[發(fā)明專利]調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210976560.5
• 申請(qǐng)日: 2022-08-15
• 公開（公告）號(hào): CN115541195A
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱浩;劉柯;郭天茂;王曉光;鮑晨興;滕曉;王鍇磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 北京艾緯鉑知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 16101
• 代理人: 梁倩

本發(fā)明提出了一種調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)在調(diào)焦過程中的光軸指向的高精度測(cè)量。本發(fā)明利用長(zhǎng)距離直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和光斑位置探測(cè)裝置，記錄不同空間位置處調(diào)焦光源發(fā)射系統(tǒng)出射光的匯聚位置，計(jì)算調(diào)焦過程中系統(tǒng)光軸的指向變化，通過直接接收調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)出射的光斑，測(cè)量長(zhǎng)距離范圍內(nèi)光斑的位置變化，解決了調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)在調(diào)焦過程中的光軸指向的高精度測(cè)量問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光軸指向檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)裝置及方法。

背景技術(shù)

在激光精密測(cè)量領(lǐng)域，越來越多的使用調(diào)焦式激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)射激光。通過調(diào)焦，可以將出射激光準(zhǔn)確地匯聚在被測(cè)物體表面，提高了光能利用率和空間分辨率。由于調(diào)焦機(jī)構(gòu)的加工、裝調(diào)存在誤差，調(diào)焦過程中出射激光的光軸方向?qū)?huì)發(fā)生變化。這將導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。例如在精密激光測(cè)距時(shí)，如果發(fā)射激光的光軸發(fā)生變化，則實(shí)際測(cè)量的方向發(fā)生變化，造成測(cè)量不準(zhǔn)確。因此需要對(duì)光學(xué)系統(tǒng)調(diào)焦過程中光軸的指向變化進(jìn)行測(cè)量。

現(xiàn)有的檢測(cè)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)光軸指向變化的裝置有：檢調(diào)管、內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡、基于PSD以及四象限探測(cè)器等位置敏感元件的檢測(cè)裝置。

其中，檢調(diào)管可以建立一系列由近距離到無窮遠(yuǎn)的虛像，相當(dāng)于同軸目標(biāo)。被檢測(cè)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)通過調(diào)焦對(duì)這一些列目標(biāo)成像，通過圖像判斷被檢測(cè)調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的光軸指向。這種方法只能對(duì)用于成像的調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行光軸指向檢測(cè)，不適用于調(diào)焦式激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的光軸檢測(cè)。

內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡自身具有調(diào)焦功能，可以接收調(diào)焦式激光發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的光束并匯聚在其內(nèi)部的分劃板上。如果被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)存在光軸指向變化，則內(nèi)在調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡分劃板上可以測(cè)量出光斑的橫向位移。這種方法的問題在于，內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡在測(cè)量的時(shí)候也需要調(diào)焦，其自身的光軸在調(diào)焦過程中也會(huì)發(fā)生變化，通常會(huì)達(dá)到4″～10″，不滿足高精度光軸指向精度檢測(cè)的需求。

基于PSD以及四象限探測(cè)器等位置敏感元件的檢測(cè)裝置可以接收調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出的激光，分析出射光的光軸與探測(cè)器交點(diǎn)的位置。但是這種方式中傳感器的有效面積通常較小，隨著被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)調(diào)焦，照射到探測(cè)器表面的光斑將變大，當(dāng)光斑超出探測(cè)器的敏感面后，無法使用。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)裝置及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)在調(diào)焦過程中的光軸指向的高精度測(cè)量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)裝置，包括直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、光斑位置探測(cè)單元以及指示激光器；其中直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括基座、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)以及位置測(cè)量裝置，所述位置測(cè)量裝置用于對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)量；光斑位置探測(cè)單元包括安裝在同一基體上的兩個(gè)光斑位置探測(cè)器，一個(gè)記錄調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)的光斑位置變化，另一個(gè)用于記錄指示激光器發(fā)出的光；指示激光器發(fā)出準(zhǔn)直的可見光，作為方向基準(zhǔn)；測(cè)量初始狀態(tài)，光斑位置探測(cè)單元固定在直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，且兩個(gè)探測(cè)器的光敏面與運(yùn)動(dòng)軸線垂直；指示激光器以及被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)放置在直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軸線的延長(zhǎng)線上，與直線運(yùn)動(dòng)平臺(tái)分離，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)移動(dòng)至與被測(cè)光學(xué)系統(tǒng)距離最近處。

其中，所述調(diào)焦光源發(fā)射系統(tǒng)，以激光作為光源。

其中，所述位置測(cè)量裝置為光柵尺或激光干涉儀。

其中，所述探測(cè)器為圖像或光斑位置敏感元件。

本發(fā)明還提供了一種調(diào)焦光源發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)光軸指向檢測(cè)方法，采用本發(fā)明所述的裝置實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，包括如下步驟：

步驟1，將檢測(cè)裝置調(diào)整到測(cè)量初始狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)此時(shí)的位置定為0點(diǎn)；