CN106444002B

CN106444002B - 光学望远镜

Info

Publication number: CN106444002B
Application number: CN201610657369.9A
Authority: CN
Inventors: 杰德·伊登·唐纳德松; 约瑟夫·诺兰·帕朗托
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2015-08-13
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2021-02-09
Anticipated expiration: 2036-08-11
Also published as: JP2017037289A; EP3130955A1; US20170045731A1; EP3130955B1; JP6742151B2; CN106444002A; US10031329B2

Abstract

提供了一种光学望远镜，其包括被配置成接收和重新定向光信号的导向镜。导向镜被配置成可控地定向，以便控制该光信号重新定向的方法并且以便相应地控制视线。光学望远镜还包括束管，该束管包括转向镜，该转向镜被配置成接收来自于导向镜的光信号。光学望远镜还包括主镜，该主镜位于转向镜的下游并且被配置成使光信号准直。此外，光学望远镜包括输出镜，该输出镜被配置成接收来自于主镜的光信号并且重新定向从光学望远镜输出的光信号。输出镜被配置成可控地定向，以便控制光信号重新定向的方向并且以便相应地控制视线。

Description

光学望远镜

技术领域

示例性实施例总体上涉及一种光学望远镜，并且更特别地涉及一种可以用在包括激光测量和激光通信的多种应用中的离轴光学望远镜。

背景技术

光学望远镜广泛用于多种目的。例如，光学望远镜可以用于激光测量或者激光通信。关于激光测量，光学望远镜可以支持光探测和测距(LiDAR)，其中通过用激光照射目标并且随后分析反射的光而获得距离测量值。这样，光学望远镜可以支持地形测量。此外，光学望远镜可以支持激光通信，包括空气对地面通信、地面对地面通信、表面对地面通信、表面对表面通信和/或空气对表面通信。如这里所使用的，“表面”可以不仅指地面，也指其他类型的表面，比如水体的表面。

在一些应用中，可以分配给光学望远镜的尺寸和重量是有限的，由此也对可以用在这些应用中的光学望远镜造成了限制。此外，一些应用可能要求相对大的孔径和视域，其进而可能由于由一些光学望远镜所施加的孔径和视域的约束而对可能有效地服务于这些应用的光学望远镜造成限制。本文中，视域是当指向所有机械上可能的位置时被探测器覆盖的区域。此外，一些光学望远镜可能包括多个折射光学元件，这些折射光学元件进而可能限制或者阻止多光谱感测和激光器的集成，而该集成在一些应用中可能是所希望的。

发明内容

根据本公开内容的一个示例性实施例，提供了一种光学望远镜。由于其几何布局和其离轴构造，一个示例性实施例的光学望远镜可以具有相对小的尺寸和相对轻的重量，以便使光学望远镜能够用于很多种应用，包括对可以分配给光学望远镜的尺寸和重量造成了限制的那些应用。此外，一个示例性实施例的光学望远镜可以具有相对宽的孔径和视域，使得光学望远镜可以服务于要求宽的孔径和视域的应用。实际上，一个示例性实施例的光学望远镜在小的封装尺寸中具有大的孔径尺寸，同时提供了通过使用快速导向镜的灵活的扫描和指向、提供了由于光学望远镜的几何形状而产生的半球形视域并提供了由于闭环陀螺仪控制构造而产生的基本运动稳定性。此外，一个示例性实施例的光学望远镜限制了折射光学元件的数量，以便支持多光谱感测和激光器的集成。因此，一个示例性实施例的光学望远镜可以用在包括激光测量和激光通信的很多种应用中。

在一个示例性实施例中，提供了一种光学望远镜，该光学望远镜包括导向镜，该导向镜被配置成接收和重新定向光信号。导向镜被配置成可控地定向，以便控制光信号重新定向的方向并且以便相应地控制光学望远镜的视线。这个示例性实施例的光学望远镜还包括束管，该束管包括转向镜，该转向镜被配置成接收来自于导向镜的光信号。这个示例性实施例的光学望远镜还包括主镜，该主镜位于转向镜的下游并且被配置成使光信号准直。此外，这个示例性实施例的光学望远镜包括输出镜，该输出镜被配置成接收来自于主镜的光信号并且重新定向从光学望远镜输出的光信号。输出镜被配置成可控地定向，以便控制光信号重新定向的方向并且以便相应地控制光学望远镜的视线的仰角。

