[发明专利]一种共孔径水下光学系统

说明书

本发明公开了一种共孔径水下光学系统，包括沿激光器出射光路以及目标返回光路依次设置的起偏器、激光发散镜、带孔反射镜、遮光筒、光学窗口、检偏器和成像镜头；遮光筒为锥形，从带孔反射镜的小孔处延伸至光学窗口，带孔反射镜以45°角倾斜放置；系统工作时，激光器发射的准直激光经起偏器、激光发散镜、遮光筒和光学窗口出射照明水下目标，目标回波进入光学窗口、经带孔反射镜反射、检偏器检偏后进入成像镜头，并在靶面上成像；带孔反射镜以45°角倾斜放置，保证了照明与成像共光轴和共孔径。

技术领域

本发明属于水下光电成像技术领域，具体涉及一种共孔径水下光学系统。

背景技术

共孔径水下光学系统是指在水下自带光源的主动光电成像系统中采用的光学系统，主要用于距离选通水下激光成像系统。

在水下，成像环境比空气中复杂得多，成像距离大大缩短，成像质量也显著降低。由于水体散射强烈，成像距离近，通常水下主动光电成像系统的照明窗口和成像窗口是分置的，例如加拿大瓦尔卡捷国防研究院的LUCIE系列距离选通激光成像系统，美国Spartz公司的SeeRay水下激光成像系统，瑞典TURN LLC公司的LSV-WAqua Lynx水下激光成像系统，丹麦3D underwater laser radar水下激光雷达等。

目前，暂未见到有关共孔径水下光学系统的报道，但为了获取水下近距离的高分辨率三维图像，消除照明和成像视差，将激光发射与成像光轴设计为重合，实现共孔径水下光电成像是完全必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种消除近距离成像视场盲区、结构紧凑、后向散射抑制效果优良的共孔径水下光学系统，特别适合用于距离选通水下激光成像系统，实现水下高分辨率三维成像的同时不会妨碍系统用于水下被动光电成像。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种共孔径水下光学系统，包括沿激光器出射光路以及目标返回光路依次设置的起偏器、激光发散镜、带孔反射镜、遮光筒、位于耐压壳体上的光学窗口、位于入射光路上的检偏器和成像镜头，所述的遮光筒为锥形，从带孔反射镜的小孔处延伸至光学窗口，所述的带孔反射镜以45°角倾斜放置。激光器发出准直蓝绿激光，经起偏器起偏变为线偏振光，再经过激光发散镜扩展为一定角度的照明光束，经带孔反射镜的小孔射出，通过光学窗口进入水中，激光照射水下目标，目标返回光线再次通过光学窗口进入系统，经带孔反射镜反射后，由检偏器对光线进行检偏去除内部反射杂散光，进入摄像机的成像镜头，最后成像在靶面上，完成整个目标探测过程。

所述的一种共孔径水下光学系统，其起偏器采用垂直偏振方向且直径为1英寸的偏振片。

所述的一种共孔径水下光学系统，其激光发散镜为标准凹透镜。

所述的一种共孔径水下光学系统，其带孔反射镜为椭圆形结构，呈45°倾角放置，中间圆孔面积小于反射镜面面积的10%。

所述的一种共孔径水下光学系统，其遮光筒为圆台形中空铝制器件，锥角为10°，其内外表面整体进行发黑氧化处理，反射率在0.03以下。

所述的一种共孔径水下光学系统，其光学窗口内外表面均镀有透过率大于98%的激光增透膜。

所述的一种共孔径水下光学系统，其检偏器采用水平偏振方向的偏振片，尺寸大于成像镜头的口径。

所述的一种共孔径水下光学系统，其成像镜头的入瞳位于带孔反射镜的小孔中心处。

本发明的有益效果是：本发明系统工作时，激光器发射的准直激光经起偏器、激光发散镜、遮光筒和光学窗口出射照明水下目标，目标回波进入光学窗口后，经带孔反射镜反射以及检偏器检偏，进入成像镜头，最后在靶面上成像。带孔反射镜以45°角倾斜放置，保证了照明与成像共光轴和共孔径。