[发明专利]一种光学系统的构建方法

说明书

本发明涉及一种光学系统的构建方法，通过将分别构成N棱锥的N条棱边的所述N个光学组件进行平移而构建，将所述N棱锥的N条棱边分别平移至与该N棱锥具有等高的N棱柱的每一长方形侧面的对角线上，以确保棱边之间的空间角度关系不变。本发明采用的光学系统的构建方法在保留了原有光束的空间角度关系的前提下，通过加工长度符合设计尺寸的棱柱即可实现安装，方便进行光学组件固定和安装，还能够有效减小了整体光学系统占用的空间体积。

技术领域

本发明涉及一种激光遥感探测应用领域，具体涉及该领域中一种方便安装且有效缩减体积的光学系统构建方法及采用上述方法安装的光学系统。

背景技术

激光遥感探测技术可应用于国民经济的很多领域上，其应用时激光经常需要朝向不同方向进行探测。参见附图1，例如4波束的多普勒测风激光雷达，激光需要获取4个空间指向上的风速信息。参见附图2，这种激光光束的空间几何关系通常利用棱锥的几何关系实现，将4个激光光束的中心轴分别对准SA、SB、SC、SD，通过SA、SB、SC、SD之间的几何关系，来确保4个激光光束的相互角度和对探测位置的指向。激光需要通过光学系统后发射出去，现有技术中的光学系统为了保证同心度通常设置为圆柱形。而为了安装多波束的圆柱形光学系统时相互之间不干涉，需要进一步扩大棱锥的尺寸，将4个圆柱形的光学系统中心轴分别对准AA’、BB’、CC’、DD’。因此，最终4波束的光学系统安装之后，占据的空间为A’B’C’D’-ABCD的梯形棱柱。

利用棱锥的几何关系来安装圆柱形光学系统，几何关系计算简单，方便设计。但是也存在实际应用上的缺点：一来为了避免相互干涉，光学组件需要沿着棱锥的棱边安装，安装难度较大，不容易保证精度；二来只能利用棱锥的下部空间，安装之后的整体光学系统占用的空间体积太大，特别是棱台周边空间为非规则空间，不容易用来安装其它器件，所以可以认为占用的空间体积近似为ABCD-OO’对应的立方体(参见图2)，造成安装空间的浪费，而在激光遥感探测应用中，设备的小型化和轻量化是非常重要的，上述光学系统的安装方法需要改进。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺陷，改进现有光学系统的构建方法，提供一种方便安装且有效缩减体积的光学系统构建方法。

本发明的技术方案是：一种光学系统的构建方法，所述光学系统具有一一对应并引导N个波束的N个光学组件，N为3以上的自然数；所述光学系统通过将分别构成N棱锥的N条棱边的所述N个光学组件进行平移而构建，其特征在于：将所述N棱锥的N条棱边分别平移至与该N棱锥具有等高的N棱柱的每一长方形侧面的对角线上，以确保棱边之间的空间角度关系不变；并进一步按照所述N条棱边平移后的位置分别安装所述N个光学组件以构建所述光学系统。

进一步的，所述N为3、4或6。

进一步的，所述N为4，定义4棱锥为S-ABCD，其中S为棱锥顶点，A、B、C、D为棱锥底面四点；

所述光学系统的构建方法包括以下步骤：

第一，作SO垂直于棱锥底面ABCD，O为与其交点；

第二，在所述棱锥底面ABCD上作CE平行且等于OB，作BE平行且等于OC，CE、BE交点为E，作BP、EQ、CR垂直于棱锥底面ABCD且长度均等于SO，获得长方体PQRS-BECO；

第三，取长方体PQRS-BECO四个侧面的对角线：平行且等于SA的RO、SB、平行且等于SC的PE和平行且等于SD的QC，将原分别位于SA、SB、SC和SD的4个光学组件分别移至RO、SB、PE和QC；

第四，沿对角线RO、SB、PE和QC分别安装所述4个光学组件以构建所述光学系统，并确保所述光学系统仍然按照原有的空间夹角关系引导出射4个波束。

进一步的，所述N为3，定义3棱锥为S-ABC，其中S为棱锥顶点，A、B、C为棱锥底面三点；

所述光学系统的构建方法包括以下步骤：