CN115079135B - 无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，属于激光雷达水深探测技术领域，特别涉及到无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置。该装置包括光学系统组件、第一物镜筒、第二物镜筒、分光镜筒、第一目镜筒a、第一目镜筒b、第二目镜筒a、第二目镜筒b、PMT探测器a、PMT探测器b、分光镜支撑结构。实现了极小视场角光学系统杂散光抑制，有效抑制一阶、二阶与三阶散射光路传播的杂散光，提高了无人船载水深探测激光雷达水深探测能力，扩大了动态探测范围。

Description

无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置
技术领域
本发明涉及激光雷达水深探测技术领域，特别涉及激光入水过程中水面反射和水体散射进入无人船载水深探测激光雷达窗口的杂散光抑制装置。
背景技术
在浅海和内陆水域，水深探测激光雷达是一种高效的测深技术获取水深信息用于研究河床地形地貌、海岸附近的海洋生物栖息地研究、海岸管理、洪水研究，水深探测激光雷达杂散光是主要来源于太阳光在水表反射以及激光入射水体散射等非正常路径传递至系统探测器处形成噪声。杂散光导致水深探测激光雷达获取信号饱和甚至完全湮没信号、存在大量噪点，导致光学系统失效，无法准确获取水深信息。为保证水深探测激光雷达光学系统工作正常，需要对杂散光进行抑制。
目前常用的消除杂散光方法有以下几种：1.采用遮光罩和挡光环位于光学系统外部。2.采用视场光阑和孔径光阑进行杂散光抑制。3.喷涂高吸收率涂层。此类消除杂散光方法无法适用于测水激光雷达，极小视场角要求，并且只适用于消除一次杂散光对于后续高阶杂散光传播无法进行有效抑制。
发明内容
针对需要实现极小视场角透射式光学系统杂散光抑制困难，无法使用外遮光罩进行抑制等问题，本发明公开了无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，能够有效抑制工作视场角外全路径杂散光。
为实现上述目的，本发明的无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置技术方案如下。
本发明所述的无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置包括光学系统组件和光学系统组件支撑结构，所述光学系统组件支撑结构包括第一物镜筒、第二物镜筒、分光镜筒、第一目镜筒a、第一目镜筒b、第二目镜筒a、第二目镜筒b、PMT探测器a、PMT探测器b、分光镜支撑结构；
所述第一物镜筒、第二物镜筒内壁设置有90°挡板叶片，叶片边缘呈45°倾斜，倾斜面朝向镜筒外部；
所述第一物镜筒中设置有物镜，第二物镜筒链接第一物镜筒与分光镜筒；
所述分光镜筒中设置有中心开孔平面反射镜，分光镜筒与第一目镜筒a和第一目镜筒b相连接；
所述分光镜筒入口处设置有沟槽型挡板叶片，两个出口处均设置有消光螺纹；
所述第一目镜筒a、第一目镜筒b中设置有第一目镜，且与分光镜筒相连接；
所述第二目镜筒a、第二目镜筒b中设置有第二目镜，且链接第一目镜筒a、第一目镜筒b与PMT探测器a和PMT探测器a。
所述第一物镜筒、第二物镜筒、第一目镜筒a、第一目镜筒b、第二目镜筒a、第二目镜筒b均为圆柱状结构。
本发明有益效果是实现无人船载水深探测激光雷达光学系统视场外杂散光抑制，具有以下优点：①摒弃常规外置遮光罩的不足，实现极小视场角光学系统杂散光抑制；②能够有效抑制一阶、二阶与三阶散射光路传播的杂散光；③提高了无人船载水深探测激光雷达近水面水深探测能力，扩大了其动态探测范围。
附图说明
图1是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的俯视图，其中1是第一物镜筒，2是第二物镜筒，3是分光镜筒，4是第一目镜筒a，5是第一目镜筒b，6是第二目镜筒a，7是第二目镜筒b，8是PMT探测器a，9是PMT探测器b，10是分光镜支撑结构。
图2是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置工作视场内的全路径图。
图3是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的第一物镜筒结构示意图，其中101是边缘呈45°外倾斜尺寸递增的第一挡板叶片组。
图4是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的第二物镜筒结构示意图，其中201是边缘呈45°外倾斜尺寸递增的的第二挡板叶片组。
图5是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的分光镜筒结构示意图，其中301为沟槽型挡板叶片，302为第一消光螺纹，303为第二消光螺纹。
图6是本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的立体结构示意图图。
具体实施方式
为使能更加清楚明白本发明的目的、结果及功能，结合附图，对本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置具体实施作进一步详细描述。
结合图1，说明本发明无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，包括第一物镜筒1，所述第一物镜筒1一端连接第二物镜筒2，所述第二物镜筒2前端包裹住第一物镜筒1，后端与分光镜筒3相连接，所述分光镜筒3前端与第二物镜筒2相连接，后端与侧端分别连接第一目镜筒a4与第一目镜筒b5，且上端链接分光镜支撑结构10，所述第一目镜筒a4前端与分光镜筒3相连接，后端连接第二目镜筒a6，所述第二目镜筒a6前段包裹第一目镜筒a4，后端连接PMT探测器a8，所述第二目镜筒b7前段包裹第一目镜筒b5，后端连接PMT探测器b9。
结合图3，说明所述第一物镜筒1内壁存在第一挡板叶片组101，所述第一挡板叶片组101边缘呈45°外倾斜尺寸递增。
结合图4，说明所述第二物镜筒2内壁存在第二挡板叶片组201，所述第二挡板叶片组201边缘呈45°外倾斜尺寸递增。
结合图5，说明所述分光镜筒3前端存在沟槽型叶片301，后端存在第一消光螺纹302，侧面存在第二消光螺纹303，所述第二挡板叶片组201边缘呈45°外倾斜尺寸递增。
工作原理：
激光进入水体，经水面、水底反射后进入光学系统，进入第一物镜筒1穿过物镜，然后又穿过第二物镜筒2进入分光镜筒3，然后光线照射至分光镜，由分光镜分开一路光束进入分光镜筒3后端进入第一目镜筒a4穿过第一目镜与滤光片，进入第二目镜筒a6穿过第二目镜后抵达PMT探测器a8探测面，另一束进入分光镜筒3侧面进入第一目镜筒b5穿过第一目镜与滤光片，进入第二目镜筒b7穿过第二目镜后抵达PMT探测器b9探测面，完成水深探测。
为了抑制经过水表面折射的太阳光以及水体散射、漫反射的激光所产生的杂散光，按照实际个角度光线追迹，设计第一物镜筒1、第二物镜筒2和分光镜筒3实现极小视场下透射式光学系统的杂散光抑制。
其中在第一挡板叶片组101、第二挡板叶片组201和沟槽型叶片301组合作用下抑制了一阶、二阶与三阶散射光路传播的杂散光，第一消光螺纹302和第二消光螺纹303进一步抑制了逃逸至后续光路的杂散光，有效抑制了进入PMT探测面的杂散光，减小对水体探测干扰。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变形。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (3)

