雷竞技【RAYBET】的APP雷竞技【RAYBET】的APP本申请公开了一种调节镜筒式激光光源扩角镜，包括具有内螺纹的镜筒，所述镜筒内依次设置前固定透镜、变焦透镜和后固定透镜，所述变焦透镜上设有变焦透镜卡环，旋转所述变焦透镜卡环，变焦透镜卡环沿镜筒内螺纹移动，所述镜筒一端部设有转接件。其优点在于，该扩角镜具有光束发散角调节范围大、光斑尺寸连续可调且线性度好、结构紧凑、体积小、装调简单等优点。

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 CN 215867099 U (45)授权公告日 2022.02.18 (21)申请号 2.9 G02B 27/09 (2006.01) (22)申请日 2021.08.16 (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (73)专利权人 山东省科学院海洋仪器仪表研究 所 地址 266200 山东省青岛市即墨区鳌山卫 街道青岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创 业中心一期2号楼 (72)发明人 王起维张浩李向春 (74)专利代理机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 代理人 付秀颖 (51)Int.Cl. G01S 7/481 (2006.01) G01S 7/48 (2006.01) G02B 7/04 (2021.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (54)实用新型名称 一种调节镜筒式激光光源扩角镜 (57)摘要 本申请公开了一种调节镜筒式激光光源扩 角镜，包括具有内螺纹的镜筒，所述镜筒内依次 设置前固定透镜、变焦透镜和后固定透镜，所述 变焦透镜上设有变焦透镜卡环，旋转所述变焦透 镜卡环，变焦透镜卡环沿镜筒内螺纹移动，所述 镜筒一端部设有转接件。其优点在于，该扩角镜 具有光束发散角调节范围大、光斑尺寸连续可调 且线性度好、结构紧凑、体积小、装调简单等优 点。 U 9 9 0 7 6 8 5 1 2 N C CN 215867099 U 权利要求书 1/1页 1.一种调节镜筒式激光光源扩角镜，其特征在于，包括具有内螺纹的镜筒，所述镜筒内 依次设置前固定透镜、变焦透镜和后固定透镜，所述变焦透镜上设有变焦透镜卡环，旋转所 述变焦透镜卡环，变焦透镜卡环沿镜筒内螺纹移动，所述镜筒一端部设有转接件。 2.根据权利要求1所述的一种调节镜筒式激光光源扩角镜，其特征在于所述前固定透 镜为凹透镜，所述前固定透镜上设有前透镜卡环，所述前透镜卡环上设有与镜筒内螺纹相 匹配的外螺纹，所述前固定透镜卡环位于镜筒的前端；所述后固定透镜为凸透镜，所述后固 定透镜上设有后透镜卡环，所述后透镜卡环上设有与镜筒内螺纹相匹配的外螺纹，后固定 透镜卡环位于镜筒的后部。 3.根据权利要求1所述的一种调节镜筒式激光光源扩角镜，其特征在于，所述变焦透镜 为凹透镜，所述变焦透镜卡环上设有与镜筒内螺纹相匹配的外螺纹。 4.根据权利要求1所述的一种调节镜筒式激光光源扩角镜，其特征在于，所述镜筒上设 有沟槽，通过沟槽旋转变焦透镜卡环。 5.根据权利要求1所述的一种调节镜筒式激光光源扩角镜，其特征在于，所述镜筒上设 有标尺。 2 2 CN 215867099 U 说明书 1/4页 一种调节镜筒式激光光源扩角镜 技术领域 [0001] 本发明涉及激光主动照明成像探测、激光照明光学领域，具体涉及一种手动调节 镜筒式激光光源扩角镜。 背景技术 [0002] 近年来，水下距离选通激光主动成像探测技术成为计算成像领域的研究热点。水 下距离选通激光主动成像探测系统的结构及工作原理与激光雷达基本相同，通过调节发射 激光束的发散角,将水下一定距离处目标物的全部或其关键特征部位照亮,实现对水下目 标物的成像探测。目前，激光变倍扩束镜的光学及机械设计和制造已经比较成熟，该技术适 合于准直光照明的情况，而为了改变成像探测系统向一定距离外发射的激光光斑尺寸，则 需要改变激光光束发散角。通常可通过调节扩束物镜与目镜之间的距离来达到调节激光光 束发散角的目的，目前，市场上激光变倍扩束镜的光束发散角调节范围普遍较小，并且系统 结构复杂，调节过程复杂，调节效率低，光斑尺寸变化的线性度差。 实用新型内容 [0003] 基于上述问题，本申请针对激光水下成像探测系统的532nm脉冲激光光源，提供了 一种手动调节镜筒式激光光源扩角镜，对入射到扩角镜的直径为10mm激光光束，通过手动 调节，可使激光光斑口径在空气中30m处的尺寸变化范围达到300‑3000mm。该扩角镜具有光 束发散角调节范围大、光斑尺寸连续可调且线性度好、结构紧凑、体积小、装调简单等优点。 