本發(fā)明屬于光學(xué)遙測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種光學(xué)遙測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

基于激光的光學(xué)遙測技術(shù)一般用于測距、定位。由于經(jīng)過路徑傳播，回波信號(hào)攜帶了頻率、相位、幅度等豐富的信息，經(jīng)過先進(jìn)的微弱信號(hào)處理技術(shù)，可以獲取傳播路徑上的信息，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遙感遙測的目的。如路徑中介質(zhì)成份對某個(gè)波段的吸收，可以通過調(diào)制吸收光譜技術(shù)反演該種介質(zhì)的濃度，從而實(shí)現(xiàn)遙測。又比如，路徑上的某種振動(dòng)源對光波載頻信號(hào)進(jìn)行了被動(dòng)的調(diào)制，通過解調(diào)可以恢復(fù)振動(dòng)源的信息，從而實(shí)現(xiàn)突破對振動(dòng)源的進(jìn)行聲波探測的距離和區(qū)域限制，實(shí)現(xiàn)基于光學(xué)檢測的距離和區(qū)域的拓展。

為了實(shí)現(xiàn)高靈敏的檢測，需要提高回波光的收集效率和強(qiáng)度。所以，光學(xué)遙測系統(tǒng)的出射光束都需要進(jìn)行準(zhǔn)直,以保證測距、定位的準(zhǔn)確性。目前,市場上使用的激光器光束準(zhǔn)直方法,可歸納為單透鏡法、組合透鏡法、漸變折射率透鏡法、液體透鏡法、反射法和衍射法等。上述方法中單透鏡法準(zhǔn)直效果差，漸變折射率透鏡法、液體透鏡法、反射法和衍射法結(jié)構(gòu)又過于復(fù)雜，目前只有組合透鏡法既可以保證一定精度的準(zhǔn)直效果，同時(shí)避免過于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

公告號(hào)202748542，名稱為《一種半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直用的透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)》的一篇中國實(shí)用新型專利公開了一種半導(dǎo)體激光器準(zhǔn)直用的透鏡準(zhǔn)直系統(tǒng)，采用兩片同軸且同向設(shè)置的彎月透鏡,可以提高能量利用率高、降低像差，且發(fā)散角較小，屬于組合透鏡法的一種，但是目前這種方法在實(shí)際使用中缺乏環(huán)境適應(yīng)性，尤其是面對不同結(jié)構(gòu)和距離的反射目標(biāo)時(shí)，需要手動(dòng)調(diào)節(jié)透鏡的位置和間距，其穩(wěn)定性差，壽命短，無法根據(jù)需要方便的調(diào)節(jié)在目標(biāo)處的光斑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)準(zhǔn)直的光學(xué)遙測系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種自動(dòng)準(zhǔn)直的光學(xué)遙測系統(tǒng)，包括位于測量激光器前方的準(zhǔn)直透鏡和回波收集系統(tǒng)，所述準(zhǔn)直透鏡的前方同軸設(shè)置有壓控變焦透鏡，與壓控變焦透鏡同軸方向前方設(shè)有分束鏡，分束鏡下方設(shè)有瞄準(zhǔn)激光器，分束鏡上方設(shè)有參考?xì)馐液蛥⒖继綔y器，測量激光器發(fā)出的測量激光一部分經(jīng)分束鏡反射后進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐液蛥⒖继綔y器，瞄準(zhǔn)激光器發(fā)出的可見激光一部分經(jīng)分束鏡反射后與測量激光器的透過分束鏡的測量激光重合，輸出窗口位于分束鏡前方。

作為優(yōu)選方案：

所述測量激光器、準(zhǔn)直透鏡和壓控變焦透鏡被固定在一套筒內(nèi)。

所述測量激光器與準(zhǔn)直透鏡的距離大于準(zhǔn)直透鏡的焦距。

所述壓控變焦透鏡為壓控的液體變焦透鏡，壓控的液體變焦透鏡內(nèi)充有聚合物分散液晶。

所述分束鏡與測量激光器的出射方向呈45°角。

所述準(zhǔn)直透鏡為非球面透鏡。

所述壓控變焦透鏡的焦距變化范圍為50-120mm。

當(dāng)上述壓控變焦透鏡的焦距變化范圍在50-120mm之間時(shí)，所述準(zhǔn)直透鏡與壓控變焦透鏡的間距優(yōu)選為100-240mm，更加優(yōu)選的，準(zhǔn)直透鏡與壓控變焦透鏡的間距為115mm。

