CN115754978A - 基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法，属于大气激光雷达探测技术领域，涉及光学平行光管调节技术，所述的光学平行光管有效口径较大，能够同时容纳可见光激光光束经过卡塞格林式望远镜后的光束与红外激光光束经过扩束、准直后的光束，使得两束激光光束能够同时照射到光学平行光管中的主镜上，便于后续的汇聚成焦点光斑。本发明所述的卡塞格林式望远镜衍射光斑大小及位置，前期可以通过光学平行光管进行调节。利用光路的可逆性，使用本发明方法调节光路平行时，在卡塞格林式望远镜衍射光斑处点亮可见光激光器，可以减少仪器本身带来的系统误差。

Description

基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法

技术领域

本发明属于大气激光雷达探测技术领域，涉及光学平行光管调节技术，具体是基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法。

背景技术

在大气探测领域中激光雷达已广泛应用，在具体的工程实际应用中常使用近红外波段激光光谱作为激光源。不同于可见光激光波长，近红外波段激光波长人眼看不见，需使用特制的感光板进行观测近红外光斑，尤其是在调节激光发射系统光轴与望远镜接收系统光轴平行方法方面比较棘手。以往激光雷达使用过程中，常常由熟练的高级技术人员对着信号强度来判断激光发射系统光轴与望远镜接收系统光轴是否平行，此方法需要熟练的技术人员来完成，往往因为种种原因，限制激光雷达的快速安装使用，因此需要一种简单高效的调节方式来调节激光发射系统光轴与望远镜接收系统光轴平行。

为此，本发明提出一种基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法。

发明内容

本申请的目的是提供基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法。

为实现上述目的，本申请的一个实施例提供了激光发射系统与望远镜接收系统，包括卡塞格林式望远镜、红外激光器、扩束镜、第一反射镜、第二反射镜、光学平行光管、可见光激光器、宽光谱CCD摄像机；

在卡塞格林式望远镜衍射光斑小孔处点亮可见光激光器，可见光激光光束依次经过卡塞格林式望远镜次镜、卡塞格林式望远镜主镜后形成可见光激光器光束；

可见光激光器光束进入光学平行光管中，可见光激光器光束依次经过光学平行光管主镜、光学平行光管次镜后，在光学平行光管侧面焦点理论位置处汇聚成可见光焦点光斑，使用宽光谱CCD摄像机接收可见光该焦点光斑；

红外激光器发射红外激光光束经过扩束镜后，红外激光光束依次经过第一反射镜、第二反射镜后，进入光学平行光管中，依次经过光学平行光管主镜汇聚，光学平行光管次镜反射，在光学平行光管侧面焦点理论位置处汇聚成红外焦点光斑。

优选地，所述红外激光器、扩束镜、第一反射镜、第二反射镜通过转接板使用螺钉与卡塞格林式望远镜固定连接。

优选地，扩束镜、第一反射镜、第二反射镜均安装有调节机构，通过调节机构改变红外激光器发出的红外激光光束，其中第一反射镜、第二反射镜在安装位置上与红外激光光束成45度夹角。

优选地，激光发射与望远镜接收系统中心与光学平行光管中心对齐。

优选地，红外激光光束的直径小于第一反射镜、第二反射镜有效反射区域。

优选地，光学平行光管有效口径能够容纳可见光激光光束与红外激光光束。

本申请的另一个实施例提供了基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法，包括以下步骤：

将所述激光发射系统与望远镜接收系统放置在上下、左右可调节平台上，放置于光学平行光管前端Mmm位置；通过调整平台使得激光发射与望远镜接收系统中心与光学平行光管中心对齐；

在卡塞格林式望远镜衍射光斑小孔处点亮可见光激光器，可见光激光光束充满小孔后，依次经过卡塞格林式望远镜次镜、卡塞格林式望远镜主镜形成可见光激光器光束；

可见光激光器光束进入光学平行光管中，可见光激光器光束依次经过光学平行光管主镜、光学平行光管次镜后，在光学平行光管侧面焦点理论位置处汇聚成可见光焦点光斑，使用宽光谱CCD摄像机接收该焦点光斑，通过数像素方式，记录可见光焦点光斑中心位置；

