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脉冲激光测距技术是一种利用脉冲激光实现距离测量的技术,广泛的应用于军事和民用中。而激光测距望远镜的光学发射系统性能的好坏是决定其测距能力的关键。变焦距光学系统是一种焦距可连续改变而像面位置保持稳定的光学系统,近年来,随着变焦距系统光学设计理论的完善以及加工工艺的成熟,变焦距光学系统的种类日益丰富,成像质量逐渐提高,可与定焦系统相媲美,因此广泛的应用到各种工作生活领域中。在这种情况下,研究激光测距望远镜的光学变焦系统设计与研制无疑具有重要意义。
本文研究了激光测距望远镜的原理和特点,依据高斯光学理论,具体分析了变焦距光学系统设计的原理,并探索了变焦距光学系统设计的一般方法,介绍了整个激光测距望远镜光学变焦发射系统的光学结构和机械结构的设计。围绕变焦距光学系统设计如何解决变焦距过程中的像面漂移的关键问题,对变焦距望远物镜进行了深入研究,并专门针对1.06μm YAG调Q脉冲激光测距望远镜的发射光学系统进行了具体的分析设计,该系统可将输出激光束最小发散角压缩到近0.5 mrad,输出光束最大宽度达到50mm以上,并且在满足一定准直性的基础上,实现了大约2~10倍扩束比的高倍率变焦范围,使系统能够满足扫描搜索以及适应距离的远近变化来进行跟踪探测的要求。
本文在查阅国内外文献资料的基础上,结合工作实践,采用ZEMAX软件模拟设计出了激光测距望远镜的光学变焦系统的光学结构参数和外形结构图,并进行了像质评价。结果表明:该系统结构简单,加工难度小,成本较低,成像质量好,性能优良,是一种可以被广泛采用的高倍率激光扩束系统。