CN114488077A - 透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置 - Google Patents

透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置，属于激光雷达的校色技术领域。所述接收装置包括：第一正透镜，用于接收外部的入射光；第一负透镜，设置于所述第一正透镜的后方，且所述第一负透镜的光轴与所述第一正透镜的光轴同轴；第二正透镜，设置于所述第一负透镜的后方，且所述第二正透镜的光轴与所述第一负透镜的光轴同轴；小孔光阑，设置于所述第二正透镜的后方，且所述小孔光阑的小孔中心位于所述第二正透镜的光轴上；后继光路准直镜，设置于所述小孔光阑的后方，且所述后继光路准直镜的光轴与所述第二正透镜的光轴同轴；后继光路分色镜，设置于所述后继光路准直镜的后方。该接收装置能够提高激光雷达的测量精准度。

Description

透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置
技术领域
本发明涉及激光雷达的校色技术领域，具体地涉及一种透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置。
背景技术
激光雷达是一门快速发展的高新技术产业，在传统的雷达技术基础上结合现代激光技术，使得激光雷达具有精度高，分辨率高的优点。激光雷达向目标空间发射相应波长的激光脉冲，通过接收大气中气溶胶颗粒物对激光脉冲的后向散射进行大气光学特性研究，分析大气中气溶胶颗粒物特性。由于上述原因，激光雷达返回的激光后向散射信号很微弱，在进行色谱分析时难以获得准确的分析结果。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置，该接收装置能够提高激光雷达的测量精准度。
为了实现上述目的，本发明实施例提供一种透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置，包括：
第一正透镜，用于接收外部的入射光；
第一负透镜，设置于所述第一正透镜的后方，且所述第一负透镜的光轴与所述第一正透镜的光轴同轴；
第二正透镜，设置于所述第一负透镜的后方，且所述第二正透镜的光轴与所述第一负透镜的光轴同轴；
小孔光阑，设置于所述第二正透镜的后方，且所述小孔光阑的小孔中心位于所述第二正透镜的光轴上；
后继光路准直镜，设置于所述小孔光阑的后方，且所述后继光路准直镜的光轴与所述第二正透镜的光轴同轴；
后继光路分色镜，设置于所述后继光路准直镜的后方，且所述后继光路分色镜的镜面与所述后继光路准直镜的光轴呈45度夹角；
第一分光通道滤光片，设置于所述后继光路分色镜远离所述后继光路准直镜的一侧，用于对所述后继光路分色镜分出的第一光路进行滤光操作；
第一分光通道聚光片，设置于所述第一分光通道滤光片的后方，且所述第一分光通道聚光片的光轴与所述后继光路准直镜的光轴同轴；
第一分光通道探测器，设置于所述第一分光通道聚光片的后方，以接收所述第一分光通道聚光片聚光后的入射光；
第二分光通道滤光片，设置于所述后继光路分色镜靠近所述后继光路准直镜的一侧，用于对所述后继光路分色镜分出的第二光路进行滤光操作；
第二分光通道聚光片，设置于所述第二分光通道滤光片的后方，且所述第二分光通道聚光片的光轴与所述后继光路准直镜的光轴垂直；
第二分光通道探测器，设置于所述第二分光通道聚光片的后方，以接收所述第二分光通道聚光片聚光后的入射光；
色差消除模块，与所述第一分光通道探测器和所述第二分光通道探测器连接，以根据所述第一分光通道探测器和所述第二分光通道探测器反馈的入射光执行色差消除操作。
可选地，所述第一负透镜靠近所述第一正透镜的一面为凹面，所述第一负透镜靠近所述第二正透镜的一面为平面。
可选地，所述后继光路准直镜靠近所述小孔光阑的一面为平面，所述后继光路准直镜靠近所述后继光路分色镜的一面为凸面。
可选地，所述第一分光通道聚光片和所述第二分光通道聚光片靠近所述后继光路分色镜的一面为凸面，所述第一分光通道聚光片和所述第二分光通道聚光片远离所述后继光路分色镜的一面为平面。
可选地，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度和所述第一正透镜与所述第二分光通道探测器之间的光路的长度相等。
可选地，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度和所述小孔光阑与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度之比为14:5至29:10。
可选地，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度为280至340mm；
所述小孔光阑与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度为100mm至150mm。
可选地，所述第一分光通道探测器和第二分光通道探测器光敏面大小为5至10mm。
可选地，所述光路的半径为90至110mm。
可选地，所述第一正透镜和所述第二正透镜的材料包括H-FK61玻璃和/或H-FK61B玻璃；
