CN108919480B - 一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置，所述装置包括第一激光器、第一快反镜组件、第二激光器、第二快反镜组件、第一合束镜、分光镜、平行光管、缩束系统和控制器。该装置利用同一台平行光管分别监测同一波段范围内多路发射激光的角度误差，进而闭环控制相应的二维摆镜，实现各路发射光束与基准光路的自动调整平行；以及利用同一台缩束系统分别监测同一波段范围内多路发射光束的位置误差，进而闭环控制相应的一维平移台，实现其中一路发射光束位置与其他路发射光束位置的自动调整重合。本发明有效减少了探测器的数量，降低了制造成本，并且确保了监测基准的统一，有利于多路激光合束对准精度的提高。

Description

一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置

技术领域

本发明涉及光电对抗领域，特别涉及一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置。

背景技术

目前，在光电对抗领域一般采用固定导光镜、固定合束镜、逐个合束的方法来实现多路激光的合束对准，该方法结构简单、制造成本低、工作可靠性高，但装调难度大、合束对准精度不高，并且装置不具有调节环节，当温度、应力等因素变化时各激光束的角差、位差无法补偿。为解决上述问题，“公开号为CN 102519305 A的中国发明专利”公开了一种用于红外多谱段激光监视对准的装置。该发明采用3个四象限探测器分别对3台激光器的发射光束进行角度监测，进而为快速反射镜提供反馈信息，实现3路出射激光的精准平行调节。但该装置只能实现3路激光束角差的自动修正，对3路光束位差的自动校正依然无能为力。而且该装置中对于每1束激光均需要1个单独的探测器进行位置监测，不仅制造成本高、占用空间大，而且该装置中3个探测器的基准位置需要精确的对比标校，限制了激光的合束对准精度。

发明内容

为此，需要提供一种用于同一波段多路激光合束的自动对准的技术方案，用以解决现有的激光合束装置对准精度有限、制造成本高、占用空间大等问题。

为实现上述目的，发明人提供了一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置，所述装置包括：第一激光器、第一快反镜组件、第二激光器、第二快反镜组件、第一合束镜、第一导光镜、分光镜、平行光管、缩束系统和控制器；

所述第一快反镜组件包括第一平移台、第一二维摆台、第一反射镜；所述第一反射镜设置于第一二维摆台上，所述第一二维摆台设置于第一平移台上；

所述第二快反镜组件包括第二平移台、第二二维摆台、第二反射镜；所述第二反射镜设置于第二二维摆台上，所述第二二维摆台设置于第二平移台上；

所述控制器分别与第一平移台、第一二维摆台、第二平移台、第二二维摆台、平行光管、缩束系统连接；

所述第一激光器发出的第一激光经过第一反射镜进入第一合束镜，所述第二激光器发出的第二激光经过第二反射镜反射后进入第一合束镜，第一激光和第二激光在第一合束镜位置进行合束，形成合光束；

所述第一导光镜设置于第一合束镜与分光镜之间；合光束经第一导光镜的透射部分为监视光束,监视光束经分光镜后，形成第一监视光束和第二监视光束，第一监视光束进入平行光管，第二监视光束进入缩束系统；

所述平行光管用于检测第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差，并生成第一反馈信息；

所述缩束系统用于检测第一激光与第二激光之间的位置偏差，并生成第二反馈信息；

所述控制器用于接收第一反馈信息，并根据第一反馈信息实时调节第一二维摆台和第二二维摆台的倾斜角度，直至第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差在第一预设误差范围内；以及用于接收第二反馈信息，并根据第二反馈信息实时调节第一平移台和第二平移台的坐标位置，直至第一激光和第二激光的位置偏差在第二预设误差范围内；

