卡塞格林式激光雷达结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种卡塞格林式激光雷达结构，包括外壳、激光发射光学部分、光束转折组件、望远镜、接收调整部分与摄像机，摄像机安装在望远镜上，二者之间的光轴相平行，接收调整部分包括消杂光光栏、空间滤波器、接收准直机构、窄带滤光片、衰减片、偏振模块、PMT单通道光电倍增模块或APD单光子计数部分，PMT单通道光电倍增模块设置在偏振模块的后端，APD单光子计数部分包括相连接的APD单光子计数模块与光纤接收机构，光纤接收机构设置在偏振模块的后端。本实用新型通过摄像机可以记录存储测量时的视频文件，并与雷达数据同时存储到计算机内；通过将PMT单通道光电倍增模块或APD单光子计数部分进行结构上的互换，以扩展雷达的应用范围。
【专利说明】卡塞格林式激光雷达结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种激光雷达，尤其是一种卡塞格林式激光雷达结构。
【背景技术】
[0002]现在的激光雷达由半导体激光泵浦的Nd:YAG偏振脉冲激光器、激光发射光学系统、信号接收光学系统、高灵敏度光电探测器、高速多道计数器、计算机、偏振模块、以及控制和数据处理软件等组成，其中激光发射光学系统主要包括偏振激光器和扩束器；信号接收光学系统包括望远镜、空间滤波器、窄带滤光片和聚焦透镜；高灵敏度光电探测器采用了单通道光电倍增模块，它有饱和自保护功能、暗计数低的特点，这个模块包括了高压电源、甄别器、信号脉冲整形等功能，实现单光子计数，最小时间分辨为IOOns的情况(空间分辨最小为15m)，对应测量范围可达30km，同步触发信号来自激光器，实现同步的多道计数和累加计算。
[0003]其工作原理为:激光发射光学系统发射的激光经扩束器扩束后发射到大气中，光束被气溶胶粒子散射，散射信号被信号接收光学系统接收，来自非球形粒子或球形粒子的散射信号有不同的退偏振特性，偏振模块将散射信号按照偏振特性分成两路，分别传递到高灵敏度光电探测器，从而获得散射波的退偏振度，多道光子计数器按照时序分别累加平均接收的信号，同时将它们存储到数据存储单元，经上位机数据处理可得到数据结果。
[0004]然而，现有激光雷达的接收部分只能采用大面积接收器，不能采用小面积接收器，限制了其应用范围。另外，现有激光雷达仅能采集数据，对实际测量的场景无法记录，无法追溯测量当时的天气状况。
【发明内容】
[0005]针对上述问题中存在的不足之处，本实用新型提供一种能够扩展激光雷达的应用范围，并记录存储测量时的视频文件，将视频图像与雷达数据同时存储到计算机内的卡塞格林式激光雷达结构。
[0006]为实现上述目的，本实用新型提供一种卡塞格林式激光雷达结构，包括外壳、激光发射光学部分、光束转折组件、望远镜与接收调整部分，所述接收调整部分与所述望远镜同光轴设置，所述接收调整部分包括消杂光光栏、空间滤波器、接收准直机构、窄带滤光片、衰减片与偏振模块，还包括摄像机、PMT单通道光电倍增模块或APD单光子计数部分；所述摄像机安装在所述望远镜上，所述摄像机与所述望远镜的光轴平行；所述PMT单通道光电倍增模块设置在所述偏振模块的后端；所述APD单光子计数部分包括相连接的APD单光子计数模块与光纤接收机构，所述光纤接收机构设置在所述偏振模块的后端。
[0007]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，所述Aro单光子计数模块通过光纤与所述光纤接收机构相连接。
[0008]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，所述激光发射光学部分由同轴设置的偏振激光器与激光扩束器构成。[0009]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，所述光束转折组件设置在所述激光扩束器的前端，由呈纵向垂直设置的第一折射镜与第二折射镜构成。