所述回波收集系統(tǒng)包括接收透鏡、光錐形器、濾光片和信號(hào)探測器，其中接收透鏡為大口徑透鏡，更加優(yōu)選的，所述大口徑透鏡為紅外菲涅爾透鏡。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）準(zhǔn)直結(jié)構(gòu)簡單，僅有兩片透鏡組成，比起手動(dòng)調(diào)節(jié)的機(jī)械式組合透鏡，穩(wěn)定性好，壽命長；

（2）自動(dòng)化調(diào)節(jié)，使用電信號(hào)控制壓控變焦透鏡焦距調(diào)節(jié)準(zhǔn)直，快速準(zhǔn)確；

（3）透鏡為壓控可變焦透鏡，焦距變化使準(zhǔn)直處理后的光斑大小可調(diào)，針對不同距離，不同的檢測面，都能夠快速方便的調(diào)整到合適的光斑使信號(hào)探測器接受到的光信號(hào)最強(qiáng)，降低盲區(qū)，增加探測距離，實(shí)現(xiàn)多環(huán)境、遠(yuǎn)距離探測。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1測量激光器，2準(zhǔn)直透鏡，3回波收集系統(tǒng)，31接收透鏡，32光錐形器，33濾光片，34信號(hào)探測器，4壓控變焦透鏡，5套筒，6分束鏡，7瞄準(zhǔn)激光器，8參考?xì)馐遥?參考探測器,10輸出窗口，11輔助探測目標(biāo)。

具體實(shí)施方式

下面，通過示例性的實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行具體描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，在沒有進(jìn)一步敘述的情況下，一個(gè)實(shí)施方式中的元件、結(jié)構(gòu)和特征也可以有益地結(jié)合到其他實(shí)施方式中。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“內(nèi)”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。所述元件可以是獨(dú)立的，也可是多個(gè)元件集成組裝在一起的。

本實(shí)施例的自動(dòng)準(zhǔn)直的光學(xué)遙測系統(tǒng)包括測量激光器1，在測量激光器1的前方放置有準(zhǔn)直透鏡2，為實(shí)現(xiàn)光能的充分利用，并兼顧測量激光器1發(fā)出光束的準(zhǔn)直度，本實(shí)施例優(yōu)選測量激光器1和準(zhǔn)直透鏡2的距離略大于準(zhǔn)直透鏡2的一倍焦距，為減小光線像差，其準(zhǔn)直透鏡2優(yōu)選為非球面透鏡。在準(zhǔn)直透鏡2的前方同軸設(shè)置有壓控變焦透鏡4，這里壓控變焦透鏡4是指通過電壓控制調(diào)節(jié)焦距的透鏡，這類壓控變焦透鏡4屬于現(xiàn)有器件，主要應(yīng)用在相機(jī)的成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不同焦深或景深的成像，都是集中在光信號(hào)的接收端，對于壓控變焦透鏡4的電壓控制原理和電路等這里不再贅述，屬于現(xiàn)有技術(shù)。優(yōu)選的，本實(shí)施例的壓控變焦透鏡4為壓控的液體變焦透鏡，并且此壓控的液體變焦透鏡內(nèi)充有聚合物分散液晶，且本實(shí)施例的壓控變焦透鏡4的焦距變化范圍在50-120mm之間，調(diào)節(jié)電壓可在20ms內(nèi)完成焦距的變化調(diào)節(jié)。根據(jù)光線的對稱原理，當(dāng)測量激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡2后的極小光斑位于壓控變焦透鏡4焦點(diǎn)處時(shí)，可以得到很好的準(zhǔn)直效果，準(zhǔn)直透鏡2與壓控變焦透鏡4的距離設(shè)置為壓控變焦透鏡4的兩倍焦距最佳，在壓控變焦透鏡4的焦距變化范圍在50-120mm之間時(shí)，準(zhǔn)直透鏡2與壓控變焦透鏡4的間距優(yōu)選為100-240mm，通過大量試驗(yàn)，本實(shí)施例更加優(yōu)選的，準(zhǔn)直透鏡2與壓控變焦透鏡4的間距為115mm最佳，可兼顧準(zhǔn)直性和光學(xué)效率。

