一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，包括望遠鏡系統(tǒng)，望遠鏡系統(tǒng)包括前端主鏡筒和后端支架，其特征在于：主鏡筒后端設(shè)有溫漂補償裝置，溫漂補償裝置位于望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面前方，支架上設(shè)有接收探測裝置，接收探測裝置設(shè)望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面上，溫漂補償裝置包括可滑動調(diào)節(jié)鏡筒，沿著望遠鏡系統(tǒng)主軸方向，可滑動調(diào)節(jié)鏡筒的一端設(shè)正透鏡，另一端設(shè)負透鏡，正透鏡和負透鏡相對設(shè)置，其間距50mm；使用該自補償裝置插入原有測量系統(tǒng)后不改變原有系統(tǒng)的焦距等光學(xué)參數(shù)，且可校正系統(tǒng)的固有球差；同時可通過電動控制溫漂補償裝置的微調(diào)實現(xiàn)像面溫漂的自補償。
【專利說明】一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于大氣湍流激光雷達測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于補償因溫度變化造成湍流廓線激光雷達成像面位置發(fā)生改變的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]大氣湍流廓線激光雷達是一種利用主動探測的方式來測量垂直路徑不同高度大氣折射率結(jié)構(gòu)常數(shù)的設(shè)備。該設(shè)備分為激光發(fā)射和后向散射光信號接收2個單元。測量時，激光發(fā)射單元將經(jīng)過擴束后的激光束垂直射向天空，對旁軸系統(tǒng)而言，接收單元在發(fā)射單元旁以一定的角度和距離放置以接收高空的后向散射光信號。由于高空后向散射光比較弱，接收單元一般采用大口徑的卡塞格林望遠鏡進行接收，望遠鏡的后端安裝ICCD (或EMCCD )相機實現(xiàn)對光信號的成像測量。
[0003]用于接收的卡塞格林望遠鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示，一般由施密特校正板、拋物面的主鏡和雙曲面的次鏡構(gòu)成，為望遠鏡的接收像面，鏡筒采用鋁合金材料加工而成。當進行晝夜觀測時，由于鋁合金材料的熱特性，較大的溫差會造成主次鏡相對位置變化，進而接收面的位置會出現(xiàn)向前或向后的漂移，若不進行補償，成像面接收到的光斑將會是離焦圖像，這會給測量引入較大的誤差。通常的補償方法是:當發(fā)現(xiàn)由于溫度的影響造成成像面漂移時，人為的向前或向后調(diào)節(jié)像面的位置(即向前或向后移動CCD)，直至系統(tǒng)能夠成完善像為止。但是湍流廓線激光雷達所用的弱光成像探測器IC⑶或EMCXD體積和重量較大，為保證系統(tǒng)的剛性，探測器一般采用固定安裝的方式，不適宜經(jīng)常性的前后移動，否則會對系統(tǒng)的測量帶來一定的影響。
[0004]因此，本發(fā)明設(shè)計了一種自動光學(xué)調(diào)節(jié)裝置，在保證系統(tǒng)焦距及成像面位置不變的情況下通過光學(xué)手段對成像面的溫度漂移進行自補償，以消除環(huán)境溫度變化對湍流廓線測量結(jié)果的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對的大氣湍流廓線激光雷達的望遠鏡接收系統(tǒng)使用卡塞格林望遠鏡時面臨的溫度變化造成主次鏡相對位置變化進而造成望遠鏡系統(tǒng)成像面漂移，影響成像探測系統(tǒng)的接收的成像質(zhì)量問題，提出一種安裝在卡塞格林望遠鏡成像面上的自適應(yīng)光學(xué)補償裝置，實現(xiàn)了因溫度變化引起的成像漂移的像面自動調(diào)整，保證當溫度變化造成接收望遠鏡主次鏡相對位置有微小變化時CCD接收像面的位置保持不變。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，包括望遠鏡系統(tǒng)，所述望遠鏡系統(tǒng)包括前端主鏡筒和后端支架，其特征在于:所述主鏡筒后端設(shè)有溫漂補償裝置，所述溫漂補償裝置位于望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面前方，所述支架上設(shè)有接收探測裝置，所述接收探測裝置設(shè)望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面上，所述溫漂補償裝置包括可滑動調(diào)節(jié)鏡筒，沿著望遠鏡系統(tǒng)主軸方向，所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒的一端設(shè)正透鏡，另一端設(shè)負透鏡，所述正透鏡和負透鏡相對設(shè)置，其間距50mm ;所述接收探測裝置包括直角棱形分光鏡，所述直角棱形分光鏡設(shè)置在望遠鏡成像系統(tǒng)的焦點上，所述直角棱形分光鏡將光路分為焦面上垂直主軸的探測光路，還包括依次設(shè)置在探測光路上的窄帶濾光片以及接收相機。
