刘 壮，李英博，张浩钧，胡 安



菲涅尔透镜激光四象限定位系统光学设计

刘 壮1, 2，李英博2，张浩钧2，胡 安2

( 1. 长春理工大学空间光电技术研究所，长春130022；2. 上海航天技术研究院无线电设备研究所, 上海 200090 )

激光四象限定位光学系统具有体积小、精度高的优点。针对传统激光四象限定位光学系统结构复杂、质量大、成本高的缺点，提出采用菲涅尔透镜代替普通透镜。根据激光四象限定位光学系统定位原理，分析了光斑照度分布对四象限探测器输出偏差信号与目标方位角之间线性关系的影响，认为只有中心光照度低于边缘光照度的光斑才能产生这一理想线性关系。给出理想激光四象限定位光学系统的设计方法，利用此方法设计了实例，验证了分析结果的准确性。模拟结果中输出偏差信号与目标方位角的比值接近常数。

光学设计；照明设计；定位系统；菲涅尔透镜；四象限探测器

0 引 言

激光四象限定位光学系统用于激光光束的定位、捕获、瞄准和跟踪，主要应用于激光测绘、激光通信、激光准直、激光半主动制导以及机械人视觉领域[1-2]，其具有结构简单、精度高、可靠性高的优点。

菲涅尔透镜是由PMMA材料注压而成，将其替代普通透镜应用于激光四象限探测器定位系统，可有效降低成本、缩小体积、减轻质量。

激光四象限定位光学系统的研究主要集中在两个方面：一方面是关于光学系统设计与系统光斑的评价方法[3-6]；另一方面是光斑大小、探测器分划线宽度以及背景光强度等因素对偏差信号曲线影响[7]。……