本發(fā)明屬于光學遙測技術領域，特別涉及一種光學遙測系統(tǒng)。
背景技術：
基于激光的光學遙測技術一般用于測距、定位。由于經過路徑傳播，回波信號攜帶了頻率、相位、幅度等豐富的信息，經過先進的微弱信號處理技術，可以獲取傳播路徑上的信息，進而實現(xiàn)遙感遙測的目的。如路徑中介質成份對某個波段的吸收，可以通過調制吸收光譜技術反演該種介質的濃度，從而實現(xiàn)遙測。又比如，路徑上的某種振動源對光波載頻信號進行了被動的調制，通過解調可以恢復振動源的信息，從而實現(xiàn)突破對振動源的進行聲波探測的距離和區(qū)域限制，實現(xiàn)基于光學檢測的距離和區(qū)域的拓展。
為了實現(xiàn)高靈敏的檢測，需要提高回波光的收集效率和強度。所以，光學遙測系統(tǒng)的出射光束都需要進行準直,以保證測距、定位的準確性。目前,市場上使用的激光器光束準直方法,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、反射法和衍射法結構又過于復雜，目前只有組合透鏡法既可以保證一定精度的準直效果，同時避免過于復雜的結構。
公告號202748542，名稱為《一種半導體激光器準直用的透鏡準直系統(tǒng)》的一篇中國實用新型專利公開了一種半導體激光器準直用的透鏡準直系統(tǒng)，采用兩片同軸且同向設置的彎月透鏡,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際使用中缺乏環(huán)境適應性，尤其是面對不同結構和距離的反射目標時，需要手動調節(jié)透鏡的位置和間距，其穩(wěn)定性差，壽命短，無法根據(jù)需要方便的調節(jié)在目標處的光斑。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供一種自動準直的光學遙測系統(tǒng)。
為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：一種自動準直的光學遙測系統(tǒng)，包括位于測量激光器前方的準直透鏡和回波收集系統(tǒng)，所述準直透鏡的前方同軸設置有壓控變焦透鏡，與壓控變焦透鏡同軸方向前方設有分束鏡，分束鏡下方設有瞄準激光器，分束鏡上方設有參考氣室和參考探測器，測量激光器發(fā)出的測量激光一部分經分束鏡反射后進入?yún)⒖細馐液蛥⒖继綔y器，瞄準激光器發(fā)出的可見激光一部分經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、準直透鏡和壓控變焦透鏡被固定在一套筒內。
所述測量激光器與準直透鏡的距離大于準直透鏡的焦距。
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。
當上述壓控變焦透鏡的焦距變化范圍在50-120mm之間時，所述準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）準直結構簡單，僅有兩片透鏡組成，比起手動調節(jié)的機械式組合透鏡，穩(wěn)定性好，壽命長；
（2）自動化調節(jié)，使用電信號控制壓控變焦透鏡焦距調節(jié)準直，快速準確；
（3）透鏡為壓控可變焦透鏡，焦距變化使準直處理后的光斑大小可調，針對不同距離，不同的檢測面，都能夠快速方便的調整到合適的光斑使信號探測器接受到的光信號最強，降低盲區(qū)，增加探測距離，實現(xiàn)多環(huán)境、遠距離探測。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
圖中：1測量激光器，2準直透鏡，3回波收集系統(tǒng)，31接收透鏡，32光錐形器，33濾光片，34信號探測器，4壓控變焦透鏡，5套筒，6分束鏡，7瞄準激光器，8參考氣室，9參考探測器,10輸出窗口，11輔助探測目標。
具體實施方式
下面，通過示例性的實施方式對本發(fā)明進行具體描述。然而應當理解，在沒有進一步敘述的情況下，一個實施方式中的元件、結構和特征也可以有益地結合到其他實施方式中。
在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“內”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的位置關系，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。所述元件可以是獨立的，也可是多個元件集成組裝在一起的。
本實施例的自動準直的光學遙測系統(tǒng)包括測量激光器1，在測量激光器1的前方放置有準直透鏡2，為實現(xiàn)光能的充分利用，并兼顧測量激光器1發(fā)出光束的準直度，本實施例優(yōu)選測量激光器1和準直透鏡2的距離略大于準直透鏡2的一倍焦距，為減小光線像差，其準直透鏡2優(yōu)選為非球面透鏡。在準直透鏡2的前方同軸設置有壓控變焦透鏡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，主要應用在相機的成像系統(tǒng)，實現(xiàn)不同焦深或景深的成像，都是集中在光信號的接收端，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。優(yōu)選的，本實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充有聚合物分散液晶，且本實施例的壓控變焦透鏡4的焦距變化范圍在50-120mm之間，調節(jié)電壓可在20ms內完成焦距的變化調節(jié)。根據(jù)光線的對稱原理，當測量激光器1發(fā)出的激光經過準直透鏡2后的極小光斑位于壓控變焦透鏡4焦點處時，可以得到很好的準直效果，準直透鏡2與壓控變焦透鏡4的距離設置為壓控變焦透鏡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，準直透鏡2與壓控變焦透鏡4的間距優(yōu)選為100-240mm，通過大量試驗，本實施例更加優(yōu)選的，準直透鏡2與壓控變焦透鏡4的間距為115mm最佳，可兼顧準直性和光學效率。
