專利名稱：激光雷達能見度儀及其收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體是指激光能見度儀收發(fā)光學(xué)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光雷達能見度儀具有體積小，測量精度高的優(yōu)點，并且可以實現(xiàn)多角度、全天候探測，獲得水平及斜程能見度信息，對于提高航空安全具有重要意義。目前國內(nèi)外常用的激光雷達能見度儀采用發(fā)射光束與接收光束非同軸設(shè)計，此種結(jié)構(gòu)的發(fā)射激光束不會對信號探測器構(gòu)成威脅， 但是存在著使發(fā)射光束與接收光束的光軸調(diào)平問題，在環(huán)境溫度影響下，兩軸的平行度可能發(fā)生改變，造成測量數(shù)據(jù)失真。此外，非同軸結(jié)構(gòu)存在探測盲區(qū)，在測量中需考慮幾何重疊因子的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種激光能見度儀及其收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，可有效避免非同軸激光雷達能見度儀發(fā)射與接收光路調(diào)平問題，不受幾何重疊因子影響，且收發(fā)同軸的結(jié)構(gòu)可使激光雷達能見度儀體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其包括焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡、焦距為f2的透鏡、濾光片和焦距為f3的透鏡，其中在激光器出射光束的后續(xù)光路上依次設(shè)置有焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經(jīng)所述透鏡聚焦、穿過所述反射鏡中心小孔后耦合進所述收發(fā)光纖并導(dǎo)入望遠鏡系統(tǒng)，所述望遠鏡系統(tǒng)接收到的大氣回波信號再次進入所述收發(fā)光纖，然后經(jīng)過所述反射鏡反射后，再通過焦距為f2的透鏡轉(zhuǎn)換為平行光束，由濾光片濾除所述平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡并耦合進接收光纖。優(yōu)選地，所述中心具有小孔的反射鏡偏軸放置傾角為45°。優(yōu)選地，所述收發(fā)光纖的光纖頭位于焦距為的透鏡的焦點位置。優(yōu)選地，所述焦距為f2的透鏡、濾光片、焦距為f3的透鏡平行且同軸放置，三者的中心軸垂直于激光器出射光束的光軸。優(yōu)選地，所述濾光片的帶寬為0. 2nm。優(yōu)選地，所述接收光纖的光纖頭位于焦距為f3的透鏡的焦點位置。一種激光雷達能見度儀，其包括上述任意所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，所述收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)通過輸入光纖與激光器連接、通過收發(fā)光纖與望遠鏡系統(tǒng)連接、通過接收光纖與光電探測器連接，所述光電探測器連接嵌入式計算機。優(yōu)選地，所述望遠鏡系統(tǒng)的主鏡的兩側(cè)表面鍍有增透膜。實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果本發(fā)明提供的激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，通過光纖直接連接外部器件，無需進行外部光路調(diào)整。有效解決了非同軸激光雷達能見度儀受幾何重疊因子影響的不足，并避免了發(fā)射與接收光路調(diào)平問題。該系統(tǒng)的引入可使激光雷達能見度儀體積減小、重量降低、結(jié)構(gòu)更加緊湊。


圖I為本發(fā)明實施例提供 的激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的同軸激光雷達能見度儀的結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明實施例提供一種激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，如圖I和圖2所示，該光學(xué)系統(tǒng)在輸入光纖I引入的激光器111的出射光束的后續(xù)光路上依次設(shè)置有焦距為的透鏡2、中心具有小孔的反射鏡3，激光器出射光束經(jīng)透鏡2聚焦，穿過反射鏡3中心小孔后耦合進收發(fā)光纖4。反射鏡3中心小孔既要保證能夠使激光器111出射光束正常通過。同時還要足夠小，以減小反射鏡3反射大氣回波信號時因其所造成的損耗。收發(fā)光纖4將出射光束導(dǎo)入望遠鏡系統(tǒng)113后，由望遠鏡系統(tǒng)113的主鏡9進行擴束并發(fā)射。望遠鏡系統(tǒng)113接收到的大氣回波信號再次進入收發(fā)光纖4，再經(jīng)過反射鏡3反射后，再通過焦距為f2的透鏡5轉(zhuǎn)換為平行光束，由濾光片6濾除該平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡7并耦合進接收光纖8，接收光纖8與光電探測器121相連，從而完成信號的采集過程。在上述實施例中，優(yōu)選地,所述中心具有小孔的反射鏡3偏軸放置傾角為45°，使大氣回波信號光軸方向改變90°入射到焦距為f2的透鏡5。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述收發(fā)光纖4的光纖頭位于焦距為的透鏡2的焦點位置。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述焦距為f2的透鏡5、濾光片6、焦距為f3的透鏡7平行放置，其中心軸垂直于激光器111的出射光束的光軸。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述濾光片6帶寬為0. 2nm,以有效濾除背景光。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述接收光纖8的光纖頭位于焦距為f3的透鏡7的焦點位置，將耦合進的大氣回波信號導(dǎo)入光電探測器121。