CN107179615B - 一种光斑监控成像设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种光斑监控成像设备，涉及光学技术领域，用以解决现有技术中光斑监控成像设备的光学焦距长，加工和安装难度高的问题。所述设备包括：第一反射部，第二反射部，光收发部，第三反射部，监控成像部；激光光源发射的激光，依次经所述第一反射部、所述第二反射部反射后，由所述光收发部向外发射并在远场聚焦成光斑图像；所述光收发部，探测所述光斑图像的漫反射光，所述漫反射光通过所述第二反射部反射后，部分漫反射光从所述第一反射部的边缘掠过并直接入射到所述第三反射部；所述第三反射部将入射的部分漫反射光反射至所述监控成像部成像。

Description

一种光斑监控成像设备
技术领域
本发明涉及光学技术领域，特别是涉及一种光斑监控成像设备。
背景技术
随着高功率激光技术的发展，激光打击系统得到了广泛的应用，为了达到最远的作用距离，获得最好的打击效果，需要保证远场激光光斑聚焦最小，对远场目标尤其是空中目标上的激光光斑进行实时监控。要分辨几公里之外的直径几个厘米大小的激光光斑，对光斑监控成像光学的焦距要求很大，需要达到3米以上。这样的长焦距成像光学系统，设计、加工的难度较大，体积、重量也很大，成本较高，而且很难安装在激光打击系统的跟瞄转台上。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种光斑监控成像设备，用以解决现有技术中光斑监控成像设备的光学焦距长，加工和安装难度高的问题。
一方面，本发明提供一种光斑监控成像设备，包括：第一反射部，第二反射部，光收发部，第三反射部，监控成像部；激光光源发射的激光，依次经所述第一反射部、所述第二反射部反射后，由所述光收发部向外发射并在远场聚焦成光斑图像；所述光收发部，探测所述光斑图像的漫反射光，所述漫反射光通过所述第二反射部反射后，部分漫反射光从所述第一反射部的边缘掠过并直接入射到所述第三反射部；所述第三反射部将入射的部分漫反射光反射至所述监控成像部成像。
可选的，所述第一反射部设置于所述第二反射部和所述第三反射部之间。
可选的，所述第一反射部的设置高度低于所述第二反射部的设置高度以及所述第三反射部的设置高度。
可选的，所述第一反射部的设置高度为所述第三反射部的设置高度的1/3至2/3。
可选的，所述第三反射部上设置有倾角调节机构，以调节所述第三反射部的倾斜角度。
可选的，所述第三反射部与所述监控成像部之间还设置有光阑，所述光阑对所述第三反射部反射的漫反射光进行杂散光滤除后向所述监控成像部发送。
可选的，所述第三反射部的反射面中心、所述光阑的孔径中心、所述监控成像部的光轴中心与入射到所述第三反射部的成像光路中心在一条直线上。
可选的，所述第一反射部和所述第二反射部包括高功率激光反射镜；所述第三反射部包括加强铝反射镜。
可选的，所述高功率激光反射镜的膜层为高反1064nm高功率激光反射单层介质膜；所述加强铝反射镜为高反近红外波段加强铝反射镜。
可选的，所述第一反射部、所述第二反射部以及所述第三反射部对应的反射光的波长相同。
本发明实施例提供的光斑监控成像设备，利用第一反射部、第二反射部以及第三反射部之间的相对位置关系，将激光的发射光路与光斑的漫反射接收光路整合在一起，无需为接收光斑图像设置独立庞大的成像系统，即可实现在强激光环境下的远场光斑实时成像。该设备光学元件少、结构简单、装调方便、成本较低，能够在不同气候条件下实时清晰的监控远场光斑的聚焦情况，为激光远场试验提供了直观的测试手段。
附图说明
图1是本发明实施例提供的光斑监控成像设备的一种结构示意图；
图2是本发明实施例提供的光斑监控成像设备的另一种结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种光斑监控成像设备，包括：
第一反射部20，第二反射部30，光收发部40，第三反射部50，监控成像部60；
