一种基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置和补偿方法_2

文档序号:9546151阅读:来源:国知局
信号光的一部分经分光镜反射进入参考光路用于波前检测,信号光的剩余部分经分光镜透射进入探测光路,所述参考光路包括参考镜和第一 CCD,所述探测光路包括阵列反射式补偿镜和第二 CCD ;
[0038]分光镜为反射-透射比为一固定值的光学镀膜镜片,用于从接收光路中分出一小部分用于波前检测;参考镜为按照理想情况设计的焦距为100mm的聚焦透镜,可以将接收到的畸变信号聚焦到第一 CCD上用于记录波前畸变情况;第一 CCD为电荷转移器件,位于参考镜的焦面位置,用于对接收到的参考光路监控光信号波前进行记录;第二 CCD位于阵列反射式补偿镜构成的透镜的焦面位置。
[0039]所述参考镜将接收到的信号光聚焦到第一 CCD上,第一 CCD对接收到的信号光波前进行记录,并将记录得到的图像信号发送给自适应反馈控制电路;
[0040]所述自适应反馈控制电路根据第一 CCD记录的图像信号,将图像信号中的光斑图像形状与标准理想参考图像进行比对,反演信号光波前畸变,并根据信号光波前畸变产生控制阵列反射式补偿镜动作的指令;具体为:
[0041]采用栅格化方式反演信号光的波前畸变情况,检索每个栅格上的畸变,提取出特征差异,反演每个栅格的波前畸变信息,依据每个栅格对应的X轴、Y轴和z轴的畸变量控制对应阵列反射式补偿镜的俯仰、偏转、翻滚和平移动作,通过控制单个补偿镜的动作,使得信号光波前畸变最小化。
[0042]所述阵列反射式补偿镜包括多个阵列排布的面元,各个面元之间相互独立,单独进行三轴指向控制和位置控制。基于第一 CCD监测图像通过单个面元的控制最终组合实现整体相位的补偿,具有制作生产简单,成本低廉,性价比高的特点。
[0043]所述阵列反射式补偿镜根据自适应反馈控制电路的控制指令进行动作,从而补偿接收信号光的波前畸变,并将补偿后的信号光汇聚后注入到第二CCD中;所述第二CCD对补偿后的信号光形成的焦斑图像进行测量,并将测量结果送入自适应反馈控制电路中与标准理想参考图像进行比对,并根据对比结果对控制指令进行调整(可以采用PID控制算法实现),使得第二 CCD测量到的焦斑图像逼近标准理想参考图像,从而实现自适应光学补偿。
[0044]如图5所示为本发明中自适应光学补偿方法的方法流程图,从图5可知,具体步骤为:
[0045](1)接收望远镜接收到的信号光的一部分经分光镜反射,并经参考镜聚焦后进入第一 (XD,第一 (XD以成像的方式记录各像元的信息;
[0046](2)自适应反馈控制电路接收第一 CCD的成像像素信息,依据光斑图像形状,将其与标准理想参考焦斑图像进行比对,反演信号光的波前畸变信息;具体为:采用栅格化方式,体现每个栅格上X轴、Y轴和Z轴的畸变,提取出特征差异,反演每个栅格的波前畸变信息。
[0047](3)自适应反馈控制电路根据步骤(2)中反演的波前畸变信息,产生控制阵列反射式补偿镜进行俯仰、偏转、翻滚和平移动作的控制信息;
[0048](4)阵列反射式补偿镜根据自适应反馈控制电路的控制信息,对相应的反射镜进行控制,控制角度和前后距离的变化,实现光学补偿;
[0049](5)第二 CCD对补偿后的焦斑图像进行测量,获取监控焦斑图像,并将监控焦斑图像送入自适应反馈控制电路,自适应反馈控制电路利用监控焦斑图像与标准理想参考焦斑图像的偏差对控制信息进行调整;
[0050](6)重复步骤(1)?步骤(5),最终实现监控焦斑图像与标准理想参考焦斑图像的逼近,完成自适应补偿,保持探测光路的相干性。
[0051]具体实施例
[0052]本发明装置以某场合下的激光雷达相干探测为实施例,下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