調整準直透鏡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直，但考慮到光學儀器的機械穩(wěn)定性，兩透鏡之間距離隨意改變會使得整個遙測系統(tǒng)穩(wěn)定性差，壽命短，實際中是不可行的，因此為進一步增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性，作為本實施例的優(yōu)選方案，所述測量激光器1、準直透鏡2和壓控變焦透鏡4被固定在一套筒5內。
其中上述：
測量激光器1：用于產生測量激光；
準直透鏡2：用于將產生的測量激光進行初步準直；
壓控變焦透鏡4：用于進一步將產生的測量激光進行準直；
套筒5：用于固定測量激光器1、準直透鏡2和壓控變焦透鏡4。
上述測量激光器1、準直透鏡2、壓控變焦透鏡4和套筒5共同組成了本實施例的自動準直系統(tǒng)。
在壓控變焦透鏡4同軸方向的前方還設有分束鏡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下方還設有瞄準激光器7，分束鏡6上方設有參考氣室8和參考探測器9，測量激光器1發(fā)出的一部分光經分束鏡6反射后進入?yún)⒖細馐?和參考探測器9，瞄準激光器7發(fā)出的可見激光一部分經分束鏡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和瞄準激光器7出射的激光進行分束和合束；
瞄準激光器7：發(fā)出瞄準激光；
參考氣室8：用于提供激光器的狀態(tài)檢查和為驅動控制提供反饋信息；
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，使結果計算更準確。
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11合適的測量面上，反射回來的角度是否合適等，設置了瞄準激光器7，瞄準激光器7發(fā)出的可見激光經過分束鏡6分成兩束，一束經分束鏡6透射后沿原方向傳播，且與測量激光器1的經分束鏡6反射的那部分測量激光匯合合束，合束后進入上方參考氣室8和參考探測器9，進入?yún)⒖細馐?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)檢查和為驅動控制提供反饋信息，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11上的情況。這里需要說明的是，輔助探測目標11并非是檢測的目標，而是輔助實現(xiàn)從遙測系統(tǒng)到輔助探測目標11之間的整個路徑上的光學信號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)的本身結構，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和信號探測器34，其中接收透鏡31用于接收輔助探測目標11反射的光線并對此光線進行會聚，經過會聚的光線打到接收透鏡31后邊的信號探測器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11反射回來的波信號；信號探測器34用于接收測量激光器1發(fā)出且穿過特定光程的經過輔助探測目標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所作的改進之處，改進之處在于：接收透鏡31的作用為接收測量激光器1經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，必須設置合適的接收透鏡31才能完成光線的回收，考慮到實際情況和儀器要求，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)出的測量激光經過輔助探測目標11反射然后通過大口徑透鏡匯聚，再由信號探測器34接收匯聚后的光線。為了減少體積和重量，本實施例更加優(yōu)選的采用紅外菲涅爾透鏡作為大口徑透鏡。
本發(fā)明為實現(xiàn)光線的自動準直，選用壓控變焦透鏡4，焦距可在50-120mm內實現(xiàn)變焦，在測量不同距離的被測物體時，可調整壓控變焦透鏡4的焦距，使光線的準直效果更合適，調整壓控變焦透鏡4的焦距，使接收透鏡31接受到的反射光最多，信號探測器34接受到的光信號最強，可保證在合適的距離范圍內準直后的光線均可達到使用要求，并使光線的利用效率達到最高。
本實施例的自動準直的光學遙測系統(tǒng)，對于均勻平面輔助探測目標11，當輔助探測目標11接近垂直光軸時，先確定光線入射位置，微調入射角度，根據(jù)反射面和準直系統(tǒng)的位置的距離，調整壓控變焦透鏡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，達到最佳收集效率。
對于輔助探測目標11不規(guī)則反射界面，輔助探測目標11的反射率不是單一值，而是一個曲面分布函數(shù)。根據(jù)不同的目標，首先確定入射距離，然后通過瞄準激光微調入射光斑在輔助探測目標11上的位置，同時根據(jù)信號探測器34的信號輸出作為反饋，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效率達到極大值，提高收集效率。
以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。