所述第一负透镜的材料包括F4玻璃和/或H-F4玻璃。
通过上述技术方案，本发明提供的透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置根据非成像光学设计原理，通过采用正负正透镜组合方式，在后继光路中设置小孔光阑、准直镜和分光镜，使得光路被一分为二；然后，通过设置两个滤光片来分别对光路中的杂色光进行滤光；最后通过色差消除模块对两个探测器反馈的入射光进行分析，从而实现色差的消除。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置的光路图；
图2是根据本发明的一个实施方式的透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置的部分结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置的光路图。在该图1中，该接收装置可以包括第一正透镜1、第一负透镜2、第二正透镜3、小孔光阑4、后继光路准直镜5、后继光路分色镜6、第一分光通道滤光片7、第一分光通道聚光片8、第一分光通道探测器9、第二分光通道滤光片10、第一分光通道聚光片11、第二分光通道探测器12。
在该图1中，第一正透镜1可以用于接收外部的入射光。第一负透镜2可以设置于第一正透镜1的后方，且该第一负透镜2的光轴与第一正透镜1的光轴同轴。第二正透镜3可以设置于第一负透镜2的后方，且该第二正透镜3的光轴可以与第一负透镜2的光轴同轴。小孔光阑4可以设置于第二正透镜3的后方，且该小孔光阑4的小孔中心可以位于第二正透镜3的光轴上。后继光路准直镜5可以设置于小孔光阑4的后方，且该后继光路准直镜5的光轴可以与第二正透镜3的光轴同轴。后继光路分色镜6可以设置于后继光路准直镜5的后方，且该后继光路分色镜6的镜面可以与后继光路准直镜5的光轴呈45度夹角。第一分光通道滤光片7可以设置于后继光路分色镜6远离该后继光路准直镜5的一侧，用于对后继光路分色镜6分出的第一光路进行滤光操作。第一分光通道聚光片8可以设置于第一分光通道滤光片7的后方，且该第一分光通道聚光片8的光轴可以与后继光路准直镜5的光轴同轴。第一分光通道探测器9可以设置于第一分光通道聚光片8的后方，以接收该第一分光通道聚光片8聚光后的入射光。第二分光通道滤光片10可以设置于后继光路分色镜6靠近后继光路准直镜5的一侧，用于对后继光路分色镜6分出的第二光路进行滤光操作。其中，该第一光路和第二光路相互垂直。第二分光通道聚光片11可以设置于第二分光通道滤光片10的后方，且该第二分光通道聚光片11的光轴可以与后继光路准直镜5的光轴垂直。第二分光通道探测器12可以设置于第二分光通道聚光片11的后方，以接收该第二分光通道聚光片11聚光后的入射光。
在该图1中，入射光经过第一正透镜1聚光后，再经过第一负透镜2发散，最后经过第二正透镜3重新聚光后，形成后继光路。其中，该第一正透镜1和第二正透镜3可以采用冕牌玻璃，第一负透镜2可采用火石玻璃，由于冕牌玻璃和火石玻璃组合后的特性，使得不同波长的激光更能够以较小的光斑聚焦于望远镜的焦点处，即小孔光阑4。另外，为了保证装置设置体积以及光路的优化特性，该第一负透镜2靠近第一正透镜1的一面可以为凹面，该第一负透镜2靠近第二正透镜3的一面可以为平面。进一步地，为了提高该接收装置的整体接收光的强度，该第一正透镜1、第一负透镜2和第二正透镜3的表面可以镀有增透膜，从而提高接收光的透过率。至于该第一正透镜1、第一负透镜2和第二正透镜3的具体材料，虽然可以是本领域人员所知的多种形式。但是，为了实现最佳的消除色差的效果，该第一正透镜1和第二正透镜3的材料可以包括H-FK61玻璃和/或H-FK61B玻璃。该第一负透镜2的材料可以包括F4玻璃和/或H-F4玻璃。
小孔光阑4不仅能够允许聚光后的入射光透过，还能够过滤其余的背景光等杂散光线。为了避免该小孔光阑4因口径过大而导致的杂散光线滤除效果差的问题，在本发明的一个优选示例中，该小孔光阑4的口径可以是0.3至0.6mm。在小孔光阑4的后方，该接收装置可以设置有后继光路准直镜5。该后继光路准直镜5靠近小孔光阑4的一面为平面，该后继光路准直镜5靠近后继光路分色镜6的一面为凸面，使得经过小孔光阑4发散的入射光能够重新被准直成为平行光。
该平行光经过后继光路分色镜6被分为相互垂直的第一光路和第二光路。在该第一光路中，第一分光通道滤光片7可以滤除一种单色的杂光，且滤除后的平行光经过第一分光通道聚光片8聚光后，由第一分光通道探测器9接收。类似地，在该第二光路中，第二分光通道滤光片10可以滤除另一种单色的杂光，且滤除后的平行光经过第二分光通道聚光片11聚光后，由第二分光通道探测器12接收。其中，该第一分光通道聚光片8和第二分光通道聚光片11靠近后继光路分色镜6的一面可以为凸面，第一分光通道聚光片8和第二分光通道聚光片11远离后继光路分色镜6的一面可以为平面。
最后，为了实现激光宽波段色差的消除，该接收装置还可以包括色差消除模块13。如图2所示，该色差消除模块13可以与第一分光通道探测器9和第二分光通道探测器12连接，以根据该第一分光通道探测器9和第二分光通道探测器12反馈的入射光执行色差消除操作。
在本发明的一个实施方式中，为了保证色差消除模块13能够准确消除色差，第一正透镜1与第一分光通道探测器9之间的光路的长度和第一正透镜1与第二分光通道探测器12之间的光路的长度可以相等。
