一种用于水体光学特性测量的视场可调节光学系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种水体激光散射信号的接收方式，具体地说是一种用于水体光 学特性测量的视场可调节光学系统，属于遥感测量技术领域。
【背景技术】
[0002] 在人类社会活动过程中，海水光学特性，是海洋初级生产力调查、水质探测和生物 资源开发等方面的重要研究对象。随着人类对海洋资源获取活动的日益增多，尤其在海洋 渔业和海洋资源开发过程中，海洋光学特性的调查需求日益频繁。作为重要的海洋水体物 理特征之一，水体光学特性不仅表征了海洋生态环境的特点，也说明了所探测水域生态圈 可持续的可能性，因此能否有效观测水体光学特性已经成为全球关注并着力解决的问题。
[0003] 激光雷达观测水体光学特性，是利用对激光束在水体中的后向散射光子的接收， 来计算反演水体的光学特征参数。目前常用的水体光学特性测量系统一般采用固定视场接 收，主要包括有激光发射设备、望远镜、光电转换电路及数据采集处理设备，其原理是利用 OceanLidar接收的回波信号，分析载有激光束与探测目标相互作用的物理过程信息，通过 分析回波信号变化可W获得探测水体的光学特征信息。将接收的光信号转换为电信号，经 处理、采集和计算分析，实现对监测水体的监测和判别。为便于水体中激光多次散射贡献的 接收控制和处理不同波长的光信号，接收视场需要设置为可控制调节的方式，准直分光结 构将用于光电转换的波长限制于所探测范围内，并滤除背景光信号。
[0004] 现有激光雷达探测水体的光学系统一般设置固定接收视场，反演的水体光学特征 参数单一。由于海水是天然的光学散射体，激光束由空气中入射进入水体后，会产生激光光 子的多次散射，造成一定范围的非均匀光场，该光场体现了水体的光学特性，因此，需要通 过调节接收视场范围，实现多次散射贡献量的区别接收。 阳〇化]目前，广泛应用的激光雷达系统多采用卡塞格林望远镜、施密特望远镜、牛顿式望 远镜等反射式望远镜，但其普遍特点为焦距长，因而构成的成像视场角范围很小。在海洋光 学应用中，由于水体是天然的散射体，水中多次散射信号的接收对反演水体光学特征参数 至关重要，而窄视场对水体中多次散射信号的接收受到限制，因此，构造光学性能优越的大 视场光学接收系统是研究关键。 【实用新型内容】
[0006] 针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种用于水体光学特性测量的视场可 调节光学系统。该视场可调节光学系统通过在大视场透镜组后接光阔和准直分光结构，设 置光阔孔径可控调节，方便了对水体中激光后向散射信号的测量，实现了不同程度多次散 射贡献量的接收控制。
[0007] 为了实现上述目的，本实用新型采用W下技术方案：
[0008] 一种用于水体光学特性测量的视场可调节光学系统，包括光路支撑架及安装在光 路支撑架上的可控光阔、物镜组单元和准直分光单元，其中物镜组单元用于激光散射回波 信号的接收，所述准直分光单元设置于物镜组单元的接收光路之后，所述可控光阔设置于 物镜组单元和准直分光单元之间、并位于物镜组单元的成像面处，所述可控光阔用于限制 并调节物镜组单元的接收视场范围。
[0009] 所述准直分光单元包括沿着光路依次设置的：
[0010] 准直透镜，用于接收透镜组所汇聚的光信号，并准直为平行光束输出；
[0011] 分束镜，用于接收准直透镜输出的平行光束，并对不同波长范围的光信号进行反 射和透射，形式不同波长信号的分光；
[0012] 窄带滤光片用于限制观测波长范围并抑制背景光影响；
[0013] 聚焦透镜，用于将透射经过窄带滤光片的光信号聚焦到光电转换单元上。
[0014] 所述物镜组单元包括物镜和消色差透镜元件，水体中激光散射信号经物镜接收， 再经消色差透镜元件聚焦至可控光阔处。
[0015] 所述物镜组单元的视场角大于200mrad。所述可控光阔的光阔孔径大小为0至 25mm〇
[0016] 所述视场可调节光学系统进一步包括密封仓I、密封仓II及黑色套管，其中密封 仓I和密封仓II通过套管连通，所述物镜组单元和准直分光单元分别设置于密封仓I和密 封仓II内，所述可控光阔设置于套管内。所述可控光阔与套管同轴安装。
