CN102162729B - 基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法 - Google Patents

基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法 Download PDF

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Abstract

基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法，属于空间光通信技术领域。它是为了测量空间光通信终端的发射光轴与机械基准面之间的夹角。它将立方棱镜粘接于机械基准面上，用自准直仪发射激光光束，经半透半反镜反射到立方棱镜的前反射面，使立方棱镜的反射光束与入射光束相重合，确定被测光通信终端的机械基准面轴线，立方棱镜反射回的光束经半透半反镜透射，并经长焦透镜聚集后在CCD探测器上成点像，记录CCD探测器的第一次光斑位置读数，再控制激光器输出光束，经长焦透镜聚集后在CCD探测器上成点像，记录CCD探测器的第二次光斑位置读数，计算获得所述夹角。本发明用于测量光通信终端的激光发射轴与机械基准面之间的夹角。

Description

基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法
技术领域
本发明涉及一种基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法，属于空间光通信技术领域。
背景技术
空间光通信终端的光束发散角极小、指向控制精度要求高，因此在空间光通信系统的研制过程中，光通信终端的发射光轴与光通信终端机械承载平台的基准面间的夹角需要准确测量。目前大多数光学系统对光学轴与机械轴间的角度差要求并不严格，不需要对其间的差异进行测量，因此目前尚缺乏针对空间光通信终端发射光轴与机械基准面之间夹角的测量方法。
发明内容
本发明的目的是为了测量空间光通信终端的发射光轴与机械基准面之间的夹角，设计了一种基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法。
本发明的测量方法为：
将立方棱镜粘接于被测光通信终端的机械基准面上，使立方棱镜的前反射面与被测光通信终端的机械基准面平行，采用自准直仪发射激光光束，使所述激光光束经半透半反镜反射后入射到立方棱镜的前反射面，通过调整自准直仪的角度，使经立方棱镜的前反射面反射的反射光束与其入射光束相重合，确定出被测光通信终端的机械基准面轴线；
所述立方棱镜反射回的光束经半透半反镜透射，并经长焦透镜聚集后在CCD探测器上成点像，记录CCD探测器的第一次光斑位置读数，并关闭自准直仪；
然后控制被测光通信终端的激光器输出光束，所述激光器的输出光束经长焦透镜聚集后在CCD探测器上成点像，记录CCD探测器的第二次光斑位置读数；
根据CCD探测器的两次光斑位置读数进行计算，获得被测光通信终端激光器输出光束的发射轴与所述机械基准面在方位方向的夹角和在俯仰方向的夹角。
本发明的优点是：本发明方法利用立方棱镜、自准直仪、长焦透镜与CCD探测器精确确定出被测光通信终端机械基准面轴线及激光器输出光束的发射轴线，进而精确得出机械基准面轴线与激光器输出光束的发射轴线间的夹角，其精度优于0.1μrad。
本发明方法测量精度高、成体低，易于实现，在空间光通信系统的研制过程中具有极大的应用价值。
附图说明
图1为确定被测光通信终端的机械基准面轴线的方法示意图；
图2为被测光通信终端激光器输出光束的发射轴的测量方法示意图；
图3为CCD探测器的成像面上成点像的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述的测量方法为：
将立方棱镜1粘接于被测光通信终端2的机械基准面上，使立方棱镜1的前反射面与被测光通信终端2的机械基准面平行，采用自准直仪3对其精度有要求的话，请给出参数发射激光光束，使所述激光光束经半透半反镜4反射后入射到立方棱镜1的前反射面，通过调整自准直仪3的角度，使经立方棱镜1的前反射面反射的反射光束与其入射光束相重合，确定出被测光通信终端2的机械基准面轴线；
所述立方棱镜1反射回的光束经半透半反镜4透射，并经长焦透镜5聚集后在CCD探测器6上成点像，记录CCD探测器6的第一次光斑位置读数，并关闭自准直仪3；
然后控制被测光通信终端2的激光器2-1输出光束，所述激光器2-1的输出光束经长焦透镜5聚集后在CCD探测器6上成点像，记录CCD探测器6的第二次光斑位置读数；
根据CCD探测器6的两次光斑位置读数进行计算，获得被测光通信终端2激光器2-1输出光束的发射轴与所述机械基准面在方位方向的夹角和在俯仰方向的夹角。
本实施方式提供了一种简洁的空间光通信终端激光发射轴与机械基准面夹角的精确测量方法。将立方棱镜1粘接于被测光通信终端2的机械基准面上，则立方棱镜1的前反射面与机械基准面平行；通过调整自准直仪3的角度，使半透半反镜4的反射光束与立方棱镜1反射回的光束相重合，此时入射到长焦透镜5的光束与所述机械基准面的轴线相重合，即确定了被测光通信终端2的机械基准面轴线。
具体实施方式二：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述CCD探测器6位于长焦透镜5的焦平面上。
具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述根据CCD探测器6的两次光斑位置读数进行计算的方法为：设定CCD探测器6的第一次光斑位置读数为(X0，Y0)，第二次光斑位置读数为(X1，Y1)，计算被测光通信终端2激光器2-1输出光束的发射轴与所述机械基准面在方位方向的夹角α为：
α = X 1 - X 0 f , 式中f为长焦透镜5的焦距；
被测光通信终端2激光器2-1输出光束的发射轴与所述机械基准面在俯仰方向的夹角β为：
β = Y 1 - Y 0 f .

Claims (3)

1.一种基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法，其特征在于：它的测量方法为：
将立方棱镜(1)粘接于被测光通信终端(2)的机械基准面上，使立方棱镜(1)的前反射面与被测光通信终端(2)的机械基准面平行，采用自准直仪(3)发射激光光束，使所述激光光束经半透半反镜(4)反射后入射到立方棱镜(1)的前反射面，通过调整自准直仪(3)的角度，使经立方棱镜(1)的前反射面反射的反射光束与其入射光束相重合，确定出被测光通信终端(2)的机械基准面轴线；
所述立方棱镜(1)反射回的光束经半透半反镜(4)透射，并经长焦透镜(5)聚集后在CCD探测器(6)上成点像，记录CCD探测器(6)的第一次光斑位置读数，并关闭自准直仪(3)；
然后控制被测光通信终端(2)的激光器(2-1)输出光束，所述激光器(2-1)的输出光束经长焦透镜(5)聚集后在CCD探测器(6)上成点像，记录CCD探测器(6)的第二次光斑位置读数；
根据CCD探测器(6)的两次光斑位置读数进行计算，获得被测光通信终端(2)激光器(2-1)输出光束的发射轴与所述机械基准面在方位方向的夹角和在俯仰方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法，其特征在于：所述CCD探测器(6)位于长焦透镜(5)的焦平面上。
3.根据权利要求1或2所述的基于立方棱镜的激光发射轴与机械基准面夹角的测量方法，其特征在于：所述根据CCD探测器(6)的两次光斑位置读数进行计算的方法为：设定CCD探测器(6)的第一次光斑位置读数为(X0，Y0)，第二次光斑位置读数为(X1，Y1)，计算被测光通信终端(2)激光器(2-1)输出光束的发射轴与所述机械基准面在方位方向的夹角α为：
α = X 1 - X 0 f , 式中f为长焦透镜(5)的焦距；
被测光通信终端(2)激光器(2-1)输出光束的发射轴与所述机械基准面在俯仰方向的夹角β为：
β = Y 1 - Y 0 f .
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