一种激光发射与望远镜共口径光学系统的制作方法

1.本技术属于光学仪器技术领域，具体涉及一种激光发射与望远镜共口径光学系统。


背景技术：

2.在现代光学应用中，随着半导体激光器的迅速发展，激光测距仪在民用领域获得迅速发展与应用。通过激光发射光路将近红外谱段激光准直发射到远处目标，经过目标反射或散射后被激光接收光路接收，通过测量时间差就可以获得目标的距离信息，具有高精度、远距离测距能力。目前在狩猎、测绘、高尔夫运动、建筑等领域获得了广泛应用。结合望远镜目视光学系统，激光测距仪与望远镜组合既可以实现目标的距离探测，同时实现远处目标的可视化观测，提高用户的体验感，是新型激光测距仪的重要发展与应用方向，但目前存在体积较大、重量较重等问题，在小型化和轻量化方面有待进一步提升，以便获得更好的推广与应用。
3.采用分立的激光发射、望远镜光学系统会增加激光测距仪的体积与重量，无法满足轻小型化要求，且不同光学系统的视轴一致性难以保证，降低了用户的体验感，应用受限。采用共口径光路设计理念，结合激光与望远镜光学系统采用的谱段差异，可以将激光发射与望远镜进行共口径设计，是解决分立光学系统体量庞大、精度不高的关键途径。本技术研究激光发射与望远镜共口径光学系统，并提出设计共口径激光发射与望远镜共口径光学系统，为实现轻小型化、高精度激光测距仪提供一种可靠有效的光学途径。在具体实现中，激光发射光路需要实现准直的激光输出，望远镜光学系统需要实现高倍率的视角放大效果，两者的设计谱段、像质要求均不同，需要统筹考虑；同时，共口径光学系统设计面临着宽光谱的色差及二级光谱校正难题；此外，为了实现小型化的光路设计，望远镜光路采用伽利略望远镜结构型式，需要实现正像效果，并需要将激光发射光路与望远镜光路在目镜前分光路，如何实现紧凑、高效率的分光设计也是激光发射与望远镜共光路设计的难点。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种激光发射与望远镜共口径光学系统，特点是实现激光发射与望远镜目视光学系统的共光路设计，满足高灵敏度激光测距对轻小型激光发射与望远镜成像光学系统的需求。
5.为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案：
6.一种激光发射与望远镜共口径光学系统，包括共用物镜组和半五角棱镜的激光发射光学系统和望远镜光学系统；
7.所述望远镜光学系统包括沿光路方向依次设置的所述物镜组、所述半五角棱镜、施密特屋脊棱镜、液晶显示屏、滤光片和目镜组；
8.所述激光发射光学系统包括沿光路方向依次设置的所述物镜组、所述半五角棱镜、直角棱镜和透镜。
9.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述物镜组包括沿光路依次同轴设置的第一双凸正光焦度透镜和弯月型负光焦度透镜，且所述第一双凸正光焦度透镜与所述弯月型负光焦度透镜胶合组成双胶合透镜。
10.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述目镜组包括沿光路依次同轴设置的双凹负光焦度透镜、第二双凸正光焦度透镜和第三双凸正光焦度透镜，且所述双凹负光焦度透镜与所述第二双凸正光焦度透镜胶合组成双胶合透镜。
11.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述物镜组的光焦度与所述目镜组的光焦度满足：满足：
12.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述物镜组的光焦度与所述透镜的光焦度满足：满足：
13.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述望远镜光学系统物镜光圈f#在2.2到2.5之间。
14.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述激光发射光学系统和所述望远镜光学系统通过棱镜实现分光；其中：
15.所述望远镜光学系统通过所述半五角棱镜的第2面反射，再经过所述施密特屋脊棱镜到达所述目镜组；
16.所述激光发射光学系统经过所述半五角棱镜的第2面透射，再经过所述直角棱镜到达所述透镜。
17.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述望远镜光学系统的工作谱段为可见光，所述激光发射光学系统的工作谱段为近红外谱段。
18.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述半五角棱镜与所述直角棱镜胶合，形成组合棱镜。
19.如上所述的一种激光发射与望远镜共口径光学系统，所述滤光片光学面镀制可见光谱段的增透膜层以及近红外谱段的截止膜层。
20.与现有技术相比，本技术的有益效果如下：
21.1)本技术将激光发射与望远镜光路通过前端透镜实现共光路设计，大幅减小了激光测距仪的尺寸与重量，实现了轻小型化，有利于提高用户的体验感，满足高灵敏度激光测距对轻小型激光发射与望远镜成像光学系统的需求；
22.2)通过棱镜折叠光路，进一步缩短了光路长度，降低了共口径复合光学系统的体量；
23.3)激光发射光束准直度高、效果好，可提高测量距离；
