[发明专利]基于共轴三反无焦望远镜的四波束激光三维成像光学系统

摘要

本发明公开了基于共轴三反无焦望远镜的激光四波束三维成像光学系统。其特征在于：四路激光经目标表面散射后，分别经由四个偏轴视场进入一个新颖的共轴三反无焦望远镜接收系统，经过视场折转镜反射后，采用分色片进行波段分离，激光接收通道既可以实现对激光回波的信号采集，面阵成像通道又可以实现对激光足印二维空间目标的拍照，从而实现多波束激光三维成像。本发明解决了现有激光主动探测技术中多束激光反射回路共用一个接收望远镜的难题，采用本发明所述的大视场共轴三反无焦望远镜，利用偏轴视场结合激光接收通道和面阵成像通道，布局上可对至少四束激光波束回波进行测量。

主权项

基于共轴三反无焦望远镜的四波束激光三维成像光学系统，包括一个共轴三反非球面无焦望远镜，与该望远镜依次成光路联接的有4个视场折转镜、4个分色片、4个激光接收通道、4个面阵成像通道；光学系统分为前光路和后光路部分，前光路为一个共轴三反非球面无焦望远镜，由主镜、次镜和三镜组成；后光路部分分为四个接收成像模块，各自包括一个视场折转镜、一个分色片、一个激光接收通道和一个面阵成像通道；其特征在于：前光路共轴三反非球面无焦望远镜主镜为四波束激光三维成像光学系统入瞳，次镜在主镜左方，三镜位于主镜右方，视场折转镜、分色片、激光接收通道和APD光电探测器位于主镜和三镜之间，面阵成像通道位于三镜右方，面阵CCD相机位于主镜和三镜之间；四束激光束分别与激光三维成像光学系统光轴在X方向呈+1°、‑1°角度关系，在Y方向呈+1°、‑1°角度关系；每个接收成像模块对应一个方向的激光接收光束，并对其激光足印视场内成像；Y方向+1°视场成像在后光路模块B位置、Y方向‑1°视场成像在后光路模块A位置、X方向+1°视场成像在后光路模块D位置、X方向‑1°视场成像在后光路模块C位置；Y方向‑1°激光束的激光三维成像过程为：激光器发射的与接收望远镜光轴呈‑1°角度的激光光束经过地面反射回波后，通过前光路的共轴三反非球面无焦望远镜，然后经视场折转镜发射，由分色片进行激光1064nm波段和激光足印景物400‑900nm分离，分色片透射1064nm波段激光回波信息后，由激光接收通道将能量聚集到APD光电探测器上，数据处理计算出光脉冲飞行时间，从而得到距离值，实现地物目标高程特征信息的反演；激光足印附近的400‑900nm波段范围内二维地面景物，同样通过共轴三反非球面无焦望远镜，经过视场折转镜反射后，分色片反射400‑900nm波段，再由面阵成像通道，将二维地物成像在面阵CCD探测器上，实现激光足印附近二维空间地物目标的拍照采集；其余三个视场激光三维成像过程与此相同。