CN101910883A - 激光瞄准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光束瞄准系统，其特征在于所述系统包括：至少一个处理激光源(S1)，用于向目标(C1)发出处理激光束(FS1、FS2)，所述处理光束(FS1)被发射通过第一反光镜(M1)的无反射性区域(Z1)，所述反光镜(M1)允许被目标反射的照明光束(FR2)返回成像系统(CA)并被接收，所述第一反光镜(M1)的低反射系数区域(Z1)产生朝向所述成像系统(CA)阴影区(ZA)；第二反光镜(M2)，接收所述处理光束，以及用于将所述处理光束朝向目标定向并反射；照明光源(E1)，用于借助照明光束(FE1)照亮所述目标；第一控制电路(CC)，用于控制所述瞄准系统朝向目标的定向；第二控制电路(CT)，用于将所述处理光束(FS1)角位移确定的角度，根据成像系统得到的图像，测量从处理光束的光斑的位置到目标的区域(P1)的位置之间的距离(D2)，并通过对应于所述测量的距离(D2)的角度在相反的方向上移动照明光束，处理光束的角位移的幅度使得目标位置的测量不被阴影区所干扰。本发明可用于激光成像系统中。

Description

激光瞄准系统
技术领域
本发明涉及一种用于瞄准激光(pointing a laser)的系统，以及特别涉及具有高平均功率的激光器。本发明还涉及激光成像系统以及用于瞄准多个光源的系统。
背景技术
在通过光学激光束进行处理的系统中，需要精确地将处理激光束瞄准待处理的目标。从而需要精确的了解处理光束在目标上的冲击点。
为此，已知使用能够具有目标图像以及处理光束在目标上的冲击点的成像系统。从而系统能够以得到图像为函数修改处理光束的定向。
为了执行成像，已知系统一般而言朝向目标发射照明光束。成像系统接收目标反射的光以及识别目标的位置。
但是，通常使用相同的光电路进行处理光束的发射和照明光束的发射。从而发射处理光束的系统，特别是在目标具有小尺寸的情况下，会干扰成像系统的接收。
本发明能够克服这个缺点。
本发明特别用于瞄准系统中，其中反射系统能够使用相同的光学元件进行处理光束的发射和成像。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于瞄准激光束的系统，其特征在于，所述系统包括：
-至少一个处理激光源，用于向目标发出处理激光束，所述处理光束被传输通过第一反光镜的无反射性区域，所述反光镜允许目标反射的光返回到成像系统，所述第一反光镜的低反射系数区域包括朝向成像系统的阴影区；
-第二反光镜，接收所述处理光束，以及用于将所述处理光束朝向目标定向并反射；
-照明光源，用于借助照明光束照亮所述目标；
-第一控制电路，用于控制所述瞄准系统朝向目标的定向；
-第二控制电路，用于将所述处理光束角位移确定的角度，根据成像系统得到的图像，测量从处理光束的光斑的位置到目标的区域的位置之间的距离，然后通过对应于所述测量距离的角度相反的移动照明光束，处理光束的角位移的幅度使得目标的位置的测量不被阴影区所干扰。
反光镜M2满足双重的功能：通过CT并根据CA输出的信号，精细的稳定瞄准，以及移动处理光束从而避免阴影区引起的干扰。
这两个功能可以通过两个专门的反光镜实现(一个提供精细的稳定以及另一个实现转移)，从而缩短处理光束离开目标的时间，同时减小转移反光镜的惯性。
根据本发明的一个实施例，所述处理光束被传输通过第一反光镜的无反射性区域，所述反光镜允许被目标反射的光返回到成像系统。该第一反光镜的低反射系数区域引起朝向成像系统的阴影区。
根据该实施例，所述处理光束在成像系统中角位移的所述角度对应于所述阴影区的直径。
根据另一可选实施例，本发明的系统包括第三反光镜，其用于朝向所述目标反射从第二反光镜接收的光，或者反过来朝向第二反光镜反射从目标接收到的光，该第三反光镜能够调节从第二反光镜接收到的光束的聚焦。
根据另一可选实施例，本发明的系统包括第四反光镜，其接收从第一反光镜接收到的光，并将其朝向成像系统反射。
根据本发明的有利的实施例，所述处理光束具有第一波长或者波长范围，以及所述照明光束具有与第一波长或波长范围不同的第二波长或波长范围。该系统进一步包括位于第一反光镜和成像系统之间的光谱滤波器，用于仅将第二波长或波长范围传输到成像系统。
有利地，处理激光源包括发射光纤或多个发射光纤的组件，其一端和所述反射面平齐。所述端的表面构成反射性很弱或者无反射性的所述区域。反射面和所述端的表面位于相同平面中以及相对于发射光纤或发射光纤的组件的轴倾斜。
根据可选实施例，所述第一反光镜包括镀有体衍射光栅的面，其在所述区域中包括用于所述处理光束穿过的孔，并利用被目标反射之后照明激光发出的辐射的准单色特性的守恒，从而在角度上将处理路径从成像路径中分离出来。
附图说明
参考下列描述和附图，本发明的不同主题和特点将变得更显而易见，其中：