在本发明的一个实施方式中，为了提高望远镜系统与接收装置的最佳光路匹配，该第一正透镜1与第一分光通道探测器9之间的光路的长度和小孔光阑4与第一分光通道探测器9之间的光路的长度之比可以为14:5至29:10。在本发明的一个示例中，第一正透镜1与第一分光通道探测器9之间的光路的长度为280至340mm；小孔光阑4与第一分光通道探测器9之间的光路的长度为100mm至150mm。在本发明的一个示例中，第一分光通道探测器9和第二分光通道探测器9光敏面大小均可以为5至10mm。而对于该光路的半径，在该示例中，可以为90至110mm。
通过上述技术方案，本发明提供的透射式消色差激光雷达分光接收装置根据非成像光学设计原理，通过采用正负正透镜组合方式，在后继光路中设置小孔光阑、准直镜和分光镜，使得光路被一分为二；然后，通过设置两个滤光片来分别对光路中的杂色光进行滤光；最后通过色差消除模块对两个探测器反馈的入射光进行分析，从而实现色差的消除。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种透射式消色差双通道激光雷达分光接收装置，其特征在于，所述接收装置包括：
第一正透镜，用于接收外部的入射光；
第一负透镜，设置于所述第一正透镜的后方，且所述第一负透镜的光轴与所述第一正透镜的光轴同轴；
第二正透镜，设置于所述第一负透镜的后方，且所述第二正透镜的光轴与所述第一负透镜的光轴同轴；
小孔光阑，设置于所述第二正透镜的后方，且所述小孔光阑的小孔中心位于所述第二正透镜的光轴上；
后继光路准直镜，设置于所述小孔光阑的后方，且所述后继光路准直镜的光轴与所述第二正透镜的光轴同轴；
后继光路分色镜，设置于所述后继光路准直镜的后方，且所述后继光路分色镜的镜面与所述后继光路准直镜的光轴呈45度夹角；
第一分光通道滤光片，设置于所述后继光路分色镜远离所述后继光路准直镜的一侧，用于对所述后继光路分色镜分出的第一光路进行滤光操作；
第一分光通道聚光片，设置于所述第一分光通道滤光片的后方，且所述第一分光通道聚光片的光轴与所述后继光路准直镜的光轴同轴；
第一分光通道探测器，设置于所述第一分光通道聚光片的后方，以接收所述第一分光通道聚光片聚光后的入射光；
第二分光通道滤光片，设置于所述后继光路分色镜靠近所述后继光路准直镜的一侧，用于对所述后继光路分色镜分出的第二光路进行滤光操作；
第二分光通道聚光片，设置于所述第二分光通道滤光片的后方，且所述第二分光通道聚光片的光轴与所述后继光路准直镜的光轴垂直；
第二分光通道探测器，设置于所述第二分光通道聚光片的后方，以接收所述第二分光通道聚光片聚光后的入射光；
色差消除模块，与所述第一分光通道探测器和所述第二分光通道探测器连接，以根据所述第一分光通道探测器和所述第二分光通道探测器反馈的入射光执行色差消除操作。
2.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一负透镜靠近所述第一正透镜的一面为凹面，所述第一负透镜靠近所述第二正透镜的一面为平面。
3.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述后继光路准直镜靠近所述小孔光阑的一面为平面，所述后继光路准直镜靠近所述后继光路分色镜的一面为凸面。
4.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一分光通道聚光片和所述第二分光通道聚光片靠近所述后继光路分色镜的一面为凸面，所述第一分光通道聚光片和所述第二分光通道聚光片远离所述后继光路分色镜的一面为平面。
5.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度和所述第一正透镜与所述第二分光通道探测器之间的光路的长度相等。
6.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度和所述小孔光阑与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度之比为14:5至29:10。
7.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一正透镜与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度为280至340mm；
所述小孔光阑与所述第一分光通道探测器之间的光路的长度为100mm至150mm。
8.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一分光通道探测器和第二分光通道探测器光敏面大小为5至10mm。
9.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述光路的半径为90至110mm。
10.根据权利要求1所述的接收装置，其特征在于，所述第一正透镜和所述第二正透镜的材料包括H-FK61玻璃和/或H-FK61B玻璃；
所述第一负透镜的材料包括F4玻璃和/或H-F4玻璃。
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