專利名稱：高精度光束同軸度調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及收發(fā)共用同一天線的光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路與接收光路同軸度的調(diào)整方法。
背景技術(shù)：
在研制收發(fā)共用同一天線的光學(xué)系統(tǒng)時，發(fā)射光路與接收光路的同軸度是被嚴(yán)格要求的重要參數(shù)之一?，F(xiàn)有的同軸度調(diào)整方法，是由發(fā)射光路經(jīng)天線輸出光場，利用角棱鏡將其沿原路反射回接收天線進(jìn)入接收光路，以此入射光為基準(zhǔn)軸，對接收光路進(jìn)行調(diào)整，以保證發(fā)射、接收光路的同軸性。由于角棱鏡加工精度的限制，發(fā)射光場并不嚴(yán)格按原路返回，使得發(fā)射、接收光路同軸度的精度僅能達(dá)到數(shù)十μrad，不能滿足高精度應(yīng)用需求。另一方面由于大孔徑角棱鏡較難加工，因此此方法在大孔徑天線光學(xué)系統(tǒng)中難以得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度光束同軸度調(diào)整方法，以克服現(xiàn)有的光束同軸度調(diào)整方法精度低、難以滿足高精度應(yīng)用的需求以及不能用于大孔徑天線光學(xué)系統(tǒng)的缺陷。本發(fā)明的方法通過如下步驟實現(xiàn)一、首先由被測光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路1發(fā)射激光束，激光束經(jīng)分光鏡2的反射和光學(xué)天線3的擴束后入射長焦平行光管4，在長焦平行光管4的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕5在長焦平行光管4的焦平面處對點像進(jìn)行接收，用帶有顯微鏡頭6-1的CCD探測器6對點像的光斑位置進(jìn)行測定，由圖像采集卡11和計算機7對點像的圖像和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、記錄和計算；二、關(guān)閉發(fā)射光路1，將顯微鏡頭6-1前的半透明屏幕5換成開有小孔8-1的遮光板8，在CCD探測器6的監(jiān)控下，將小孔8-1的中心調(diào)整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器6，在長焦平行光管4的焦點位置處安裝照明光源9，照明光源9通過小孔8-1、長焦平行光管4、光學(xué)天線3和分光鏡2向被測光學(xué)系統(tǒng)的接收光路10發(fā)射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡2的光束為基準(zhǔn)軸調(diào)整接收光路10，從而使接收光路10與透射過分光鏡2的光束同軸。
本發(fā)明由于小孔的位置與發(fā)射光路發(fā)射的激光光束成像點位置相同，因此照明光源照射到接收光路中去的入射光與被測光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光軸同軸。利用此入射光為基準(zhǔn)調(diào)整被測光學(xué)系統(tǒng)的接收光路即可保證其發(fā)射與接收系統(tǒng)的同軸性。本發(fā)明利用長焦距平行光管、高精度CCD探測器、計算機圖像處理系統(tǒng)，將基準(zhǔn)軸與發(fā)射光路的同軸度提高到0.1μrad的數(shù)量級，滿足高精度調(diào)整要求。本發(fā)明中沒用到角棱鏡，，不會受大孔徑角棱鏡較難加工的限制，可將此方法廣泛應(yīng)用于具有大孔徑光學(xué)天線的光收發(fā)系統(tǒng)中。


圖1是本發(fā)明步驟一的示意圖，圖2是本發(fā)明步驟二的示意圖，圖3是本發(fā)明步驟三和四的示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1至圖3具體說明本實施方式。本實施方式通過以下步驟實現(xiàn)一、首先由被測光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路1發(fā)射激光束，激光束經(jīng)由分光鏡2的反射和光學(xué)天線3的擴束后入射長焦平行光管4，在長焦平行光管4的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕5(普通的毛玻璃即可)在長焦平行光管4的焦平面處對點像進(jìn)行接收，用帶有顯微鏡頭6-1的CCD探測器6對點像的光斑位置進(jìn)行測定，由圖像采集卡11和計算機7對點像的圖像和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、記錄和計算；二、關(guān)閉發(fā)射光路1，將顯微鏡頭6-1前的半透明屏幕5換成開有小孔8-1的遮光板8，在CCD探測器6的監(jiān)控下，將小孔8-1的中心調(diào)整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器6，在長焦平行光管4的焦點位置處安裝照明光源9，照明光源9通過小孔8-1、長焦平行光管4、光學(xué)天線3和分光鏡2向被測光學(xué)系統(tǒng)的接收光路10發(fā)射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡2的光束為基準(zhǔn)軸調(diào)整接收光路10，從而使接收光路10與透射過分光鏡2的光束同軸。
