一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光機(jī)電一化設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]激光雷達(dá)是一種集大氣光學(xué)、弱信號探測、激光器等技術(shù)發(fā)展出的光機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)備。它的工作原理是激光源向靶標(biāo)區(qū)域發(fā)射激光束，經(jīng)過探測靶標(biāo)的反射或散射，然后接收從靶標(biāo)返回來的激光回波信號與發(fā)射激光信號進(jìn)行比對并作適當(dāng)處理，即可獲得靶標(biāo)的相關(guān)信息，如靶標(biāo)的距離、方位、速度、姿態(tài)、甚至表面形狀等參數(shù)，從而對飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤和識別。近年來，激光雷達(dá)已廣泛應(yīng)用在激光導(dǎo)航、激光測距、大氣監(jiān)測、跟蹤識別、掃描成像等領(lǐng)域。
[0003]目前激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有以下:
[0004]1、常規(guī)的透射式激光雷達(dá):常用于中小口徑激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，而口徑大于Φ500πιπι以上的透射原材料難以制造，光學(xué)表面難以加工，裝配精度難以保證。因此，大口徑光學(xué)系統(tǒng)基本都采用反射式結(jié)構(gòu)。
[0005]2、經(jīng)典牛頓式系統(tǒng):主鏡為拋物面反射鏡，焦點(diǎn)前用平面反射鏡折轉(zhuǎn)光路，結(jié)構(gòu)形式簡單，然而其視場范圍較小，系統(tǒng)整體較長，校正系統(tǒng)軸上球差，適用于焦距較小結(jié)構(gòu)簡單的光學(xué)系統(tǒng)。另外，常規(guī)系統(tǒng)直接在CCD探測器前端安裝濾光片，濾光片放置在會聚光路中容易因其安裝傾斜弓I入像散，降低光學(xué)系統(tǒng)分辨率。
[0006]3、卡賽格林式系統(tǒng):主鏡為拋物面反射鏡，次鏡為雙曲面反射鏡，校正軸上球差，可用于長焦距、小視場光學(xué)系統(tǒng)；就加工和裝調(diào)難度看，由于主、次鏡均為非球面，所以其加工和裝調(diào)難度較大。
[0007]綜上所述幾種激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，有的光學(xué)表面難以加工，裝調(diào)難、精度低；有的視場范圍小、系統(tǒng)不緊湊，校正系統(tǒng)軸上球差；有的光學(xué)系統(tǒng)極限分辨率低、系統(tǒng)成像像質(zhì)差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不緊湊、校正系統(tǒng)軸上球差、分辨率低、成像像質(zhì)差以及光學(xué)表面加工難、裝調(diào)難和精度低的問題。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，所述激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)包括前后依次設(shè)置的Margin次鏡、主反射鏡和校正鏡組，且所述激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)中所有光學(xué)面均采用球面設(shè)計(jì)，所述校正鏡組包括前校正鏡組和后校正鏡組；所述主反射鏡和Margin次鏡構(gòu)成自準(zhǔn)直檢測的Margin系統(tǒng)，聚焦在所述激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)第一焦點(diǎn)位置；所述Margin系統(tǒng)與前校正鏡組構(gòu)成縮束光學(xué)系統(tǒng)，出射準(zhǔn)平行光；所述Margin系統(tǒng)與前校正鏡組、后校正鏡組構(gòu)成第二焦點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)，將光束聚焦在所述激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)第二焦點(diǎn)位置。
[0010]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述Margin系統(tǒng)與前校正鏡組補(bǔ)償形成準(zhǔn)直光束通道，所述前校正鏡組和后校正鏡組補(bǔ)償系統(tǒng)像質(zhì)形成第二焦點(diǎn)。
[0011]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，當(dāng)激光輸出為檢測波段的波長時，Margin系統(tǒng)自準(zhǔn)直檢測，校正Margin系統(tǒng)在檢測波段的軸上球差；當(dāng)激光輸出為工作波段的波長時，Margin系統(tǒng)單獨(dú)使用，校正激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)在工作波段的軸上球差。
[0012]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述縮束光學(xué)系統(tǒng)的準(zhǔn)直光路通道中放置分光鏡或?yàn)V光片。