一个示例性实施例的导向镜被配置成绕第一轴线和第二轴线旋转，并且输出镜被配置成绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转。一个示例性实施例的光学望远镜还包括折叠镜，该折叠镜被配置成接收来自于转向镜的光信号并重新定向该光信号。在这个示例性实施例中，光学望远镜还可以包括辅助镜，该辅助镜被配置成接收来自于折叠镜的光信号并且将该光信号重新定向到主镜上。辅助镜可以被配置成使该光信号扩展。一个示例性实施例的光学望远镜还包括与光学望远镜的方位角关联以感测导向镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器，并包括与光学望远镜的仰角关联以感测输出镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器。一个示例性实施例的输出镜具有椭圆形状。

在另一个示例性实施例中，提供了一种光学望远镜，该光学望远镜包括基座、由基座承载的平台和从基座向外延伸的一个或多个直立支撑装置。这个示例性实施例的光学望远镜还包括导向镜，该导向镜被配置成接收和重新定向光信号。导向镜被配置成可控地旋转，以便控制光信号重新定向的方向。这个示例性实施例的光学望远镜还包括束管，该束管通过一个或多个直立支撑装置承载并且包括转向镜，该转向镜被配置成接收来自于导向镜的光信号。这个示例性实施例的光学望远镜还包括主镜，该主镜由一个或多个直立支撑装置承载并且定位在转向镜的下游，以便使光信号准直。这个示例性实施例的光学望远镜还包括输出镜，该输出镜由一个或多个直立支撑装置承载并且被配置成接收来自于主镜的光信号和重新定向从光学望远镜输出的光信号。输出镜被配置成相对于该一个或多个直立支撑装置可控地旋转，以便控制光信号重新定向的方向。

在一个示例性实施例中，导向镜被配置成绕第一轴线和第二轴线旋转，并且输出镜被配置成绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转。一个示例性实施例的光学望远镜还包括折叠镜，该折叠镜由一个或多个直立支撑装置承载并且被配置成接收来自于转向镜的光信号以及重新定向该光信号。这个示例性实施例的光学望远镜也还包括辅助镜，该辅助镜由一个或多个直立支撑装置承载并且被配置成接收来自于折叠镜的光信号以及将该光信号重新定向到主镜上。这个示例性实施例的辅助镜还可以被配置成使光信号扩展。一个示例性实施例的光学望远镜还包括与光学望远镜的方位轴线关联以感测导向镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器，并包括与光学望远镜的仰角关联以感测输出镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器。一个示例性实施例的输出镜具有椭圆形状。一个示例性实施例的基座具有柱形形状。

在另一个示例性实施例中，提供了一种光学望远镜，该光学望远镜包括基座、由基座承载的平台和从基座向外延伸的多个支柱。这个示例性实施例的光学望远镜还包括被配置成接收和重新定向光信号的导向镜。这个示例性实施例的光学望远镜还包括束管，该束管由第一支柱承载并且包括转向镜，该转向镜被配置成接收来自于导向镜的光信号以及重新定向该光信号。这个示例性实施例的光学望远镜还包括折叠镜，该折叠镜由第二支柱承载并且被配置成接收来自于转向镜的光信号以及重新定向该光信号。这个示例性实施例的光学望远镜还包括辅助镜，该辅助镜由第三支柱承载并且被配置成接收折叠镜的光信号以及重新定向该光信号。这个示例性实施例的光学望远镜还包括主镜，该主镜由第二支柱承载并且被配置成接收来自于辅助镜的光信号以及使该光信号准直。此外，这个示例性实施例的光学望远镜包括输出镜，该输出镜由第三支柱承载并且被配置成接收来自于主镜的光信号以及重新定向从光学望远镜输出的光信号。

一个示例性实施例的导向镜被配置成绕第一轴线和第二轴线旋转，并且输出镜被配置成绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转。一个示例性实施例的辅助镜被配置成使光信号扩展。一个示例性实施例的光学望远镜还包括与光学望远镜的方位轴线关联并感测导向镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器，并包括与光学望远镜的仰角关联并感测输出镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器。一个示例性实施例的基座具有柱形形状。