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述望遠鏡系統(tǒng)113的主鏡9的兩側(cè)表面鍍有增透膜，以減少同主鏡9產(chǎn)生的雜散光對光電探測器121造成的影響。在上述實施例中，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)為獨立一體化結(jié)構(gòu)，通過輸入光纖I與激光器111連接、通過收發(fā)光纖4與望遠鏡系統(tǒng)113連接、通過接收光纖8與光電探測器121連接。如圖2所示，引入收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)112的激光雷達能見度儀，包括激光收發(fā)單元110、信號采集與控制單元120，其中所述激光收發(fā)單元110包括激光器111、收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)112、望遠鏡系統(tǒng)113，所述信號采集與控制單元120包括光電探測器121、嵌入式計算機122。收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)112通過光纖分別與激光器111、望遠鏡系統(tǒng)113、光電探測器121相連接。
測量開始，激光器111的出射光束經(jīng)過收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)112后，由望遠鏡系統(tǒng)113射入大氣，望遠鏡系統(tǒng)113接收到的大氣回波信號再次進入收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)112，而后導(dǎo)進光電探測器121。嵌入式計算122與激光器111和光電探測器121相連，用于控制激光器運行并對探測器接收信號進行處理，反演能見度值，完成整個測量。
上述實施例提供的激光能見度儀收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，機械加工精度要求不高，成本低；通過光纖直接連接外部器件，無需進行外部光路調(diào)整，極易進行安裝；該系統(tǒng)有效解決了非同軸激光雷達能見度儀受幾何重疊因子影響的不足，并避免了發(fā)射與接收光路調(diào)平問題。其引入可使激光雷達能見度儀體積減小、重量降低、結(jié)構(gòu)更加緊湊。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，包括焦距為的透鏡、中心具有小孔的反射鏡、焦距為f2的透鏡、濾光片和焦距為f3的透鏡，其中在激光器出射光束的后續(xù)光路上依次設(shè)置有焦距為fi的透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經(jīng)所述透鏡聚焦、穿過所述反射鏡中心小孔后耦合進收發(fā)光纖并導(dǎo)入望遠鏡系統(tǒng)，所述望遠鏡系統(tǒng)接收到的大氣回波信號再次進入所述收發(fā)光纖，然后經(jīng)過所述反射鏡反射后，再通過焦距為f2的透鏡轉(zhuǎn)換為平行光束，再由濾光片濾除所述平行光束的背景光后進入到焦距為f3的透鏡并耦合進接收光纖。
2.如權(quán)利要求I所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述中心具有小孔的反射鏡偏軸放置傾角為45°。
3.如權(quán)利要求I或2所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述收發(fā)光纖的光纖頭位于焦距為的透鏡的焦點位置。
4.如權(quán)利要求I所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述焦距為f2的透鏡、濾光片、焦距為f3的透鏡平行且同軸放置，三者的中心軸垂直于激光器出射光束的光軸。
5.如權(quán)利要求I所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述濾光片的帶寬為O. 2nm。
6.如權(quán)利要求I所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，其特征在于，所述接收光纖的光纖頭位于焦距為f3的透鏡的焦點位置。
7.一種激光雷達能見度儀，其特征在于，包括權(quán)利要求1-6任意所述激光雷達能見度儀的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，所述收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)通過輸入光纖與激光器連接、通過收發(fā)光纖與望遠鏡系統(tǒng)連接、通過接收光纖與光電探測器連接，所述光電探測器連接嵌入式計算機。
8.如權(quán)利要求7所述激光雷達能見度儀，其特征在于，所述望遠鏡系統(tǒng)的主鏡的兩側(cè)表面鍍有增透膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光雷達能見度儀及其收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，在激光器出射光束的后續(xù)光路上依次設(shè)置透鏡、中心具有小孔的反射鏡，激光器出射光束經(jīng)透鏡聚焦，穿過反射鏡中心小孔后耦合進收發(fā)光纖，導(dǎo)入望遠鏡系統(tǒng)進行發(fā)射，大氣回波信號通過望遠鏡系統(tǒng)再次進入收發(fā)光纖，光束被反射鏡反射后經(jīng)過透鏡組和濾光片耦合進接收光纖，接收光纖與探測器相連，從而完成信號的采集。本發(fā)明提供的收發(fā)同軸光學(xué)系統(tǒng)，有效避免了非同軸激光雷達能見度儀發(fā)射與接收光路調(diào)平問題，不受幾何重疊因子影響，且收發(fā)同軸的結(jié)構(gòu)可使激光雷達能見度儀體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)更加緊湊。
文檔編號G02B23/00GK102621558SQ20121000388
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月8日
發(fā)明者孫東松, 楊少辰 申請人:楊少辰