一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統的製作方法
2023-05-15 20:23:46
專利名稱：一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及光束控制領域，具體涉及一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，可用於高精度跟蹤系統。
背景技術：
在很多精密的光束校正領域既需要大角度偏轉，又需要高精度跟蹤，這就需要高閉環帶寬、大角度偏轉的快速反射鏡。通常採用一塊快速反射鏡很難滿足這個要求。這主要因為受限於快速反射鏡的驅動機構採用壓電陶瓷驅動的鏡子響應頻率高，可實現高帶寬， 但轉角有限；採用音圈電機驅動的鏡子轉角範圍大，但是響應頻率低，難於實現高帶寬。如果將上述2種類型的鏡子組合用於光路中，目前的方法是將壓電陶瓷驅動的鏡子及其探測系統放在音圈電機驅動的鏡子後續光路中，採用2個獨立的探測系統，2塊鏡子各自閉環互不影響。這使得系統複雜，並且影響光束質量和探測精度。
發明內容
本發明要解決的技術問題為克服現有技術的不足，提供一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，利用一個位置探測器提供的位置信息實現同一光路中2塊快速反射鏡閉環， 且2塊快速反射鏡Ml、M2偏轉互不耦合，從而提高光束質量和探測精度。本發明解決上述技術問題提供的技術方案為一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，該跟蹤系統由高解析度小角度的快速反射鏡Ml、分光鏡M3、CCD圖象探測系統、低解析度大角度的快速反射鏡M2、信標雷射器組成，所有的部件都安裝於同一平臺上，其光學位置關係為目標光依次經過低解析度大角度的快速反射鏡M2、高解析度小角度的快速反射鏡 Ml反射，再透過分光鏡M3到達CXD圖象探測系統；信標雷射器發射光依次透過分光鏡M3、 低解析度大角度的快速反射鏡M2、高解析度小角度的快速反射鏡Ml反射到達目標，其中， M2、Ml的位置可以互換；信標雷射器光軸與探測光軸相交於高解析度小角度的快速反射鏡 Ml中心點；分光鏡M3用於將目標光和信標雷射器發射光分開，實現信標雷射高反射，目標光透過；其中，高解析度小角度的快速反射鏡Ml、低解析度大角度的快速反射鏡M2的控制系統分別包含功率驅動、控制板卡、高精度採集單元、驅動電源；高精度採集單元包括模擬電路預處理單元、A/D和D/A;(XD圖象探測系統是提供光學位置偏差的系統，可以通過串口將位置偏差送給控制板卡；高解析度小角度的快速反射鏡Ml上安裝有測角位置偏轉的應變片， 經過高精度採集單元可以將應變片的變化量轉為為數字量，通過串口送給控制板卡；利用位置偏差以及應變片的變化量就可以實現高解析度小角度的快速反射鏡Ml、低解析度大角度的快速反射鏡M2的控制；以及該跟蹤系統具有下面2種控制方式之一控制方式1 高解析度小角度的快速反射鏡Ml直接利用CCD圖象探測系統提供的位置偏差進行閉環，低解析度大角度的快速反射鏡M2閉環信號為位置偏差和高解析度小角度的快速反射鏡Ml的偏轉角之和；控制方式2 低解析度大角度的快速反射鏡M2閉環信號為高解析度小角度的快速反射鏡Ml的偏轉角。無論哪種控制方式應滿足下面2個基本要求1)低解析度大角度的快速反射鏡M2的閉環角度解析度應遠小於高解析度小角度的快速反射鏡Ml最大偏轉角；2)低解析度大角度的快速反射鏡M2的閉環帶寬應不大於高解析度小角度的快速反射鏡Ml閉環誤差抑制帶寬；也就是利用一個位置探測器提供的位置信息實現2塊共光路的快速反射鏡閉環， 互不耦合偏轉，達到了高精度大角度的跟蹤功能。進一步的，所述的高解析度小角度的快速反射鏡Ml可以選擇偏轉範圍為一個 幾個角分，低解析度大角度的快速反射鏡M2的偏轉範圍可以為十幾 幾百角分。