图1描述了应用本发明的光学成像系统的典型的实施例，
图2a到图2e描述了根据本发明的光学瞄准方法的示例，
图3和图4描述了本发明的方法和系统中可能使用的反光镜的典型的实施例，
图5显示了采用根据本发明的方法的光学瞄准系统。
具体实施方式
参考图1，首先描述应用本发明的用于瞄准激光束的系统的示例。
根据该示例，光纤2穿过反光镜M1。反光镜M1的反射表面1具有无反射性(或相对于整个表面1反射性很弱)的区域z1，光纤2可以穿过所述区域z1向目标C1的局部区域发出处理光束FS1。在该条件下，光源可以穿过该区域z1发出光束，但是另一方面入射到反射镜M1上的光被除区域z1之外的反射表面1反射。
此外，目标C1被成像光束FE1照亮。反过来，目标C1反射光束FR1。后者被反光镜M1的表面1以光束FR2的形式向成像系统或照相装置3反射。从而，显示图像4是目标的图像。此外，光束FR1到达反光镜的区域z1的部分不被(或几乎不被)反光镜M1反射。从而在目标的图像4中，具有将被我们称为“盲区”的低亮度区域5。该区域对应于反光镜M1的区域z1。在该区域中，照相装置看不到目标的细节。
从而图1中的成像系统能够显现光纤2发出的光束FS1在目标C1上的冲击区域。通过显现照相装置得到的图像4，操作者或者图像处理系统从而能够通过修改光束FS1的定向和/或聚焦来修改目标上的冲击区域。
图2a显示了照相机显示屏上被成像光束(图1中的FE1)照亮的区域EC的图像(图中的点和虚线)。在区域EC中具有光源S1发出的处理光斑SP，所述处理光斑SP位于如上文解释的阴影区或盲区ZA中。
在图2b中显示的大目标C2的情况下，盲区ZA小于目标，以及光斑SP能够位于目标上。
但是在小目标C3的情况下(图2)，目标C3的图像完全包含于盲区ZA中，从而借助于照相机不可见或难以看见目标C3的图像。由此，通过照相装置得到的图像不能精确定位目标的位置，以及特别是目标上的处理光束的冲击区域。
从而本发明涉及能够克服该缺陷的方法。
根据本发明的方法，执行处理光束FS1向目标的预瞄准。根据现有技术执行该预瞄准，而不需要很高的精确性。
小目标在照相装置中的图像被包含于盲区ZA中，在这种情况下，本发明的方法包括使处理光束FS2(图2)角位移一个已知角度，从而相对于照相装置的图像上的目标偏移盲区，偏移距离D1至少等于盲区的直径。在图2d中，得到的图像不再具有位于目标C3上的盲区(图中的点和虚线)，其现在偏移距离D1。
在这些情况下，照相机能够看到如图2d的图像，该图2d一方面显示了目标C3，另一方面显示了盲区ZA。
在图2d中，在盲区ZA的中心指出了处理光束SP的光斑。
借助于图2d中的图像，测量盲区的中心(对应于处理光束的光斑的中心)和将要被处理光束处理的目标C3的确定区域P1之间的距离。
通过以这种方式确定的对应于距离D2的角度，执行处理光束的逆角位移。然后，系统可以向目标的区域P1发出处理光束。
如图2e所示，处理光束的干扰可以不超过150μs每毫秒，即发出的处理激光可以被中和的时间的15％，从而不影响总效率同时确保与处理激光相关的照相机的光子独立。
在图1的系统中，反光镜M1可以借助于已经嵌入光纤2的模块而制造。模块B1的一个面1沿相对于光纤2的轴倾斜的面被机械加工。然后，该面1被制成具有反射性(例如金属化)，以及在得到的反射表面中区域z1被制成无反射性的。这样，例如通过光纤2传输能量足够的光束，从而在区域z1的位置破坏反射表面。
图4显示了反光镜M1的可选的实施例。其包括支撑板S1，其一面镀有聚合物材料层，其中具有体衍射光栅(布拉格光栅)。此外，孔T1穿过支撑板和衍射光栅，从而可以安装光纤(或光纤束)，光纤的发射端允许通过区域z1而发出光。
参考图5，将描述用于执行根据上述发明的瞄准方法的更完整的瞄准系统。
光源S1穿过第一反光镜M1发出光束FS1。该反光镜是例如参考图3和图4所描述的反光镜。从而穿过反光镜的光束的发射区域z1是无反射性或具有弱反射性的。
用于定向光束的第二反光镜M2将光束向第三反光镜M3反射，所述第三反光镜M3使光束向目标C1上的待处理区域Z1聚焦。
瞄准调节光源E1发出在照明区域Z2上照亮目标C1的光束FE1。该区域Z2具有远大于区域Z1的面积，并包围区域Z1。
光束FE1的至少一部分光被目标向反光镜M3反射，反光镜M3将光向反光镜M2反射。然后光被反光镜M1反射，然后再通过反光镜M4向照相机CA反射。
然而，如上所述，通过其发射光束FS1的反光镜M1的区域z1不具有强的反射性。从而在照相机CA所接收的目标的图像中，相对于目标的图像的其余部分，盲区ZA显示出较低的亮度或者不同的颜色。因此通过照相机得到的图像能够定位盲区ZA。
对于处理激光束FS2的瞄准的控制，系统包括用于控制图5中所示的整个瞄准系统的中央控制电路CC，从而光束FS2和FE1基本瞄准待处理的目标C1。
