CN113296079A - 一种远距离光电探测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种远距离光电探测系统，包括：激光发射系统，所述激光发射系统用于发射激光；主镜与次镜，所述主镜与次镜为共用组镜，用于接收多波段光入射；其中，所述主镜汇聚入射光，所述入射光经由所述次镜反射到达反射镜，再通过凸透镜折射为平行光到达分光镜，最后经由所述分光镜将入射光分色，将激光反射给单光子测距接收系统，将红外光透射给红外成像系统；所述次镜连接有转动机构，所述转动机构带动所述次镜做偏转运动；该单光子探测器通过采用激光发射、接收与红外共孔径设计，有效减少光学设备尺寸以及重量，同时采用激光发射与红外同轴设计，具有很好的光轴一致性，确保主动激光与红外作用与同一目标。

Description

一种远距离光电探测系统
技术领域
本发明涉及光探测设备领域，特别涉及一种远距离光电探测系统。
背景技术
随着光电技术的发展以及日渐复杂的应用场景，都对光电设备提出了更高的要求。红外成像只能提供目标的方位、俯仰信息，而当设备增加了激光测距系统，还可以额外提供目标的距离信息。在提供目标多维信息的同时还要考虑系统的小型化以及轻量化。折返式光学系统相比与透射式光学系统结构更加紧凑，有利于实现设备的小型化与轻量化。
随着探测器件的发展，制冷型红外探测器的探测距离已经可以达到上百公里，而传统的激光测距系统只能达到几公里到几十公里。为了匹配上百公里的探测距离，就需要使用单光子检测技术用来接收返回的激光。目标在红外视场中心时，为了使发射的激光能打在目标表面，就需要激光发射与红外成像具有很好的光轴一致性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种激光发射与红外成像的光轴一致性好的远距离光电探测系统。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种远距离光电探测系统，包括：
激光发射系统，所述激光发射系统用于发射激光；
主镜与次镜，所述主镜与次镜为共用组镜，用于接收多波段光入射；其中，所述主镜汇聚入射光，所述入射光经由所述次镜反射到达反射镜，再通过凸透镜折射为平行光到达分光镜，最后经由所述分光镜将入射光分色，将激光反射给单光子测距接收系统，将红外光透射给红外成像系统；
所述次镜连接有转动机构，所述转动机构带动所述次镜做偏转运动。
作为优选的一种技术方案，所述红外成像系统包括红外光学镜头和红外探测器滤光片，红外光通过所述红外光学镜头和红外探测器滤光片聚焦在制冷型红外探测器的焦平面上进行成像。
作为优选的一种技术方案，所述单光子测距接收系统接收到所述激光后，通过接收望远镜、窄带滤光片，聚焦透镜落在单光子探测器的接收光纤端面完成回波接收，得到目标距离信息。
作为优选的一种技术方案，所述单光子探测器为雪崩光电二极管。
作为优选的一种技术方案，所述激光发射系统由激光器产生脉冲激光，经过准直扩束降低发散角后发出。
作为优选的一种技术方案，所述激光器脉冲频率为20Hz，脉宽为10ns，激光发散角≤0.3mrad。
作为优选的一种技术方案，所述转动结构包括电机，所述电机的输出轴连接有夹持件，所述夹持件与所述次镜固定连接。
作为优选的一种技术方案，所述电机与控制单元通信连接。
作为优选的一种技术方案，所述分光镜与光轴之间的夹角为45°。
作为优选的一种技术方案，所有光学元件都在同一光轴上。
本发明相对于现有技术的有益效果是：该远距离光电探测系统通过将激光发射系统、单光子测距接收系统以及红外成像系统使用共孔径设计，通过设置能够转动的次镜来反射激光与红外，从而实现单光子测距接收系统以及红外成像在一个设备中完成，这样能够有效减少光学设备尺寸以及重量，另外采用激光发射与红外同轴设计，具有很好的光轴一致性，确保主动激光与红外作用与同一目标。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中次镜的摆动时刻示意图；
图3是本发明的控制部分框架图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，本实施例提供一种远距离光电探测系统，包括主镜1、次镜2、反射镜3、分光镜4、红外成像系统5、单光子测距接收系统6以及激光发射系统7。上述所有光学元件都在同一光轴上。红外成像系统5与单光子测距接收系统6都为被动探测系统。
具体的，主镜1与次镜2都为反射镜，为共用组镜，用于接收多波段光入射。主镜1汇聚入射光，经由次镜2反射到达反射镜3，通过凸透镜8折射为平行光到达分光镜4。经由分光镜4将入射光分色，将激光反射到单光子测距接收系统6中，将红外透射到红外成像系统5中，从而同时实现单光子测距以及红外成像。
另外，在本实施例中，分光镜4与光轴之间的夹角为45°，这样能够使得红外与激光都能给有效的到达对应的接收系统。
