一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统的制作方法

本发明涉及一种激光探测系统，特别是涉及一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，属于光学成像系统。

背景技术：

1、在激光跟踪探测光学系统设计需求中，要求对来自理想目标散射的激光信号，在光学系统的像面上形成指定直径大小、能量均匀分布的光斑。

2、传统光学系统设计中，对理想的物点，依据像差最小的原则，在像面上形成尽可能小的光斑，且光斑能量一般呈现为高斯像点分布，即中间能量高、周围能量低，无法满足像面上形成指定直径大小、能量均匀分布光斑的要求。虽然在传统光学设计中，可以采用离焦方法，使像面上的光点直径大小满足使用要求，但能量分布依然使高斯分布，无法满足均匀分布的需求。

3、因此，亟需对均匀分布像点的激光探测系统进行改进，以解决上述存在的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，该方法针对激光探测对目标像点大小及能量均匀性的特殊要求，基于光学系统入瞳及像点能量均匀性一致性原理，提出入瞳处任意一条光线位置与该光线在像面上交点的映射模式，依据该映射模式构建激光探测系统优化设计评价函数，在给定合理初始结构的条件下，可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统优化设计。

2、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

3、一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，包括激光探测结构，所述激光探测结构包括滤光片、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；

4、所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜以及所述第四透镜的主光轴在同一水平轴线上，所述第四透镜的一侧设置有探测面；

5、所述滤光片至所述第四透镜从所述激光探测结构的物方表面朝向所述激光探测结构的成像表面按照数字顺序依次设置，所述激光探测结构用于将光束成像在所述探测面上。

6、优选的，所述滤光片为窄带滤光片，所述滤光片用于光线进行过滤，所述滤光片的厚度为4mm，且所述滤光片为k9玻璃制成的滤镜。

7、优选的，所述第一透镜靠近所述滤光片的一侧面具有凸出的物方表面，所述第一透镜具有正屈光力。

8、优选的，所述第二透镜与所述第一透镜相对应，所述第二透镜具有沿着光轴凸出的物方表面以及沿着所述光轴凹入的像方表面，所述第二透镜具有负屈光力。

9、优选的，所述第三透镜具有正屈光力，所述第三透镜具有凹入的物方表面和凸出的像方表面。

10、优选的，所述第四透镜具有与所述第三透镜相对应的凸出物方表面。

11、优选的，所述第一透镜至所述第四透镜均为h-zf52玻璃制成的球面透镜。

12、优选的，所述激光探测结构的长度为105mm，入瞳为100mm，后截距为21.96mm；

13、所述滤光片口径大小为104mm,焦距为76.38mm。

14、优选的，激光探测系统的设计方法具体为：

15、设所追迹光线对应的视场角为α，光学系统焦距为f，入瞳直径为d，像面上像点直径为d，假设光线位于子午平面内，光线在入瞳处的位置为x；

16、当光学系统为一次成像系统或奇数次成像系统时，光线在像面上的位置y可表示为：

17、

18、当光学系统为二次成像系统或偶数次成像系统时，光线在像面上的位置y可表示为：

19、

20、对视场角为α内的n条光线，设它们在入瞳处的位置为xi，光线追迹后每条光线到达像面的位置为hi；

21、当光学系统为一次成像系统或奇数次成像系统时，优化评价函数可表示为：

22、

23、当光学系统为二次成像系统或偶数次成像系统时，优化评价函数可表示为：

24、

25、利用上述优化评价函数，当评价函数值达到最小时，就可以实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统优化设计。

26、优选的，波段长度为：1064nm，接收透镜通光口径：100mm，接收视场：2w＝3，无穷远目标光斑弥散直径：2mm0.1mm。

27、本发明至少具备以下有益效果：

28、该方法针对激光探测对目标像点大小及能量均匀性的特殊要求，基于光学系统入瞳及像点能量均匀性一致性原理，提出入瞳处任意一条光线位置与该光线在像面上交点的映射模式，依据该映射模式构建激光探测系统优化设计评价函数，在给定合理初始结构的条件下，可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统优化设计。

技术特征：

1.一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，包括激光探测结构(1)，其特征在于，所述激光探测结构(1)包括滤光片(101)、第一透镜(102)、第二透镜(103)、第三透镜(104)以及第四透镜(105)；

2.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述滤光片(101)为窄带滤光片，所述滤光片(101)用于光线进行过滤，所述滤光片(101)的厚度为4mm，且所述滤光片(101)为k9玻璃制成的滤镜。

3.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述第一透镜(102)靠近所述滤光片(101)的一侧面具有凸出的物方表面，所述第一透镜(102)具有正屈光力。

4.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述第二透镜(103)与所述第一透镜(102)相对应，所述第二透镜(103)具有沿着光轴凸出的物方表面以及沿着所述光轴凹入的像方表面，所述第二透镜(103)具有负屈光力。

5.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述第三透镜(104)具有正屈光力，所述第三透镜(104)具有凹入的物方表面和凸出的像方表面。

6.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述第四透镜(105)具有与所述第三透镜(104)相对应的凸出物方表面。

7.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述第一透镜(102)至所述第四透镜(105)均为h-zf52玻璃制成的球面透镜。

8.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：所述激光探测结构(1)的长度为105mm，入瞳为100mm，后截距为21.96mm；

9.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：激光探测系统的设计方法具体为：

10.根据权利要求1所述的一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，其特征在于：波段长度为：1064nm，接收透镜通光口径：100mm，接收视场：2w＝3，无穷远目标光斑弥散直径：2mm0.1mm。

技术总结
本发明涉及光学成像系统技术领域，具体为一种可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统，包括激光探测结构，激光探测结构包括滤光片、第一透镜、第二透镜、第三透镜以及第四透镜；滤光片至第四透镜从激光探测结构的物方表面朝向激光探测结构的成像表面按照数字顺序依次设置，激光探测结构用于将光束成像在探测面上。本发明该方法针对激光探测对目标像点大小及能量均匀性的特殊要求，基于光学系统入瞳及像点能量均匀性一致性原理，提出入瞳处任意一条光线位置与该光线在像面上交点的映射模式，依据该映射模式构建激光探测系统优化设计评价函数，在给定合理初始结构的条件下，可实现指定大小能量均匀分布像点的激光探测系统优化设计。

技术研发人员：华夏卿
受保护的技术使用者：浙江中科光铭光电股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12