激光光源10发射的激光L1，依次经第一反射部20、第二反射部30反射后，由光收发部40向外发射并在远场聚焦成光斑图像；
光收发部40，探测所述光斑图像的漫反射光L2，漫反射光L2通过第二反射部30反射后，部分漫反射光L2从第一反射部20的边缘掠过并直接入射到第三反射部50；
第三反射部50将入射的部分漫反射光L2反射至监控成像部60成像。
本发明实施例提供的光斑监控成像设备，利用第一反射部20、第二反射部30以及第三反射部50之间的相对位置关系，将激光的发射光路与光斑的漫反射接收光路整合在一起，无需为接收光斑图像设置独立庞大的成像系统，即可实现在强激光环境下的远场光斑实时成像。该设备光学元件少、结构简单、装调方便、成本较低，能够在不同气候条件下实时清晰的监控远场光斑的聚焦情况，为激光远场试验提供了直观的测试手段。
具体的，本实施例中包括三个反射部，其中，第一反射部20只对激光发射光进行反射，第三反射部50只对光斑图像的漫反射光进行反射，而第二反射部30既需要反射激光发射光，也需要反射光斑图像的漫反射光。为了实现上述反射光路，可选的，第一反射部20可设置于第二反射部30和第三反射部40之间。具体而言，激光L1从激光光源40发射后，可以直接入射至第一反射部20，第一反射镜20的放置角度可以实现对激光的转向，将激光L1反射至第二反射镜30，再由第二反射镜30将激光L1反射至光收发部40实现激光发送，扩束后在远场目标聚焦；相应的，远场目标的聚焦光斑漫反射的激光能量经由光收发部40探测到后入射至第二反射部30，第二反射部30接收的成像光斑激光能量中有一部分可以从第二反射部30的边缘掠过，直接入射至第三反射部50，从而在利用了光收发部40的长焦进行光斑成像探测后，通过第三反射部50将光斑成像的漫反射光分离出来单独成像，因此有效避免了发射的高能量激光对成像光斑形成干扰。
为了实现第一反射部20、第二反射部30以及第三反射部50之间的位置关系和光路关系，可选的，第一反射部20的设置高度可以低于第二反射部30的设置高度以及第三反射部50的设置高度，这样即可在第二反射部30和第三反射部50之间让出一条通路，从第二反射部30中射出的漫反射光L2中的一部分可以掠过第一反射部20的边缘射到第三反射部50上。可选的，第一反射部20的设置高度可以为第三反射部50的设置高度的1/3至2/3，从而使适当比例的漫反射光入射至第三反射部50。
当然，为了实现上述光的通路，也可以将第一反射部20设置成较小面积，或者在其他方向上改变三个反射部的位置关系，本发明的实施例对此不做限定。
为了适应监控成像部60以各种位置和角度安放，进一步的，第三反射部50上还可以设置有倾角调节机构，以调节第三反射部50的倾斜角度，从而调节漫反射光的反射方向。
可选的，在本发明的一个实施例中，第三反射部50与监控成像部60之间还可设置有光阑，光阑对第三反射部50反射的漫反射光L2进行杂散光滤除后向监控成像部60发送。通过调整光阑孔径，可以在监控成像部60(如CMOS成像器)上得到清晰的聚焦光斑图像。
具体而言，第三反射部50的反射面中心、光阑的孔径中心、监控成像部60的光轴中心可以与入射到第三反射部50的成像光路中心在一条直线上。
由于第一反射部20和第二反射部30需要对激光器发射的激光进行反射，需要满足对激光的反射要求，因此，第一反射部20和第二反射部30可以包括高功率激光反射镜；而由于第三反射部50仅仅需要反射漫反射光，因此要求相对较低，在本发明的一个实施例中，第三反射部50可以包括加强铝反射镜。
可选的，高功率激光反射镜的膜层为高反1064nm高功率激光反射单层介质膜；所述加强铝反射镜为高反近红外波段加强铝反射镜。第一反射部20、第二反射部30以及第三反射部50对应的反射光的波长相同。
下面通过具体实施例对本发明提供的光斑监控成像设备进行详细说明。