調(diào)整準(zhǔn)直透鏡2和壓控變焦透鏡4之間的距離雖然有利于出射激光的準(zhǔn)直，但考慮到光學(xué)儀器的機(jī)械穩(wěn)定性，兩透鏡之間距離隨意改變會(huì)使得整個(gè)遙測系統(tǒng)穩(wěn)定性差，壽命短，實(shí)際中是不可行的，因此為進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，作為本實(shí)施例的優(yōu)選方案，所述測量激光器1、準(zhǔn)直透鏡2和壓控變焦透鏡4被固定在一套筒5內(nèi)。

其中上述：

測量激光器1：用于產(chǎn)生測量激光；

準(zhǔn)直透鏡2：用于將產(chǎn)生的測量激光進(jìn)行初步準(zhǔn)直；

壓控變焦透鏡4：用于進(jìn)一步將產(chǎn)生的測量激光進(jìn)行準(zhǔn)直；

套筒5：用于固定測量激光器1、準(zhǔn)直透鏡2和壓控變焦透鏡4。

上述測量激光器1、準(zhǔn)直透鏡2、壓控變焦透鏡4和套筒5共同組成了本實(shí)施例的自動(dòng)準(zhǔn)直系統(tǒng)。

在壓控變焦透鏡4同軸方向的前方還設(shè)有分束鏡6，分束鏡6為半透半反鏡，可以滿足波長差別比較大的兩束光的分束和合束，分束鏡6優(yōu)選為雙色分束鏡6。在分束鏡6下方還設(shè)有瞄準(zhǔn)激光器7，分束鏡6上方設(shè)有參考?xì)馐?和參考探測器9，測量激光器1發(fā)出的一部分光經(jīng)分束鏡6反射后進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?和參考探測器9，瞄準(zhǔn)激光器7發(fā)出的可見激光一部分經(jīng)分束鏡6反射后與測量激光器1的透過分束鏡6的一部分測量激光重合，輸出窗口10位于分束鏡6前方。本實(shí)施例以分束鏡6與測量激光器1的出射方向呈45°角為例，如附圖1所示，但不限于此，分束鏡6與測量激光器1的出射方向夾角任意，只要滿足上述條件均可。

其中上述：

分束鏡6：用于將測量激光器1和瞄準(zhǔn)激光器7出射的激光進(jìn)行分束和合束；

瞄準(zhǔn)激光器7：發(fā)出瞄準(zhǔn)激光；

參考?xì)馐?：用于提供激光器的狀態(tài)檢查和為驅(qū)動(dòng)控制提供反饋信息；

參考探測器9：用于保證測量激光器1正常工作，提供參考信號(hào)，使結(jié)果計(jì)算更準(zhǔn)確。

由于大多數(shù)測量激光器1出射的激光為非可見光，因此為方便肉眼看到測量激光是否打在輔助探測目標(biāo)11合適的測量面上，反射回來的角度是否合適等，設(shè)置了瞄準(zhǔn)激光器7，瞄準(zhǔn)激光器7發(fā)出的可見激光經(jīng)過分束鏡6分成兩束，一束經(jīng)分束鏡6透射后沿原方向傳播，且與測量激光器1的經(jīng)分束鏡6反射的那部分測量激光匯合合束，合束后進(jìn)入上方參考?xì)馐?和參考探測器9，進(jìn)入?yún)⒖細(xì)馐?和參考探測器9的那部分測量激光用于提供測量激光器1的狀態(tài)檢查和為驅(qū)動(dòng)控制提供反饋信息，顯示測量激光器1正常工作與否；另一束則經(jīng)分束鏡6反射后與測量激光器1的透過分束鏡6的那部分測量激光重合，實(shí)現(xiàn)了對不可見測量激光的跟蹤，方便人眼判斷測量激光打在輔助探測目標(biāo)11上的情況。這里需要說明的是，輔助探測目標(biāo)11并非是檢測的目標(biāo)，而是輔助實(shí)現(xiàn)從遙測系統(tǒng)到輔助探測目標(biāo)11之間的整個(gè)路徑上的光學(xué)信號(hào)及由其所攜帶的氣體含量信息的檢測，它并非本發(fā)明遙測系統(tǒng)的本身結(jié)構(gòu)，僅是為解釋本發(fā)明遙測系統(tǒng)的功能而出現(xiàn)在附圖中的。

