一种多路照明光束指向调节装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种多路照明光束指向调节装置，包括K个激光器、扩束装置、能动光学反射镜(FSM)、平面镜阵列、分光镜以及夏克

【技术实现步骤摘要】
一种多路照明光束指向调节装置及方法


[0001]本专利技术涉及激光光束控制与光电测量
，特别涉及一种多路照明光束指向调节装置及方法。

技术介绍

[0002]在光电装备领域，为实现对装备周边环境全天时全天候的监测和防御，不仅仅需要雷达等无线电设备，还需要光电探测成像等系统对目标进行高精度的捕获与跟踪，并对目标行为进行分析和判断，在适当的时候采取一定的防御措施。
[0003]目前对于白天条件下，通过采用雷达和光电成像系统可满足应用需求；但在夜间，光电探测成像的场合将受到极大限制，需要采用主动照明的方式将目标及部分背景点亮，提高图像对比度，满足光电成像需求。
[0004]光电装备应用中，照明作用距离从1km到10km不等，为保证照明效果，通常采用光束质量较好的激光光束，通过准直后进行发射。单路激光光束在经过长距离传输后，会受大气湍流影响，导致照明光斑均匀性较差，影响目标探测。经过理论分析和实验研究表明，利用多路照明光束实现目标的照明，将有效提高照明效果，改善光斑均匀性。此外，单路照明光束的能量有限，照明作用距离受到一定限制，通过多束照明光可有效提高光束能量，提升照明的有效作用距离。因此，多路照明是一种可拓展、效果佳的远距离主动照明方式之一，在未来光电装备探测成像领域有着广阔的应用前景。
[0005]实现多路照明的主要难点有两个，其一在于如何调节各光束的指向角度，将多个照明光束同时照射到不同目标距离的同一区域；其二在于如何控制远距离处照明光斑的大小，满足照明能量需求。