所述装置还包括第二导光镜，所述第二导光镜设置于第二激光器与第二快反镜组件之间；所述第二激光器与第一激光器设置于不同的高度位置；

第二激光经过第二导光镜发生竖直反射后进入第二反射镜，再经过第二反射镜竖直反射后进入第一合束镜；第一激光经过第一反射镜发生水平反射后进入第一合束镜。

进一步地，进入第一合束镜的两路激光相互垂直。

进一步地，所述第一导光镜用于对合光束进行反射，以使得第一预设百分比的合光束进入监视光路；第一预设百分比由第一导光镜对合光束的透射效率确定，第一预设百分比大于0且小于1％。

进一步地，所述第一导光镜用于对合光束进行反射，以使得第二预设百分比的合光束进入主应用光路；第二预设百分比由第一导光镜对合光束的反射效率确定，第二预设百分比大于99％且小于100％。

进一步地，所述第二预设百分比为99.99％，第一预设百分比为0.01％。

进一步地，所述装置还包括第三激光器、第三导光镜、第三快反镜组件和第二合束镜组件；

所述第三导光镜设置于第三激光器和第三快反镜组件之间；

所述第三快反镜组件包括第三平移台、第三二维摆台、第三反射镜；所述第三反射镜设置于第三二维摆台上，所述第三二维摆台设置于第三平移台上；

所述第二合束镜组件还包括第二合束镜和第四平移台；所述第二合束镜设置于第四平移台上；

所述第三激光器发出的第三激光依次经过第三导光镜和第三反射镜竖直反射、第二合束镜水平反射后进入第一合束镜。

进一步地，所述第三激光器与第一激光器设置于不同的高度位置。

进一步地，所述第一反馈信息中还包含了第三激光与基准光路的角度偏差；所述第二反馈信息中还包含了第三激光分别与第一激光、第二激光之间的位置偏差。

进一步地，所述位置偏差包括左右位置偏差量和高低位置偏差量，所述角度偏差包括左右角度偏差量和高低角度偏差量。

区别于现有技术，上述技术方案所述的用于同一波段多路激光合束的自动对准装置，所述装置包括第一激光器、第一快反镜组件、第二激光器、第二快反镜组件、第一合束镜、分光镜、平行光管、缩束系统和控制器。该装置利用同一台平行光管分别监测同一波段范围内多路发射激光的角度误差，进而闭环控制相应的二维摆镜，实现各路发射光束与基准光路的自动调整平行；以及利用同一台缩束系统分别监测同一波段范围内多路发射光束的位置误差，进而闭环控制相应的一维平移台，实现其中一路发射光束位置与其他路发射光束位置的自动调整重合。本发明有效减少了探测器的数量，降低了制造成本，并且确保了监测基准的统一，有利于多路激光合束对准精度的提高。

附图说明

图1为本发明一实施例涉及的用于同一波段多路激光合束的自动对准装置的结构示意图；

附图标记：

1-第一激光器；

2-第一快反镜组件；21-第一平移台；22-第一二维摆台；23-第一反射镜；

3-第二激光器；

4-第二导光镜；

5-第二快反镜组件；51-第二二维摆台；52-第二反射镜；53-第二平移台；

6-平行光管；

7-缩束系统；

8-分光镜；

9-第一导光镜；

10-第一合束镜。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1，本发明提供了一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置。在本发明中，同一波段是针对平行光管和缩束系统的探测器响应波段而言的，只要平行光管和缩束系统的探测器能够响应，都可以被认为是同一波段。所述装置包括：第一激光器1、第一快反镜组件2、第二激光器3、第二快反镜组件5、第一合束镜10、第一导光镜9、分光镜8、平行光管6、缩束系统7和控制器。

所述第一导光镜9设置于第一合束镜10与分光镜8之间；

所述第一快反镜组件2包括第一平移台21、第一二维摆台22、第一反射镜23；所述第一反射镜23设置于第一二维摆台22上，所述第一二维摆台22设置于第一平移台21上；

所述第二快反镜组件5包括第二平移台53、第二二维摆台51、第二反射镜52；所述第二反射镜52设置于第二二维摆台51上，所述第二二维摆台51设置于第二平移台53上。二维摆台可以实现设置于其上的反射镜的二维小角度偏转运动，平移台则可以实现设置于其上的二维摆台及反射镜沿出射光线方向小范围的前后平移。