根据IR成像系统所提供的数据执行该预瞄准，所述IR成像系统在标准偏差3σ下以500微弧度(μradian)的精度覆盖1度到3度的范围。
然后图5中的瞄准系统投入运转。照明光源发出光束FE1，所述光束FE1被目标C1反射。如上文所述，照相装置接收目标的图像。
图像被传输到识别盲区ZA的尺寸及其在目标上的位置的处理电路CT。
如果盲区的尺寸大于(或可选的等于)目标的尺寸，处理电路执行反光镜M2的角位移，从而对光束FS2角位移这样的一个值，即盲区ZA在照相装置中偏移的距离至少等于盲区的直径。
照相装置得到的图像被传输给处理电路CT，所述处理电路CT测量盲区中心和待处理的目标C1的被选择区域之间的距离。
然后经过连接ct1，处理电路CT控制反光镜M2的定向，从而以已经执行的测量的结果为函数调节光束FS2的方向。经过连接ct2，也可以控制反光镜M3从而调整聚焦。
照相装置也可以使用工作在1.5微米光谱范围的照相机，其通过与照明激光产生的短脉冲(～0.5μs)的返回同步的快门系统在1kHz的速率下操作，所述照明激光总是提供目标分辨率在0.15到0.3米的图像，其中采样速率适合于所需的频带从而校正位于发射光学元件和目标之间的大气路径的波动。
在图5的系统中，光源S1和E1发出的波长有利的具有不同的值。特别是，光源E1发出的波长不包含于光源S1的波长范围中。然后，本发明提供光谱滤波器F1，其允许光源E1发出的波长(或波长范围)被传输到照相机。这就减小了被目标反射的光束FS2的波长将被返回的风险，从而避免破坏照相机得到的图像。
例如，光源E1发出的波长可以是1.5微米，而光源S1可以发出大约1.08微米的波长。

Claims (7)

1.一种用于瞄准激光束的系统，其特征在于，所述系统包括：
至少一个处理激光源(S1)，用于向目标(C1)发出处理激光束(FS1、FS2)，所述处理光束(FS1)被传输通过第一反光镜(M1)的无反射性区域(z1)，所述反光镜(M1)允许被目标反射的照明光束(FR2)返回到成像系统(CA)并被接收，所述第一反光镜(M1)的低反射系数区域(z1)产生朝向成像系统(CA)的阴影区(ZA)；
第二反光镜(M2)，接收所述处理光束，以及用于将所述处理光束朝向目标定向并反射；
照明光源(E1)，用于借助照明光束(FE1)照亮所述目标；
第一控制电路(CC)，用于控制所述瞄准系统朝向目标的定向；
第二控制电路(CT)，用于将所述处理光束(FS1)角位移确定的角度，根据成像系统得到的图像，测量从处理光束的光斑的位置到目标的区域(P1)的位置之间的距离(D2)，然后通过对应于所述测量的距离(D2)的角度相反的移动照明光束，处理光束的角位移的幅度使目标的位置的测量不被阴影区所干扰。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于处理光束(FS1)在成像系统(CA)中角位移的所述角度对应于所述阴影区(ZA)的直径。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于所述系统包括第三反光镜(M3)，所述第三反光镜(M3)用于朝向所述目标(C1)反射从第二反光镜(M2)接收的光，或者反过来朝向第二反光镜反射从目标接收的光，该第三反光镜(M3)能够调节从第二反光镜(M2)接收到的光束的聚焦。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于所述系统包括第四反光镜(M4)，所述第四反光镜(M4)接收从第一反光镜(M1)接收到的光，并将其朝向成像系统(CA)反射。
5.如权利要求1到4的任一项所述的系统，其特征在于所述处理光束(FS1)具有第一波长或者波长范围，以及所述照明光束(FE1)具有与第一波长或波长范围不同的第二波长或波长范围，该系统进一步包括位于第一反光镜(M1)和成像系统(CA)之间的光谱滤波器(F1)，用于仅将第二波长或波长范围传输到成像系统。
6.如权利要求1到5的任一项所述的系统，其特征在于处理激光源(S1)包括发射光纤或多个发射光纤的组件，其一端和所述反射面(1)平齐，所述端的表面构成反射性很弱或者无反射性的所述区域(z1)，反射面和所述端的表面位于相同平面中以及相对于发射光纤或发射光纤的组件的轴倾斜。
7.如权利要求1到6的任一项所述的系统，其特征在于所述第一反光镜(M1)包括镀有体衍射光栅的面，所述面在所述区域(z1)中包括用于所述处理光束(FS1)穿过的孔，其衍射效率被确定从而偏转被目标反射的照明激光的准单色辐射。
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Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20101208