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CN109581295A - 一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统 - Google Patents

一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统 Download PDF

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CN109581295A
CN109581295A CN201910037604.6A CN201910037604A CN109581295A CN 109581295 A CN109581295 A CN 109581295A CN 201910037604 A CN201910037604 A CN 201910037604A CN 109581295 A CN109581295 A CN 109581295A
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influence
quadrant
lens module
atmospheric turbulance
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CN201910037604.6A
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郑培森
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    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves

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Abstract

本发明实现抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统，包括：带通滤光片、双焦点透镜模组、光电探测器。目前的四象限光学系统采用单焦点透镜或透镜组，当探测远距离目标、大气对流强烈时，由于湍流的影响导致测量的目标角位置准确度变差。与现有采用单焦点光学系统的技术方案相比，本发明采用了双焦点光学系统，并通过选择四象限光电探测器在光学系统两个焦点间的放置位置，使前离焦和后离焦所产生的光斑大小一致，位置相重合。对于大气湍流影响导致的光斑强度在不同象限间的统计涨落，由于前离焦和后离焦所产生的两个光斑的强度涨落相对光斑中心对称分布，相互抵消，能够有效抑制大气湍流对测量准确度的影响。

Description

一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统
技术领域
本发明涉及一种光学系统，特别是一种用于激光制导或激光通信等领域的远距离四象限光电探测定位光学系统。
背景技术
作为一种常用的位置敏感器件，四象限光电探测器广泛应用于激光准直、测角、自动跟踪等精密光电检测系统中。四象限光电探测器是由四个光敏单元按象限位置关系组合而成的，工作时接收光学系统形成的光斑。光斑使得各光敏单元都输出一个信号，根据光斑位置不同，每个光敏单元输出信号大小不同，经过信号处理，即可得到目标的角位置信息。
根据四象限光电探测器的位置探测原理，光学系统要求成像光斑圆整、均匀。目前的四象限光学系统通常采用单焦点透镜或透镜组，通过离焦设计在四象限光电探测器上形成圆形光斑。这种设计在探测距离很近且大气处于静稳态时，可以得到均匀的圆形光斑。然而当探测远距离目标、大气对流强烈时，由于湍流的影响，形成的光斑强度在不同象限间出现统计涨落，导致测量的目标角位置准确度变差。这种现象在光斑位于四象限探测器中心位置附近暨目标位于光轴小角度范围内时更为明显。
在激光制导与激光通信领域，由于探测距离远，并且搭载平台通常处于高速运动状态，大气湍流的影响更加剧烈，实现抑制湍流效应的四象限光电探测定位光学系统尤为必要。
发明内容
本发明实现抑制大气湍流效应的四象限光电探测定位光学系统，能够有效提升四象限光电探测系统的定位准确度。
本发明公开的光学系统，包括：带通滤光片(1)、透镜模组 (2)、光电探测器(3)。示意图见附图1。
透镜模组(2)通常可以采用菲涅尔透镜，通过奇数环与偶数环交错设计得到两个焦点，示意图见附图2。透镜模组(2) 也可以采用双光路透镜组方式实现，示意图见附图3。
光电探测器(3)的放置位置为透镜模组(2)的两个焦点之间。设透镜模组焦点1对应焦距f1，透镜模组焦点2对应焦距f2；探测器感光面到焦点1距离d1，到焦点2的距离d2；则探测器放置位置满足公式d1/f1 = d2/f2。
与现有采用单焦点光学系统的技术方案相比，本发明采用了双焦点光学系统，并通过选择四象限光电探测器在光学系统两个焦点间的放置位置，使前离焦和后离焦所产生的光斑大小一致，位置相重合。对于大气湍流影响导致的光斑强度在不同象限间的统计涨落，由于前离焦和后离焦所产生的两个光斑的强度涨落相对光斑中心对称分布，相互抵消，能够有效抑制大气湍流对测量准确度的影响。
附图说明
图1为本发明公开的四象限光电探测定位光学系统示意图。
图2为采用菲涅尔透镜实现双焦点透镜模组示意图。
图3为采用双光路实现双焦点透镜模组示意图。
图中：1带通滤光片；2透镜模组；3光电探测器；4双焦点菲涅尔透镜；5半透半反镜1；6全反镜1；7全反镜2；8凸透镜1；9凸透镜2；10半透半反镜2。

Claims (3)

1.一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统，其特征在于：
1)包括带通滤光片(1)、透镜模组 (2)、光电探测器(3)；
2)所述透镜模组(2)是具有2个焦点的正透镜模组；
3)所述光电探测器(3)的放置位置为透镜模组(2)的两个焦点之间，设透镜模组(2)焦点F1对应焦距f1，透镜模组(2)焦点F2对应焦距f2，探测器感光面到焦点F1距离d1，到焦点F2的距离d2，则探测器放置位置满足公式d1/f1 = d2/f2。
2.如权利要求1所述的一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统，其特征在于：所述透镜模组(2)采用菲涅尔透镜实现，通过奇数环和偶数环取不同焦距交错设计得到两个焦点。
3.如权利要求1所述的一种抑制大气湍流影响的四象限光电探测定位光学系统，其特征在于：所述透镜模组(2)采用双光路设计，实现不同焦距后合并为同轴光束得到两个焦点。
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