[0053]首先请参照图1,图1为本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法整体结构暨内部逻辑功能单元示意图。由本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法整体结构暨内部逻辑功能单元示意图图1可见,本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法由分光镜、参考镜、第一 CCD、自适应反馈控制电路、阵列反射式补偿镜和第二CCD组成。其位置和连接关系是:分光镜位于接收望远镜中继光路前端,将接收到的信号光反射分出一部分到参考光路用于波前检测,其余部分透射进入探测光路;参考镜为按照理想情况设计的焦距为100mm的聚焦透镜,可以将接收到的畸变信号聚焦到第一 CCD上用于记录波前畸变情况;第一 CCD为电荷转移器件,位于参考光路中参考镜的焦面位置,用于对接收到的参考光路监控光信号波前进行记录,图像信号送自适应反馈控制电路;自适应反馈控制电路根据第一 CCD记录的信号,通过图像图像处理方法反演波前畸变信息,采用栅格化方式,体现在每个栅格上的畸变,提取出特征差异,反演每个栅格的X轴、Y轴和Z轴波前畸变量,并控制阵列反射式补偿镜的俯仰、偏转、翻滚和平移动作;当相位畸变时,参考光路不再聚焦在第一 CCD的中心,容易从其相对CCD的偏离反演出相位X、Y和Ζ轴倾斜角度,由于等相位是连续的,根据相位的倾斜角度以及像元尺寸,可以计算出此处等相位面沿传播方向的距离增量即平移距离。
[0054]阵列反射式补偿镜位于探测光路的末端,根据自适应反馈控制电路的指令实现相应反射镜的俯仰、翻滚和平移运动,从而补偿接收信号的波前畸变;第二 CCD位于阵列反射镜构成的透镜的焦面位置,对补偿后的焦斑图像进行测量,送入自适应反馈控制电路,与参考焦斑和监控焦斑图像进行比较,采用标准PID算法,通过图像差异的最小化,最终使得补偿后的焦斑图像基本完全重合,实现自适应光学补偿。
[0055]其次请参照图2,图2为本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法的反射镜阵列结构图。由图2可知,基于反射镜阵列的补偿镜由一个个阵列排布的反射镜面元组成,面元相互独立,可单独进行角度指向控制和位置控制,可以根据理想光路将初始位置设计成与参考光路中参考镜同样的曲面。
[0056]再次请参照图3,图3为本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法的单个反射镜结构。由图3可知,对于每个面元,都与3个压电陶瓷柱相连,采用三点推拉方式控制角度和距离。如果压电陶瓷柱b、c固定,只有a伸缩,则可以改变面元的俯仰角(与X轴的夹角);如果压电陶瓷柱a、b固定,只有c伸缩,则可以改变面元的偏转角(与y轴的夹角);如果压电陶瓷柱a、c固定,只有b伸缩,则可以改变面元的翻滚角(与z轴的夹角);如果3个压电陶瓷等距离伸缩,就可以调整面元的前后位置。因此调节三个压电陶瓷的伸缩,可以三维的改变面元,包括两维的指向和一维的伸缩,本发明通过控制三个立柱的伸缩实现三轴角度和前后距离的调节,控制简单,易于实现。
[0057]接下来请参照图4,图4为本发明基于反射镜阵列的自适应光学补偿装置及方法的自适应阵列反射式聚焦相位补偿的光路示意图。其中位置参考面定义为当入射光没有相位畸变时,各个面元的位置(红色标注),此时各面元的指向也是固定的;CCD为希望光束聚焦的位置,即探测点。图4(a)所示为在入射光没有相位畸变,即其等相位面为一平面时的光路图。可知,此时所有入射的光均可到达焦点CCD,并且面元就在位置参考面上,并且各光线达到焦点的时间也相同(以反射光线箭头的位置表示同一时刻不同光线到达的位置)。图4(b)所示为在入射光有相位畸变,未进行自适应聚焦补偿时的光路图。可知,此时不同路径的光线不再聚焦在CCD点,同时各路径光线到达等相位面的时间也出现了分散,直接后果为探测到的激光能量降低和相位展宽。图4(c)所示为在入射光有相位畸变,进行自适应聚焦之后的光路图。可知,调整面元的指向可以使其反射光对准CCD点,但是由于相位畸变,经过不同面元发射的光达到
当前第2页1 2 3 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1