附图说明

如此总体上描述了本公开内容的实施例之后，现在将参考附图，这些附图没有必然按照比例绘制，并且其中：

图1是根据本公开内容的一个示例性实施例的光学望远镜的立体图；

图2是根据本公开内容的一个示例性实施例的图1的光学望远镜的截面侧视图；

图3是在与图2中所示的相反的方向上获得的图1的光学望远镜的截面侧视图；

图4是穿过本公开内容的一个示例性实施例的光学望远镜的光信号的路径的示意性表示；

图5是本公开内容的一个示例性实施例的光学望远镜的部件的框图，其图示了为了稳定的目的而使用的反馈；以及

图6是根据本公开内容的一个示例性实施例的相对于光学望远镜的视线(line ofsight)由控制器执行的操作的控制图。

具体实施方式

本公开内容的实施例现在将在下文中参考附图进行更全面的描述，其中附图中显示了一些但不是所有的实施例。实际上，这些实施例可以以许多不同的形式实现并且不应该被解释为对本文中阐述的实施例的限制；相反，这些实施例被提供使得本公开内容将满足适用的法律要求。贯穿全文，相同的标号指代相同的元件。

根据一个示例性实施例，提供了一种光学望远镜，比如体腔镜(coeloscope)。光学望远镜可以用于很多种应用，包括例如激光测量和激光通信。关于激光测量，光学望远镜可以支持地形测量和/或基于LiDAR的测量。关于激光通信，光学望远镜被配置成支持宽范围的激光通信，包括空气对地面通信、地面对地面通信、表面对地面通信、表面对表面通信和/或空气对表面通信。

虽然光学望远镜可以以多种方式配置，但在图1中描述了一种示例性实施例的光学望远镜10。如所示的，光学望远镜10包括基座12和一个或多个直立支撑装置14，该一个或多个直立支撑装置从基座向外延伸。在这个示例性实施例中，基座12具有柱形形状，并且包括该基座和该一个或多个直立支撑装置14的光学望远镜10被配置成收容在柱形体积内。在图示的实施例中，该一个或多个直立支撑装置14包括从基座12向外延伸的多个支柱，比如第一、第二和第三支柱。但是，该一个或多个直立支撑装置14可以以其他的方式配置，例如包括绕基座12的全部周边或者一部分周边向外延伸的柱形侧壁。

基座12可以安装到工作台13上，如图2和图3所示。工作台13进而可以由运载工具运载，比如飞机或者其他航空飞行器、空间飞行器、地面运载工具、船舶或者其他水基运载工具，等等。可替换地，工作台13可以是固定的结构。在光学望远镜10被配置成发射光信号的实施例中，工作台13和/或基座12可以承载或者以其他的方式容纳激光器18，激光器产生光信号21，该光信号被光学望远镜可控地发射，比如用于激光测量、激光通信或者其他的应用。此外或者可替换地，在光学望远镜被配置成接收光信号的实施例中，工作台13和/或基座12可以承载或者以其他方式容纳探测器或者其他类型的用于接收光信号的接收器。为了解释说明但是非限制的目的，光学望远镜10在下文中将连同光信号的发射一起描述，然而该光学望远镜可以同样地用于光信号的接收。

如图1以及图2和图3中的截面所示，光学望远镜10包括多个光学元件，该多个光学元件用于可控地引导激光器产生的光信号以便控制光学望远镜的方位角和仰角。在这方面，光学望远镜10包括导向镜(steering mirror)20，该导向镜被配置成接收来自于激光器18的光信号并且改变光信号的方向。典型地，导向镜20具有圆形形状，但是在图2中仅仅显示了导向镜的一半，导向镜的另一半为了图示说明的目的而去除，使得可以看到在导向镜的背后的其他部件。在图1中图3中描述的方位中，激光器由基座12或者工作台13承载并且定向以便发射光信号，该光信号向上(比如竖直地)传播穿过基座到导向镜20，该导向镜进而改变光信号的方向，比如改变到近似垂直于光信号从激光器传送到导向镜的方向的方向上。在图2和图3中描述的示例性实施例中，并且如图4中的光信号的路径的示意性表示所示，光学望远镜10(比如基座12)包括一个或多个光学元件22(比如透镜)，该光学元件定位在激光器18和导向镜20之间，以将光信号引导到导向镜。

