述第一楔形棱镜的转 动方向和转动速度，所述第二控制模块控制所述第二楔形棱镜的转动方向和转 动速度。
作为本发明的进一步改进，当所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜的旋转角 度相差180度时，从所述第二楔形棱镜出射的光束与第一光轴平行且第二光轴 到第一光轴的距离等于光束的半径，此时，通过所述棱镜控制系统控制所述第 一楔形棱镜和第二楔形棱镜同步转动，扫描出半径为光束的直径大小的圆形区 域。
作为本发明的进一步改进，所述准直系统包括准直透镜。
本发明的有益效果：
本发明光束扫描系统通过设置准直系统、旋转棱镜系统和棱镜控制系统， 可以对视场进行扩展，实现大范围的扫描，同时避免在扫描范围内出现扫描盲 区。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术 手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、 特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如 下。
附图说明
图1是本发明优选实施例中光束扫描系统的整体结构示意图；
图2是本发明另一优选实施例中光束扫描系统的整体结构示意图；
图3是本发明另一优选实施例中光束扫描系统的局部结构示意图。
标记说明：10、光源；20、准直系统；31、第一楔形棱镜；32、第二楔形 棱镜；41、正透镜；42、负透镜；43、像方焦平面；50、分光系统；60、探测 器；70、聚焦透镜。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人 员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明优选实施例中的光束扫描系统，该光束扫描系统包 括沿光路依次设置的光源10、准直系统20、旋转棱镜系统，旋转棱镜系统包括 第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32，第一楔形棱镜31的斜面和第二楔形棱镜 32的斜面相对设置，光源10发出光束经过准直系统20准直，然后经过第一楔 形棱镜31和第二楔形棱镜32发生偏转，上述光束扫描系统还包括棱镜控制系 统，棱镜控制系统控制第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32绕第一光轴转动。
在本实施例中，第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32完全相同。
当第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32的旋转角度相差180度时，从第二 楔形棱镜32出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一光轴的距离大于等 于光束的半径；其中，第一光轴为从准直系统20后出射的光束的光轴，第二光 轴为从第二楔形棱镜32出射的光束的光轴。可以在实现大范围的扫描的同时避 免在扫描范围内出现扫描盲区。
在其中一实施例中，当第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32的旋转角度相 差180度时，从第二楔形棱镜32出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一 光轴的距离等于光束的半径，此时，通过棱镜控制系统控制第一楔形棱镜31 和第二楔形棱镜32同步转动，扫描出半径为光束的直径大小的圆形区域。此时， 实现避免在扫描范围内出现扫描盲区的情况下扫描出的范围最大。
在其中一实施例中，准直系统20包括准直透镜。
如图2所示，在本发明的另一实施例中，光束扫描系统还包括视场扩展系 统，用于进一步扩展视场，视场扩展系统包括同轴设置的正透镜41和负透镜 42，正透镜41和负透镜42的像方焦平面43重合，从第二楔形棱镜32出射的 光束经过正透镜41后汇聚至正透镜41和负透镜42的像方焦平面43上，然后 经负透镜42折射后平行出射。保证从负透镜42出射的光束为平行光。
当第一楔形棱镜31和第二楔形棱镜32的旋转角度相同时，光束经过第二 楔形棱镜32后的偏转最大。
如图3所示，正透镜41上的光束入射角为θs，正透镜41和负透镜42的焦 距分别为f1和f2，负透镜42上的光束出射角θout满足公式：
Figure BDA0002535189640000041
通过选取不同焦距的正透镜41和负透镜42组合，可实现不同角度的视场扩展。
进一步的，光束扫描系统还包括分光系统50和探测器60，从准直系统20 出射的光束经过分光系统50后部分入射至第一楔形棱镜31，部分入射至探测 器60。在其中一实施例中，分光系统50包括分光棱镜。
上述光束扫描系统还包括聚焦透镜70，聚焦透镜70设于准直系统20与探 测器60之间，用于将光束聚焦至探测器60。
上述棱镜控制系统包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块控制 第一楔形棱镜31转动，第二控制模块控制第二楔形棱镜32转动，进而控制光 束经过第二楔形棱镜32后的偏转角度，实现不同的扫描轨迹。其中，第一控制 模块控制第一楔形棱镜31的转动方向和转动速度，第二控制模块控制第二楔形 棱镜32的转动方向和转动速度。可在杜绝扫描盲区的前提下进一步扩展视场， 同时，扫描轨迹可根据棱镜控制系统进行控制，实现特定的扫描轨迹。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护 范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换， 均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种光束扫描系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的光源、准直系统、旋转棱镜系统，所述旋转棱镜系统包括第一楔形棱镜和第二楔形棱镜，所述光源发出光束经过所述准直系统准直，然后经过所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜发生偏转，所述光束扫描系统还包括棱镜控制系统，所述棱镜控制系统控制所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜绕第一光轴转动；
当所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜的旋转角度相差180度时，从所述第二楔形棱镜出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一光轴的距离大于等于光束的半径；其中，第一光轴为从所述准直系统后出射的光束的光轴，第二光轴为从所述第二楔形棱镜出射的光束的光轴。
2.如权利要求1所述的光束扫描系统，其特征在于，所述光束扫描系统还包括视场扩展系统，所述视场扩展系统包括正透镜和负透镜，所述正透镜和负透镜的像方焦平面重合，从所述第二楔形棱镜出射的光束经过所述正透镜后汇聚至所述正透镜和负透镜的像方焦平面上，然后经所述负透镜折射后平行出射。
3.如权利要求2所述的光束扫描系统，其特征在于，所述正透镜上的光束入射角为θs，所述正透镜和负透镜的焦距分别为f1和f2，所述负透镜上的光束出射角θout满足公式：
Figure FDA0002535189630000011
4.如权利要求1所述的光束扫描系统，其特征在于，所述光束扫描系统还包括分光系统和探测器，从所述准直系统出射的光束经过所述分光系统后部分入射至所述第一楔形棱镜，部分入射至所述探测器。
5.如权利要求4所述的光束扫描系统，其特征在于，所述光束扫描系统还包括聚焦透镜，所述聚焦透镜设于所述准直系统与探测器之间，用于将光束聚焦至所述探测器。
6.如权利要求4所述的光束扫描系统，其特征在于，所述分光系统包括分光棱镜。
7.如权利要求1所述的光束扫描系统，其特征在于，所述棱镜控制系统包括第一控制模块和第二控制模块，所述第一控制模块控制所述第一楔形棱镜转动，所述第二控制模块控制所述第二楔形棱镜转动，进而控制光束经过所述第二楔形棱镜后的偏转角度，实现不同的扫描轨迹。
8.如权利要求7所述的光束扫描系统，其特征在于，所述第一控制模块控制所述第一楔形棱镜的转动方向和转动速度，所述第二控制模块控制所述第二楔形棱镜的转动方向和转动速度。
9.如权利要求1所述的光束扫描系统，其特征在于，当所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜的旋转角度相差180度时，从所述第二楔形棱镜出射的光束与第一光轴平行且第二光轴到第一光轴的距离等于光束的半径，此时，通过所述棱镜控制系统控制所述第一楔形棱镜和第二楔形棱镜同步转动，扫描出半径为光束的直径大小的圆形区域。
10.如权利要求1所述的光束扫描系统，其特征在于，所述准直系统包括准直透镜。
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