紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域，涉及一種紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光探測及測距系統(tǒng) LiDAR(Light Detection and Ranging)也稱 Laser Radar。 激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，簡要而言"激光雷達(dá)就是用激光器作為輻 射源的雷達(dá)"。從工作原理上講，LiDAR與微波雷達(dá)沒有根本區(qū)別
[0003] LiDAR的工作原理如下：激光發(fā)射機(jī)發(fā)出探測信號，即脈沖激光束，打在目標(biāo)上， 經(jīng)目標(biāo)反射的目標(biāo)回波被光學(xué)接收機(jī)接收，將光信號轉(zhuǎn)為電信號，由后續(xù)信息處理系統(tǒng)進(jìn) 行比較與適當(dāng)處理，將結(jié)果顯示在顯示器上。于是我們便能夠得到目標(biāo)的距離、方位、高度、 速度、形狀等參數(shù)。
[0004] LiDAR主要用于對飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測、跟蹤和識別，或使用脈沖激光不斷 地掃描目標(biāo)物，得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行成像處理后，就可得到精確的三維立 體圖像。
[0005] LiDAR主要由單束窄帶激光器和接收系統(tǒng)組成，直接探測型激光雷達(dá)的基本結(jié)構(gòu) 與激光雷達(dá)測距機(jī)頗為相近。
[0006] 如今使用廣泛的固體激光器為激光二極管泵浦固體激光器（DPSSL)，泵浦光的不 均勻性對提高光束質(zhì)量造成很大阻礙，因此需要對激光光束進(jìn)行整形后使用。
[0007] 微透鏡陣列現(xiàn)已經(jīng)廣泛用于照明系統(tǒng)和成像系統(tǒng)中，其具有體積小、質(zhì)量輕、傳輸 損耗小等特點(diǎn)，構(gòu)成的整形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、使用靈活，得到了廣泛的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)，應(yīng)用本系統(tǒng)使用脈沖激光 等非均勻光源能夠?qū)崿F(xiàn)照明區(qū)域光強(qiáng)分布均勻化，并對2°視場范圍內(nèi)的回波進(jìn)行探測成 像，照明均勻度能夠達(dá)到90%以上，成像質(zhì)量良好。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0010] 一種紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)，由紅外激光整形照明器和紅外激光探測器構(gòu) 成，所述紅外激光整形照明器由激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)、微透鏡陣列組和后置擴(kuò)束系統(tǒng)構(gòu)成，激 光光源發(fā)出的高斯分布的脈沖激光光束經(jīng)過激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)后壓縮發(fā)散角，形成近似平 行光束，通過微透鏡陣列組，對非均勻分布光束進(jìn)行微分再積分的過程，在遠(yuǎn)場能夠形成均 勻照明效果，后置擴(kuò)束系統(tǒng)能夠縮小照明區(qū)域面積，作為探測信號在遠(yuǎn)場工作距離處形成 一定形狀的均勻照明截面，由探測目標(biāo)反射探測信號所形成的探測回波被紅外激光探測器 接收，在CCD上形成目標(biāo)的圖像。
[0011] 本發(fā)明中，所述激光光源為單波長激光脈沖光源或其他截面光強(qiáng)分布不均勻的平 行光源。
[0012] 本發(fā)明中，所述探測目標(biāo)位于遠(yuǎn)場3km距離以外。
[0013] 本發(fā)明中，所述紅外激光整形照明器的照明形狀由微透鏡陣列組子口徑形狀決 定，微透鏡陣列組子口徑形狀為正方形，照明區(qū)域形狀為正方形，填充率達(dá)到最高。
[0014] 本發(fā)明中，所述后置擴(kuò)束系統(tǒng)用于克服系統(tǒng)的衍射效應(yīng)限制，縮短系統(tǒng)縱向尺寸， 激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)和后置擴(kuò)束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式皆為伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)。
[0015] 本發(fā)明中，紅外激光整形照明器全部鏡片使用熔融石英材料構(gòu)成。
[0016] 本發(fā)明中，所述紅外激光探測器由三片鏡片構(gòu)成，可探測全視場為2°，且為可調(diào) 焦系統(tǒng)。
[0017] 本發(fā)明中，所述紅外激光探測器適用于像素320X256,像元大小為20 ymX20ym 的探測器。
[0018] 本發(fā)明中，所述紅外激光整形照明器和紅外激光探測器的光軸不重合，二者光軸 互相平行，緊貼放置。
[0019] 本發(fā)明提供的紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)是為實(shí)現(xiàn)工作距離處指定區(qū)域進(jìn)行均 勻光照明，并對回波進(jìn)行探測成像而研制的，主要用于單波長脈沖激光光源或其它非均勻 光強(qiáng)平行光源，其核心設(shè)計為微透鏡陣列組，以獲得遠(yuǎn)場均勻照明效果。相比于現(xiàn)有技術(shù)， 具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] 1、能夠用于紅外激光探測器調(diào)焦范圍內(nèi)的單波長紅外脈沖激光的光源；
[0021] 2、能夠?qū)θ魏喂鈴?qiáng)分布的平行光光源進(jìn)行整形，對光源的光強(qiáng)分布沒有要求；
[0022] 3、應(yīng)用本系統(tǒng)在遠(yuǎn)場對目標(biāo)截面進(jìn)行照明能達(dá)到90%以上的均勻度；
[0023] 4、通過紅外激光整形照明器的光通量集中于照明區(qū)域內(nèi)，能量損失少，能量利用 率尚；
[0024] 5、紅外激光整形照明器為照明系統(tǒng)，裝調(diào)容易，易于實(shí)現(xiàn)；
[0025] 6、紅外激光探測器結(jié)構(gòu)簡單，成像質(zhì)量良好，在一定波長范圍內(nèi)能夠進(jìn)行調(diào)焦，靈 活性好，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0026] 圖1為紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0027] 圖2為紅外激光整形照明器的結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖3為紅外激光探測器的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對本 發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋 在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明提供的紅外激光勻光照明探測系統(tǒng)由紅外激光整形照明器和 紅外激光探測器組成，具體結(jié)構(gòu)分為激光光源1、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2、微透鏡陣列組3、后 置擴(kuò)束系統(tǒng)4、紅外激光探測器5和(XD探測器6。激光光源1和(XD探測器6為外部已有 元件。
[0031] 上述系統(tǒng)中，激光光源1、激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2、微透鏡陣列組3和后置擴(kuò)束系統(tǒng)4 的光軸重合。激光光源1發(fā)出的脈沖激光光束通過激光擴(kuò)束準(zhǔn)直系統(tǒng)2壓縮發(fā)散角，使發(fā) 散角小于微透鏡陣列最大接收角，并擴(kuò)大光束口徑，使得通過微透鏡陣列組3的光束總口 徑增大，增加有效微透鏡子口徑的數(shù)量，使得遠(yuǎn)場照明光強(qiáng)分布更加均勻。
[0032] 上述系統(tǒng)中，微透鏡陣列組3的作用為：第一片微透鏡陣列將