虽然导向镜20可以以各种方式配置，但是图示的实施例的光学望远镜10包括导向镜组件，该导向镜组件包括由平台15承载并且可与该平台15一起旋转的壳体24并包括进而由该壳体承载的导向镜。导向镜20被配置成可控地定向，以便控制光信号重新定向的方向以及以便相应地控制光学望远镜10的视线。例如，导向镜20可以可控地定向，以便相应地控制光学望远镜10的视线的方位角和仰角，或者以便在第一和第二轴线分别不与方位轴线和仰角轴线对准的实施例中与方位角和仰角无关(be independent of)。在一个示例性实施例中，平台15由基座12承载并且被配置成相对于基座和工作台13旋转，其中平台的旋转进而使得导向镜20相对于基座和工作台旋转。虽然平台15可以被配置成以各种方式相对于基座12旋转，但是一个示例性实施例的光学望远镜10包括设置在基座内的方位马达29，比如直流马达。如图2和图3所示，方位马达29包括方位马达定子30、方位马达转子32、滑环刷块34和滑环转子36。此外，这个示例性实施例的基座12包括方位轴承37，该方位轴承包括方位轴承上元件38、方位轴承下元件40和方位轴承衬垫42，以便于基座相对于工作台的受控旋转。因此，基座12可以使平台15相对于工作台可控地旋转，以相应地使得导向镜20通过基座相对于工作台13旋转。

如下文中描述的以及如图5中所示，平台15以及因此导向镜20相对于基座12和工作台13的旋转可以通过控制器43(比如计算装置)引导，该控制器与方位马达29通信。控制器43可以以许多不同的方式实现。例如，控制器43可以实现为一个或多个各种硬件处理器件，比如一个或多个处理器、协同处理器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、具有或者不具有伴随的DSP的处理元件、或者包括集成电路的各种其他类型的处理电路，比如，例如ASIC(专用集成电路)、FPGA(现场可编程门阵列)、微控制器单元(MCU)、硬件加速器、专用计算机芯片，等等。

一个示例性实施例的基座12还配置成确定平台15以及相应地导向镜20相对于基座和工作台13的位置，比如旋转位置。在这方面，一个示例性实施例的基座12还包括方位位置传感器45，该方位位置传感器包括方位位置传感器毂44、方位位置传感器定子46和方位位置传感器转子48，用于确定平台15相对于工作台13的位置。此外如图5所示，方位位置传感器45可以与控制器43通信，使得控制器进而可以引导方位马达29以基于平台相对于工作台的当前位置而相对于基座12和工作台13可控地旋转平台15。

如图1和图4所示，光学望远镜10还包括束管50，该束管包括转向镜(turningmirror)52，该转向镜被配置成接收来自于导向镜20的光信号以及改变该光信号的方向。束管50还可以包括比如转向平板54的光学元件，该光学元件用于初始接收来自于导向镜20的光信号并进而用于使该光信号改变方向穿过束管到达转向镜52。这样，转向平板54和转向镜52可以定位在束管50的相对端部处。在一个示例性实施例中，转向平板可以具有椭圆形状。束管50还可选地包括一个或多个附加光学元件56，该附加光学元件定位在转向平板54与转向镜52之间，以将从导向镜20接收的光信号可控地引导到转向镜。如图1所示，束管50由直立支撑装置14中的一个或多个承载，比如由从平台15向外延伸的第一支柱承载。在图示的实施例中，转向平板54由第一支柱在邻近平台15的位置处承载，转向镜52由第一支柱的相对端在与平台间隔开的位置处承载，并且另外的光学元件56定位在它们之间。

一个示例性实施例的光学望远镜10还包括由一个或多个直立支撑装置14承载的折叠镜60，比如转向平板。在这个方面，转向平板是被配置成使光信号改变方向的平面光学元件。在图示的实施例中，折叠镜60由第二支柱承载。折叠镜60被配置成接收来自于束管50的转向镜52的光信号并且使光信号23改变方向。在这个方面，该示例性实施例的光学望远镜10还包括辅助镜62，该辅助镜由一个或多个直立支撑元件14承载，比如由第三支柱承载。辅助镜62被配置成接收来自于折叠镜60的光信号以及使该光信号改变方向。辅助镜62可以具有弯曲的形状，以便使改变方向的光信号扩展(expand)。

