本發(fā)明涉及一種雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，尤其涉及一種基于掃描式、快速雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，屬于激光三維成像領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

激光三維成像是傳統(tǒng)成像技術(shù)與現(xiàn)代激光技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是一種可工作在從紅外到紫外光譜段的三維成像系統(tǒng)。由于激光具有高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等特點(diǎn)，激光三維成像技術(shù)在軍事方面和民用方面都有著廣泛地應(yīng)用。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，通過改變激光的腔長(zhǎng)等構(gòu)造，激光器可發(fā)射各種不同波長(zhǎng)的激光。通常來講，人眼可見光波長(zhǎng)范圍是400～760nm，而當(dāng)激光三維成像系統(tǒng)中激光器的發(fā)射波長(zhǎng)不在可見光范圍內(nèi)時(shí)，人眼將無法在正常情況下觀察到激光的走向。為了便于對(duì)激光三維成像系統(tǒng)中激光束的觀察、調(diào)整和定位，用一可見光光源來標(biāo)定不可見激光光源是激光三維成像技術(shù)中一個(gè)重要的手段，尤其是在大視場(chǎng)掃描過程中，同軸標(biāo)定對(duì)于不可見光斑的指示尤為重要。

目前的同軸調(diào)整方法大多集中于激光三維成像的收發(fā)系統(tǒng)間的同軸調(diào)整，比如：哈爾濱工業(yè)大學(xué)的cn102230962號(hào)專利“激光雷達(dá)的同軸發(fā)射與接收系統(tǒng)及該系統(tǒng)的同軸調(diào)整方法”提出一種實(shí)時(shí)激光雷達(dá)收發(fā)光路的同軸調(diào)整方法，能夠?qū)崿F(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的收發(fā)光路同軸調(diào)整并縮短同軸調(diào)整周期的功能，但對(duì)于掃描大視場(chǎng)標(biāo)定光源與激光束之間的同軸調(diào)整方法報(bào)道相對(duì)較少。比如：專利cn105423922a號(hào)提出一種同軸標(biāo)定傳感器及其進(jìn)行激光標(biāo)定的方法，該方法適用于大型激光驅(qū)動(dòng)器高精度激光打靶技術(shù)領(lǐng)域的甚多束激光靶面同軸標(biāo)定，但對(duì)于大視場(chǎng)、掃描式雙光源的同軸標(biāo)定并沒有很好的解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，要解決的技術(shù)問題是提供一種用于激光三維成像發(fā)射系統(tǒng)的同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，實(shí)現(xiàn)激光在大視場(chǎng)的掃描過程中雙光源的快速同軸標(biāo)定及調(diào)整，此外，具有校準(zhǔn)速度快、自動(dòng)化程度高、掃描視場(chǎng)大、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)，包括激光器、第一凸透鏡、液體透鏡、非球面環(huán)形反射鏡、半反半透鏡、mems反射鏡、第二凸透鏡、反射鏡、ccd照相機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端、計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊、計(jì)算機(jī)半反半透鏡控制模塊、控制電機(jī)、標(biāo)定光源、外框。所述非球面環(huán)形反射鏡用于改變mems反射鏡反射的激光與標(biāo)定光的疊加光的光路走向，使疊加光出射至第二凸透鏡；非球面環(huán)形反射鏡為碗狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，將碗底中部鏤空，并在碗底中部鏤空部分安裝液體透鏡。光路為：待標(biāo)定的激光器發(fā)射一束激光，經(jīng)第一凸透鏡與液體透鏡的準(zhǔn)直聚焦后透射出半反半透鏡，出射后的光束投射至mems反射鏡上，mems反射鏡反射出的光束再經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡改變光路方向后投射至第二凸透鏡，經(jīng)第二凸透鏡會(huì)聚后趨近于平行光出射，經(jīng)反射鏡反射至ccd照相機(jī)感光面；標(biāo)定光源發(fā)射出的標(biāo)定光出射至半反半透鏡，經(jīng)半反半透鏡的反射后投射至mems反射鏡，從mems反射鏡反射出的光束同樣經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡改變光路方向，最后經(jīng)第二凸透鏡的會(huì)聚后出射近似平行光，經(jīng)反射鏡反射至ccd照相機(jī)感光面。計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊控制mens反射鏡進(jìn)行激光束的大視場(chǎng)掃描。ccd照相機(jī)感光面上的待標(biāo)定激光束光斑與標(biāo)定光源光斑經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)ccd照相機(jī)上獲取的待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置進(jìn)行分析判斷后，半反半透鏡控制模塊控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)半反半透鏡的俯仰和方位進(jìn)行調(diào)整變化，使待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置的偏差在允許誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同軸調(diào)整。