[0007]所述正透鏡和負透鏡均為球面鏡，每面透鏡均雙面鍍透過率超過99.9%增透膜。
[0008]所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒兩端內(nèi)部開設(shè)有盛放正透鏡和負透鏡的凹槽，所述正透鏡和負透鏡通過壓圈緊固在凹槽內(nèi)。
[0009]所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒在電機控制下可以位置微調(diào)。
[0010]所述接收相機為ICXD相機和EMCXD相機。
[0011]所述的望遠鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠鏡前端設(shè)有望遠鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠鏡主鏡筒內(nèi)安裝有拋物面主鏡和雙曲面次鏡，主鏡前端安裝有施密特校正板。所述的望遠鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠鏡前端設(shè)有望遠鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠鏡主鏡筒內(nèi)安裝有拋物面主鏡和雙曲面次鏡，主鏡前端安裝有施密特校正板。
[0012]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
本發(fā)明采用了兩片對稱式正透鏡和負透鏡組成完整的溫漂補償裝置克服大氣湍流廓線激光雷達的望遠鏡接收系統(tǒng)使用卡塞格林望遠鏡時面臨的溫度變化造成主次鏡相對位置變化進而造成望遠鏡系統(tǒng)成像面漂移，影響成像探測系統(tǒng)的接收的成像質(zhì)量問題；由于采用兩面焦距相等的正、負透鏡構(gòu)成了一個放大倍率為I的子系統(tǒng)，使得該光學(xué)系統(tǒng)插入原有測量系統(tǒng)后不改變原有系統(tǒng)的焦距等光學(xué)參數(shù)，且可校正系統(tǒng)的固有球差；同時，達到通過電動控制補償鏡組的微調(diào)實現(xiàn)像面溫漂的自補償。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1本發(fā)明的整體解結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的溫漂補償裝置光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0014]一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，包括望遠鏡系統(tǒng)，所述望遠鏡系統(tǒng)包括前端主鏡筒12和后端支架8，其特征在于:所述主鏡筒12后端設(shè)有溫漂補償裝置，所述溫漂補償裝置位于望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面前方，所述支架上設(shè)有接收探測裝置，所述接收探測裝置設(shè)望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面上，所述溫漂補償裝置包括可滑動調(diào)節(jié)鏡筒2，沿著望遠鏡系統(tǒng)主軸方向，所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒2內(nèi)的一端設(shè)正透鏡1，另一端設(shè)負透鏡3，所述正透鏡I和負透鏡3相對設(shè)置，其間距50mm ;所述接收探測裝置包括直角棱形分光鏡4，所述直角棱形分光鏡4設(shè)置在望遠鏡成像系統(tǒng)的焦點上，所述直角棱形分光鏡將光路分為焦面上垂直主軸的探測光路，還包括依次設(shè)置在探測光路上的窄帶濾光片5和9以及接收相機7和10。所述相機7為ICXD相機，位于相機支架6上，所述相機10為EMCXD相機，位于相機支架11上。
[0015]所述正透鏡I和負透鏡3均為球面鏡，材料為K9玻璃，其焦距分別為156nm和-156cm，每面透鏡均雙面鍍透過率超過99.9%增透膜。
[0016]所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒2兩端內(nèi)部開設(shè)有盛放正透鏡和負透鏡的凹槽，凹槽內(nèi)徑、正透鏡與負透鏡口徑以及中空鏡筒內(nèi)徑相同，均為40mm，所述正透鏡和負透鏡通過壓圈13緊固在凹槽內(nèi)。