图示的实施例的光学望远镜10还包括主镜64，该主镜由一个或多个直立支撑装置14承载，比如由还承载折叠镜60的第二支柱承载。主镜可以相对于光学望远镜10的中心轴线90成一角度设置，以接收来自于辅助镜62的光信号25，并且进而以期望的方式使光信号27改变方向。在这个方面，主镜64可以是准直光学元件以便使该光信号准直(collimate)。一个示例性实施例的主镜被配置成在方位上可控地旋转360^o以便提供半球形的视域。

而且，图示的实施例的光学望远镜10包括输出镜66，该输出镜被配置成接收来自于主镜64的光信号27以及使从光学望远镜输出的光信号改变方向，比如以用于激光测量、激光通信或者其他应用。输出镜66也由直立支撑装置14承载，比如由还承载辅助镜62的第三支柱承载。输出镜66被配置成比如通过相对于直立支撑装置14(比如相对于第三支柱)可控地旋转而可控地定向，以便控制光信号从光学望远镜10所指向的方向，比如仰角。一个示例性实施例的输出镜66可以具有椭圆形状。在这个方面，输出镜66具有椭圆的形状，其中该椭圆具有定义了孔径(即，输出光束直径)的尺寸的短轴以及为短轴的预定倍数(比如，为短轴的值的1.4倍)的长轴。一个示例性实施例的输出镜不具有曲率，并且因此是平坦的。

虽然输出镜66可以被配置成以各种方式相对于直立支撑装置14旋转，但是一个示例性实施例的光学望远镜10包括仰角马达(elevation motor)(比如直流马达)，该仰角马达设置在直立支撑装置内和/或由直立支撑装置承载。如图2和图3所示，仰角马达包括仰角马达定子70、仰角马达转子72和俯仰轴承(比如俯仰球轴承对74)。因此，输出镜66可以相对于直立支撑装置14可控地旋转。如上文中关于平台15和导向镜20的旋转所描述的，仰角马达可以被驱动，并且输出镜66可以在控制器43的引导下可控地旋转。一个示例性实施例的光学望远镜10还被配置成确定输出镜66相对于直立支撑装置14的位置(比如旋转位置)。在这个方面，一个示例性实施例的光学望远镜10(比如直立支撑装置14)还可以包括仰角位置传感器。例如，仰角位置传感器可以通过编码器实现，该编码器例如包括编码器毂76、编码器定子78和编码器转子80，用于确定输出镜66相对于直立支撑装置14的旋转位置。仰角位置传感器可以与控制器43通信，使得控制器进而可以引导仰角马达以基于输出镜的当前旋转位置使输出镜66相对于直立支撑装置14可控地旋转。

在图示的实施例中，导向镜20被配置成绕第一轴线90和第二轴线92(比如，在图1至图3的光学望远镜10的图示方位中，分别是竖直和水平轴线)相对于工作台13旋转。此外，输出镜66被配置成绕垂直于第一轴线的第二轴线92可控地旋转。在图1至图3中描述的光学望远镜10的方位中，输出镜66被配置成绕水平轴线旋转。由于导向镜与平台15一起绕第一轴线90的旋转以及它绕第二轴线92的旋转，一个示例性实施例的导向镜20被配置成相对于工作台13重新定向，以便分别控制光学望远镜10的视线的方位角和仰角，比如光信号从该光学望远镜引导出的方位角和仰角。可替换地，导向镜20相对于第一和第二轴线的旋转是与光学望远镜10的视线的方位角和仰角无关的。此外，输出镜66被配置成比如通过可控地旋转而相对于直立支撑装置14可控地定向，以相应地控制光学望远镜10的视线的仰角，比如由该光学望远镜发射的光信号的仰角。这样，光学望远镜10可以通过有限数量的折射光学元件可控地离轴地(也就是说，沿着由方位角和仰角定义的、在与由光学望远镜10的中心轴线90所定义的方向不同的方向上延伸的视线)引导光信号，以便便于多个空间传感器和激光器的集成。通过以上文中描述的方式控制光学望远镜10的方位角以及仰角两者，光学望远镜的孔径和光学望远镜的视域在至少一些实施例中可以是相对大的。例如，一个示例性实施例的光学望远镜可以支持9厘米的孔径和半球形的视域。

