用于激光散射、偏转和操纵的系统和方法技术方案

提供了用于散射激光束或使激光束偏转的系统和方法。利用柱状透镜片和将激光束投射至柱状透镜片上的激光源的系统产生诸如激光锥形的形状。激光源相对于柱状透镜片的微小调整可以改变激光锥形的大小和形状，这提供了改进的光检测和测距(LIDAR)系统。添加在激光束的路径中的衍射光栅使得产生线矩阵的激光图案，这也提供了改进。多个柱状透镜片之间的干涉可以用于使激光束偏转，以保护军事资产免受激光制导射弹和/或激光捕获的影响。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于激光散射、偏转和操纵的系统和方法
本专利技术大体上涉及光线的操纵，并且更具体地涉及用于激光散射、偏转和操纵的系统和方法。
技术介绍
激光代表“通过辐射的受激发射的光放大”。激光与其他光源的不同之处在于，激光在空间和时间两者上都相干地发射光。空间相干性使得激光能够聚焦到一个紧密的点，从而实现诸如激光切割和光刻的应用。空间相干性还使得激光束能够在很远的距离内保持狭窄(准直)，从而实现诸如激光指示器的应用。激光还可以具有高的时间相干性，这使得它们能够发射具有非常窄的光谱的光，即它们可以发射单一颜色的光。时间相干性可以用于产生短至飞秒的光脉冲。柱状透镜片是一种半透明的塑料片，其通过独特而精确的挤压制成，在一侧具有被称为微透镜的一系列垂直排列的平凸圆柱透镜，并且在另一侧具有平坦表面。微透镜有助于将2D图像转换成各种视觉错觉，其中，当改变柱状透镜片的定向时，观察者可以看到柱状透镜特殊效果。柱状透镜片可以由丙烯酸APET、PETG、聚碳酸酯、聚丙烯、PVC或聚苯乙烯制成。这些不同的材料中的每一个对温度和UV光具有不同的敏感度。柱状透镜片的重要特性是透镜的密度。透镜的密度被表示为每英寸透镜或每英寸微透镜(LPI)。柱状透镜片的厚度通常但不总是与LPI负相关；LPI越低，柱状透镜片越厚。柱状透镜片的另一重要特性是视角。柱状透镜片的视角是v形区域，在该v形区域内可以清楚地看到柱状透镜图像。衍射光栅是画有非常接近的平行线的玻璃板、塑料板或金属板，通过光的衍射和干涉产生光谱。衍射光栅是具有周期性结构的光学部件，其将光分裂并衍射成沿不同方向行进的若干光束。出现的着色是一种形式的结构着色。光束的方向取决于光栅的间距和光的波长，因此光栅充当色散元件。全息衍射光栅是高效压印的全息光学元件(HOE)。衍射光栅用于直接观看和分析来自不同气体管和其他光源的光谱。以每英寸线数或每mm(毫米)线数测量的图案尺寸是衍射光栅的重要特性。一些衍射光栅每英寸具有13500个线。单轴衍射光栅具有多个平行线。双轴衍射光栅具有第一多个平行线和垂直于第一多个平行线的第二多个平行线。衍射光栅用于与光和颜色的研究有关的实验中。LiDAR(光检测和测距)是基于激光的远程感测技术。LiDAR背后的理论是将激光束指向表面，并且测量激光撞击对象所需的时间。通常在激光源处或附近的光学传感器检测这些撞击。然后知道激光以光速行进，则可以通过将光速乘以检测时间并且然后除以二来确定到被检测表面的距离。因此，LIDAR系统利用至少一个激光源和至少一个传感器。LiDAR系统可以是基于地面的、基于水的、基于空间的或者被安装在飞机、汽车或UAV(无人机)上。
技术实现思路
在本公开内容的一个方面，提供了一种用于使激光束转向的系统。该系统包括：发射入射激光束的激光源，该入射激光束包括投射为点的多个光线；以及柱状透镜片，其具有包括多个平行纵向柱状透镜的透镜侧和与透镜侧相对的光滑侧。使激光源朝向柱状透镜片的透镜侧对准，使得入射激光束落在多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上。入射激光束的多个光线的第一部分通过折射而被转向，以形成第一形状的折射光束。入射激光束的多个光线的第二部分被多个平行纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射，以形成第二特定形状的反射光束。在一个实施方式中，使激光源对准使得第一入射激光束垂直落在多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，通过折射而被转向的入射激光束的第一部分代表入射激光束的多个光线的大部分，并且第一特定形状的折射光束为被投射为直线的三角形平面光束的形式。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向透镜被水平定向，三角形平面光束被垂直定向，并且所投射的直线是垂直的。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向柱状透镜被垂直定向，三角形平面光束被水平定向，并且所投射的直线是水平的。在一个实施方式中，使激光源对准以使得入射激光束以相对垂直方向的入射角落在多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，使得通过折射而被转向的第一入射激光束的多个光线的第一部分代表第一入射激光束的多个光线的大部分，第一入射激光束与穿过多个平行纵向柱状透镜中的至少一个的水平面在同一平面中，并且特定形状的折射光束为被投射为弧的弯曲平面的形式。