微型激光测距仪系统设计的组合匹配问题.pdfVIP

维普资讯 微型激光测距仪系统设计的组合匹配 问题 王尔祺 宋德 慧 (厦门大学) 摘 要 本文从 分析几种实用的激光测距 系统入手，阐述光学系统各主要构造参数之 间的相互关系，利用局部降低分光棱镜材料折射率的办法，求得在一定的工艺条 件下仪嚣的总体性能最佳 的设计方囊 ． 一 问题的提 出 设计任何一种仪器，一般都应从使用性 能要求出发，将它变成技术指标，并以这些技 术指标为依据，来确定仪器构造的主要参数．这里要讨论各个主要构造参数之问的相互制 约关系，求得在一定工艺水平条件下仪器总体性能为最佳． 微型激光测距仅很重要柏一个使用性能指标是要求仪器的体积小 重量轻．在微型激 光器、接收系统，电源以及频率计数与显示器等元器件 已定的条件下，进行仪器设计．要 获得体积小，重量轻、性能稳定的测距仪，关键在于系统设计． 众所周知，激光测距仪至少需要有一对发射与接收光学饶筒作为。天线 ，还要一个光 学瞄准镜，人服髓准与激光传输的波长又有所不同，因此，在系统设计时，结构选型及其 参数与元件材料的组合匹配问题 比较复杂．这也是仪器总体设计 中带有普遍意义的问题， 本文将就实例进行探讨． 二、微型激光测距仪光学系统要点 由于激光测距仅的观察髓准系统与激光回波接收系统二者都是为了接收被测 目标 的信 息．因此，对这两个光学系统参数 (如物镜 口径的太小等)有大致相同的要求．在一般情 况下，方案设计时，大都将它们组合成兆物镜与共转象系统，以达到减少元件．减轻重量 之 目的．下面就微型激光测距仪发展过程 中出现过的几种系统进行论述． 1、采用 FBJ一0。复合棱镜 (带屋脊的别汉棱镜)的转象系统，使瞄准与接收两个系 统舍而为一 ．如图 1所示． 这种结构的主要特点是，转象棱镜的光程 比较长，可通过它来压缩镜筒长度 ，获得较 短的镜筒，而且观察系统的入射 与出射光轴共线。 但 由于发射、接收与瞄准系统三个光轴问依靠几个反射镜与棱镜转折光线，存在诸多 奉文是福建省 自然科学基金资助项 目(F85005号】论文 ． 一 ，0一 维普资讯 不稳定 因素．在使用过程中棱镜与反射镜微小变动将 引起光轴平行性失调，致使瞄准与所 测 目标不一致．发生误测现象．同时，因中问的组成环节 比较多、别汉棱镜尺寸较大，也 会增加仪器重量，不符合组成环晟少的原则。 瞄准系统 接收系统 图 1 2．三轴独立 自成系统的方案如图2所示，其主要特点是观察瞄准系统与接收系统可 分别消象差，从而获得满意的象质．一旦采用非球面透镜，使可获得大的肃}对孔径，大大 接收系统 观察系统 发射系统 围 2 维普资讯 缩短物镜焦距，减轻仪器重量。显然，这种系统不符合最少组成环原则．因此 ．带来体积 与重量的增加，并且潜伏着瞄准、接收与发射 系统三光轴平行性 的不稳定因素。 3 采用两块 DⅡ一】8O。直角棱镜组合的 (即保罗 I式)转象系统 ，使瞄准与接收系 统台一，如图3所 示．这种结构的主要特点是在物镜焦距较长，象质较好的情况下．依靠 拉开二直角棱镜的距离，可获得较短的镜筒．但与此同时也使横向尺寸增大．结果并不能 减小仪器的体积，由于转象系统棱镜是分离式的．在使用过程中棱镜位置的微小变动将影 响到成象质量．并造成光轴平行性失调。如果采用此种结构，设计结果必然导致仪器外形 尺寸比较庞大．