[发明专利]一种错位安装光学系统的方法和光学系统

说明书

一种光学系统错位安装方法及采用上述光学系统错位安装方法得到的光学系统，通过平面几何图形外接圆的几何关系将常规棱锥的棱边平移到最终圆柱形安装位置确定的圆柱体上，保留原有的空间角度关系，同时错位安装；利用以上的方法，先加工圆柱，再在圆柱的上下顶面上打孔，然后安装光学系统；使安装后的光学系统为规则的圆柱形形状，节省了安装空间，利于设备的小型化和轻量化，同时方便了安装光学系统中的其它器件，从而减小了安装之后的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中光学系统的安装方法，具体涉及一种错位安装光学系统的方法及采用上述方法构建的光学系统。

背景技术

目前在激光遥感探测应用上，经常需要激光朝向不同方向进行探测，比如4波束的多普勒测风激光雷达，需要激光可以获取4个空间指向上的风速信息，如图1所示。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，如图2所示，将4个激光光束的中心轴分别对准OA、OB、OC、OD，通过OA、OB、OC、OD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。

激光需要通过光学组件引导后发射出去，光学组件为了保证同心度通常设置为圆柱形。为了安装多波束的圆柱形光学组件时相互之间不干涉，需要扩大棱锥的尺寸，如图2所示的4波束光学组件，将4个圆柱形的光学组件中心轴分别对准A₁A、B₁B、C₁C、D₁D。因此，最终4波束的光学组件安装之后，其中心轴占据的空间为A₁B₁C₁D₁-ABCD的棱台。利用棱锥的几何关系来安装圆柱形光学组件，几何关系计算简单，方便设计。

然而现有技术也存在实际应用上的缺点：在这种安装情况下，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-SS’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：

一种错位安装光学系统的方法，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，其特征在于包括以下步骤：

第一，定义所述N棱锥的顶点O，做所述顶点O相对的棱锥下底面中对应N边形的外接圆；

第二，以N边形的一个顶点A为圆心做圆，半径取所述外接圆的半径，则与该外接圆产生两个交点，选取一侧的交点为A’；

以此类推，分别以N边形其它N-1个顶点为圆心，以所述外接圆的半径为半径，分别获得与所述外接圆的与所述交点A’位于同一侧的其它N-1个交点：B’、C’、……；

第三，在通过所述顶点O且平行所述棱锥下底面的平面上，以顶点O为圆心，以所述外接圆的半径做圆O；然后做OO₁平行AA’，位置点O₁在圆O上且从O点指向O₁点的方向与从A点指向A’点的方向相同；以此类推，做OO₂平行BB’、做OO₃平行CC’、……,获得圆O上其它N-1个位置点O₂、O₃、……；