CN111290117A - 一种光束指向控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明为了解决快反射镜难以实现高帧频、大动态范围的问题，而提供一种光束指向的精确控制方法及系统。本发明的方法包括：根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足夹角值应当移动的距离h；沿垂直于光轴方向使准直镜组中的负透镜组移动距离h，以达到符合期望夹角值的光束发射位置。本发明的系统包括准直镜组、第一平移机构、第二平移机构；准直镜组包括正透镜组以及负透镜组，负透镜组安装在第一平移机构上，第一平移机构用于带动负透镜组在垂直于准直镜组光轴的平面内做第一维运动；第一平移机构安装在第二平移机构上，第二平移机构用于带动第一平移机构和负透镜组做第二维运动。本发明适用于高能激光光学系统。
Description
技术领域
本发明涉及激光光束指向精密控制领域，具体涉及一种光束指向控制方法。
背景技术
当前的光机结构系统，特别是较大型、复杂的光机系统极易受到使用环境中各种动态扰动的影响，如环境温度变化，大气湍流、灰尘、烟霾，雨雪天气以及各种原因引入的机械振动，都会不同程度的影响光学系统的性能，导致光束偏离预设传播路径，严重情况甚至导致系统无法正常工作，降低了光学系统的使用进程。为了解决这一问题，目前有多种光束指向调整方法，其原理和特点都各不相同，最常用的包括以快反镜和位置敏感探测器为主要功能模块的光束精跟踪系统，能够解决远距离传输过程中光束指向不稳定造成的目标光斑漂移和抖动问题，但基于反射镜扫描原理的光束指向控制系统的缺点在于反射镜扫描精度要求与指向控制精度一致，而实现高精度指向控制的反射镜扫描精度设计难度较大，也难以得到较大的反射镜偏转角度，造成了所要求的快反镜高帧频和大动态范围相矛盾。
发明内容
本发明为了解决快反射镜难以实现高帧频、大动态范围的问题，而提供一种光束指向的精确控制方法及系统。
根据本发明的第一方面，提供了一种光束指向控制方法，包括：
S1：根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h；S2：沿垂直于光轴方向使准直镜组中的负透镜组移动距离h，以达到符合所述期望夹角值的光束发射位置。
优选地，光束指向控制方法还包括S3：改变准直镜组在不同扫描视场下的组态，重复步骤S1至S2。
优选地，步骤S2中，通过二维平移机构带动所述负透镜组在垂直于光轴的平面上移动。
优选地，步骤S2中，通过三维平移机构带动所述负透镜组在光轴方向上以及垂直于光轴的平面上移动。
根据本发明的第二方面，提供一种光束指向控制系统，包括：准直镜组、第一平移机构、第二平移机构；其中准直镜组包括正透镜组以及负透镜组，所述负透镜组安装在所述第一平移机构上，所述第一平移机构用于带动所述负透镜组在垂直于准直镜组光轴的平面内做第一维运动；所述第一平移机构安装在所述第二平移机构上，所述第二平移机构用于带动所述第一平移机构和负透镜组做第二维运动。
优选地，光束指向控制系统还包括第三平移机构，用于带动第二平移机构、第一平移机构以及负透镜组在沿光轴方向做第三维运动。
优选地，光束指向控制系统还包括主控单元，用于根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h，并通过第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构控制负透镜组沿垂直于光轴方向移动距离h，以达到符合所述期望夹角值的光束发射位置。
优选地，所述光束指向控制系统用于高能激光光学系统。
本发明的一个技术效果是，能够实现高精度、大范围的光束指向控制，无需增加新的光学元件，减少了系统的设计难度；用机械结构的平移运动来控制指向代替了反射镜的旋转控制，提供了新的设计思路。并具有方法原理简单，可实现高帧频、大动态范围、应用范围广的特点
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一个实施例的光束指向控制方法流程图；
图2为现有技术基于反射镜扫描原理的光束指向控制系统的原理示意图；
图3为本发明一个实施例的光束指向控制方法在平移前的原理示意图；
图4为本发明一个实施例的光束指向控制方法在平移后的原理示意图；
图5为本发明一个实施例的光束指向控制系统的结构示意图；
图6为本发明另一个实施例的光束指向控制系统的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
具体实施方式一：
本实施方式提供一种光束指向控制方法，如图1所示，包括：
步骤S1：根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h。
步骤S2：沿垂直于光轴方向使准直镜组中的负透镜组移动距离h，以达到符合所述期望夹角值的光束发射位置。