一个示例性实施例的光学望远镜10被配置成提供开环稳定性，以便使由光学望远镜在动态情况下发射的光信号的视线矢量稳定。为了提供该开环稳定性，一个示例性实施例的光学望远镜10(比如图5中所示的控制器43)被配置成确定导向镜20旋转的惯性角速度和输出镜66旋转的角速度。在一个示例性实施例中，光学望远镜10包括与导向镜20关联以感测导向镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器94(比如陀螺仪传感器)，并包括与输出镜66关联以感测输出镜的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器96(比如陀螺仪传感器)。例如，与导向镜20关联的惯性角速率传感器94可以包括第一和第二陀螺仪传感器，其中该第一和第二陀螺仪传感器相互垂直地定向，以便感测导向镜的惯性角速度。类似地，与这个示例性实施例的输出镜66关联的惯性角速率传感器96可以包括第一和第二陀螺仪传感器，该第一和第二陀螺仪传感器相互垂直地定向，以便感测输出镜的惯性角速度。

控制器43可以被配置成以各种方式引导光学望远镜10的操作，比如导向镜20和输出镜66的旋转位置。但是，在光学望远镜10由运载工具或者处于运动中的其他本体承载以及由光学望远镜发出的光信号旨在瞄准目标的示例性实施例中，控制器43根据下列公式将导向镜20和输出镜66的旋转位置和惯性角速度与目标的位置关联起来：

其中，

是如由惯性角速率传感器94所确定的导向镜20的惯性角速度，

是如由惯性角速率传感器96所确定的输出镜66的惯性角速度，r是目标的范围，θ_el是如由仰角位置传感器75所确定的输出镜的旋转位置，θ_az是如由方位位置传感器45所确定的导向镜的旋转位置，v_x和v_z是来自于视线系的目标相对于地心惯性系分别在x和y方向上的相对速率，并且ω_p、ω_y和ω_r是本体系相对于地心惯性系的侧倾率、俯仰率和偏航率。v_x、v_z、ω_p、ω_y和ω_r的值可以提供到控制器，比如通过控制器与其进行通信的其他系统提供，比如承载光学望远镜10的运载工具上的导航系统，或者这些值可以由控制器确定，比如关于v_x和v_z可以由控制器确定。基于前述的公式，控制器43可以被配置成当光学望远镜10由运载工具或者处于运动中的其他本体承载时确定导向镜20和输出镜66的期望的旋转位置，以将光信号引导到目标上。图5的示例性实施例的控制器43则可以引导方位马达29和仰角马达69分别使导向镜20和输出镜66旋转到期望的旋转位置。随着目标和/或光学望远镜10的位置随时间变化时，控制器43可以重复这个过程以保证光信号保持被引导到目标处。

关于由一个示例性实施例的控制器43提供的光学望远镜10的控制，该控制器可以提供导向镜20和输出镜66的跟踪控制100以及稳定性控制102，如图6中所示。如上文中所述，例如，一个示例性实施例的控制器43被配置成基于光学望远镜10的当前视线、目标的位置和分别由方位位置传感器45和仰角位置传感器75提供的关于导向镜和输出镜的位置的信息而为导向镜20和输出镜66提供跟踪控制。这个示例性实施例的控制器43还被配置成基于分别由方位位置传感器45和仰角位置传感器75提供的关于导向镜20和输出镜66的位置的信息以及分别由角速率传感器94、96提供的关于导向镜和输出镜正在进行重新定位的速率的信息，而提供跟踪指令的稳定性控制。当被控制器43的稳定性控制102更改时，由跟踪控制发出的指令则用来适当地定位导向镜20和输出镜66，以便将光学望远镜10的视线重新定位到目标上。

由于光学望远镜的几何布局和其离轴构造，一个示例性实施例的所形成的光学望远镜10在相对小的和轻量的封装中提供了惯性稳定的视线，使得光学望远镜可以用在尺寸和重量受限的许多应用中。由于一个示例性实施例的导向镜20是快速导向镜，光学望远镜10还可以是灵活的，以便提供高带宽指向和扫描。由于由控制器提供的并且在上文中描述的控制，导向镜20的旋转位置和/或惯性角速度可以用在前馈回路(feed forward loop)中，以便稳定其余万向扰动(gimbal disturbance)。因此，一个示例性实施例的光学望远镜10在相对小的和轻量的封装中提供了仰角和方位角两者上的稳定性和控制。