参照图2，本实施例提供的光斑监控成像设备包括高功率激光反射镜(即第二反射部)2，高功率激光反射镜(即第一反射部)3，近红外波段反射镜(即第三反射部)5，光阑6及成像器7构成。其中，激光反射镜2和激光反射镜3的膜层为高反1064nm高功率激光反射单层介质膜，激光反射镜5为高反近红外波段加强铝反射镜，成像器7为CMOS成像器。CMOS成像器7中放置窄带滤光片，滤除其他杂散光，只让激光波段通过，通过调整光阑6孔径，可以在CMOS成像器7得到清晰的聚焦光斑图像。
在本实施例中，为了实现光斑监控成像与激光发射的光路共享，激光反射镜2的反射面高度大于激光反射镜3的反射面高度。
激光器4发射的激光经过激光反射镜3反射至激光反射镜2的反射面的下部，然后通过激光发射光学1扩束后在远场目标聚焦。远场目标的聚焦光斑漫反射的激光能量经由发射光学1接收，反射镜2的反射面的上部接收的部分成像光斑激光能量可以从反射镜3的顶部空间通过，直接入射至反射镜5，利用激光反射镜2和激光反射镜3的反射面高度差，实现相同波长光路在空间上的分离。
光阑6放置在反射镜5和CMOS成像器之间，光阑6的孔径可以进行调整。反射镜5的反射面中心、光阑6的孔径中心、CMOS成像器7的光轴中心与入射到反射镜5表面的成像光路中心保持重合。
可选的，反射镜5设计有调节结构，可以对入射至成像器7的光路进行两个维度的调节，保证光斑像位于成像器图像的中心。
此外，所有固定反射镜的结构件、光阑以及成像器的结构件都进行了发黑处理，减少了发射激光对成像光斑的影响。
本发明实施例提供的光斑监控成像设备，针对高功率激光发射系统的光斑监控成像分辨率高、光学焦距长导致的成像光学设计加工安装难度大的问题，基于离轴反射式激光光学发射系统，发明一种与激光发射系统共用一个光学口径的光斑监控成像系统。利用两个反射镜的反射面高度差，即相同波长光路在空间上的分离，实现了激光发射和光斑成像接收的共孔径设计。该光路光学元件少、结构简单、装调方便、成本较低。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (6)

1.一种光斑监控成像设备，其特征在于，包括：
第一反射部，第二反射部，光收发部，第三反射部，监控成像部；
激光光源发射的激光，依次经所述第一反射部、所述第二反射部反射后，由所述光收发部向外发射并在远场聚焦成光斑图像；
所述光收发部，探测所述光斑图像的漫反射光，所述漫反射光通过所述第二反射部反射后，部分漫反射光从所述第一反射部的边缘掠过并直接入射到所述第三反射部；
所述第三反射部将入射的部分漫反射光反射至所述监控成像部成像；
所述第一反射部设置于所述第二反射部和所述第三反射部之间；
所述第一反射部的设置高度低于所述第二反射部的设置高度以及所述第三反射部的设置高度；
所述第一反射部、所述第二反射部以及所述第三反射部对应的反射光的波长相同；
所述第三反射部与所述监控成像部之间还设置有光阑，所述光阑对所述第三反射部反射的漫反射光进行杂散光滤除后向所述监控成像部发送。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一反射部的设置高度为所述第三反射部的设置高度的1/3至2/3。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第三反射部上设置有倾角调节机构，以调节所述第三反射部的倾斜角度。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第三反射部的反射面中心、所述光阑的孔径中心、所述监控成像部的光轴中心与入射到所述第三反射部的成像光路中心在一条直线上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述第一反射部和所述第二反射部包括高功率激光反射镜；所述第三反射部包括加强铝反射镜。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述高功率激光反射镜的膜层为高反1064nm高功率激光反射单层介质膜；所述加强铝反射镜为高反近红外波段加强铝反射镜。
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