高精度光束同軸度調整方法技術

高精度光束同軸度調整方法，本發明專利技術涉及收發共用同一天線的光學系統的發射光路與接收光路的同軸度調整方法。它克服了現有方法難以滿足高精度應用的需求以及不能用于大孔徑天線光學系統的缺陷。本方法首先由被測光學系統的發射光路１發射激光束，激光束經分光鏡２、光學天線３在長焦平行光管４的焦點處聚焦成一點像，用ＣＣＤ探測器６對點像的光斑位置進行測定，由圖像采集卡和計算機對點像的圖像和位置數據進行接收、記錄和計算；關閉１，將遮光板８小孔的中心調整到步驟一的點像光斑位置；在４的焦點位置處安裝照明光源９，９通過小孔、４和２向被測光學系統的接收光路１０發射光束；以步驟三中透射過分光鏡２的光束為基準軸調整１０。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及收發共用同一天線的光學系統的發射光路與接收光路同軸度的調整方法。
技術介紹
在研制收發共用同一天線的光學系統時，發射光路與接收光路的同軸度是被嚴格要求的重要參數之一。現有的同軸度調整方法，是由發射光路經天線輸出光場，利用角棱鏡將其沿原路反射回接收天線進入接收光路，以此入射光為基準軸，對接收光路進行調整，以保證發射、接收光路的同軸性。由于角棱鏡加工精度的限制，發射光場并不嚴格按原路返回，使得發射、接收光路同軸度的精度僅能達到數十μrad，不能滿足高精度應用需求。另一方面由于大孔徑角棱鏡較難加工，因此此方法在大孔徑天線光學系統中難以得到應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種，以克服現有的光束同軸度調整方法精度低、難以滿足高精度應用的需求以及不能用于大孔徑天線光學系統的缺陷。本專利技術的方法通過如下步驟實現一、首先由被測光學系統的發射光路1發射激光束，激光束經分光鏡2的反射和光學天線3的擴束后入射長焦平行光管4，在長焦平行光管4的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕5在長焦平行光管4的焦平面處對點像進行接收，用帶有顯微鏡頭6-1的CCD探測器6對點像的光斑位置進行測定，由圖像采集卡11和計算機7對點像的圖像和位置數據進行接收、記錄和計算；二、關閉發射光路1，將顯微鏡頭6-1前的半透明屏幕5換成開有小孔8-1的遮光板8，在CCD探測器6的監控下，將小孔8-1的中心調整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器6，在長焦平行光管4的焦點位置處安裝照明光源9，照明光源9通過小孔8-1、長焦平行光管4、光學天線3和分光鏡2向被測光學系統的接收光路10發射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡2的光束為基準軸調整接收光路10，從而使接收光路10與透射過分光鏡2的光束同軸。本專利技術由于小孔的位置與發射光路發射的激光光束成像點位置相同，因此照明光源照射到接收光路中去的入射光與被測光學系統的發射光軸同軸。利用此入射光為基準調整被測光學系統的接收光路即可保證其發射與接收系統的同軸性。本專利技術利用長焦距平行光管、高精度CCD探測器、計算機圖像處理系統，將基準軸與發射光路的同軸度提高到0.1μrad的數量級，滿足高精度調整要求。本專利技術中沒用到角棱鏡，，不會受大孔徑角棱鏡較難加工的限制，可將此方法廣泛應用于具有大孔徑光學天線的光收發系統中。附圖說明圖1是本專利技術步驟一的示意圖，圖2是本專利技術步驟二的示意圖，圖3是本專利技術步驟三和四的示意圖。具體實施例方式具體實施方式一下面結合圖1至圖3具體說明本實施方式。本實施方式通過以下步驟實現一、首先由被測光學系統的發射光路1發射激光束，激光束經由分光鏡2的反射和光學天線3的擴束后入射長焦平行光管4，在長焦平行光管4的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕5(普通的毛玻璃即可)在長焦平行光管4的焦平面處對點像進行接收，用帶有顯微鏡頭6-1的CCD探測器6對點像的光斑位置進行測定，由圖像采集卡11和計算機7對點像的圖像和位置數據進行接收、記錄和計算；二、關閉發射光路1，將顯微鏡頭6-1前的半透明屏幕5換成開有小孔8-1的遮光板8，在CCD探測器6的監控下，將小孔8-1的中心調整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器6，在長焦平行光管4的焦點位置處安裝照明光源9，照明光源9通過小孔8-1、長焦平行光管4、光學天線3和分光鏡2向被測光學系統的接收光路10發射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡2的光束為基準軸調整接收光路10，從而使接收光路10與透射過分光鏡2的光束同軸。本實施方式中長焦平行光管4選用焦距12m、口徑400mm并帶有配套照明光源的長焦平行光管。CCD探測器6選用臺灣敏通公司生產的MTV-1801面陣式CCD攝像機，其主要參數如下光譜響應范圍400nm～1100nm；像元數795(H)×596(V)；像元尺寸10μrad；行頻15625Hz；場頻50Hz；分辨率600TVL；探測靈敏度0.02lx；信噪比大于46dB；工作溫度-10℃～50℃；電源DC12V(2W)。