進一步的，所述的高解析度小角度的快速反射鏡Ml可以採用壓電陶瓷驅動的快速反射鏡，閉環精度小於Prad級；低解析度大角度的快速反射鏡M2可以採用音圈電機驅動的快速反射鏡，閉環精度為幾個 幾十個μ rad級，同時低解析度大角度的快速反射鏡 M2的閉環帶寬應遠小於高解析度小角度的快速反射鏡Ml的閉環帶寬。進一步的，所述的CXD圖象探測系統可以是其他位置探測器位置敏感探測器 (PSD)或四象限位置探測器。本發明相對於現有技術的優點在於本發明可以實現大角度(M2的最大轉角)高精度跟蹤；方式1對位置偏差的跟蹤精度為Ml、M2的誤差抑制能力之積。方式2對位置偏差的跟蹤精度就是Ml的誤差抑制能力。
圖1為本發明光束裝置光路示意圖；圖2為本發明光束裝置控制結構圖。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
說明本發明，本領域的技術人員可根據本說明書揭示的內容了解本發明的功效及優點。如圖1所示，跟蹤系統由高解析度小角度的快速反射鏡Ml、分光鏡M3、CCD圖象探測系統、低解析度大角度的快速反射鏡M2、信標雷射器(Laser)組成，所有的部件都安裝於同一平臺上。其光學位置關係描述如下目標光依次經過快速反射鏡M2、M1反射、透過分光鏡M3到達CCD圖象探測系統；信標雷射器發射光依次透過分光鏡M3、經過快速反射鏡M2、 Ml反射到達目標，注意M2、M1的位置可以互換。信標雷射器光軸(實線)與探測光軸(虛線)相交於快速反射鏡Ml中心點。分光鏡M3用於將目標光和信標雷射器發射光分開，實現信標雷射高反射，目標光透過。其中，CCD圖象探測系統提供目標在CCD中的位置；高解析度小角度的快速反射鏡Ml 高帶寬快速反射鏡，其傳遞函數特性=G1 ；其控制器=C1 ；低解析度大角度的快速反射鏡M2 低帶寬快速反射鏡，其傳遞函數特性=G2 ；其控制器C2。
快速反射鏡M1、M2的控制系統分別包含功率驅動、控制板卡、高精度採集單元(模擬電路預處理單元、A/D、D/A)、驅動電源等。CCD圖象探測系統是一種可以提供光學位置偏差的系統，可以通過串口將位置偏差送給控制板卡。快速反射鏡Ml上安裝有測角位置偏轉的應變片，經過高精度採集系統可以將應變片的變化量轉為為數字量，通過串口送給控制板卡。利用位置偏差以及應變片的變化量就可以實現快速反射鏡Ml、M2的控制。要獲取高精度大角度的跟蹤功能其本質就是利用一個位置探測器提供的位置信息實現同一光路中的2塊快速反射鏡閉環，互不耦合偏轉，有下面2個基本要求1)快速反射鏡M2的閉環角度解析度應遠小於快速反射鏡Ml最大偏轉角；2)快速反射鏡M2的閉環帶寬應不大於快速反射鏡Ml閉環誤差抑制帶寬。這2個要求表明M1可以選擇偏轉範圍為一個 幾個角分，M2的偏轉範圍可以為十幾 幾百角分。一般來說，Ml可以採用壓電陶瓷驅動的快速反射鏡，閉環精度小於μ rad 級；M2可以採用音圈電機驅動的快速反射鏡，閉環精度為幾個 幾十個yrad級。同時M2 的閉環帶寬應遠小於Ml的閉環帶寬。根據要求有下面2種控制方式方式1 :M1直接利用CXD提供的位置偏差進行閉環，M2閉環信號為位置偏差和Ml 的偏轉角之和。方式2 與方案1的不同在於，M2閉環信號為Ml的偏轉角。無論哪種方式都可以實現大角度(M2的最大轉角)高精度跟蹤。工作方式都是M2 跟隨Ml動作，這樣2塊鏡子之間就不會存在耦合。由圖2可以得到方式1對目標抖動的控制效果是，
權利要求