1.无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，其特征在于包括光学系统组件和光学系统组件支撑结构，所述光学系统组件支撑结构包括第一物镜筒、第二物镜筒、分光镜筒、第一目镜筒a、第一目镜筒b、第二目镜筒a、第二目镜筒b、PMT探测器a、PMT探测器b、分光镜支撑结构；其特征还在于极小视场角光学系统杂散光抑制；其特征还在于包括无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置组成和工作流程；
所述无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置组成，包括第一物镜筒（1），所述第一物镜筒（1）一端连接第二物镜筒（2），所述第二物镜筒（2）前端包裹住第一物镜筒（1），后端与分光镜筒（3）相连接，所述分光镜筒（3）前端与第二物镜筒（2）相连接，后端与侧端分别连接第一目镜筒a（4）与第一目镜筒b（5），且上端链接分光镜支撑结构（10），所述第一目镜筒a（4）前端与分光镜筒（3）相连接，后端连接第二目镜筒a（6），所述第二目镜筒a（6）前段包裹第一目镜筒a（4），后端连接PMT探测器a（8），所述第二目镜筒b（7）前段包裹第一目镜筒b(5），后端连接PMT探测器b（9）；
所述无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置的工作流程，激光进入水体，经水面、水底反射后进入光学系统，进入第一物镜筒（1）穿过物镜，然后又穿过第二物镜筒（2）进入分光镜筒（3），然后光线照射至分光镜，由分光镜分开一路光束进入分光镜筒（3）后端进入第一目镜筒a（4）穿过第一目镜与滤光片，进入第二目镜筒a（6）穿过第二目镜后抵达PMT探测器a（8）探测面，另一束进入分光镜筒（3）侧面进入第一目镜筒b（5）穿过第一目镜与滤光片，进入第二目镜筒b（7）穿过第二目镜后抵达PMT探测器b（9）探测面，完成水深探测。
2.根据权利要求1所述的无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，其特征在于，所述的无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置组成和工作流程如下：
所述第一物镜筒（1）内壁存在第一挡板叶片组（101），所述第一挡板叶片组（101）边缘呈45°外倾斜尺寸递增；
所述第二物镜筒（2）内壁存在第二挡板叶片组（201），所述第二挡板叶片组（201）边缘呈45°外倾斜尺寸递增；
所述分光镜筒（3）前端存在沟槽型叶片（301），后端存在第一消光螺纹（302），侧面存在第二消光螺纹（303），所述沟槽型叶片（301）边缘分别为内外倾斜的斜面。
3.根据权利要求1所述的无人船载水深探测激光雷达杂散光抑制装置，其特征在于，该装置工作原理为：
为了抑制经过水表面折射的太阳光以及水体散射、漫反射的激光所产生的杂散光，按照实际个角度光线追迹，设计第一物镜筒（1）、第二物镜筒（2）和分光镜筒（3）实现极小视场下透射式光学系统的杂散光抑制；
其中在第一挡板叶片组（101）、第二挡板叶片组（201）和沟槽型叶片（301）组合作用下抑制了一阶、二阶与三阶散射光路传播的杂散光，第一消光螺纹（302）和第二消光螺纹（303）进一步抑制了逃逸至后续光路的杂散光，有效抑制了进入PMT探测面的杂散光，减小对水体探测干扰。
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