專利名稱：一種基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置及對準方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兩個及兩個以上光學(xué)平臺間一種光路耦合對準方法，尤其涉及一種新型的基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置及對準方法。
背景技術(shù)：
在光學(xué)技術(shù)的很多應(yīng)用領(lǐng)域中，經(jīng)常遇到一個光路耦合對準技術(shù)問題。如在大型激光發(fā)射系統(tǒng)中，為了制造、裝配和調(diào)試的方便，激光器系統(tǒng)、光束傳輸變換系統(tǒng)、光束發(fā)射和接收系統(tǒng)等分別置于兩個或多個獨立光學(xué)平臺上。即使事先用直尺、鉛錘、水平儀等進行事先較準，由于環(huán)境溫度變化和重力作用，一定時間后兩個光學(xué)平臺間不可避免存在相對位置誤差。由于光波長在微米量級，對光束對準的誤差要求較高。為此通常需要一套專門的光軸對正和光瞳對準裝置，用于保證兩個光學(xué)平臺間的光軸、光瞳對準。這套裝置有時也被形象地稱作“光學(xué)絞鏈”。光束穿過多個平臺時，光束傳輸相關(guān)的兩兩平臺間需要進行 光軸、光瞳對準。不同的應(yīng)用要求需要不同類型的光軸、光瞳對準方法和裝置。目前已公開的申請?zhí)枮?00910078257.8的專利申請中提到一種光路耦合對準方法，使用兩個傳感器分別探測光瞳和光軸偏移，使用相應(yīng)的光瞳對正快速控制反射鏡和光軸對準快速控制反射鏡，實現(xiàn)光路的對準。該方法的缺點是采用兩個傳感器，占用空間大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本聞，控制復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置及方法，在實現(xiàn)快速校正，對準精度高的同時，具有占用空間小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是如圖I所示，基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置，包括第一傾斜鏡I和第二傾斜鏡2、由縮束系統(tǒng)301和302、微透鏡陣列303和CXD探測器304組成的基于子孔徑分割的傳感器3、控制驅(qū)動單元4、分光鏡5。利用該裝置將第一平臺8上的第一光學(xué)系統(tǒng)6和第二平臺9上的第二光學(xué)系統(tǒng)7的光瞳對正和光軸對準。其中光源在第一平臺8的第一光學(xué)系統(tǒng)6上。所述的傳感器可以是哈特曼傳感器或其他基于子孔徑分割的傳感器。本發(fā)明所述的基于子孔徑分割的光路耦合對準方法通過以下步驟實現(xiàn)(I)定標(biāo)階段在靜態(tài)條件下手動調(diào)整光路，使得第一光學(xué)系統(tǒng)6的光束光瞳對正、光軸對準近似理想的進入第二光學(xué)系統(tǒng)7，基于子孔徑分割的傳感器3對光束進行分割聚焦到CCD上，獲得標(biāo)定狀態(tài)下光斑陣列數(shù)據(jù)，計算標(biāo)定的總體光斑質(zhì)心(\，Υ。)作為光軸對正偏差計算的標(biāo)定值，各子孔徑光斑質(zhì)心(Xc^ydt)作為光軸對準偏差計算的標(biāo)定值；所述基于子孔徑分割的傳感器上第k個子孔徑光斑質(zhì)心的計算公式為
權(quán)利要求
1.一種基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置，其特征在于包括第一傾斜鏡(I)、第二傾斜鏡(2)、一個基于子孔徑分割的傳感器(3)、驅(qū)動控制單元(4)、分光鏡(5)、第一平臺(8)、第二平臺(9)、第一光學(xué)系統(tǒng)(6)和第二光學(xué)系統(tǒng)(7);所述第一傾斜鏡(I)和第一光學(xué)系統(tǒng)(6)位于第一平臺(8)上；所述第二傾斜鏡(2)、一個基于子孔徑分割的傳感器(3)、驅(qū)動控制單元(4)、分光鏡(5)和第二光學(xué)系統(tǒng)(7)位于第二平臺(9)上；光源在第一平臺(8)上的第一光學(xué)系統(tǒng)(6)上；從第一光學(xué)系統(tǒng)(6)發(fā)射的光束分別經(jīng)過第一傾斜鏡(I