1.一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，其特徵在於該跟蹤系統由高解析度小角度的快速反射鏡Ml、分光鏡M3、CCD圖象探測系統、低解析度大角度的快速反射鏡M2、信標雷射器組成，所有的部件都安裝於同一平臺上，其光學位置關係為目標光依次經過低解析度大角度的快速反射鏡M2、高解析度小角度的快速反射鏡Ml反射，再透過分光鏡M3到達CCD圖象探測系統；信標雷射器發射光依次透過分光鏡M3、低解析度大角度的快速反射鏡M2、高解析度小角度的快速反射鏡Ml反射到達目標，其中，M2、M1的位置可以互換；信標雷射器光軸與探測光軸相交於高解析度小角度的快速反射鏡Ml中心點；分光鏡M3用於將目標光和信標雷射器發射光分開，實現信標雷射高反射，目標光透過；其中，高解析度小角度的快速反射鏡Ml、低解析度大角度的快速反射鏡M2的控制系統分別包含功率驅動、控制板卡、高精度採集單元、驅動電源；高精度採集單元包括模擬電路預處理單元、A/D和D/A ；CXD圖象探測系統是提供光學位置偏差的系統，可以通過串口將位置偏差送給控制板卡；高解析度小角度的快速反射鏡Ml上安裝有測角位置偏轉的應變片，經過高精度採集單元可以將應變片的變化量轉為為數字量，通過串口送給控制板卡；利用位置偏差以及應變片的變化量就可以實現高解析度小角度的快速反射鏡Ml、低解析度大角度的快速反射鏡M2的控制；以及該跟蹤系統具有下面2種控制方式之一控制方式1 高解析度小角度的快速反射鏡Ml直接利用CCD圖象探測系統提供的位置偏差進行閉環，低解析度大角度的快速反射鏡M2閉環信號為位置偏差和高解析度小角度的快速反射鏡Ml的偏轉角之和；控制方式2 低解析度大角度的快速反射鏡M2閉環信號為高解析度小角度的快速反射鏡Ml的偏轉角；無論哪種控制方式應滿足下面2個基本要求1)低解析度大角度的快速反射鏡M2的閉環角度解析度應遠小於高解析度小角度的快速反射鏡Ml最大偏轉角；2)低解析度大角度的快速反射鏡M2的閉環帶寬應不大於高解析度小角度的快速反射鏡Ml閉環誤差抑制帶寬；也就是利用一個位置探測器提供的位置信息實現同一光路中的2塊快速反射鏡閉環， 互不耦合偏轉，達到了高精度大角度的跟蹤功能。
2.根據權利要求1所述的一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，其特徵在於所述的高解析度小角度的快速反射鏡Ml可以選擇偏轉範圍為一個 幾個角分，低解析度大角度的快速反射鏡M2的偏轉範圍可以為十幾 幾百角分。
3.根據權利要求1所述的一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，其特徵在於所述的高解析度小角度的快速反射鏡Ml可以採用壓電陶瓷驅動的快速反射鏡，閉環精度小於μ rad 級；低解析度大角度的快速反射鏡M2可以採用音圈電機驅動的快速反射鏡，閉環精度為幾個 幾十個μ rad級，同時低解析度大角度的快速反射鏡M2的閉環帶寬應遠小於高解析度小角度的快速反射鏡Ml的閉環帶寬。
4.根據權利要求1所述的一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，其特徵在於所述的CCD 圖象探測系統可以是其他位置探測器位置敏感探測器(PSD)或四象限位置探測器。
全文摘要
本發明公開了一種大角度的快速反射鏡跟蹤系統，該跟蹤系統利用一塊高解析度小角度的快速反射鏡M1和一塊低解析度大角度的快速反射鏡M2實現大角度高精度跟蹤功能。該控制方法是利用一個位置探測器提供的位置信息實現同一光路中2塊快速反射鏡M1、M2閉環，且2塊快速反射鏡M1、M2偏轉互不耦合，可以採用2種控制方式方式1M1直接利用CCD提供的位置偏差進行閉環，M2閉環信號為位置偏差和M1的偏轉角之和；方式2M2閉環信號為M1的偏轉角。無論哪種方案都可以實現大角度(即M2的最大轉角)高精度跟蹤。本發明的所述控制方法使跟蹤系統簡單，並且能夠提高光束質量和探測精度。
文檔編號G05D3/12GK102368162SQ20111032827
公開日2012年3月7日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者任戈, 傅承毓, 包啟亮, 唐濤, 扈弘毅, 黃永梅 申請人:中國科學院光電技術研究所