[發明專利]光束落點位置反饋裝置

有效

• 申請號: 201910225912.1
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109901631B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 唐順興;朱健強;李學春;朱寶強;楊琳;姜秀青;郭亞晶;樊全堂;楊朋千;劉志剛;姜有恩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明提供了一種光束落點位置反饋裝置，該裝置包括模擬光源、光束傳輸系統、對接面成像光學系統和數據采集分析系統；該裝置通過增加對接面成像光學系統以及在瞄準目標面設置模擬光源，可復用光束傳輸光學系統，使該光學系統既是光束傳輸的光學系統，又可用于光束落點位置反向成像，從而實現了光束落點位置的反饋。該裝置節約光束落點位置反饋系統的造價；同時也適用于一些不宜在瞄準目標面附近放置成像系統的特殊情況。

技術領域

本發明涉及光束落點位置控制領域，特別涉及為光束指向控制和近場對準控制提供反饋，用于對激光傳輸系統、光學成像系統等的穩定性進行反饋控制。

背景技術

隨著現代光學技術的發展，在科研需求和產業需求的牽引下，無論是有源光學系統還是無源光學系統，向著大口徑、大規模、精密化和集成化方向發展成為趨勢之一。有源光學系統的典型代表是大口徑高功率激光裝置，無源光學系統的典型代表是大口徑光刻機。這些光學系統均需要對光束落點進行精密控制。影響光束落點位置的因素有很多，除了光學元件夾持機構本身的位置偏離和角度偏移外，還有外界環境因素，包括熱變化，氣流和機械振動等。除了從機械設計中消除一定的不穩定性之外，對于復雜光學系統，還設計有相應的自動準直機構，將較大的偏離量校正回到目標位置。對于一些較高頻率的抖動，小口徑的光學系統一般采用位置敏感檢測器(PSD)結合快速反射鏡的方案進行主動控制，將光束落點控制到PSD上指定的位置，其位置參考是PSD本身。但是對于大口徑光學系統，特別是復雜光學系統，不能將PSD設置為位置基準，而是需要根據落點要求，設置相應的基準。通常的做法是采用光學成像系統對光束落點位置和基準位置同時成像。在一些特殊的應用場景，例如強磁場，強電場，或者敵方陣地等，一般專門設計對應的光學系統對光束落點參考點和光束落點同時進行觀察，而這往往會增加設計建造成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種光束落點位置反饋裝置，該裝置復用光束傳輸光學系統，該光學系統既是光束傳輸的光學系統，又可用于光束落點位置反向成像，只需要額外增加對接面成像光學系統即可實現光束落點位置反饋。該裝置節約光束落點位置反饋系統的造價；對于一些不宜在瞄準目標面附近放置成像系統的特殊情況，便于實現光束落點位置的反饋。

為實現上述目標，本發明的技術解決方案如下：

該裝置包括模擬光源、光束傳輸系統、對接面成像光學系統和數據采集分析系統。傳輸對接面與瞄準目標面是光束傳輸系統的一對共軛面。待反饋光束依次經過傳輸對接面和光束傳輸系統到達瞄準目標面。模擬光源發出的模擬光束反向通過以上系統，依次經過瞄準目標面和光束傳輸系統到達傳輸對接面。對接面成像光學系統對待反饋光束在傳輸對接面的光斑圖像和模擬光束在傳輸對接面的光斑圖像同時成像，由數據采集分析系統記錄相應圖像并進行分析。

模擬光源位于瞄準目標面內，可以是發光點或者發光面，也可以是經其他光源照明的具有位置標志功能的物體。來自模擬光源的光束成為模擬光束，可進入光束傳輸系統。

光束傳輸系統既可將待反饋光束傳輸到瞄準目標面，也可以將模擬光束傳輸到傳輸對接面。

對接面成像光學系統可以利用正向通過傳輸對接面的待反饋光束和反向通過傳輸對接面的模擬光束的采樣光對傳輸對接面實現正向和反向同時成像。

數據采集分析系統包括圖像采集系統和數據處理系統；所述的圖像采集系統記錄待反饋光束和模擬光束在傳輸對接面上的光斑圖像；所述的數據處理系統根據圖像采集系統采集的圖像進行圖像處理和分析，獲得光束落點相對位置信息，用于判斷光束落點是否滿足控制要求并提供反饋。

本發明所述的光束落點位置反饋裝置，具有如下優點：

(1)本裝置復用光束傳輸系統，只需要額外增加對接面成像光學系統即可實現光束落點位置反饋；

(2)本裝置用于控制光束經過光束傳輸系統傳輸到目標面的指定位置時，只需要調整光束傳輸到該對接面的空間位置與模擬光在該面上像點的空間位置之間的相對位置滿足控制要求；