回波收集系統(tǒng)3包括接收透鏡31、光錐形器32、濾光片33和信號(hào)探測器34，其中接收透鏡31用于接收輔助探測目標(biāo)11反射的光線并對此光線進(jìn)行會(huì)聚，經(jīng)過會(huì)聚的光線打到接收透鏡31后邊的信號(hào)探測器34上，得到光線能量和光譜信息；濾光片33用于濾除背景光；光錐型器用于匯聚收集輔助探測目標(biāo)11反射回來的波信號(hào)；信號(hào)探測器34用于接收測量激光器1發(fā)出且穿過特定光程的經(jīng)過輔助探測目標(biāo)11反射回的光線，上述器件為激光遙測系統(tǒng)中回波收集系統(tǒng)3常用器件，這里要說的是本發(fā)明對現(xiàn)有回波收集系統(tǒng)3所作的改進(jìn)之處，改進(jìn)之處在于：接收透鏡31的作用為接收測量激光器1經(jīng)反射面反射回來的光線，因此接收透鏡31的大小影響了能夠接收到多少光線，必須設(shè)置合適的接收透鏡31才能完成光線的回收，考慮到實(shí)際情況和儀器要求，接收透鏡31優(yōu)選為大口徑透鏡，大口徑透鏡為接受反射光的透鏡，起到匯聚光線的作用，發(fā)出的測量激光經(jīng)過輔助探測目標(biāo)11反射然后通過大口徑透鏡匯聚，再由信號(hào)探測器34接收匯聚后的光線。為了減少體積和重量，本實(shí)施例更加優(yōu)選的采用紅外菲涅爾透鏡作為大口徑透鏡。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)光線的自動(dòng)準(zhǔn)直，選用壓控變焦透鏡4，焦距可在50-120mm內(nèi)實(shí)現(xiàn)變焦，在測量不同距離的被測物體時(shí)，可調(diào)整壓控變焦透鏡4的焦距，使光線的準(zhǔn)直效果更合適，調(diào)整壓控變焦透鏡4的焦距，使接收透鏡31接受到的反射光最多，信號(hào)探測器34接受到的光信號(hào)最強(qiáng)，可保證在合適的距離范圍內(nèi)準(zhǔn)直后的光線均可達(dá)到使用要求，并使光線的利用效率達(dá)到最高。

本實(shí)施例的自動(dòng)準(zhǔn)直的光學(xué)遙測系統(tǒng)，對于均勻平面輔助探測目標(biāo)11，當(dāng)輔助探測目標(biāo)11接近垂直光軸時(shí)，先確定光線入射位置，微調(diào)入射角度，根據(jù)反射面和準(zhǔn)直系統(tǒng)的位置的距離，調(diào)整壓控變焦透鏡4的焦距，使接收端的光斑尺寸在任何距離上都匹配接收透鏡31的孔徑，達(dá)到最佳收集效率。

對于輔助探測目標(biāo)11不規(guī)則反射界面，輔助探測目標(biāo)11的反射率不是單一值，而是一個(gè)曲面分布函數(shù)。根據(jù)不同的目標(biāo)，首先確定入射距離，然后通過瞄準(zhǔn)激光微調(diào)入射光斑在輔助探測目標(biāo)11上的位置，同時(shí)根據(jù)信號(hào)探測器34的信號(hào)輸出作為反饋，確定壓控變焦透鏡4的最佳焦距，控制接收光斑尺寸使光學(xué)效率達(dá)到極大值，提高收集效率。

以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。