所述控制器分别与第一平移台21、第一二维摆台51、第二平移台53、第二二维摆台51、平行光管6、缩束系统7连接；

所述第一激光器1发出的第一激光经过第一反射镜23进入第一合束镜10，所述第二激光器3发出的第二激光经过第二反射镜52反射后进入第一合束镜10，第一激光和第二激光在第一合束镜位置进行合束，获得合光束；

合光束经第一导光镜9后的透射部分为监视光束，监视光束经分光镜8后，形成第一监视光束和第二监视光束，第一监视光束进入平行光管6，第二监视光束进入缩束系统7。

基准光路是指没有任何角差和位差的理论设计光路，所有光都以理想的设计角度和位置进入光学元件。在调节过程中，所有的激光束都以基准光路为基准进行精确调整，直至各自与其重合，即完成合束。这个基准反应在平行光管和缩束系统上就是一个点。在调节过程中，通过调节相应的二维摆镜或平移台，即可实现每一路发射激光在平行光管和缩束系统的像点与基准点重合，是否重合可以通过平行光管或缩束系统进行自动判断，即激光束在平行光管和缩束系统上以基准点为坐标原点的脱靶量皆为0，即为重合。

所述平行光管6用于检测第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差，并生成第一反馈信息。即通过将第一监视光束在平行光管上的位置与相应的基准点进行比较，以分别获得第一激光、第二激光与基准光路的角度偏差。所述角度偏差包括左右角度偏差量和高低角度偏差量。

所述缩束系统7用于检测第一激光与第二激光之间的位置偏差，并生成第二反馈信息。即通过将第二监视光束在缩束系统上的位置点进行比较，以获得出第一激光与第二激光之间的位置偏差。所述位置偏差包括左右位置偏差量和高低位置偏差量。

所述控制器用于接收第一反馈信息，并根据第一反馈信息实时调节第一二维摆台22和第二二维摆台51的倾斜角度，直至第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差在第一预设误差范围内；以及用于接收第二反馈信息，并根据第二反馈信息实时调节第一平移台21和第二平移台53的位置，直至第一激光和第二激光的位置偏差在第二预设误差范围内。第一预设误差范围和第二预设误差范围可以根据实际需要进行设定，预设误差越小，合束精度越高。

这样，平行光管的第一反馈信息用于闭环控制第一二维摆台和第二二维摆台进行二维偏摆，进而实时调节第一激光器和第二激光器的发射光束与基准光路在高低、左右两个方向上的角度偏差。缩束系统的第二反馈信息用于闭环控制第一平移台进行一维平移，进而实时调节第一激光器的发射光束与第二激光器的发射光束在左右方向上的位置偏差；闭环控制第二平移台进行一维平移，进而实时调节第二激光器的发射光束与第一激光器的发射光束在上下方向上的位置偏差，从而最终实现两路激光的自动精确对准与重合。

在某些实施例中，所述装置还包括第二导光镜4，所述第二导光镜4设置于第二激光器3与第二快反镜组件5之间；所述第二激光器3与第一激光器1设置于不同的高度位置。第二激光经过第二导光镜4发生竖直反射后进入第二反射镜52，再经过第二反射镜52竖直反射后进入第一合束镜10，进而通过第二平移台53实现两台激光器发射光束在高低方向位置偏差的校正。第一激光经过第一反射镜发生水平反射后进入第一合束镜，进而通过第一平移台21实现两台激光器发射光束在左右方向位置偏差的校正。优选的，进入第一合束镜的两路激光相互垂直。水平反射是指入射激光与出射激光所在的平面为水平面，竖直反射是指入射激光与出射激光所在的平面是竖直面。进入第一合束镜的竖直平面上，与高低方向(即上下方向)垂直的方向即为左右方向。如果进入第一合束镜的两束平行光高低、左右位置都重合，则认为两束平行光完成精准合束。在另一些实施例中，进入第一合束镜的两路激光也可以不是相互垂直，只需针对两束激光在光合束前不同的角度，选择相应合束镜反射膜的入射角即可。