[0013]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述主反射鏡為凹球面反射鏡，其口徑范圍為200mm ?1500mmo
[0014]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述Margin次鏡為內(nèi)表面鍍膜的雙凹折返鏡。
[0015]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述前校正鏡組包括前后依次設(shè)置的前校正鏡一和前校正鏡二。
[0016]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述前校正鏡一為平凸透鏡，所述前校正鏡二為彎月透鏡。
[0017]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述后校正鏡組包括前后依次設(shè)置的后校正鏡一和后校正鏡二。
[0018]于本發(fā)明的一實(shí)施方式中，所述后校正鏡一為雙凸透鏡，所述后校正鏡二為平凸透鏡。
[0019]如上所述，本發(fā)明的一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)，具有以下有益效果:
[0020]1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、成本低。所有光學(xué)鏡片均采用球面鏡，包括主反射鏡、Margin次鏡和校正鏡組，Margin次鏡與校正鏡組共同校正大口徑球面主反射鏡固有的軸上球差，同時前校正鏡組與Margin系統(tǒng)構(gòu)成縮束光學(xué)系統(tǒng)出射準(zhǔn)平行光，后校正鏡組將平行光束聚焦在焦點(diǎn)位置，滿足了緊湊化和低成本的要求。
[0021]2、設(shè)計(jì)雙焦點(diǎn)切換模式:Margin系統(tǒng)多重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過改變激光輸出波長與檢測波長之間切換，Margin系統(tǒng)可單獨(dú)使用與自準(zhǔn)直檢測，構(gòu)成第一焦點(diǎn)；Margin系統(tǒng)與前校正鏡組組成縮束光學(xué)系統(tǒng)，其光路中可放置分光鏡將平行光束導(dǎo)出或放置濾光片進(jìn)行后端實(shí)驗(yàn)，然后后校正鏡組將準(zhǔn)直光束聚焦在第二焦點(diǎn)位置。本發(fā)明中的Margin系統(tǒng)安裝調(diào)試可利用第一焦點(diǎn)確立Margin次鏡位置，繼而依據(jù)相對位置定出前校正鏡組、后校正鏡組位置與第二焦點(diǎn)位置。
[0022]3、從工程應(yīng)用角度看，本發(fā)明中Margin系統(tǒng)可獨(dú)立自準(zhǔn)直檢測與使用，提高了整個系統(tǒng)的安裝調(diào)試效率與精度；Margin系統(tǒng)與前校正鏡組組合使用可直接輸出平行光束，提高了接收激光回波信號使用效率，與前校正鏡組、后校正鏡組合可聚焦第二焦點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)壓縮光學(xué)系統(tǒng)焦距、增大相對孔徑，提高了光學(xué)系統(tǒng)極限分辨率，同時提高了光學(xué)系統(tǒng)成像像質(zhì)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的Margin光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的Margin光學(xué)系統(tǒng)的圓能量分布圖。
[0026]圖4為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的Margin光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。
[0027]圖5為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的Margin光學(xué)系統(tǒng)的波像差圖。
[0028]圖6為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的圓能量分布圖。
[0029]圖7為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的點(diǎn)列圖。
[0030]圖8為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的波像差圖。
[0031]圖中元件標(biāo)號說明:
[0032]1.主反射鏡2.Margin次鏡3.前校正鏡一
[0033]4.前校正鏡二 5.后校正鏡一6.后校正鏡二
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0035]請參閱圖1至圖8，需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0036]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0037]圖1和圖2所示為本發(fā)明一種大口徑全球面激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)的最佳實(shí)施例原理圖。激光雷達(dá)光學(xué)系統(tǒng)接收口徑1000mm，工作波長為(λ 355 μ m，檢