[发明专利]一种月球车避障用激光点阵器

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光点阵器，尤其涉及一种月球车避障用激光点阵器，属于月球车设计领域。

背景技术

激光点阵器用于CE-3巡视器，出射激光在月表构成投影点阵为前避障像机提供特征标识，为巡视器GNC分系统导航任务服务。

激光点阵器由驱动线路盒与光栅组件构成，具体包括2只LD及驱动线路、2个准直器、2个反射镜、2个光栅镜头和2组小型化棱镜组组成。LD、电子线路和绕纤盘放于线路盒中，光栅组件与线路盒侧壁连接，光纤出口由侧壁伸出，激光经准直器、反射镜反射后进入光栅，再经过棱镜组出射，形成18束激光。目前国内外主要有以下设计四种方案：

(1)如图1所示，该激光器由200mw的LD1、LD2和50mw的LD3组成。LD1和LD2分别通过1×8光分束器Spilitter1和Spilitter2产生16束激光点阵。分光比为12.5％∶12.5％∶12.5％∶12.5％∶12.5％∶12.5％∶12.5％∶12.5％。LD3产生第17个点。准直器Collimator把光纤发出的光准直并以一定发散角发射。

(2)如图2所示，激光器由一只500mw的LD2和一只50mw的LD1组成。LD2通过1×8光分束器Spilitter3产生两束光，再由Spilitter1和Spilitter2产生16束激光点阵。LD1产生第17个点。准直器Collimator把光纤发出的光准直并以一定发散角发射。

(3)如图3所示，该方案由一只1W的LD和17个棱镜组成。将激光经光学系统变为Φ60的平行光，之后，照射在安有17个棱镜洞内，棱镜按照需要可以改变光的传播方向。

(4)如图4所示，该方案由200mw的LD1、LD2、两个准直器和两排棱镜阵列组成。棱镜为半透半反，形成18路激光出射。

其中方案(1)需用三只LD，两个光分束器，十七个准直器；方案(2)要求采用500mw的974nm激光器，目前采购困难；方案(3)效率较低(面积比)为17％，大功率器件采购困难，该方案很难实现，除非光点按圆型排列；方案(4)棱镜胶合面过多，抗力学能力差。以上方案共同缺点为：体积大，重量大，功耗高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种月球车避障用激光点阵器，体积小，发射能量均匀。

本发明的技术解决方案是：一种月球车避障用激光点阵器，由激光器、电源电路、准直器、达曼光栅、反射镜、棱镜组组成，准直器、光栅、反射镜和棱镜组构成光学探头部，其中棱镜组由九个梯形调向棱镜组成，激光器由恒流源的电源电路进行驱动，激光器通过光纤将激光传输到光学探头部的准直器上进行准直，经过准直后的激光经过达曼光栅分路成九路光束，然后九路光束由反射镜进行转向，转向后的九路光束分别经过对应的九个梯形调向棱镜折射改变出射方向，最终形成激光点阵，其中九个梯形调向棱镜的入射面与反射镜反射的光束垂直，出射面与入射面形成锲角夹角。

还包括温度控制电路用于保证激光器工作温度恒定，所述温度控制电路由分压电阻、热敏电阻、差模放大电路、功率驱动电路、场效应管、场效应管驱动电路、PID电路以及制冷器组成，热敏电阻用于对激光器内部温度进行测量，在制冷器与场效应管驱动电路之间安装场效应管，热平衡时，制冷器控制热敏电阻的阻值，使热敏电阻两端的电压V1与输入电压Vt相等，PID电路输出恒定的电压值，经过功率驱动电路和场效应管驱动电路后使致冷器工作在一恒定的电流，用于补偿激光器注入电流引起的温度升高，使激光器温度保持恒定；当热敏电阻探测到激光器温度升高时，热敏电阻阻值下降，热敏电阻两端的电压V1变小，热敏电阻两端的电压V1与输入电压Vt间产生误差信号(Vt-V1)，该误差信号(Vt-V1)经差模放大电路放大后通过PID电路使致冷器两端电压稳定上升，制冷器电流增大，从而使温度下降，制冷器电阻阻值升高直至热敏电阻两端的电压V1与输入电压Vt相等，激光器恢复到正常的温度；同理，当热敏电阻探测到激光器温度下降时，热敏电阻阻值上升，热敏电阻两端的电压V1变大，热敏电阻两端的电压V1与输入电压Vt间产生误差信号(Vt-V1)，该误差信号(Vt-V1)经差模放大电路放大后通过PID电路使致冷器两端电压稳定下降，制冷器电流减小，从而使温度升高，制冷器电阻阻值降低直至热敏电阻两端的电压V1与输入电压Vt相等，激光器恢复到正常的温度。

所述达曼光栅为3点对周期为9.4μm，相位为π的光栅，达曼光栅的刻蚀台阶上下的相位差为台阶深度为e，满足

式中n为光在玻璃中的折射率；λ为入射波波长。