在某些实施例中，所述第一导光镜用于对合光束进行反射，以使得第二预设百分比的合光束进入主应用光路，第一预设百分比的合光束进入分光镜；第二预设百分比由第一导光镜对合光束的反射效率确定。第一预设百分比由第一导光镜对合光束的透射效率确定。

对于平行光管或缩束系统而言，其只需要非常少量的激光即可实现监测功能，太多的激光功率反而存在损坏平行光管或缩束系统的风险。优选的，所述第二预设百分比为99.99％，第一预设百分比为0.01％。在另一些实施例中，第一预设百分比和第二预设百分比还根据选取的第一导光镜对合束光束透射效率、反射效率的不同，取不同的数值。

在某些实施例中，所述装置还包括第三激光器、第三导光镜、第三快反镜组件和第二合束镜组件。所述第三快反镜组件包括第三平移台、第三二维摆台、第三反射镜；所述第三反射镜设置于第三二维摆台上，所述第三二维摆台设置于第三平移台上；所述第二合束镜组件还包括第二合束镜和第四平移台；所述第二合束镜设置于第四平移台上；所述第三激光器发出的第三激光依次经过第三导光镜、第三反射镜和第二合束镜反射后进入第一合束镜。进一步地，所述第三激光器与第一激光器设置于不同的高度位置。所述第一反馈信息中还包含了第三激光与基准光路的角度偏差；所述第二反馈信息中还包含了第三激光分别与第一激光、第二激光之间的位置偏差。

简言之，当需要对第三台同波段激光器的发射光束进行合束时，在合束前至少需求进行一次水平反射和一次竖直反射，且两次反射用的反射镜均具有沿出射光线方向一维平移功能，合束前至少其中一个反射用的反射镜具有二维偏转功能，才能完成与前两台激光器合光束的精确对准与同轴。水平反射与竖直反射的目的是为了通过一维平移台沿出射光线方向前后平移反射镜的方式来实现第三台激光器发射光束与前两台激光器(即第一激光器和第二激光器)的合光束在左右方向、上下方向上位置偏差的校正。第三台激光器发射光束的角度方向通过一个二维摆台来实现与基准光路的精确调平行，进而完成与前两台激光器合光束的精确调平行。最终完成三路激光的自动精确对准与同轴重合。当需要对第四台同波段激光器的发射光束与前三台激光器的合光束进行精确合束时，采用的校准方式与上述方法类似，此处不再赘述。以此类推，通过上述方法能够完成更多台激光器(大于三台)发射光束的自动精确对准与同轴重合。

本发明的有益效果是：利用同一台平行光管实现同一波段范围内多路发射光束角度偏差的监测；利用同一台缩束系统实现同一波段范围内多路发射光束位置误差的监测；利用二维摆台实现每一路激光器发射光束角度的精确校正；利用一维平移台实现激光器发射光束位置的精确校正。其中，二维摆台以平行光管的监测信息为反馈实现闭环控制，完成多路激光的角差校正；一维平移台以缩束系统的监测信息为反馈实现闭环控制，完成多路激光合束时的位差校正。即对每一路激光束的角度、位置均有自动监测与调节环节，不仅大幅度降低了合束装置的装调难度，而且确保了合束装置对温度、应力等变化因素较强的适应能力。另一方面，该合束装置采用同一台平行光管与缩束系统完成对多路激光角度与位置信息的监测，不仅减少了探测器的数量，降低了制造成本，而且确保了监测基准的统一，有利于多路激光的合束对准精度的提高。此外，该激光合束自动对准装置的具有较强扩展性，可以完成同一波段范围内更多台激光器发射光束的自动精确对准与同轴重合。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述装置包括：第一激光器、第一快反镜组件、第二激光器、第二快反镜组件、第一合束镜、第一导光镜、分光镜、平行光管、缩束系统和控制器；