)、第二傾斜鏡(2)、分光鏡(5)的傳輸進入基于子孔徑分割的傳感器(3)內(nèi)，由基于子孔徑分割的傳感器(3)進行圖像采集和分析，獲得當(dāng)前光瞳對正位置偏差和光軸對準偏差量，然后通過驅(qū)動控制單元(4)通過閉環(huán)控制算法分別計算加載到第一傾斜鏡(I)和第二傾斜鏡(2)上的電壓值，并驅(qū)動第一傾斜鏡(I)和第二傾斜鏡(2)，實現(xiàn)對光路實時校正，從而將第一平臺(8)上的第一光學(xué)系統(tǒng)(6)和第二平臺(9)上的第二光學(xué)系統(tǒng)(7)的光瞳和光軸實時對準；同時分光鏡(5)分出的光束進入第二光學(xué)系統(tǒng)(7)內(nèi)，用于評價光束光瞳對正和光軸對準效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置，其特征在于所述基于子孔徑分割的傳感器(3)由縮束系統(tǒng)(301，302)、微透鏡陣列(303)和CXD探測器(304)組成，光束經(jīng)過縮束系統(tǒng)(301，302)縮束后經(jīng)微透鏡陣列(303)分束聚焦后成像到CXD探測器(304)的面靶。
3.一種基于子孔徑分割的光路耦合對準方法，其特征在于實現(xiàn)步驟如下 第一步，定標(biāo)階段，在靜態(tài)條件下，調(diào)整第一傾斜鏡(I)和第二傾斜鏡(2)，使得第一光學(xué)系統(tǒng)(6)的光束光瞳對正，光束對準在近似完全對正情況下進入第二光學(xué)系統(tǒng)(7)中，作為理想標(biāo)定狀態(tài)，此時通過分光鏡(5 )透射的光束進入基于子孔徑分割的傳感器(3 )中，光束經(jīng)過縮束系統(tǒng)(301，302)縮束后經(jīng)微透鏡陣列(303)分束聚焦后成像到CXD探測器(304)的靶面，通過圖像采集和計算得到標(biāo)定時的子光斑陣列總體質(zhì)心m作為光瞳對正偏差計算的標(biāo)定量，各子孔徑光斑質(zhì)心U。,，yck)作為光軸對準偏差計算的標(biāo)定量，其中k =I…N，N是微透鏡陣列(303)分割子孔徑的個數(shù)； 第二步，閉環(huán)控制階段，首先將第一光學(xué)系統(tǒng)(6)發(fā)出的光束適當(dāng)?shù)恼{(diào)偏，模擬光束對正、光瞳對準有誤差情況，經(jīng)過全光路傳輸后，利用基于子孔徑分割的傳感器(3)獲得有光束、光束對正、光瞳對準有誤差情況下的子光斑整列總體質(zhì)心(X' C，Y'。)以及各子孔徑光斑的質(zhì)心(X' ck, y' ck)； 第三步，將第二步驟獲得各質(zhì)心量與第一步獲得的標(biāo)定量相比較，計算得到光束在X、Y方向上的光瞳對正的偏移量dx、dy和光束在X、Y方向上的光軸對準偏差sx、sy ;公式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于子孔徑分割的光路耦合對準方法，其特征在于所述基于子孔徑分割的傳感器(3)上第k個子孔徑光斑質(zhì)心的計算公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求3基于子孔徑分割的光路耦合對準方法，其特征在于所述基于子孔徑分割的傳感器(3)上光斑的總體質(zhì)心計算公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于子孔徑分割的光路耦合對準方法，其特征在于所述閉環(huán)控制算法為比例積分控制算法。
全文摘要
一種基于子孔徑分割的兩光學(xué)平臺間光路耦合對準裝置及對準方法，包括一個基于子孔徑分割的傳感器、一個驅(qū)動控制單元、兩個快速傾斜鏡。利用基于子孔徑分割的傳感器可以同時提供光瞳對正信息和光軸對準信息的特點，作為光路的探測機構(gòu)，獲得光路的光瞳對正和光軸對準偏差，通過相應(yīng)的閉環(huán)控制算法，控制一對快速高精度傾斜反射鏡對光學(xué)系統(tǒng)的光軸和光瞳進行實時校正，最終實現(xiàn)兩光學(xué)平臺間光軸和光瞳的快速高精度對準。
文檔編號G02B27/30GK102768411SQ20121017260
公開日2012年11月7日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者葉紅衛(wèi), 李新陽, 楊榕 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所