[實用新型]一種用于水體光學特性測量的視場可調節光學系統

有效

• 申請號: 201520584872.7
• 申請日: 2015-08-06
• 公開（公告）號: CN204855797U
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 李曉龍;陳永華;姜靜波;徐永平;倪佐濤;涂登志
• 申請（專利權）人: 中國科學院海洋研究所
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 周秀梅;何麗英

技術領域

本實用新型涉及一種水體激光散射信號的接收方式，具體地說是一種用于水體光學特性測量的視場可調節光學系統，屬于遙感測量技術領域。

背景技術

在人類社會活動過程中，海水光學特性，是海洋初級生產力調查、水質探測和生物資源開發等方面的重要研究對象。隨著人類對海洋資源獲取活動的日益增多，尤其在海洋漁業和海洋資源開發過程中，海洋光學特性的調查需求日益頻繁。作為重要的海洋水體物理特征之一，水體光學特性不僅表征了海洋生態環境的特點，也說明了所探測水域生態圈可持續的可能性，因此能否有效觀測水體光學特性已經成為全球關注并著力解決的問題。

激光雷達觀測水體光學特性，是利用對激光束在水體中的后向散射光子的接收，來計算反演水體的光學特征參數。目前常用的水體光學特性測量系統一般采用固定視場接收，主要包括有激光發射設備、望遠鏡、光電轉換電路及數據采集處理設備，其原理是利用OceanLidar接收的回波信號，分析載有激光束與探測目標相互作用的物理過程信息，通過分析回波信號變化可以獲得探測水體的光學特征信息。將接收的光信號轉換為電信號，經處理、采集和計算分析，實現對監測水體的監測和判別。為便于水體中激光多次散射貢獻的接收控制和處理不同波長的光信號，接收視場需要設置為可控制調節的方式，準直分光結構將用于光電轉換的波長限制于所探測范圍內，并濾除背景光信號。

現有激光雷達探測水體的光學系統一般設置固定接收視場，反演的水體光學特征參數單一。由于海水是天然的光學散射體，激光束由空氣中入射進入水體后，會產生激光光子的多次散射，造成一定范圍的非均勻光場，該光場體現了水體的光學特性，因此，需要通過調節接收視場范圍，實現多次散射貢獻量的區別接收。

目前，廣泛應用的激光雷達系統多采用卡塞格林望遠鏡、施密特望遠鏡、牛頓式望遠鏡等反射式望遠鏡，但其普遍特點為焦距長，因而構成的成像視場角范圍很小。在海洋光學應用中，由于水體是天然的散射體，水中多次散射信號的接收對反演水體光學特征參數至關重要，而窄視場對水體中多次散射信號的接收受到限制，因此，構造光學性能優越的大視場光學接收系統是研究關鍵。

實用新型內容

針對上述問題，本實用新型的目的在于提供一種用于水體光學特性測量的視場可調節光學系統。該視場可調節光學系統通過在大視場透鏡組后接光闌和準直分光結構，設置光闌孔徑可控調節，方便了對水體中激光后向散射信號的測量，實現了不同程度多次散射貢獻量的接收控制。

為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種用于水體光學特性測量的視場可調節光學系統，包括光路支撐架及安裝在光路支撐架上的可控光闌、物鏡組單元和準直分光單元，其中物鏡組單元用于激光散射回波信號的接收，所述準直分光單元設置于物鏡組單元的接收光路之后，所述可控光闌設置于物鏡組單元和準直分光單元之間、并位于物鏡組單元的成像面處，所述可控光闌用于限制并調節物鏡組單元的接收視場范圍。

所述準直分光單元包括沿著光路依次設置的：

準直透鏡，用于接收透鏡組所匯聚的光信號，并準直為平行光束輸出；

分束鏡，用于接收準直透鏡輸出的平行光束，并對不同波長范圍的光信號進行反射和透射，形式不同波長信號的分光；

窄帶濾光片用于限制觀測波長范圍并抑制背景光影響；

聚焦透鏡，用于將透射經過窄帶濾光片的光信號聚焦到光電轉換單元上。

所述物鏡組單元包括物鏡和消色差透鏡元件，水體中激光散射信號經物鏡接收，再經消色差透鏡元件聚焦至可控光闌處。

所述物鏡組單元的視場角大于200mrad。所述可控光闌的光闌孔徑大小為0至25mm。

所述視場可調節光學系統進一步包括密封倉I、密封倉II及黑色套管，其中密封倉I和密封倉II通過套管連通，所述物鏡組單元和準直分光單元分別設置于密封倉I和密封倉II內，所述可控光闌設置于套管內。所述可控光闌與套管同軸安裝。

所述視場可調節光學系統進一步包括激光器、光束提升器、光電轉換單元及數據采集處理設備，所述光電轉換單元安裝在所述光路支撐架上、并位于準直分光單元的后側，所述光電轉換單元與數據采集處理設備電連接；所述激光器發生激光束，經光束提升器后沿著物鏡組單元的中心光軸射入探測水體，水體中激光散射回波經由物鏡組單元接收后，再由準直分光單元匯聚至光電轉換元件處，進行光電信號的輸出轉換。

所述視場可調節光學系統設置于盒體內。所述密封倉I、密封倉II及盒體均為黑色。

本實用新型的優點和有益效果是：