在一个实施方式中，使激光源对准以使得第一入射激光束以偏离垂直方向的入射角落在多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，使得第一部分和第二部分一起形成投射为圆的锥形。在一个实施方式中，柱状透镜片的透镜侧涂覆有反射材料，使得由多个纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射的多个光线的第二部分包括入射激光束的所有多个光线。在一个实施方式中，抗反射层或涂层设置在柱状透镜片的透镜侧和光滑侧中的至少一个上，以减少被多个纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射的入射激光束的多个光线的第二部分。在一个实施方式中，该系统还包括：位于激光源与柱状透镜片之间的至少一个衍射光栅，使得入射激光束在穿过柱状透镜片之前穿过衍射光栅。在一个实施方式中，该系统还包括：位于柱状透镜片后面的至少一个衍射光栅，使得入射激光束在穿过柱状透镜片之后穿过衍射光栅。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向透镜被水平定向，并且至少一个衍射光栅包括被定向成使得其多个线被垂直定向的至少一个线性衍射光栅。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向透镜被定向成与水平面成一定角度，并且至少一个衍射光栅包括被定向成使得其多个线被垂直定向的至少一个线性衍射光栅。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向透镜被水平定向，并且至少一个衍射光栅包括被定向成使得其第一多个线被垂直定向并且其第二多个线被水平定向的至少一个双轴衍射光栅。在一个实施方式中，柱状透镜片被放置在直立位置，使得多个平行纵向透镜被定向成与水平面成一定角度，并且至少一个衍射光栅包括被定向成使得其第一多个线被垂直定向并且其第二多个线被水平定向的至少一个双轴衍射光栅。在本公开内容的另一方面，提供了一种用于操纵两个激光束以形成锥体的系统。该系统包括：第一激光源，产生包括投射为点的多个光线的第一入射光束；第二激光源，产生包括投射为点的多个光线的第二入射光束；以及双侧柱状透镜片，其具有包括多个平行纵向柱状透镜的第一透镜侧和与第一透镜侧相对的包括多个平行纵向柱状透镜的第二透镜侧。第一激光源指向柱状透镜片的第一侧，使得第一入射光束以入射角落在多个平行纵向柱状透镜之一上，使得第一入射光束光线的大部分被反射形成第一弯曲平面。第二激光源指向柱状透镜片的第二侧，使得第二入射光束以与第一激光源相同的入射角落在多个平行纵向柱状透镜之一的相对侧上，使得第二入射光束光线的大部分被折射形成第二弯曲平面。第一弯曲平面和第二弯曲平面一起形成投射为圆的锥形。在一个实施方式中，双侧柱状透镜片包括各自具有透镜侧和光滑侧的第一单侧柱状透镜片和第二单侧柱状透镜片，并且其中，第一单侧柱状透镜片和第二单侧柱状透镜片在它们相应的光滑侧被背本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使激光束转向的系统，包括：/n发射入射激光束的激光源，所述入射激光束包括投射为点的多个光线；/n柱状透镜片，其具有包括多个平行纵向柱状透镜的透镜侧和与所述透镜侧相对的光滑侧；/n其中：/n使所述激光源朝向所述柱状透镜片的所述透镜侧对准，使得所述入射激光束落在所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，/n所述入射激光束的所述多个光线的第一部分通过折射而被转向，以形成第一形状的折射光束，并且/n所述入射激光束的所述多个光线的第二部分被所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射，以形成第二特定形状的反射光束。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190213 CA PCT/CA2019/000019;20180917 US 62/732,21.一种用于使激光束转向的系统，包括：
发射入射激光束的激光源，所述入射激光束包括投射为点的多个光线；
柱状透镜片，其具有包括多个平行纵向柱状透镜的透镜侧和与所述透镜侧相对的光滑侧；
其中：
使所述激光源朝向所述柱状透镜片的所述透镜侧对准，使得所述入射激光束落在所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，
所述入射激光束的所述多个光线的第一部分通过折射而被转向，以形成第一形状的折射光束，并且
所述入射激光束的所述多个光线的第二部分被所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射，以形成第二特定形状的反射光束。