本实施方式针对一种光束发射系统。图2所示的传统方法使用反射镜控制光束指向。本发明的方法如图3和图4所示，不需要反射镜，而是通过将准直镜组1中的负透镜组11沿垂直于光轴方向移动的方式使光束指向发生变化。图3示出的是光束指向变化前的情况，图4示出的是光束指向发生变化后的情况。可以看出此时期望夹角值为θ，根据公式tanθ＝h/f可以计算出负透镜组11需要移动的距离h。其中f表示准直镜组1中正透镜组12的焦距。
具体实施过程中，正透镜组固定不动，由负透镜组在垂直于光轴的平面内做移动。移动前确定光束需要偏转的角度，然后通过公式计算出距离h，再通过高精度机械机构进行运动控制，以达到符合要求的光束发射位置。
本实施方式的方法还可以包括步骤S3：改变准直镜组在不同扫描视场下的组态，重复步骤S1至S2。
可以使用二维平移机构或三维平移机构带动负透镜组进行移动。使用二维平移机构时，负透镜组在垂直于光轴的平面上移动。使用三维平移机构时，还额外在沿着光轴的方向上移动。
需要说明的是，准直镜组可以工作在任意波段，其中的正透镜组和负透镜组均可以包含多个光学镜片。
具体实施方式二：本实施方式提供一种光束指向控制系统，如图5所示，包括：
准直镜组1、第一平移机构21、第二平移机构22；其中准直镜组1包括正透镜组12以及负透镜组11，负透镜组11安装在第一平移机构21上，第一平移机构21用于带动负透镜组11在垂直于准直镜组1光轴的平面内做第一维运动；第一平移机构21安装在第二平移机构22上，所述第二平移机构22用于带动第一平移机构21和负透镜组11做第二维运动。
本实施方式为具体实施方式一提供了一种具体的机械控制装置，图5中光路方向沿直面向里，第一平移机构21和第二平移机构22在垂直于光轴的平面内控制负透镜组11进行二维运动。本实施方式中，用平移控制代替了现有技术中的反射镜旋转控制。
图6示出了另一种实施例，增加了第三平移机构23，用于带动第二平移机构22、第一平移机构21以及负透镜组11在沿光轴方向做第三维运动。第三平移机构23运动方向垂直于纸面。
本实施方式的机械结构可以由主控单元进行控制，主控单元用于根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h，并通过第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构控制负透镜组沿垂直于光轴方向移动距离h，以达到符合期望夹角值的光束发射位置。即可以先通过主控单元确定需要移动的距离，然后再控制平移机构达到预设的位置，以实现光束精确控制。
本实施方式的一种优选的应用场景是高能激光光学系统，当环境温度变化，大气湍流、灰尘、烟霾，雨雪天气以及各种原因引入的机械振动，影响光学系统的性能，因而导致光束偏离预设传播路径时，本实施方式可以通过光束指向精确控制改变光束的传播路径。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种光束指向控制方法，其特征在于，包括：
S1：根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h；
S2：沿垂直于光轴方向使准直镜组中的负透镜组移动距离h，以达到符合所述期望夹角值的光束发射位置。
2.根据权利要求1所述的光束指向控制方法，其特征在于，还包括：
S3：改变准直镜组在不同扫描视场下的组态，重复步骤S1至S2。
3.根据权利要求1所述的光束指向控制方法，其特征在于，步骤S2中，通过二维平移机构带动所述负透镜组在垂直于光轴的平面上移动。
4.根据权利要求1所述的光束指向控制方法，其特征在于，步骤S2中，通过三维平移机构带动所述负透镜组在光轴方向上以及垂直于光轴的平面上移动。
5.一种光束指向控制系统，其特征在于，包括：
准直镜组、第一平移机构、第二平移机构；其中准直镜组包括正透镜组以及负透镜组，所述负透镜组安装在所述第一平移机构上，所述第一平移机构用于带动所述负透镜组在垂直于准直镜组光轴的平面内做第一维运动；所述第一平移机构安装在所述第二平移机构上，所述第二平移机构用于带动所述第一平移机构和负透镜组做第二维运动。
6.根据权利要求5所述的光束指向控制系统，其特征在于，还包括第三平移机构，用于带动第二平移机构、第一平移机构以及负透镜组在沿光轴方向做第三维运动。
7.根据权利要求6所述的光束指向控制系统，其特征在于，还包括主控单元，用于根据待发射光束与水平面的期望夹角值计算准直镜组中的负透镜组为了满足所述夹角值应当移动的距离h，并通过第一平移机构、第二平移机构和第三平移机构控制负透镜组沿垂直于光轴方向移动距离h，以达到符合所述期望夹角值的光束发射位置。
8.根据权利要求7所述的光束指向控制系统，其特征在于，所述系统用于高能激光光学系统。
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