本實施方式中長焦平行光管4選用焦距12m、口徑400mm并帶有配套照明光源的長焦平行光管。CCD探測器6選用臺灣敏通公司生產(chǎn)的MTV-1801面陣式CCD攝像機，其主要參數(shù)如下光譜響應(yīng)范圍400nm～1100nm；像元數(shù)795(H)×596(V)；像元尺寸10μrad；行頻15625Hz；場頻50Hz；分辨率600TVL；探測靈敏度0.02lx；信噪比大于46dB；工作溫度-10℃～50℃；電源DC12V(2W)。對應(yīng)±1mrad的光束偏轉(zhuǎn)范圍，取CCD的有效像元數(shù)目為500(H)×500(V)，利用此CCD光斑間距探測精度可達(dá)1μm。顯微鏡頭6-1選用日本CBC公司的COMPUTAR MLM-3XMP型顯微鏡頭，其主要參數(shù)如下放大倍率0.3～1.0，工作距離90mm，焦距90mm，D/f＝1∶4.5。圖像采集卡11采用基于1394協(xié)議的視頻圖像采集卡，將圖像信息輸入計算機7。遮光板8上的小孔8-1直徑為0.1mm，采用針孔濾波器作為小孔光闌，將小孔光闌至于平行光管焦平面處，在CCD探測器位置不變的情況下監(jiān)測小孔中心位置，同時進(jìn)行調(diào)整，使其中心與被測系統(tǒng)發(fā)射光路點像光斑位置重合。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處是在步驟一中計算機7通過閾值判斷法讀取入射到CCD探測器6的點像光斑灰度值，并由式(1)、(2)計算光斑中心坐標(biāo)。
Xc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)xiΣni=1(gi-B)u(gi-B)---(1)]]>Yc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)yiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(2)]]>其中，n為采樣窗口中像素的個數(shù)，gi為像素的灰度值，B為采樣閾值，u(x)為單位階躍函數(shù)，(xi，yi)為像素的坐標(biāo)。如此設(shè)置，能夠量化點像的光斑位置坐標(biāo)，提高遮光板8的小孔8-1與點像光斑位置的重合精度。其它的步驟與實施方式一相同。
權(quán)利要求
1.高精度光束同軸度調(diào)整方法，其特征在于通過如下步驟實現(xiàn)一、首先由被測光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路(1)發(fā)射激光束，激光束經(jīng)分光鏡(2)的反射和光學(xué)天線(3)的擴束后入射長焦平行光管(4)，在長焦平行光管(4)的焦點處聚焦成一點像，利用半透明屏幕(5)在長焦平行光管(4)的焦平面處對點像進(jìn)行接收，用帶有顯微鏡頭(6-1)的CCD探測器(6)對點像的光斑位置進(jìn)行測定，由圖像采集卡(11)和計算機(7)對點像的圖像和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、記錄和計算；二、關(guān)閉發(fā)射光路(1)，將顯微鏡頭(6-1)前的半透明屏幕(5)換成開有小孔(8-1)的遮光板(8)，在CCD探測器(6)的監(jiān)控下，將小孔(8-1)的中心調(diào)整到步驟一的點像光斑位置；三、移除CCD探測器(6)，在長焦平行光管(4)的焦點位置處安裝照明光源(9)，照明光源(9)通過小孔(8-1)、長焦平行光管(4)、光學(xué)天線(3)和分光鏡(2)向被測光學(xué)系統(tǒng)的接收光路(10)發(fā)射光束；四、以步驟三中透射過分光鏡(2)的光束為基準(zhǔn)軸調(diào)整接收光路(10)，從而使接收光路(10)與透射過分光鏡(2)的光束同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度光束同軸度調(diào)整方法，其特征在于在步驟一中計算機(7)通過閾值判斷法讀取入射到CCD探測器(6)的點像光斑灰度值，并由式(1)、(2)計算光斑中心坐標(biāo)Xc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)xiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(1)]]>Yc=Σi=1n(gi-B)u(gi-B)yiΣi=1n(gi-B)u(gi-B)---(2)]]>其中，n為采樣窗口中像素的個數(shù)，gi為像素的灰度值，B為采樣閾值，u(x)為單位階躍函數(shù)，(xi，yi)為像素的坐標(biāo)。
全文摘要
高精度光束同軸度調(diào)整方法，本發(fā)明涉及收發(fā)共用同一天線的光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路與接收光路的同軸度調(diào)整方法。它克服了現(xiàn)有方法難以滿足高精度應(yīng)用的需求以及不能用于大孔徑天線光學(xué)系統(tǒng)的缺陷。本方法首先由被測光學(xué)系統(tǒng)的發(fā)射光路1發(fā)射激光束，激光束經(jīng)分光鏡2、光學(xué)天線3在長焦平行光管4的焦點處聚焦成一點像，用CCD探測器6對點像的光斑位置進(jìn)行測定，由圖像采集卡和計算機對點像的圖像和位置數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、記錄和計算；關(guān)閉1，將遮光板8小孔的中心調(diào)整到步驟一的點像光斑位置；在4的焦點位置處安裝照明光源9，9通過小孔、4和2向被測光學(xué)系統(tǒng)的接收光路10發(fā)射光束；以步驟三中透射過分光鏡2的光束為基準(zhǔn)軸調(diào)整10。
文檔編號G02B27/00GK1790092SQ200510127369
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者馬晶, 譚立英, 韓琦琦, 于思源 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)