[發(fā)明專利]一種相對(duì)位姿視覺測量敏感器用同軸均勻照明系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810165803.0
• 申請(qǐng)日: 2018-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN108445640A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龔德鑄;劉偉奇;白山;康玉思;鐘俊;付瀚毅;劉啟海;華寶成;盧純青;趙春暉;王世新;鄭巖;袁琦;高文文;鄒月;張成龍;劉陽;安思穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號(hào): G02B27/09
• 分類號(hào): G02B27/09;G02B27/48;G01C21/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種相對(duì)位姿視覺測量敏感器用同軸均勻照明系統(tǒng)，首先，選用適當(dāng)光功率和發(fā)散角的多模半導(dǎo)體激光器，作為輸入光源，并將該光源耦合輸入光學(xué)勻化系統(tǒng)；接著，在勻化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)激光光路折轉(zhuǎn)、勻化、整形、擴(kuò)束，并將勻化后的光束會(huì)聚到自聚焦透鏡一端，從另一端導(dǎo)出均勻出射；最后通過小型化的勻化系統(tǒng)與整機(jī)的同軸裝配，實(shí)現(xiàn)對(duì)合作目標(biāo)的同軸均勻照明。本發(fā)明，組件小型化、整機(jī)可裝配，實(shí)現(xiàn)了與相機(jī)鏡頭同軸安裝、轉(zhuǎn)換效率高、大發(fā)散角出射、光源均勻性好且空間分布穩(wěn)定的照明光源，是相對(duì)位姿視覺測量敏感器的關(guān)鍵組件，為其高精度位姿測量，奠定了優(yōu)質(zhì)的成像基礎(chǔ)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種相對(duì)位姿視覺測量敏感器用同軸均勻照明系統(tǒng)，屬于空間交會(huì)對(duì)接相對(duì)位姿視覺測量敏感器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

相對(duì)位姿視覺測量敏感器，使用的照明光源系統(tǒng)，有兩種不同方案，即LED的環(huán)形照明系統(tǒng)和LD的同軸照明系統(tǒng)。前者設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡單，以法國Sodern的VDM(是歐空局為ATV和國際空間站(ISS)對(duì)接研制的一種新型的導(dǎo)航敏感器)、日本的PXS為代表(日本的工程試驗(yàn)衛(wèi)星ETS-VII進(jìn)行交會(huì)對(duì)接試驗(yàn)時(shí)使用的導(dǎo)航敏感器)；后者設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，但在測量距離、測量精度上更勝一籌，以美國MSFC的AVGS、中國第二代交會(huì)測量子系統(tǒng)和本文的相對(duì)位姿視覺測量敏感器為代表。AVGS，是NASA為近距離逼近階段自主自動(dòng)交會(huì)對(duì)接研究的一種基于視覺的導(dǎo)航敏感器，用于交會(huì)對(duì)接演示驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(DARTN)等。中國第二代交會(huì)測量子系統(tǒng)，用于2013年中國SY7衛(wèi)星空間抓捕等交會(huì)測量任務(wù)。

國內(nèi)外的類似敏感器的同軸照明光源系統(tǒng)，相對(duì)來說設(shè)計(jì)和構(gòu)造都比較簡單。比如，美國AVGS的同軸照明光源系統(tǒng)，其因?yàn)樵诖蠊β蔐D器件上的優(yōu)勢(shì)，直接將多路LD合并后輸出，作為照明系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)為設(shè)計(jì)簡單、光功率強(qiáng)，但缺點(diǎn)為照明角度小、均勻性差、穩(wěn)定性差、整機(jī)功耗大，直接影響整機(jī)測量精度，這也是其測量精度比相對(duì)位姿視覺測量敏感器差一個(gè)數(shù)量級(jí)的原因之一。

再比如，中國第二代交會(huì)測量子系統(tǒng)的同軸照明光源系統(tǒng)，其末端以大數(shù)值孔徑光纖輸出光源。由于大數(shù)值孔徑光纖彎曲半徑大、需要一定長度才能勻化光源，因此導(dǎo)致照明光源體積大、安裝不便，且穩(wěn)定性可靠性較差。

以上缺點(diǎn)：照明角度小、均勻性差、穩(wěn)定性差、體積大、安裝不便，正是高精度位姿測量敏感器同軸照明系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種相對(duì)位姿視覺測量敏感器用同軸均勻照明光源系統(tǒng)，解決了照明角度小、均勻性差、穩(wěn)定性差、體積大、安裝不便的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種相對(duì)位姿視覺測量敏感器用同軸均勻照明系統(tǒng)，包括：激光光源耦合輸入模塊、光學(xué)勻化整形模塊、同軸輸出模塊；

激光光源耦合輸入模塊：對(duì)外部輸入的多束激光束進(jìn)行耦合、準(zhǔn)直化處理后，發(fā)送耦合準(zhǔn)直激光束給光學(xué)勻化整形模塊；

光學(xué)勻化整形模塊：接收激光光源耦合輸入模塊發(fā)送的耦合準(zhǔn)直激光束，將耦合準(zhǔn)直激光束散斑勻化和整形擴(kuò)束處理，將整形后的激光束發(fā)送給同軸輸出模塊；

同軸輸出模塊：接收光學(xué)勻化整形模塊輸入的整形后的激光束，向外部提供點(diǎn)光源形式的圓錐體照明光源。

所述激光光源耦合輸入模塊包括：耦合接口和準(zhǔn)直鏡；

所述耦合接口包括插芯體和SMA接口，插芯體一端插接有N根外部光纖，N為正整數(shù)，插芯體另一端采用SMA接口連接準(zhǔn)直鏡；

耦合接口將外部輸入的N根激光束耦合，將耦合后的激光束發(fā)送給準(zhǔn)直鏡，準(zhǔn)直鏡將耦合后的激光束準(zhǔn)直化處理并發(fā)送耦合準(zhǔn)直激光束給光學(xué)勻化整形模塊。

所述光學(xué)勻化整形模塊包括：散斑勻化模塊、整形擴(kuò)束模塊；