透射的红外辐射到达红外成像系统5，通过红外光学镜头和红外探测器滤光片聚焦在制冷型红外探测器的焦平面上进行成像。反射的激光到达单光子测距接收系统6，通过接收望远镜、窄带滤光片，聚焦透镜落在单光子探测器的接收光纤端面完成回波接收，得到目标距离信息，由于红外成像系统以及单光子测距接收系统的其他结构与工作原理对于本领域技术人员来说属于常规技术手段，本发明的保护范围也不在此，因此不再赘述。
另外，在本实施例中，单光子探测器选择工作与盖革模式的雪崩光电二极管，探测灵敏度高。
进一步的，激光发射系统7由激光器产生脉冲激光，经过准直扩束降低发散角后发出，以保证不至于过分发散造成能量损失。
在本实施例中，上述的激光器脉冲频率为20Hz，脉宽为10ns，激光发散角≤0.3mrad。发射过程如下：
每当激光发射时，次镜2都需要摆动一定的角度使激光能在经过共用镜组后平行于入射光出射，射向探测目标。经目标反射产生的回波经由光学系统最终到达单光子测距接收系统。
在本实施中，次镜2是连接有转动机构，转动机构带动所述次镜做偏转运动，具体的，转动机构包括有电机，电机的输出轴连接有夹持件，所述夹持件与所述次镜固定连接，夹持件的具体结构可以由次镜2的大小以及形状所决定，例如棘爪的一端与次镜2连接，另一端连接在转盘的边缘，电机带动转盘转动从而实现次镜2偏转，或者其他的结构，在此需要说明的是，只要能够实现次镜2做偏转运动的结构都在本发明的保护范围内。
如图2所示，激光发射系统7内激光器发射的脉冲脉宽为10ns，两次脉冲的时间间隔为50ms。当激光发射时，控制单元9接收到信号后，控制次镜2摆动到位置21，使发射的激光经过两次反射后恰好平行于入射光，射向探测目标。10ns后，此时无激光发出，控制单元9发送信号给电机，电机带动次镜2摆动到位置22，接收目标红外辐射与激光反射产生的回波，通过后端光学系统完成红外成像以及激光测距。
在下一次激光脉冲发射时重复上述过程，实现在同一光学系统内激光的收发，如此可以有效减少光学设备尺寸以及重量。
当探测距离在上百公里时，激光反射所产生的回波到达单光子测距接收系统6需要的时间为μs量级，大于10ns并且小于50ms，处于两次脉冲发射之间，此时次镜2处于位置22。
由于次镜2在绝大部分时间都处于位置22，相对来说处于位置21的时间几乎可以忽略不计，所以次镜2的摆动并不会影响单光子测距接收系统6与红外成像系统5的正常工作。
如图3所示，红外成像系统5、单光子测距接收系统6以及激光发射系统7都与控制单元9相连。
红外成像系统5内的制冷型红外探测器将接收到的光信号转换成电信号传输到控制单元9，最终形成红外图像。
单光子测距接收系统6，将接收到回波的时间信息传输给控制单元9，之后根据激光发射与接收回波之间的时间差解算得到距离信息。
激光发射系统7接收控制单元9的信号发射脉冲激光，并向所述的控制单元9发送触发信号。
当控制单元9接收到激光发射系统的触发信号时，发出信号给转动机构，转动机构控制次镜2进行摆动，经过10ns后，控制次镜返回原位。
在此需要说明的是，本实施例中的控制单元9可以采用单片机或者其他微处理器，由于通过单片机控制电机转动的电路结构在本领域属于常规技术手段，故在此不再赘述。
该远距离光电探测系统通过将激光发射系统、单光子测距接收系统以及红外成像系统使用共孔径设计，通过设置能够转动的次镜来反射激光与红外，从而实现单光子测距接收系统以及红外成像在一个设备中完成，这样能够有效减少光学设备尺寸以及重量，另外采用激光发射与红外同轴设计，具有很好的光轴一致性，确保主动激光与红外作用与同一目标。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种远距离光电探测系统，其特征在于，包括：
激光发射系统，所述激光发射系统用于发射激光；
主镜与次镜，所述主镜与次镜为共用组镜，用于接收多波段光入射；其中，所述主镜汇聚入射光，所述入射光经由所述次镜反射到达反射镜，再通过凸透镜折射为平行光到达分光镜，最后经由所述分光镜将入射光分色，将激光反射给单光子测距接收系统，将红外光透射给红外成像系统；
所述次镜连接有转动机构，所述转动机构带动所述次镜做偏转运动。
2.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述红外成像系统包括红外光学镜头和红外探测器滤光片，红外光通过所述红外光学镜头和红外探测器滤光片通过聚焦在制冷型红外探测器的焦平面上进行成像。
3.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述单光子测距接收系统接收到所述激光后，通过接收望远镜、窄带滤光片，聚焦透镜落在单光子探测器的接收光纤端面完成回波接收，得到目标距离信息。
4.根据权利要求3所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述单光子探测器为雪崩光电二极管。
5.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述激光发射系统由激光器产生脉冲激光，经过准直扩束降低发散角后发出。