[0017] 所述视场可调节光学系统进一步包括激光器、光束提升器、光电转换单元及数据 采集处理设备，所述光电转换单元安装在所述光路支撑架上、并位于准直分光单元的后侧， 所述光电转换单元与数据采集处理设备电连接；所述激光器发生激光束，经光束提升器后 沿着物镜组单元的中屯、光轴射入探测水体，水体中激光散射回波经由物镜组单元接收后， 再由准直分光单元汇聚至光电转换元件处，进行光电信号的输出转换。
[0018] 所述视场可调节光学系统设置于盒体内。所述密封仓I、密封仓II及盒体均为黑 色。
[0019] 本实用新型的优点和有益效果是：
[0020] 1.本实用新型通过透镜组构成大视场范围的接收效果，并设置可控光阔，易于调 整探测视场变化。
[0021] 2.本实用新型将透镜组和准直分光结构分别密封于两独立的舱体，并由黑色套管 作为光路链接，有效避免透镜组中镜片处反射及散射光对其后分光光路的影响。
[0022] 3.本实用新型通过设置套管链接，一方面有效减少了杂散光对接收光路的干扰， 另一方面可尽可能地稳定可控光阔在光路中屯、的位置，防止视场接收偏离。
[0023] 4.本实用新型的接收视场范围易于调节，便于接收不同范围的激光散射信号，W 及所述分光结构采用准直透镜和分束镜，提高不同波长光信号的反射和透射效果。
[0024] 5.本实用新型对视场的变化范围作出合理的限定，W便于调整对水体中光子多次 散射信号的接收比例，用于利用设及多次散射因子的激光雷达理论反演多个水体光学特征 参数，提高水体光学特性的测量灵敏度和准确性。
【附图说明】
[00巧]图1是本实用新型所采用光路支撑架的一个实施例结构示意图；
[00%] 图2是本实用新型视场可调节光学系统一个实施例的结构示意图。
[0027] 图3是本实用新型利用光阔限制接收视场的原理示意图；
[0028] 图4是本实用新型所使用透镜组的一个实施例光线追迹图。
[0029] 其中：1为物镜，2为消色差透镜元件，3为准直透镜，4为可控光阔，5为分束镜，6 为窄带滤光片，7为聚焦透镜，8为光电转换单元，9为激光器，10为透镜组单元，11为准直分 光单元，12为盒体，13为光束提升器，14为平凹透镜，15为平凸透镜I，16为平凸透镜II。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。
[0031] 如图1所示，本实用新型包括光路支撑架及安装在光路支撑架上的可控光阔4、物 镜组单元10和准直分光单元11，其中物镜组单元10用于激光散射回波信号的接收，所述 准直分光单元11设置于物镜组单元10的接收光路之后，所述可控光阔4设置于物镜组单 元10和准直分光单元11之间、并位于物镜组单元10的成像面处，所述可控光阔4用于限 制并调节物镜组单元10的接收视场范围。
[0032] 所述准直分光单元11包括沿着光路依次设置的：
[0033] 准直透镜3,用于接收透镜组所汇聚的光信号，并准直为平行光束输出；
[0034] 分束镜5,用于接收准直透镜3输出的平行光束，并对不同波长范围的光信号进行 反射和透射，形式不同波长信号的分光；
[0035] 窄带滤光片6用于限制观测波长范围并抑制背景光影响；
[0036] 聚焦透镜7,用于将透射经过窄带滤光片6的光信号聚焦到光电转换单元8上。
[0037] 如图2所示，所述视场可调节光学系统进一步包括密封仓I、密封仓II及套管，其 中密封仓I和密封仓II通过套管连通，所述物镜组单元10和准直分光单元11分别设置于 密封仓I和密封仓II内，所述可控光阔4设置于套管内，中间衔接的套管部分，采用"脖颈" 式结构。物镜组单元10所接收大视场范围的激光散射回波，汇聚于同轴光路上的套管中， 可控光阔4与套管由螺纹密闭衔接并中屯、同轴，可控光阔4位置固定于物镜组单元10的有 效焦距处，可控光阔4孔径通过手动或自动驱动调节，限制物镜组单元10的视场范围。所 述可控光阔4的光阔孔径大小为0至25mm。密封仓I、密封仓II及套管均采用黑色。
[0038] 在该实施例中，由于光学系统中存在有多个光学镜片，为了防止镜片光学效率造 成的杂散光影响，光学系统被分成两个光学密封腔，即密封舱I(接收透镜组固定舱）和密 封舱II(准直分光结构舱），中间衔接利用密封套管将两个光学密封舱分别与视场光阔连 接。所有的密封腔和光路支撑架均安装在光学面包板上，运有利于光学元件的安装扩展。
[0039] 所述视场可调节光学系统进一步包括盒体12、激光器9、光束提升器13、