24.4)望远镜物镜焦面处设置了透明的液晶显示屏，可以将测距信息与可见光图像融合显示，提高了激光测距仪使用性能。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
26.图1为本技术一种激光发射与望远镜共口径光学系统的组成结构示意图。
27.图2为本技术一种激光发射与望远镜共口径光学系统激光发射光路的激光发散角设计结果。
28.图3为本技术一种激光发射与望远镜共口径光学系统望远镜光路的光学传递函数设计曲线。
具体实施方式
29.如图1-3所示，一种激光发射与望远镜共口径光学系统，包括共用物镜组1和半五角棱镜2的激光发射光学系统和望远镜光学系统；所述望远镜光学系统包括沿光路从物面到出瞳面方向依次设置的所述物镜组1、所述半五角棱镜2、施密特屋脊棱镜3、液晶显示屏4、滤光片5和目镜组6；所述激光发射光学系统包括沿光路从物面到激光器位置方向依次设置的所述物镜组1、所述半五角棱镜2、直角棱镜7和透镜8，本技术提供一种激光发射与望远镜复合光学系统，主要优点包括：1)激光发射光学系统与望远镜光学系统共用前端光学透镜，有利于实现轻型化、小型化设计；2)采用棱镜折叠光路，进一步缩短了光路长度；3)激光发射光路准直效果好，提高了探测距离。
30.优选的，所述物镜组1包括沿光路依次同轴设置的第一双凸正光焦度透镜11和弯月型负光焦度透镜12，且所述第一双凸正光焦度透镜11与所述弯月型负光焦度透镜12胶合组成双胶合透镜，有助于缩短焦长、提高放大率，优选的，所述第一双凸正光焦度透镜曲率半径为58-58mm，所述弯月型负光焦度透镜曲率半径为42-43mm。
31.优选的，所述目镜组6包括沿光路依次同轴设置的双凹负光焦度透镜61、第二双凸正光焦度透镜62和第三双凸正光焦度透镜63，且所述双凹负光焦度透镜61与所述第二双凸正光焦度透镜62胶合组成双胶合透镜，有助于缩短焦长、提高放大率，优选的，所述双凹负光焦度透镜曲率半径为40-41，所述第二双凸正光焦度透镜62曲率半径为18-19mm，所述第三双凸正光焦度透镜63mm曲率半径为20-21mm。
32.优选的，所述物镜组1的光焦度与所述目镜组6的光焦度满足：
33.优选的，所述物镜组1的光焦度与所述透镜8的光焦度与所述透镜8的光焦度满足：
34.优选的，所述望远镜光学系统物镜光圈f#在2.2到2.5之间，此设计成像质量较好。
35.优选的，所述激光发射光学系统和所述望远镜光学系统通过棱镜实现分光；其中：
36.所述望远镜光学系统通过所述半五角棱镜2的第2面反射，再经过所述施密特屋脊棱镜3到达所述目镜组6；
37.所述激光发射光学系统经过所述半五角棱镜2的第2面透射，再经过所述直角棱镜7到达所述透镜8。
38.优选的，所述透镜8为弯月型正光焦度透镜，曲率半径为13-14mm。
39.优选的，所述望远镜光学系统的工作谱段为可见光，所述激光发射光学系统的工作谱段为近红外谱段，工作波段：可见光0.48μm～0.65μm，近红外0.9μm～0.91μm。
40.优选的，所述半五角棱镜2与所述直角棱镜7胶合，形成组合棱镜，以提高系统集成度，采用棱镜折叠光路，进一步缩短了光路长度。
41.优选的，所述滤光片5光学面镀制可见光谱段的增透膜层以及近红外谱段的截止膜层，可避免激光进入到人眼。
42.优选的，液晶显示屏4位于望远镜物镜的焦面位置，透过可见光，并可以显示激光测距的距离等信息，供人眼通过目镜观测。
43.优选的，光阑s位于第一双凸正光焦度透镜11的前表面上。
44.本技术提供一种共口径激光发射与望远镜光学系统，望远镜光路沿光轴从物面到出瞳面，激光发射光路从物面到激光器位置，依次包括第一双凸正光焦度透镜11与弯月型负光焦度透镜12组成的双胶合透镜，半五角棱镜2，望远镜光路经半五角棱镜2反射后，通过施密特屋脊棱镜3，液晶显示屏4，滤光片5，由双凹负光焦度透镜61与第二双凸正光焦度透镜62组成的双胶合透镜，第三双凸正光焦度透镜63，最后到达望远镜出瞳pupil位置；激光发射光路经半五角棱镜2透射，通过直角棱镜7，弯月型正光焦度透镜8，最后达到激光器ld面，实现激光发射与望远镜目视光学系统的共光路设计，满足高灵敏度激光测距对轻小型激光发射与望远镜成像光学系统的需求。
45.所述望远镜光学系统光学参数具体如下表1所示。
46.表1：
[0047][0048]
所述激光发射光学系统光学参数具体如下表2所示。
[0049]
表2：
[0050][0051]
在本技术实例中，由上述光学系统达到如下技术指标：
[0052]
(1)工作波段：可见光0.48μm～0.65μm，近红外0.9μm～0.91μm；
[0053]
(2)望远镜入瞳口径：φ24mm；
[0054]
(3)望远镜物方视场：≥5
°
；
[0055]
(4)激光发射口径：φ24mm；
[0056]
(5)激光发射光平行度：≤0.25mrad；
[0057]
(6)望远镜光路长度：≤105mm。
[0058]
图2、图3分别表征了激光发射光路的出射激光平行度设计结果、望远镜系统的光学传递函数设计结果，可以看出，激光发射光路对激光实现了较好的准直，出射角不大于0.25mrad，保证了激光能够实现远距离的传输，提高了探测距离；望远镜系统的光学传递函数设计结果较好，保证了人眼对目标的清晰观测，确保用户的体验感。
[0059]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。