所述的激光器優(yōu)選半導(dǎo)體激光器。

基于所述的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，包括如下步驟：

步驟一：搭建所述的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)；

步驟二：開啟待標(biāo)定激光器，在紅外觀察儀下調(diào)整激光器的激光束光軸與第一凸透鏡的中心軸及液體透鏡的中心軸在同一條直線上；

步驟三:調(diào)節(jié)液體透鏡的曲率，使激光束聚焦在mems反射鏡鏡面上。經(jīng)mems反射鏡反射后的激光束能夠用于進(jìn)行大視場(chǎng)掃描；

步驟四：開啟ccd照相機(jī)，mems反射鏡反射出的待標(biāo)定激光束經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡改變光路方向后投射至第二凸透鏡，經(jīng)第二凸透鏡會(huì)聚后趨近于平行光出射，經(jīng)反射鏡反射至ccd照相機(jī)感光面，記錄ccd照相機(jī)感光面上的激光束光斑中心位置；

步驟五：開啟標(biāo)定光源，標(biāo)定光源發(fā)射出的標(biāo)定光出射至半反半透鏡，經(jīng)半反半透鏡的反射后投射至mems反射鏡，從mems反射鏡反射出的光束同樣經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡改變光路方向，最后經(jīng)第二凸透鏡的會(huì)聚后出射近似平行光，經(jīng)反射鏡反射至ccd照相機(jī)感光面，記錄ccd照相機(jī)感光面上的標(biāo)定光源光斑中心位置；

步驟六：計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊控制mens反射鏡進(jìn)行激光束的大視場(chǎng)掃描。由計(jì)算機(jī)對(duì)ccd照相機(jī)上獲取的待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光源光束光斑中心位置進(jìn)行分析判斷后，半反半透鏡控制模塊控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)半反半透鏡的俯仰和方位進(jìn)行調(diào)整變化，使待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置的偏差在允許誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同軸調(diào)整。

有益效果：

1、本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，通過采集待測(cè)激光束光斑的中心位置與標(biāo)定光源的光斑位置來判斷兩者間的偏差，通過計(jì)算機(jī)預(yù)置的程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制，校準(zhǔn)速度快。

2、本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，利用電機(jī)控制系統(tǒng)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)半反半透鏡在俯仰和方位上的轉(zhuǎn)動(dòng)，改變標(biāo)定激光光束的光路方向，實(shí)現(xiàn)被標(biāo)定激光光源與標(biāo)定激光光源同軸的自動(dòng)調(diào)整，自動(dòng)化程度高。

3、本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，采用非球面環(huán)形反射鏡與mems微鏡相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)掃描。

4、本發(fā)明公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，采用第一凸透鏡與液體透鏡相結(jié)合的方式進(jìn)行激光束的聚焦，方便根據(jù)不同發(fā)散角的激光束調(diào)整透鏡所需參數(shù)，增大適用范圍。

附圖說明

圖1：裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2：非球面環(huán)形反射鏡俯視示意圖；

圖3：激光束與標(biāo)定光源同軸調(diào)整流程圖；

圖1中：1-半導(dǎo)體激光器、2-第一凸透鏡、3-液體透鏡、4-非球面環(huán)形反射鏡、5-半反半透鏡、6-mems反射鏡、7-第二凸透鏡、8-反射鏡、9-ccd照相機(jī)、10-數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端、11-計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊、12-半反半透鏡控制模塊、13-控制電機(jī)、14-標(biāo)定光源、15-外框。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式為一種激光三維成像發(fā)射系統(tǒng)中激光光源與標(biāo)定光源的同軸調(diào)整方法。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本實(shí)施例公開的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)，包括波長(zhǎng)905nm的半導(dǎo)體激光器1、第一凸透鏡2、optotune公司的el-16-40-tc液體透鏡3、非球面環(huán)形反射鏡4、半反半透鏡5、mems反射鏡6、第二凸透鏡7、反射鏡8、ccd照相機(jī)9、數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端10、計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊11、半反半透鏡控制模塊12、控制電機(jī)13、波長(zhǎng)為638nm的紅光圓斑標(biāo)定光源14、外框15。所述非球面環(huán)形反射鏡4用于改變mems反射鏡6反射出的激光與標(biāo)定光的疊加光的光路走向，使疊加光出射至第二凸透鏡7；非球面環(huán)形反射鏡4為碗狀環(huán)形結(jié)構(gòu)，將碗底中部鏤空，并在碗底中部鏤空部分安裝液體透鏡3，其結(jié)構(gòu)俯視圖如圖2所示。光路為：待標(biāo)定的波長(zhǎng)905nm的激光器1發(fā)射一束激光，經(jīng)第一凸透鏡2與液體透鏡3的準(zhǔn)直聚焦后透射出半反經(jīng)半透鏡5，出射后的光束投射至mems反射鏡6上，mems反射鏡6反射出的光束再經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡4改變光路方向后投射至第二凸透鏡7，經(jīng)第二凸透鏡7會(huì)聚后趨近于平行光出射，經(jīng)反射鏡8反射至ccd照相機(jī)9感光面；標(biāo)定光源14發(fā)射出的標(biāo)定光出射至半反半透鏡5，經(jīng)半反半透鏡5的反射后投射至mems反射鏡6，從mems反射鏡6反射出的光束同樣經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡4改變光路方向，最后經(jīng)第二凸透鏡7的會(huì)聚后出射近似平行光，經(jīng)反射鏡8反射至ccd照相機(jī)9感光面。計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊11控制mens反射鏡6進(jìn)行激光束的大視場(chǎng)掃描。ccd照相機(jī)9感光面上的待標(biāo)定激光束光斑與標(biāo)定光源光斑經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡的信號(hào)輸入端10輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)ccd照相機(jī)9上獲取的待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置進(jìn)行分析判斷后，半反半透鏡控制模塊12控制電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)半反半透鏡5的俯仰和方位進(jìn)行調(diào)整變化，使標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置的偏差在允許誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同軸調(diào)整。