對應±1mrad的光束偏轉范圍，取CCD的有效像元數目為500(H)×500(V)，利用此CCD光斑間距探測精度可達1μm。顯微鏡頭6-1選用日本CBC公司的COMPUTAR MLM-3XMP型顯微鏡頭，其主要參數如下放大倍率0.3～1.0，工作距離90mm，焦距90mm，D/f＝1∶4.5。圖像采集卡11采用基于1394協議的視頻圖像采集卡，將圖像信息輸入計算機7。遮光板8上的小孔8-1直徑為0.1mm，采用針孔濾波器作為小孔光闌，將小孔光闌至于平行光管焦平面處，在CCD探測器位置不變的情況下監測小孔中心位置，同時進行調整，使其中心與被測系統發射光路點像光斑位置重合。具體實施方式二本實施方式與實施方式一的不同之處是在步驟一中計算機7通過閾值判斷法讀取入射到CCD探測器6的點像光斑灰度值，并由式(1)、(2)計算光斑中心坐標。Xc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)xiΣni=1(gi-B)u(gi-B)---(1)]]>Yc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)yiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(2)]]>其中，n為采樣窗口中像素的個數，gi為像素的灰度值，B為采樣閾值，u(x)為單位階躍函數，(xi，yi)為像素的坐標。如此設置，能夠量化點像的光斑位置坐標，提高遮光板8的小孔8-1與點像光斑位置的重合精度。其它的步驟與實施方式一相同。權利要求1.，其特征在于通過如下步驟實現一、首先由被測光學系統的發射光路(1)發射激光束，激光束經分光鏡(2)的反射和光學天線(3)的擴束后入射長焦平行光管(4)，在長焦平行光管(4)的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕(5)在長焦平行光管(4)的焦平面處對點像進行接收，用帶有顯微鏡頭(6-1)的CCD探測器(6)對點像的光斑位置進行測定，由圖像采集卡(11)和計算機(7)對點像的圖像和位置數據進行接收、記錄和計算；二、關閉發射光路(1)，將顯微鏡頭(6-1)前的半透明屏幕(5)換成開有小孔(8-1)的遮光板(8)，在CCD探測器(6)的監控下，將小孔(8-1)的中心調整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器(6)，在長焦平行光管(4)的焦點位置處安裝照明光源(9)，照明光源(9)通過小孔(8-1)、長焦平行光管(4)、光學天線(3)和分光鏡(2)向被測光學系統的接收光路(10)發射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡(2)的光束為基準軸調整接收光路(10)，從而使接收光路(10)與透射過分光鏡(2)的光束同軸。2.根據權利要求1所述的，其特征在于在步驟一中計算機(7)通過閾值判斷法讀取入射到CCD探測器(6)的點像光斑灰度值，并由式(1)、(2)計算光斑中心坐標Xc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)xiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(1)]]>Yc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)yiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(2)]]>其中，n為采樣窗口中像素的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
高精度光束同軸度調整方法，其特征在于通過如下步驟實現：一、首先由被測光學系統的發射光路（１）發射激光束，激光束經分光鏡（２）的反射和光學天線（３）的擴束后入射長焦平行光管（４），在長焦平行光管（４）的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕（５）在長焦平行光管（４）的焦平面處對點像進行接收，用帶有顯微鏡頭（６－１）的ＣＣＤ探測器（６）對點像的光斑位置進行測定，由圖像采集卡（１１）和計算機（７）對點像的圖像和位置數據進行接收、記錄和計算；二、關閉發射光路（１），將顯微鏡頭（６－１）前的半透明屏幕（５）換成開有小孔（８－１）的遮光板（８），在ＣＣＤ探測器（６）的監控下，將小孔（８－１）的中心調整到步驟一的點像光斑位置；三、移除ＣＣＤ探測器（６），在長焦平行光管（４）的焦點位置處安裝照明光源（９），照明光源（９）通過小孔（８－１）、長焦平行光管（４）、光學天線（３）和分光鏡（２）向被測光學系統的接收光路（１０）發射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡（２）的光束為基準軸調整接收光路（１０），從而使接收光路（１０）與透射過分光鏡（２）的光束同軸。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馬晶，譚立英，韓琦琦，于思源，
申請(專利權)人：哈爾濱工業大學，
類型：發明
國別省市：93[中國|哈爾濱]