所述第一快反镜组件包括第一平移台、第一二维摆台、第一反射镜；所述第一反射镜设置于第一二维摆台上，所述第一二维摆台设置于第一平移台上；

所述第二快反镜组件包括第二平移台、第二二维摆台、第二反射镜；所述第二反射镜设置于第二二维摆台上，所述第二二维摆台设置于第二平移台上；

所述控制器分别与第一平移台、第一二维摆台、第二平移台、第二二维摆台、平行光管、缩束系统连接；

所述第一激光器发出的第一激光经过第一反射镜进入第一合束镜，所述第二激光器发出的第二激光经过第二反射镜反射后进入第一合束镜，第一激光和第二激光在第一合束镜位置进行合束，形成合光束；

所述第一导光镜设置于第一合束镜与分光镜之间；合光束经第一导光镜的透射部分为监视光束,监视光束经分光镜后，形成第一监视光束和第二监视光束，第一监视光束进入平行光管，第二监视光束进入缩束系统；

所述平行光管用于检测第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差，并生成第一反馈信息；

所述缩束系统用于检测第一激光与第二激光之间的位置偏差，并生成第二反馈信息；

所述控制器用于接收第一反馈信息，并根据第一反馈信息实时调节第一二维摆台和第二二维摆台的倾斜角度，直至第一激光、第二激光分别与基准光路的角度偏差在第一预设误差范围内；以及用于接收第二反馈信息，并根据第二反馈信息实时调节第一平移台和第二平移台的坐标位置，直至第一激光和第二激光的位置偏差在第二预设误差范围内；

所述装置还包括第二导光镜，所述第二导光镜设置于第二激光器与第二快反镜组件之间；所述第二激光器与第一激光器设置于不同的高度位置；

第二激光经过第二导光镜发生竖直反射后进入第二反射镜，再经过第二反射镜竖直反射后进入第一合束镜；第一激光经过第一反射镜发生水平反射后进入第一合束镜。

2.如权利要求1所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，进入第一合束镜的两路激光相互垂直。

3.如权利要求1所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述第一导光镜用于对合光束进行反射，以使得第一预设百分比的合光束进入监视光路；第一预设百分比由第一导光镜对合光束的透射效率确定，第一预设百分比大于0且小于1％。

4.如权利要求3所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述第一导光镜用于对合光束进行反射，以使得第二预设百分比的合光束进入主应用光路；第二预设百分比由第一导光镜对合光束的反射效率确定，第二预设百分比大于99％且小于100％。

5.如权利要求4所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述第二预设百分比为99.99％，第一预设百分比为0.01％。

6.如权利要求1所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述装置还包括第三激光器、第三导光镜、第三快反镜组件和第二合束镜组件；

所述第三导光镜设置于第三激光器和第三快反镜组件之间；

所述第三快反镜组件包括第三平移台、第三二维摆台、第三反射镜；所述第三反射镜设置于第三二维摆台上，所述第三二维摆台设置于第三平移台上；

所述第二合束镜组件还包括第二合束镜和第四平移台；所述第二合束镜设置于第四平移台上；

所述第三激光器发出的第三激光依次经过第三导光镜和第三反射镜竖直反射、第二合束镜水平反射后进入第一合束镜。

7.如权利要求6所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述第三激光器与第一激光器设置于不同的高度位置。

8.如权利要求6所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述第一反馈信息中还包含了第三激光与基准光路的角度偏差；所述第二反馈信息中还包含了第三激光分别与第一激光、第二激光之间的位置偏差。

9.如权利要求1至8任一项所述的同一波段多路激光合束的自动对准装置，其特征在于，所述位置偏差包括左右位置偏差量和高低位置偏差量，所述角度偏差包括左右角度偏差量和高低角度偏差量。

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