基于液体透镜的投影与扫描共光路发射光学系统设计

针对大尺寸空间三维坐标的扫描测量和投影一体化、小型化的需求，设计了基于液体透镜的投影与扫描共光路发射光学系统。系统是由一级变倍扩束子系统与二级定倍扩束子系统组成的两级扩束系统。光学系统的变倍扩束与动态聚焦均通过调节两个液体透镜的焦距来实现。该结构形式缩小仪器体积，并可实现扫描测量时变倍扩束、投影时动态调焦，双波段的波长范围可以满足多色投影的需求。扫描与投影发射共光路的整体结构在ZEMAX软件中实现仿真与优化。扫描状态下，638 nm的激光接近准直射出，在整体扩束倍率为3、3.75、4.5时，其波像差的峰谷值均满足瑞利判据。投影状态下，在整体扩束倍率为4.5的状态下保持第一个液体透镜焦距不变，仅调节第二个液体透镜焦距，实现了638 nm和520 nm的激光在5~10 m的聚焦光斑直径均小于1 mm，10~20 m的聚焦光斑直径均小于2 mm，20~30 m的聚焦光斑直径均小于3 mm。通过公差分析证明了光学系统设计的可行性。系统总长仅为131.6 mm，最大口径为14 mm，在保证小型化的同时可以用于实现扫描和大投影距的多色投影。