6.根据权利要求4所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述激光器脉冲频率为20Hz，脉宽为10ns，激光发散角≤0.3mrad。
7.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述转动结构包括电机，所述电机的输出轴连接有夹持件，所述夹持件与所述次镜固定连接。
8.根据权利要求7所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述电机与控制单元通信连接。
9.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所述分光镜与光轴之间的夹角为45°。
10.根据权利要求1所述的远距离光电探测系统，其特征在于：所有光学元件都在同一光轴上。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113746549A (zh) * 2021-10-27 2021-12-03 深圳市慧为智能科技股份有限公司 一种光信号接收复用系统
CN118068350A (zh) * 2024-04-25 2024-05-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种远距离红外成像与测距装置及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6374047B1 (en) * 2000-08-31 2002-04-16 Recon/Optical, Inc. Cassegrain optical system for framing aerial reconnaissance camera
US20110073704A1 (en) * 2009-09-26 2011-03-31 Raytheon Company Co-boresighted dual-mode sal/ir seeker including a sal spreader
CN103499818A (zh) * 2013-10-10 2014-01-08 中国科学院上海技术物理研究所 一种红外与激光复合探测系统
CN109889277A (zh) * 2019-01-25 2019-06-14 中国科学院光电技术研究所 一种轻小型无热化量子通信地面站望远镜光学系统
CN110500919A (zh) * 2019-09-09 2019-11-26 重庆连芯光电技术研究院有限公司 一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法
CN112433381A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 北京航天长征飞行器研究所 一种激光干扰条件下运动点目标图像生成装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6374047B1 (en) * 2000-08-31 2002-04-16 Recon/Optical, Inc. Cassegrain optical system for framing aerial reconnaissance camera
US20110073704A1 (en) * 2009-09-26 2011-03-31 Raytheon Company Co-boresighted dual-mode sal/ir seeker including a sal spreader
CN103499818A (zh) * 2013-10-10 2014-01-08 中国科学院上海技术物理研究所 一种红外与激光复合探测系统
CN109889277A (zh) * 2019-01-25 2019-06-14 中国科学院光电技术研究所 一种轻小型无热化量子通信地面站望远镜光学系统
CN110500919A (zh) * 2019-09-09 2019-11-26 重庆连芯光电技术研究院有限公司 一种快速高精度调焦的激光防御系统及方法
CN112433381A (zh) * 2020-11-20 2021-03-02 北京航天长征飞行器研究所 一种激光干扰条件下运动点目标图像生成装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113746549A (zh) * 2021-10-27 2021-12-03 深圳市慧为智能科技股份有限公司 一种光信号接收复用系统
CN118068350A (zh) * 2024-04-25 2024-05-24 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种远距离红外成像与测距装置及其应用

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