其技术方案为， [0004] 一种调节镜筒式激光光源扩角镜，包括具有内螺纹的镜筒，所述镜筒内依次设置 前固定透镜、变焦透镜和后固定透镜，所述变焦透镜上设有变焦透镜卡环，旋转所述变焦透 镜卡环，变焦透镜卡环沿镜筒内螺纹移动，所述镜筒一端部设有转接件。 [0005] 进一步的，所述前固定透镜为凹透镜，所述前固定透镜上设有前透镜卡环，所述前 透镜卡环上设有与镜筒内螺纹相匹配的外螺纹，所述前固定透镜卡环位于镜筒的前端；所 述后固定透镜为凸透镜，所述后固定透镜上设有后透镜卡环，所述后透镜卡环上设有与镜 筒内螺纹相匹配的外螺纹，后固定透镜卡环位于镜筒的后端。 [0006] 进一步的，所述变焦透镜为凹透镜，所述变焦透镜卡环上设有与镜筒内螺纹相匹 配的外螺纹。 [0007] 进一步的，所述镜筒上设有沟槽，通过沟槽旋转变焦透镜卡环。 [0008] 进一步的，所述镜筒上设有标尺。 [0009] 进一步的，直径为10mm激光光束依次通过前固定透镜、变焦透镜和后固定透镜，调 节变焦透镜的与前固定透镜之间的距离，使激光光斑口径在空气中30m处的尺寸变化范围 达到300‑3000mm。 [0010] 有益效果 [0011] 该扩角镜具有光束发散角调节范围大、光斑尺寸连续可调且线页 体积小、装调简单等优点。 附图说明 [0012] 下面结合附图和实施方式对本发明作进一步描述： [0013] 图1为本发明的结构示意图。 [0014] 图2为本发明的剖面示意图。其中，1‑前固定透镜；101‑前透镜卡环；2‑变焦透镜； 201‑变焦透镜卡环，3‑后固定透镜；4‑镜筒；5‑转接件；6‑沟槽；7‑标尺，8‑激光光束。 [0015] 图3为口径10mm激光光束通过扩角镜镜筒后的激光光束示意图。前固定透镜的凹 面为第一个折射面，其另一面为第二个折射面；变焦透镜的凹面为第三个折射面，其另一面 为第四个折射面；后固定透镜的凸面为第五个折射面，其另一面为第六个折射面，其中，d ‑ 1 共轴光学系统中第二个折射面到第三个折射面之间的距离；d ‑共轴光学系统中第四个折 2 射面到第五个折射面之间的距离。 [0016] 图4为具有内外螺纹的转接件示意图。 [0017] 图5为本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜的共轴光学系统原理图。 [0018] 其中，PP′‑共轴系统的对称轴(即光轴)，入射激光光束(口径 )沿对称轴传 播；物空间中PQ(表示入射光的半口径)经过本发明的扩角镜后，在像空间中生成像P′Q′，y 和y′分别表示物高和像高，即入射光束的半口径尺寸(y＝5mm)和出射光束到达目标物的半 口径尺寸(y′＝D/2，D‑30m处的光斑直径)；l和l′分别表示系统物距和像距；O 和O 分别表示 1 m 第1折射面和第m(本发明中m＝6)折射面的中心；n 和n′分别表示第1折射面的像空间介质 1 m 折射率和第m折射面的像空间介质折射率；本发明中提及的介质除了透镜材料外，折射率均 为1；u 表示入射光束的入射角，平行光入射u ＝0；‑u′(本发明中m＝6)表示出射光束的出 1 1 m 射角。 [0019] 图6为调节变焦透镜与前固定透镜的距离d ，在空气中30m处光斑直径D的变化计 1 算结果的线性拟合。 具体实施方式 [0020] 以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本 文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相 同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据 本申请的示例性实施方式。 [0021] 如图1、图2和图3所示，本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜，包括具有内螺 纹的圆柱形镜筒4，镜筒4内安装有前固定透镜1、变焦透镜2和后固定透镜3；激光光束从扩 角镜镜筒4左端入射，依次穿过前固定透镜1、变焦透镜2和后固定透镜3，其中，前固定透镜1 和变焦透镜2均为平凹透镜，后固定透镜3为平凸透镜；前固定透镜1通过前透镜卡环101固 定在镜筒4左端，后固定透镜3通过后透镜卡环301固定在镜筒4右端，变焦透镜2通过变焦透 镜卡环201固定在前固定透镜1和后固定透镜3之间，并沿镜筒4的内螺纹移动；前透镜卡环 101、变焦透镜卡环201和后透镜卡环301均设有与镜筒4的内螺纹相匹配的外螺纹。镜筒4外 侧壁上设有标尺7。 [0022] 镜筒4上沿轴向设计了两个对称的沟槽6，利用这两个对称的沟槽6，可手动旋转固 4 4 CN 215867099 U 说明书 3/4页 定在变焦透镜两端的变焦透镜卡环201，左右移动改变变焦透镜2的位置，改变出射光束发 散角，并达到在一定距离处的目标物光场获得所需光斑尺寸的目的；如图5和图6所示，扩角 镜镜筒左端通过螺纹连接安装了具有内外螺纹的转接件5，扩角镜可通过该转接件5直接安 装到激光器出光窗口。 [0023] 本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜光学系统原理： [0024] 如图3所示，本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜光学系统采用“凹‑凹‑凸” 三透镜结构，由2片平凹透镜和1片平凸透镜组成具有6个折射面(3个球面和3个平面)的共 轴光学系统。共轴光学系统原理如图5所示，图5中画出了扩角镜共轴光学系统由左至右的 第一个折射面(凹球面)和第六个折射面(平面)，中间其它的折射面略；如图3所示，在手动 调节变焦透镜2左右移动时，共轴光学系统中第二个折射面到第三个折射面之间的距离d1 以及第四个折射面到第五5个折射面之间的距离d 随之改变。 2 [0025] 根据物理光学的相关理论，在旁轴近似条件下，如图5所示，共轴光学系统物像关 系可表示为如下方程组： [0026] L′＝T  S T  L                         (1) Q′ Q′m 1Q Q [0027] 其中，L—通过物点Q的入射光线QM 的状态矩阵， Q 1 [0028] L′—通过物点Q′的出射光线MQ′的状态矩阵， Q′ m [0029] T —从Q点到M 点的平移矩阵， 1Q 1 [0030] T —从M 点到Q′点的平移矩阵， Q′m m [0031] S—扩角镜系统传递矩阵，S＝R T R ……R T R T R (本发明中m＝6)。其 m (m)(m‑1) m‑1 3 32 2 21 1 中，R (m＝1…6)—第m个折射面的折射矩阵；T (m＝1…6)—第m‑1和第m个折射面之间 m (m)(m‑1) 的平移矩阵。 [0032] 其中，平移矩阵 平移矩阵 [0033] 本发明的一种手动调节镜筒式激光光源扩角镜系统光学元件的技术参数如表1所 示。如图3和图5所示，扩角镜共轴光学系统中，当前固定透镜和后固定透镜之间的距离确定 后，除在手动调节变焦透镜2左右移动时，d 和d 是个变化的量外(即平移矩阵T 和平移矩 1 2 32 阵T54是变量)，其它参数均为常量，根据以上原理，利用公式(1)可求解变焦透镜与前固定透 镜之间的距离d 与一定距离处目标物光场的光斑直径D的关系。 1 [0034] 表1手动调节镜筒式激光光源扩角镜光学系统元件技术参数 5 5 CN 215867099 U 说明书 4/4页 [0035] [0036] 本次发明的一种手动调节镜筒式激光光源扩角镜具体设计要求如下： [0037] 扩角镜的光源特性：激光器中心波长：532nm；激光束的口径：10mm；激光束发散角： 1mrad； ′ [0038] 设计的扩角镜要达到的技术指标：空气中30m处(l ＝30m)光斑直径变化范围达到 300～3000mm。 [0039] 根据本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜光学系统原理，按照设计的扩角镜 要达到的技术指标，设定扩角镜共轴系统第一个折射面到第六个折射面的距离为71.3mm， 调节变焦透镜2与前固定透镜1之间的距离，在空气中30m处光斑直径的变化计算结果及线调节变焦透镜与前固定透镜的距离d ，空气中30m处光斑直径D的变化 1 [0041] [0042] 本发明的手动调节镜筒式激光光源扩角镜，如图2和图3所示，通过沿光轴方向左 右移动变焦透镜2，改变出射光束的发散角，在空气中30m处的目标物光场，获得的光斑尺寸 变化范围达到300～3000mm，并且从图6可知，光斑尺寸的变化具有较好的线] 当改变本发明的扩角镜的入射激光束口径或照射距离(即系统物距l)，则在目标 物光场获得的光斑尺寸随之变化；如果入射激光束口径或照射距离增大，则目标物光场的 光斑尺寸也相应变大，反之则变小。 [0044] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技 术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。 6 6 CN 215867099 U 说明书附图 1/3页 图1 图2 7 7 CN 215867099 U 说明书附图 2/3页 图3 图4 8 8 CN 215867099 U 说明书附图 3/3页 图5 图6 9 9

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