[0010]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，所述望远镜由镜筒以及安装在所述镜筒上的望远镜次镜与望远镜主镜构成，所述望远镜次镜设置在所述望远镜主镜前端，并且同光轴设置。
[0011]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，所述消杂光光栏的前端设置在所述望远镜的内部，并且与所述望远镜主镜同光轴设置；所述空间滤波器设置在所述消杂光光栏的后侧，所述接收准直机构、所述窄带滤光片和所述衰减片依次设置在所述空间滤波器的后侦牝并均是与所述空间滤波器同轴设置，所述偏振模块设置在所述衰减片的后侧。
[0012]上述的卡塞格林式激光雷达结构，其中，在所述外壳上还设有望远镜窗口与摄像窗口，所述望远镜窗口与所述望远镜的前端对接，所述摄像窗口与所述摄像机的前端对接。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0014]本实用新型设计结构合理，能够根据使用中的实际需求，从而将PMT单通道光电倍增模块或Aro单光子计数部分进行结构上的互换，以扩展雷达的应用范围。另外，还安装有摄像机，因此，可以记录存储测量时的视频文件，将视频图像与雷达数据同时存储到计算机内，为雷达处理后期数据以及查找天气状况提供依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的结构图；
[0016]图2为本实用新型的 外部结构图。
[0017]主要元件符号说明如下:
[0018]1-偏振激光器 2-激光扩束器3-第一折射镜
[0019]3'-第二折射镜 4-望远镜次镜5-望远镜主镜
[0020]6-消杂光光栏 7-空间滤波器8-接收准直机构
[0021]9-窄带滤光片 10-衰减片11-偏振模块
[0022]12-光纤接收机构 13-单通道光电倍增模块
[0023]14-光纤15-APD单光子计数模块
[0024]16-摄像机17-望远镜窗口18-摄像窗口
[0025]19-壳体20-镜筒
【具体实施方式】
[0026]如图1与图2所示，本实用新型包括外壳、激光发射光学部分、光束转折组件、望远镜、接收调整部分与摄像机，接收调整部分与望远镜同光轴设置，摄像机16安装在望远镜上，摄像机16与望远镜的光轴平行。
[0027]激光发射光学部分由同轴设置的偏振激光器I与激光扩束器2构成，其中，激光扩束器2设置在偏振激光器I的前端。
[0028]光束转折组件设置在激光扩束器2的前端，光束转折组件由第一折射镜3与第二折射镜3'构成，第二折射镜3'纵向垂直设置在第一折射镜3的下端。
[0029]望远镜由镜筒20以及安装在镜筒上的望远镜次镜4与望远镜主镜5构成，望远镜次镜4设置在望远镜主镜5前端，并且同光轴设置。
[0030]在外壳19上还设有望远镜窗口 17与摄像窗口 18，望远镜窗口 17与望远镜的前端对接，摄像窗口 18与摄像机的前端对接。
[0031 ] 接收调整部分由消杂光光栏6、空间滤波器7、接收准直机构8、窄带滤光片9、衰减片10、偏振模块11、PMT单通道光电倍增模块13或APD单光子计数部分构成。
[0032]消杂光光栏6的前端由望远镜主镜5轴心处的外侧穿入望远镜的内部，并且与望远镜主镜5同光轴设置。空间滤波器7设置在消杂光光栏6的后侧，接收准直机构8、窄带滤光片9和衰减片10依次设置在空间滤波器7的后侧，并均是与空间滤波器7同轴设置，偏振模块11设置在衰减片10的后侧。
[0033]可根据使用中的实际需求，选择PMT单通道光电倍增模块13或APD单光子计数部分。
[0034]当选择PMT单通道光电倍增模块13时，将PMT单通道光电倍增模块13通过互换机构安装在偏振模块11的后端。