2.根据权利要求1所述的系统，其中，使所述激光源对准以使得所述第一入射激光束垂直落在所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，通过折射而被转向的所述入射激光束的所述第一部分代表所述入射激光束的所述多个光线的大部分，并且所述第一特定形状的折射光束为被投射为直线的三角形平面光束的形式。


3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向透镜被水平定向，所述三角形平面光束被垂直定向，并且所投射的直线是垂直的。


4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向柱状透镜被垂直定向，所述三角形平面光束被水平定向，并且所投射的直线是水平的。


5.根据权利要求1所述的系统，其中，使所述激光源对准以使得所述入射激光束以相对垂直方向的入射角落在所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，使得通过折射而被转向的所述第一入射激光束的所述多个光线的所述第一部分代表所述第一入射激光束的所述多个光线的大部分，所述第一入射激光束与穿过所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个的水平面在同一平面中，并且所述特定形状的折射光束为被投射为弧的弯曲平面的形式。


6.根据权利要求1所述的系统，其中，使所述激光源对准以使得所述第一入射激光束以偏离垂直方向的入射角落在所述多个平行纵向柱状透镜中的至少一个上，使得所述第一部分和所述第二部分一起形成投射为圆的锥形。


7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述柱状透镜片的所述透镜侧涂覆有反射材料，使得由所述多个纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射的所述多个光线的所述第二部分包括所述入射激光束的所有所述多个光线。


8.根据权利要求1所述的方法，其中，抗反射层或涂层设置在所述柱状透镜片的所述透镜侧和所述光滑侧中的至少一个上，以减少被所述多个纵向柱状透镜中的至少一个的表面反射的所述入射激光束的所述多个光线的所述第二部分。


9.根据权利要求1所述的系统，还包括：位于所述激光源与所述柱状透镜片之间的至少一个衍射光栅，使得所述入射激光束在穿过所述柱状透镜片之前穿过所述衍射光栅。


10.根据权利要求1所述的系统，还包括：位于所述柱状透镜片后面的至少一个衍射光栅，使得所述入射激光束在穿过所述柱状透镜片之后穿过所述衍射光栅。


11.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向透镜被水平定向，并且所述至少一个衍射光栅包括被定向成使得其多个线被垂直定向的至少一个线性衍射光栅。


12.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向透镜被定向成与所述水平面成一定角度，并且所述至少一个衍射光栅包括被定向成使得其多个线被垂直定向的至少一个线性衍射光栅。


13.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向透镜被水平定向，并且所述至少一个衍射光栅包括被定向成使得其第一多个线被垂直定向并且其第二多个线被水平定向的至少一个双轴衍射光栅。


14.根据权利要求9或权利要求10所述的系统，其中，所述柱状透镜片被放置在直立位置，使得所述多个平行纵向透镜被定向成与所述水平面成一定角度，并且所述至少一个衍射光栅包括被定向成使得其第一多个线被垂直定向并且其第二多个线被水平定向的至少一个双轴衍射光栅。


15.一种用于操纵两个激光束以形成锥形的系统，包括：
第一激光源，产生包括投射为点的多个光线的第一入射光束；
第二激光源，产生包括投射为点的多个光线的第二入射光束；
双侧柱状透镜片，其具有包括多个平行纵向柱状透镜的第一透镜侧和与所述第一透镜侧相对的包括多个平行纵向柱状透镜的第二透镜侧；
其中：
所述第一激光源指向所述柱状透镜片的所述第一侧，使得所述第一入射光束以入射角落在所述多个平行纵向柱状透镜之一上，使得所述第一入射光束光线的大部分被反射形成第一弯曲平面；
所述第二激光源指向所述柱状透镜片的所述第二侧，使得所述第二入射光束以与所述第一激光源相同的入射角落在所述多个平行纵向柱状透镜之一的相对侧上，使得所述第二入射光束光线的大部分被折射形成第二弯曲平面；
所述第一弯曲平面和所述第二弯曲平面一起形成被投射为圆的锥形。


16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述双侧柱状透镜片包括每个具有透镜侧和光滑侧的第一单侧柱状透镜片和第二单侧柱状透镜片，并且其中，所述第一单侧柱状透镜片和所述第二单侧柱状透镜片在它们的相应光滑侧被背靠背定位。


17.根据权利要求16所述的系统，还包括：设置在所述第一单侧柱...

【专利技术属性】
技术研发人员：盖伊·克拉默，
申请(专利权)人：超级隐形生物科技公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA