[实用新型]一种用于水体光学特性测量的视场可调节光学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉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

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。

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以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。

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。

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

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阑和准直分光结构，设置光阑孔径可控调节，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。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

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阑、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，所述可控光阑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，所述可控光阑用于限制并调节物镜组单元的接收视场范围。

所述准直分光单元包括沿着光路依次设置的：

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；

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；

窄带滤光片用于限制观测波长范围并抑制背景光影响；

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。

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阑处。

所述物镜组单元的视场角大于200mrad。所述可控光阑的光阑孔径大小为0至25mm。

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，所述可控光阑设置于套管内。所述可控光阑与套管同轴安装。

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心光轴射入探测水体，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。

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。

本实用新型的优点和有益效果是：