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
技術領域：
本發明涉及兩個及兩個以上光學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：
在光學技術的很多應用領域中，經常遇到一個光路耦合對準技術問題。如在大型激光發射系統中，為了制造、裝配和調試的方便，激光器系統、光束傳輸變換系統、光束發射和接收系統等分別置于兩個或多個獨立光學平臺上。即使事先用直尺、鉛錘、水平儀等進行事先較準，由于環境溫度變化和重力作用，一定時間后兩個光學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“光學絞鏈”。光束穿過多個平臺時，光束傳輸相關的兩兩平臺間需要進行 光軸、光瞳對準。不同的應用要求需要不同類型的光軸、光瞳對準方法和裝置。目前已公開的申請號為200910078257.8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，結構復雜，成本聞，控制復雜。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種基于子孔徑分割的光路耦合對準裝置及方法，在實現快速校正，對準精度高的同時，具有占用空間小，結構簡單，成本低的優點。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是如圖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上的第一光學系統6和第二平臺9上的第二光學系統7的光瞳對正和光軸對準。其中光源在第一平臺8的第一光學系統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(I)定標階段在靜態條件下手動調整光路，使得第一光學系統6的光束光瞳對正、光軸對準近似理想的進入第二光學系統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，獲得標定狀態下光斑陣列數據，計算標定的總體光斑質心(\，Υ。)作為光軸對正偏差計算的標定值，各子孔徑光斑質心(Xc^ydt)作為光軸對準偏差計算的標定值；所述基于子孔徑分割的傳感器上第k個子孔徑光斑質心的計算公式為
權利要求
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)、驅動控制單元(4)、分光鏡(5)、第一平臺(8)、第二平臺(9)、第一光學系統(6)和第二光學系統(7);所述第一傾斜鏡(I)和第一光學系統(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)、驅動控制單元(4)、分光鏡(5)和第二光學系統(7)位于第二平臺(9)上；光源在第一平臺(8)上的第一光學系統(6)上；從第一光學系統(6)發射的光束分別經過第一傾斜鏡(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，由基于子孔徑分割的傳感器(3)進行圖像采集和分析，獲得當前光瞳對正位置偏差和光軸對準偏差量，然后通過驅動控制單元(4)通過閉環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，并驅動第一傾斜鏡(I)和第二傾斜鏡(2)，實現對光路實時校正，從而將第一平臺(8)上的第一光學系統(6)和第二平臺(9)上的第二光學系統(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系統(7)內，用于評價光束光瞳對正和光軸對準效果。
2.根據權利要求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(301，302)、微透鏡陣列(303)和CXD探測器(304)組成，光束經過縮束系統(301，302)縮束后經微透鏡陣列(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，其特征在于實現步驟如下 第一步，定標階段，在靜態條件下，調整第一傾斜鏡(I)和第二傾斜鏡(2)，使得第一光學系統(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系統(7)中，作為理想標定狀態，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，光束經過縮束系統(301，302)縮束后經微透鏡陣列(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定時的子光斑陣列總體質心m作為光瞳對正偏差計算的標定量，各子孔徑光斑質心U。,，yck)作為光軸對準偏差計算的標定量，其中k =I…N，N是微透鏡陣列(303)分割子孔徑的個數； 第二步，閉環控制階段，首先將第一光學系統(6)發出的光束適當的調偏，模擬光束對正、光瞳對準有誤差情況，經過全光路傳輸后，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心(X' C，Y'。)以及各子孔徑光斑的質心(X' ck, y' ck)； 第三步，將第二步驟獲得各質心量與第一步獲得的標定量相比較，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.根據權利要求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個子孔徑光斑質心的計算公式為
5.根據權利要求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)上光斑的總體質心計算公式為
6.根據權利要求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，獲得光路的光瞳對正和光軸對準偏差，通過相應的閉環控制算法，控制一對快速高精度傾斜反射鏡對光學系統的光軸和光瞳進行實時校正，最終實現兩光學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 優先權日2012年5月30日
發明者葉紅衛, 李新陽, 楊榕 申請人:中國科學院光電技術研究所