[0017]所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒2在電機控制下可以位置微調(diào)。
[0018]所述的望遠鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠鏡前端設(shè)有望遠鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠鏡主鏡筒內(nèi)安裝有拋物面主鏡和雙曲面次鏡，主鏡前端安裝有施密特校正板。所述的望遠鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠鏡前端設(shè)有望遠鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠鏡主鏡筒內(nèi)安裝有拋物面主鏡和雙曲面次鏡，主鏡前端安裝有施密特校正板。
[0019]本發(fā)明采用了兩片對稱式正透鏡和負透鏡組成完整的溫漂補償裝置克服大氣湍流廓線激光雷達的望遠鏡接收系統(tǒng)使用卡塞格林望遠鏡時面臨的溫度變化造成主次鏡相對位置變化進而造成望遠鏡系統(tǒng)成像面漂移，影響成像探測系統(tǒng)的接收的成像質(zhì)量問題；由于采用兩面焦距相等的正、負透鏡構(gòu)成了一個放大倍率為I的子系統(tǒng)，不影響原系統(tǒng)整體焦距；采用正、負透鏡的組合可以使兩面透鏡帶來的正、負球差相互抵消，有效抑制子系統(tǒng)的球差；簡單結(jié)構(gòu)的光學(xué)結(jié)構(gòu)，高透過率的增透膜的使用，都保持了原系統(tǒng)的良好性能。
【權(quán)利要求】
1.一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，包括望遠鏡系統(tǒng)，所述望遠鏡系統(tǒng)包括前端主鏡筒和后端支架，其特征在于:所述主鏡筒后端設(shè)有溫漂補償裝置，所述溫漂補償裝置位于望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面前方，所述支架上設(shè)有接收探測裝置，所述接收探測裝置設(shè)望遠鏡成像系統(tǒng)的焦面上，所述溫漂補償裝置包括可滑動調(diào)節(jié)鏡筒，沿著望遠鏡系統(tǒng)主軸方向，所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒的一端設(shè)正透鏡，另一端設(shè)負透鏡，所述正透鏡和負透鏡相對設(shè)置，其間距；所述接收探測裝置包括直角棱形分光鏡，所述直角棱形分光鏡設(shè)置在望遠鏡成像系統(tǒng)的焦點上，所述直角棱形分光鏡將光路分為焦面上垂直主軸的探測光路，還包括依次設(shè)置在探測光路上的窄帶濾光片以及接收相機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，其特征在于:所述正透鏡和負透鏡均為球面鏡，每面透鏡均雙面鍍透過率超過99.9%增透膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，其特征在于:所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒兩端內(nèi)部開設(shè)有盛放正透鏡和負透鏡的凹槽，所述正透鏡和負透鏡通過壓圈緊固在凹槽內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，其特征在于:所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒在電機控制下可以位置微調(diào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，其特征在于:所述接收相機為…⑶相機和￡1(:0)相機。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達像面溫漂補償?shù)难b置，其特征在于:所述的望遠鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠鏡前端設(shè)有望遠鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠鏡主鏡筒內(nèi)安裝有拋物面主鏡和雙曲面次鏡，主鏡前端安裝有施密特校正板。
【文檔編號】G01S17/89GK104375149SQ201410662719
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】秦來安, 侯再紅, 劉小勤, 靖旭, 張巳龍, 何楓, 譚逢富, 吳毅, 張守川 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院