根据前述的描述和相关附图的教导，本文中阐述的许多变型和其他实施例将被这些实施例所属领域的技术人员想到。因此，将被理解的是这些实施例没有被限制到被披露的那些具体实施例，并且变型和其他实施例意图被包含在后附的权利要求的范围内。而且，虽然前文中的描述和相关的附图在元件和/或功能的特定示例性组合的背景中描述了示例性实施例，但是应该被认识到的是元件和/或功能的不同组合可以被可替换的实施例提供而不脱离后附的权利要求的范围。在这个方面，例如，与上文中明确地描述的那些不同的元件和/或功能的组合也被考虑，如可以被在后附的权利要求中的一些中所阐述的一样。虽然本文中使用了的具体的术语，但是它们被仅仅以一般性的和描述性的意义使用，而不是为了限制的目的使用。

Claims

1.一种光学望远镜(10)，包括：

导向镜(20)，被配置成接收和重新定向光信号，其中所述导向镜(20)被配置成能控制地定向，以便控制所述光信号重新定向的方向并且以便相应地控制所述光学望远镜(10)的视线；

束管(50)，包括转向镜(52)，所述转向镜被配置成接收来自于所述导向镜(20)的所述光信号；

主镜(64)，位于所述转向镜(52)的下游并且被配置成使所述光信号准直；以及

输出镜(66)，被配置成接收来自于所述主镜(64)的所述光信号并且重新定向从所述光学望远镜(10)输出的所述光信号，其中所述输出镜(66)被配置成能控制地定向，以便控制所述光信号重新定向的方向并且以便相应地控制所述光学望远镜(10)的所述视线的仰角，

其中，所述光学望远镜还包括与所述光学望远镜(10)的方位轴线关联以感测所述导向镜(20)的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器(94)，并包括与所述光学望远镜(10)的仰角轴线关联以感测所述输出镜(66)的惯性角速度的一个或多个惯性角速率传感器(96)，

其中，所述光学望远镜还包括折叠镜(60)和辅助镜(62)，所述折叠镜被配置成接收来自于所述转向镜(52)的所述光信号并且重新定向所述光信号，所述辅助镜被配置成接收来自于所述折叠镜(60)的所述光信号并且将所述光信号重新定向到所述主镜(64)。

2.根据权利要求1所述的光学望远镜(10)，其中，所述导向镜(20)被配置成绕第一轴线(90)和第二轴线(92)旋转，并且所述输出镜(66)被配置成绕垂直于所述第一轴线(90)的所述第二轴线(92)旋转。

3.根据权利要求1所述的光学望远镜(10)，其中，所述辅助镜(62)被配置成使所述光信号扩展。

4.根据权利要求1所述的光学望远镜(10)，其中，所述输出镜(66)具有椭圆形状。

5.根据权利要求1所述的光学望远镜(10)，所述光学望远镜还包括：

基座、由所述基座承载的平台以及从所述基座向外延伸的一个或多个直立支撑装置(14)，

所述导向镜(20)被配置成相对于所述基座能控制地旋转，以便控制所述光信号重新定向的方向。

6.根据权利要求5所述的光学望远镜(10)，所述光学望远镜还包括仰角位置传感器(75)，所述仰角位置传感器用于确定所述输出镜(66)相对于所述直立支撑装置(14)的旋转位置。

7.根据权利要求5所述的光学望远镜(10)，所述光学望远镜还包括编码器，所述编码器用于确定所述输出镜(66)相对于所述直立支撑装置(14)的旋转位置，所述编码器包括编码器毂(76)、编码器定子(78)和编码器转子(80)。

8.根据权利要求5所述的光学望远镜(10)，所述光学望远镜还包括工作台(13)，所述基座(12)安装到所述工作台(13)上，所述工作台或所述基座容纳激光器(18)，所述激光器产生由所述光学望远镜(10)能控制地发射的所述光信号(21)，以用于执行激光测量或者激光通信。

9.根据权利要求8所述的光学望远镜(10)，所述工作台安装到飞机或者空间飞行器上。