红外激光器发射红外激光光束经过扩束镜准直平行后，之后依次经过第一反射镜、第二反射镜，进入光学平行光管中；

红外激光器进入光学平行光管光束依次经过光学平行光管主镜汇聚，光学平行光管次镜反射，在光学平行光管侧面焦点理论位置处汇聚成红外焦点光斑，同时该焦点光斑在宽光谱CCD摄像机像上被记录；

调整第一反射镜、第二反射镜的调节机构来改变红外焦点光斑位置，直至红外焦点光斑中心位置与可见光焦点光斑中心位置符合公差要求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、所述的光学平行光管有效口径较大，能够同时容纳可见光激光光束经过卡塞格林式望远镜后的光束与红外激光光束经过扩束、准直后的光束，使得两束激光光束能够同时照射到光学平行光管中的主镜上，便于后续的汇聚成焦点光斑。

2、本发明所述的卡塞格林式望远镜衍射光斑大小及位置，前期可以通过光学平行光管进行调节。利用光路的可逆性，使用本发明方法调节光路平行时，在卡塞格林式望远镜衍射光斑处点亮可见光激光器，可以减少仪器本身带来的系统误差。

3、宽光谱CCD摄像机采集可见光激光光束和红外激光光束经过光学平行光管汇聚后的焦点光斑，通过数像素的方法确定焦点光斑中心位置，采集到的焦点光斑中心位置更明显直观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法的剖面示意图；

图2是本发明激光发射系统的俯视图。

图中：1、卡塞格林式望远镜；2、红外激光器；3、扩束镜；4、第一反射镜；5、第二反射镜；6、光学平行光管；7、可见光激光器；8、宽光谱CCD摄像机；9、卡塞格林式望远镜主镜；10、卡塞格林式望远镜次镜；11、光学平行光管主镜；12、光学平行光管次镜；13、可见光激光器光束；14、红外激光器光束。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

具体请参照图1-2，为本发明激光发射系统与望远镜接收系统的结构示意图，激光发射系统与望远镜接收系统，包括卡塞格林式望远镜1、红外激光器2、扩束镜3、第一反射镜4、第二反射镜5、光学平行光管6、可见光激光器7、宽光谱CCD摄像机8；

所述红外激光器2、扩束镜3、第一反射镜4、第二反射镜5通过转接板使用螺钉与卡塞格林式望远镜1固定连接；

其中，扩束镜3、第一反射镜4、第二反射镜5均为可调节设计，通过调节机构可以改变红外激光器2发出的红外激光光束14，其中第一反射镜4、第二反射镜5在安装位置上与红外激光光束14成45度夹角。

在本申请中，所述激光发射系统与望远镜接收系统放置在上下、左右可调节平台上，放置于光学平行光管6前端Mmm位置，M的值一般取500；通过调整平台使得激光发射与望远镜接收系统中心与光学平行光管6中心对齐；

在卡塞格林式望远镜1衍射光斑小孔处点亮可见光激光器7，可见光激光光束13充满小孔后，依次经过卡塞格林式望远镜次镜10、卡塞格林式望远镜主镜9后、通过卡塞格林式望远镜前端发射处形成具有一定发散角的可见光激光器光束13。

可见光激光器光束13进入光学平行光管6中，光束依次经过光学平行光管主镜11、光学平行光管次镜12后，在光学平行光管6侧面焦点理论位置处汇聚成可见光焦点光斑，使用宽光谱CCD摄像机8接收该焦点光斑，通过数像素方式，记录可见光焦点光斑中心位置。

进一步地，宽光谱CCD摄像机8固定在可见光焦点光斑中心位置对应位置上；

红外激光器2发射的红外激光光束14经过扩束镜3后，光束被扩束、准直，光束发散角被压缩为1/倍数；

其中，红外激光光束14经过扩束镜3准直平行后，红外激光光束14的直径需小于第一反射镜4、第二反射镜5有效反射区域，确保红外激光光束14通过调整后能够完全进入光学平行光管6中。

之后光束依次经过第一反射镜4、第二反射镜5后，进入光学平行光管6中，红外激光器进入光学平行光管光束依次经过光学平行光管主镜11汇聚，光学平行光管次镜12反射，在光学平行光管6侧面焦点理论位置处汇聚成红外焦点光斑，同时该焦点光斑在宽光谱CCD摄像机像8上被记录。

在本申请中，光学平行光管6有效口径需要能够容纳可见光激光光束13与红外激光光束14，确保可见光激光光束13与红外激光光束14能够平行照射到光学平行光管6中的主镜11有效范围内。