如圖3所示，基于所述的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)及調(diào)整方法，包括如下步驟：

步驟一：搭建所述的一種大視場(chǎng)快速掃描的雙光源同軸標(biāo)定系統(tǒng)。

步驟二：開啟待標(biāo)定的波長(zhǎng)905nm的半導(dǎo)體激光器1，在紅外觀察儀下調(diào)整激光器的激光束光軸與第一凸透鏡2的中心軸及液體透鏡3的中心軸在同一條直線上；

步驟三:調(diào)節(jié)液體透鏡3的曲率，使激光束聚焦在mems反射鏡6鏡面上，經(jīng)mems反射鏡反射后的激光束能夠用于進(jìn)行大視場(chǎng)掃描；

步驟四：開啟ccd照相機(jī)9，mems微鏡反射出的待標(biāo)定激光束經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡4改變光路方向后投射至第二凸透鏡7，經(jīng)第二凸透鏡7會(huì)聚后趨近于平行光出射，經(jīng)反射鏡8反射至ccd照相機(jī)9感光面，記錄ccd照相機(jī)9感光面上的激光束光斑中心位置；

步驟五：開啟波長(zhǎng)為638nm的紅光圓斑標(biāo)定光源14，標(biāo)定光源14發(fā)射出的標(biāo)定光出射至半反半透鏡5，經(jīng)半反半透鏡5的反射后投射至mems反射鏡6，從mems反射鏡6反射出的光束同樣經(jīng)非球面環(huán)形反射鏡4改變光路方向，最后經(jīng)第二凸透鏡7的會(huì)聚后出射近似平行光，經(jīng)反射鏡8反射至ccd照相機(jī)9感光面，記錄ccd照相機(jī)9感光面上的標(biāo)定光源光斑中心位置；

步驟六：計(jì)算機(jī)mens反射鏡控制模塊11控制mens反射鏡6進(jìn)行激光束的大視場(chǎng)掃描。由計(jì)算機(jī)對(duì)ccd照相機(jī)9上獲取的待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光源光束光斑中心位置進(jìn)行分析判斷后，半反半透鏡控制模塊12控制電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)來對(duì)半反半透鏡5的俯仰和方位進(jìn)行調(diào)整變化，使待標(biāo)定激光束與標(biāo)定光束光斑中心位置的偏差在允許誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)同軸調(diào)整。

本實(shí)施方式中第一凸透鏡2與液體透鏡3對(duì)激光束進(jìn)行準(zhǔn)直聚焦，使激光束聚焦在mems反射鏡6上；從波長(zhǎng)905nm的半導(dǎo)體激光器1發(fā)射出的激光束經(jīng)半反半透鏡5透射至mems反射鏡6上，同時(shí)使波長(zhǎng)638nm的紅光圓斑標(biāo)定光源14的標(biāo)定光反射至mems反射鏡6上；第二凸透鏡7可使光束趨近于平行出射；光信號(hào)通過反射鏡8反射給ccd照相機(jī)，由計(jì)算機(jī)分析判斷后，通過計(jì)算機(jī)的半反半透鏡控制模塊12輸出，從而控制電機(jī)13轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)整半反半透鏡5的俯仰和方位。

以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。