[0035]APD单光子计数部分包括相连接的APD单光子计数模块15与光纤接收机构12，APD单光子计数模块15通过光纤14与光纤接收机构12相连接，光纤接收机构12设置在偏振丰吴块11的后端。
[0036]当选择APD单光子计数部分时，光纤接收机构12直接安装在互换机构上。
[0037]偏振激光器I发出的激光经过激光扩束器2扩束，在经过光束转折组件3使发射光束与望远镜同轴。光束转折组件有调整机构，可调整光束与望远镜同轴。从大气反射回来的光经过望远镜主镜5和望远镜次镜4汇聚，再经过消杂光光栏6，到达空间滤波器7，在经过接收准直机构8准直成为平行光，通过窄带滤光片9和衰减片10，到达偏振模块11，分为两束偏振光，两束偏振光分别到达PMT单通道光电倍增模块13。在将PMT单通道光电倍增模块13更换为APD单光子计数模块15，将光纤接收机构12设置在偏振模块11的后端，并通过光纤14与APD单光子计数模块15相连接。
[0038]摄像机16与接收望远镜光轴平行，实时记录实际测量的场景，摄像机通过螺丝固定在接收望远镜镜筒上。
[0039]本实用新型中光束扩束口径为40mm，望远镜为卡塞格林式望远镜，望远镜主镜和望远镜次镜均为非球面，望远镜焦距为1000m，望远镜口径为160mm。接收器可以是PMT单通道光电倍增模块，也可以更换为APD单光子计数模块。摄像机为市场上出售的任何一款具有摄像功能的相机。
[0040]惟以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，举凡熟悉此项技艺的专业人士.在了解本实用新型的技术手段之后，自然能依据实际的需要，在本实用新型的教导下加以变化。因此凡依本实用新型申请专利范围所作的同等变化与修饰，曾应仍属本实用新型专利涵盖的范围内。
【权利要求】
1.一种卡塞格林式激光雷达结构，包括外壳、激光发射光学部分、光束转折组件、望远镜与接收调整部分，所述接收调整部分与所述望远镜同光轴设置，所述接收调整部分包括消杂光光栏、空间滤波器、接收准直机构、窄带滤光片、衰减片与偏振模块，其特征在于，还包括摄像机、PMT单通道光电倍增模块或APD单光子计数部分； 所述摄像机安装在所述望远镜上，所述摄像机与所述望远镜的光轴平行； 所述PMT单通道光电倍增模块设置在所述偏振模块的后端； 所述APD单光子计数部分包括相连接的APD单光子计数模块与光纤接收机构，所述光纤接收机构设置在所述偏振模块的后端。
2.根据权利要求I所述的卡塞格林式激光雷达结构，其特征在于，所述Aro单光子计数模块通过光纤与所述光纤接收机构相连接。
3.根据权利要求2所述的卡塞格林式激光雷达结构，其特征在于，所述激光发射光学部分由同轴设置的偏振激光器与激光扩束器构成。
4.根据权利要求3所述的卡塞格林式激光雷达结构，其特征在于，所述光束转折组件设置在所述激光扩束器的前端，由呈纵向垂直设置的第一折射镜与第二折射镜构成。
5.根据权利要求4所述的卡塞格林式激光雷达结构，其特征在于，所述望远镜由镜筒以及安装在所述镜筒上的望远镜次镜与望远镜主镜构成，所述望远镜次镜设置在所述望远镜主镜前端，并且同光轴设置。
6.根据权利要求5所述的卡塞格林式激光雷达结构,其特征在于,所述消杂光光栏的前端设置在所述望远镜的内部，并且与所述望远镜主镜同光轴设置；所述空间滤波器设置在所述消杂光光栏的后侧，所述接收准直机构、所述窄带滤光片和所述衰减片依次设置在所述空间滤波器的后侧，并均是与所述空间滤波器同轴设置，所述偏振模块设置在所述衰减片的后侧。
7.根据权利要求I至6中任一所述的卡塞格林式激光雷达结构,其特征在于,在所述外壳上还设有望远镜窗口与摄像窗口，所述望远镜窗口与所述望远镜的前端对接，所述摄像窗口与所述摄像机的如端对接。
【文档编号】G01S7/481GK203405570SQ201320519712
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年8月23日 优先权日:2013年8月23日
【发明者】郭京伟 申请人:北京怡孚和融科技有限公司