此时红外焦点光斑中心与可见光焦点光斑中心位置误差较大，说明激光发射系统光轴与望远镜接收系统光轴平行度较差。

此时，可以通过调整第一反射镜4、第二反射镜5来改变红外焦点光斑位置，直至红外焦点光斑中心位置与可见光焦点光斑中心位置符合公差要求。

通过锁定螺钉锁紧第一反射镜4、第二反射镜5调节机构，完成激光发射系统光轴与望远镜接收系统光轴平行调节。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，包括卡塞格林式望远镜(1)、红外激光器(2)、扩束镜(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)、光学平行光管(6)、可见光激光器(7)、宽光谱CCD摄像机(8)；

在卡塞格林式望远镜(1)衍射光斑小孔处点亮可见光激光器(7)，可见光激光光束(13)依次经过卡塞格林式望远镜次镜(10)、卡塞格林式望远镜主镜(9)后形成可见光激光器光束(13)；

可见光激光器光束(13)进入光学平行光管(6)中，可见光激光器光束(13)依次经过光学平行光管主镜(11)、光学平行光管次镜(12)后，在光学平行光管(6)侧面焦点理论位置处汇聚成可见光焦点光斑，使用宽光谱CCD摄像机(8)接收可见光该焦点光斑；

红外激光器(2)发射红外激光光束(14)经过扩束镜(3)后，红外激光光束(14)依次经过第一反射镜(4)、第二反射镜(5)后，进入光学平行光管(6)中，依次经过光学平行光管主镜(11)汇聚，光学平行光管次镜(12)反射，在光学平行光管(6)侧面焦点理论位置处汇聚成红外焦点光斑。

2.如权利要求1所述的激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，所述红外激光器(2)、扩束镜(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)通过转接板使用螺钉与卡塞格林式望远镜(1)固定连接。

3.如权利要求2所述的激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，扩束镜(3)、第一反射镜(4)、第二反射镜(5)均安装有调节机构，通过调节机构改变红外激光器(2)发出的红外激光光束(14)，其中第一反射镜(4)、第二反射镜(5)在安装位置上与红外激光光束(14)成45度夹角。

4.如权利要求3所述的激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，激光发射与望远镜接收系统中心与光学平行光管(6)中心对齐。

5.如权利要求4所述的激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，红外激光光束(14)的直径小于第一反射镜(4)、第二反射镜(5)有效反射区域。

6.如权利要求5所述的激光发射系统与望远镜接收系统，其特征在于，光学平行光管(6)有效口径能够容纳可见光激光光束(13)与红外激光光束(14)。

7.如权利要求1-6任一项所述的激光发射系统与望远镜接收系统的光轴平行调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述激光发射系统与望远镜接收系统放置在调节平台上，放置于光学平行光管(6)前端Mmm位置；通过调整平台使得激光发射与望远镜接收系统中心与光学平行光管(6)中心对齐；

在卡塞格林式望远镜(1)衍射光斑小孔处点亮可见光激光器(7)，可见光激光光束(13)充满小孔后，依次经过卡塞格林式望远镜次镜(10)、卡塞格林式望远镜主镜(9)形成可见光激光器光束(13)；

可见光激光器光束(13)进入光学平行光管(6)中，可见光激光器光束(13)依次经过光学平行光管主镜(11)、光学平行光管次镜(12)后，在光学平行光管(6)侧面焦点理论位置处汇聚成可见光焦点光斑，使用宽光谱CCD摄像机(8)接收该焦点光斑，通过数像素方式，记录可见光焦点光斑中心位置；

红外激光器(2)发射红外激光光束(14)经过扩束镜(3)准直平行后，之后依次经过第一反射镜(4)、第二反射镜(5)，进入光学平行光管(6)中；

红外激光器进入光学平行光管光束依次经过光学平行光管主镜(11)汇聚，光学平行光管次镜(12)反射，在光学平行光管(6)侧面焦点理论位置处汇聚成红外焦点光斑，同时该焦点光斑在宽光谱CCD摄像机像(8)上被记录；

调整第一反射镜(4)、第二反射镜(5)的调节机构来改变红外焦点光斑位置，直至红外焦点光斑中心位置与可见光焦点光斑中心位置符合公差要求。

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