技术实现思路
/>[0006]针对现有技术中存在的问题，提供了一种多路照明光束指向调节装置及方法，通过夏克
‑
哈特曼波前传感器测量多路光束照明指向，结合能动光学元件调节各子光束的光束指向，并调节发射望远镜等效焦距的方式，最终实现多路光束在不同距离处的特定大小区域的照明。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：一种多路照明光束指向调节装置，包括K个激光器、K个扩束装置、K个能动光学反射镜、平面镜阵列、分光镜以及夏克
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哈特曼波前传感器；所述K个激光器分别产生照明光束并耦合可见波段指示光；K个扩束装置分别对照明光束进行扩束；K个能动光学反射镜分别对应调节扩束后各个照明光束的指向；平面镜阵列将经能动光学反射镜调节指向的各个照明光束合成为阵列光束；分光镜接收阵列光束，对照明光全反射用于照明，对指示光全透并进入夏克
‑
哈特曼波前传感器；夏克
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哈特曼波前传感器通过指示光测量各照明光束的指向角度。
[0008]进一步的，所述分光镜之后设有具有m倍放大率的发射望远镜，通过发射望远镜将反射的照明光传输到目标处。
[0009]进一步的，所述K个激光器均为采用光纤或其他的体制的激光器。
[0010]进一步的，所述K个激光器产生的照明光束的波长、光斑尺寸、光束发散角、光束质量、初始光束指向均相同。
[0011]进一步的，所述夏克
‑
哈特曼波前传感器在使用时需通过标准平行光进行标定。
[0012]本专利技术还提出了一种基于上述多路照明光束指向调节装置的调节方法，包括：
[0013]步骤1、获取预期照明目标距离与光斑直径；
[0014]步骤2、通过夏克
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哈特曼波前传感器标定多路照明光束指向，并实时反馈后续各照明光束指向角度；
[0015]步骤3、根据预期照明目标距离与光斑直径计算发射望远镜等效焦距和每一束光偏转角度；
[0016]步骤4、根据步骤3的计算结果，调节发射望远镜的等效焦距与各光束对应的能动光学反射镜偏转角度，完成预期照明光斑直径的控制且使所有光束均照射到预期目标距离处的同一位置，并根据夏克
‑
哈特曼波前传感器的反馈值判断调节是否到位。
[0017]进一步的，所述步骤2中，采用标准平行光对夏克
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哈特曼波前传感器进行标定，记录此时各光束内光斑质心位置，并在照明光束指向发生变化时，实时反馈指向角度。
[0018]进一步的，所述发射望远镜等效焦距计算方法为：
[0019][0020]其中，m为发射望远镜的放大倍率，d0为各照明光束在发射望远镜入口位置的直径，d为预期光斑直径，R为预期照明目标距离。
[0021]进一步的，所述每一束光偏转角度计算方法为：
[0022][0023][0024]其中，x
lk
为第k个光束中心距离分光镜中心O点在x方向上的距离，y
lk
为第k个光束中心距离分光镜中心O点在y方向上的距离，θ
x0k
为第k个光束在x方向的偏转分量，θ
y0k
为第k个光束在y方向的偏转分量；L0为能动光学反射镜到发射望远镜等效为单透镜主面的距离。
[0025]进一步的，所述每一束光偏转角度通过对应能动光学反射镜控制，能动光学反射镜偏转的角度与光束指向偏转角度间存在2倍关系。
[0026]与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本专利技术通过建立光学模型，计算照明过程中各子光束偏转的角度，并利用能动光学反射镜实现对各子光束的指向角度控制，从而实现多路照明。利用夏克
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哈特曼波前传感器对角度进行实时测量，并为能动反射镜提供反馈值，形成闭环控制，可有效保证控制精度。同时，基于透镜等效焦距与光束指向调节的调焦方式可使结构更加紧凑，系统更加可靠。
附图说明
[0027]图1为本专利技术提出的多路照明光束指向调节方法流程图。
[0028]图2为本专利技术一实施例中4路照明指向调节装置示意图。
[0029]图3为本专利技术一实施例中分光镜4路照明光束的几何分布示意图。
[0030]图4为本专利技术一实施例中夏克
‑
哈特曼波前传感器工作原理图。
[0031]图5为本专利技术一实施例中单透镜平行光照明发射示意图。
[0032]图6为本专利技术一实施例中各子光束倾斜发射实现多路照明的示意图与简化的单子光束指向调节示意图。
具体实施方式
[0033]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
[0034]实施例1
[0035]如图2所示，本实施例提出了一种4路照明光束指向调节装置，包括4个激光器、4个扩束装置、4个FSM、平面镜阵列、分光镜以及夏克
‑
哈特曼波前传感器；
[0036]4路激光器分别产生照明光束同时耦合可见光波段指示光(在本实施例中，波长为635nm的指示光)，耦合指示光后的照明光束分别输入到扩束装置中进行扩束，然后分别由4个能动光学反射镜(在本实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路照明光束指向调节装置，其特征在于，包括K个激光器、K个扩束装置、K个能动光学反射镜、平面镜阵列、分光镜以及夏克
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哈特曼波前传感器；所述K个激光器分别产生照明光束并耦合可见波段指示光；K个扩束装置用于分别对照明光束进行扩束；K个能动光学反射镜分别对应调节扩束后各个照明光束的指向；平面镜阵列将经能动光学反射镜调节指向的各个照明光束合成为阵列光束；分光镜接收阵列光束，对照明光全反射进行照明；对指示光全透并进入夏克
‑
哈特曼波前传感器；夏克
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哈特曼波前传感器通过指示光测量各照明光束的指向角度。2.根据权利要求1所述的多路照明光束指向调节装置，其特征在于，所述分光镜之后设有具有m倍放大率的发射望远镜，通过发射望远镜将反射的照明光传输到目标处。3.根据权利要求1或2所述的多路照明光束指向调节装置，其特征在于，所述K个激光器均为采用光纤或其他的体制的激光器。4.根据权利要求3所述的多路照明光束指向调节装置，其特征在于，所述K个激光器产生的照明光束的波长、光斑尺寸、光束发散角、光束质量、初始光束指向均相同。5.根据权利要求1所述的多路照明光束指向调节装置，其特征在于，所述夏克
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哈特曼波前传感器在使用时需通过标准平行光进行标定。6.一种基于权利要求1
‑
5任一项所述的多路照明光束指向调节装置的调节方法，其特征在于，包括：步骤1、获取预期照明目标距离与光斑直径；步骤2、通过夏克
‑
哈特曼波前传感器标定多路照明光束指向，并实时反馈后续各照明光束指向角度；步骤3、根据预期照明目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勋，董理治，吴丰阳，荆建行，戴勋义，刘洋，吴琳，刘明川，向文鼎，刘文劲，陈善球，江颖，
申请(专利权)人：航天科工微电子系统研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：