[發(fā)明專利]一種能夠?qū)崿F(xiàn)湍流廓線激光雷達(dá)像面溫漂補(bǔ)償?shù)难b置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410662719.1
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104375149A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 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（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/497
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于大氣湍流激光雷達(dá)測量領(lǐng)域，具體涉及一種用于補(bǔ)償因溫度變化造成湍流廓線激光雷達(dá)成像面位置發(fā)生改變的裝置。

背景技術(shù)

大氣湍流廓線激光雷達(dá)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(kuò)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(yuǎn)鏡進(jìn)行接收，望遠(yuǎn)鏡的后端安裝ICCD（或EMCCD）相機(jī)實(shí)現(xiàn)對光信號的成像測量。

用于接收的卡塞格林望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡的接收像面，鏡筒采用鋁合金材料加工而成。當(dāng)進(jìn)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(jìn)而接收面的位置會出現(xiàn)向前或向后的漂移，若不進(jìn)行補(bǔ)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(bǔ)償方法是：當(dāng)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(dá)所用的弱光成像探測器ICCD或EMCCD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。

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(jìn)行自補(bǔ)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

本發(fā)明針對的大氣湍流廓線激光雷達(dá)的望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)使用卡塞格林望遠(yuǎn)鏡時面臨的溫度變化造成主次鏡相對位置變化進(jìn)而造成望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡成像面上的自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償裝置，實(shí)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(dāng)溫度變化造成接收望遠(yuǎn)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。

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(dá)像面溫漂補(bǔ)償?shù)难b置，包括望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，所述望遠(yuǎn)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(bǔ)償裝置，所述溫漂補(bǔ)償裝置位于望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)的焦面上，所述溫漂補(bǔ)償裝置包括可滑動調(diào)節(jié)鏡筒，沿著望遠(yuǎn)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(fù)透鏡，所述正透鏡和負(fù)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(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)的焦點(diǎn)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(jī)。

所述正透鏡和負(fù)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。

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(fù)透鏡的凹槽，所述正透鏡和負(fù)透鏡通過壓圈緊固在凹槽內(nèi)。

所述可滑動調(diào)節(jié)鏡筒在電機(jī)控制下可以位置微調(diào)。

所述接收相機(jī)為ICCD相機(jī)和EMCCD相機(jī)。

所述的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠(yuǎn)鏡前端設(shè)有望遠(yuǎn)鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡系統(tǒng)為卡塞格林望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)，所述卡塞格林望遠(yuǎn)鏡前端設(shè)有望遠(yuǎn)鏡主鏡筒，后端設(shè)有支架，所述望遠(yuǎn)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。

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(fù)透鏡組成完整的溫漂補(bǔ)償裝置克服大氣湍流廓線激光雷達(dá)的望遠(yuǎn)鏡接收系統(tǒng)使用卡塞格林望遠(yuǎn)鏡時面臨的溫度變化造成主次鏡相對位置變化進(jìn)而造成望遠(yuǎn)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(fù)透鏡構(gòu)成了一個放大倍率為1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(dá)到通過電動控制補(bǔ)償鏡組的微調(diào)實(shí)現(xiàn)像面溫漂的自補(bǔ)償。

附圖說明

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(bǔ)償裝置光學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式