专利名称：成像反光镜、其制造方法及其在激光成像系统中的使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学成像反光镜、其制造方法及其在激光成像系统中的应用。
背景技术：
在使用激光光束处理目标的系统中，需要精确的对准激光束。从而可能需要精确 的了解处理光束在目标上的作用点。对此而言，在实践中已知使用成像系统从而能够得到目标的图像以及目标上处理 光束的作用点的图像。然后，该系统能够根据得到的图像修正处理光束的方向。为了执行成像，已知系统通常使用分光器，所述分光器能够传送指向目标的处理 光束，接收从目标反射的光以及将所述光反射到图像获取装置。这类系统的缺点在于分光器在处理光束的路径上产生损失，或者无法经受应用的 光照强度。本发明能够解决该缺陷。本发明的主题是一种反射系统，所述反射系统能够使用相同的光学元件进行处理 光束的传输和成像。本发明的另一个主题是提供制造这样的反射系统的方法。本发明还涉 及应用根据本发明的光学反射系统的光学成像结构。
发明内容
因此，本发明的主题是一种用于光学成像的反光镜。该反光镜包括具有反射面的 反射装置。所述反射装置结合发光装置，而发光装置的一个发射端位于所述反射面上的无 反射性或者具有微弱反射性的区域中。根据本发明的一个有利的实施例，发射装置是发射光纤或者由几个发射光纤组成 的组件，其中光纤的一端和所述反射面平齐。所述端的表面构成所述无反射性或者具有微 弱反射性的区域。反射面和所述端的表面位于一个相同的平面上，并相对于发射光纤或由 几个发射光纤组成的组件的轴倾斜。根据本发明的一个实施例，所述反射装置由基于玻璃的材料或合成材料制成。根据本发明的反光镜的一个变化的实施例，所述反射装置包括环绕发射光纤(或 所述由几个发射光纤组成的组件)紧密固定的光纤的组件。根据一个变化的实施例，所述反射装置包括镀有体衍射光栅的面，所述衍射光栅 在所述区域中具有孔，用于发光装置的发射端穿过。本发明还涉及一种制造根据本发明的上述反光镜的方法。该方法包括下列步骤-在所述反射装置中安装发射光纤或者由几个发射光纤组成的组件，-机械加工所述反射装置以得到相对于发射光纤(或者由几个发射光纤组成的组 件)的横向面，_对所述横向面进行反射处理以制造所述反射面，-通过所述发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)传输能量光束，以破坏反射面中对应于发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)的发射区域的区域中的反射处理。根据本发明的方法的一个实施例，通过模塑执行在所述反射装置中安装所述发射 光纤(或者由发射光纤组成的组件)的步骤。根据本发明的方法的一个变化的实施例，通过在光纤组件中安装所述发射光纤 (或者由发射光纤组成的组件)然后将光纤固定在一起，执行在所述反射装置中安装的步
马聚ο本发明的另一个主题是应用上述反光镜或其制造方法的光学成像系统。在该成像系统中，所述发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)被设计为对目标 的第一区域发射处理光束。该成像系统包括-成像光源，发射被设计为照亮所述目标的第二区域的成像光束，所述第二区域的 表面积大于所述第一区域并环绕所述第一区域，-照相机，朝向形成第一反光镜的所述反射面定向，以及被设计为接收通过所述目 标反射到该第一反光镜的光。根据本发明的变体，光学成像系统还包括位于发射光纤和所述第一反光镜之间的 光学组件，该光学组件的目的是执行聚焦到反光镜上的功能，从而能够分开所述第一反光 镜的发射光源。根据本发明的一个变体，光学组件包括两个可变的放大透镜。根据本发明的一个变化的实施例，成像系统还可以包括-至少一个第二反光镜，接收所述处理光束，反射所述处理光束用于照亮第一区 域，所述第二反光镜能够将所述照亮光束朝目标的所述第一区域定向，-控制系统，能够以照相机接收的像为函数控制第二反光镜的定向。根据另一个变化的实施例，成像系统可以包括第三反光镜，所述第三反光镜被设 计为将从第二反光镜接收的光反射到所述目标，或者反过来将从目标接收到的光反射到第 二反光镜，所述控制系统能够以照相机接收的像为函数控制第三反光镜的定向，从而能够 调整从第二反光镜接收的光束的聚焦。根据另一个变化的实施例，成像系统可以包括第四反光镜，接收来自第一反光镜 的光并将其反射到照相机。根据本发明的成像系统的一个实施例，所述处理光束为第一波长或波长范围，所 述成像光束为不同于第一波长或波长范围的第二波长或波长范围，该系统还包括位于第一 反光镜和照相机之间的光谱滤波器，所述光谱滤波器仅允许第二波长或波长范围传输到照 相机。本发明的另一个主题是用于控制应用上述成像系统的几个光源的系统。该系统包 括至少两个激光源。每个激光源包括独立的瞄准系统。控制系统还包括能够控制每个激光 源的瞄准系统的中央控制电路。
参考以下说明和附图，本发明的各个主题和特征将更加清楚，其中图1显示了根据本发明的用于光学成像的反光镜的典型的实施例，图2a和2b显示了根据本发明图1的反光镜的典型制造方法，
图3a和3b显示了根据本发明的制造方法的变化的实施例，图4显示了根据本发明的用于光学成像的反光镜的变化的实施例，图5显示了根据本发明的结合有光学组件的反光镜的示例，所述光学组件能够防 止发射光纤的端部被金属沉积污染，图6显示了应用根据本发明的反光镜的光学瞄准系统，图7显示了控制多个光源的本发明的系统的应用。
具体实施例方式参考图1，首先描述根据本发明的用于光学成像的反光镜的典型的实施例。反光镜Ml是具有反射表面1的单元。表面1具有无反射性或者与表面1的整体 相比具有微弱反射性的区域zl。在这种情况下，光源可以经过区域zl发射光束。另一方 面，反光镜Ml上的入射光被反射表面1反射而不被区域zl反射。图1还显示了反光镜Ml的简化的操作模式。作为示例，光纤2穿过反光镜M1，并且光纤2具有位于区域zl中的发射端。根据图1中的典型的实施例，光纤2向目标Cl的局部区域发射光束FS1。此外，目标Cl被成像光束FEl照亮。反过来，目标Cl反射光束FR1。光束FRl通 过反光镜Ml的表面1以光束FR2的形式被朝向照相机3反射。从而显示的像4就是目标 的像。此外，到达反光镜的区域zl的光束FRl的一部分并不被(或者基本不被)反光镜Ml 反射。由此在目标的像4中具有较暗区域5。该区域对应于目标上光束FSl的作用。因此，图1的成像系统能够观测到目标Cl上由光纤2发射的光束FSl作用的区 域。通过观测由照相机得到的像4，操作人员或者成像处理系统由此可以通过修改光束FSl 的定向和/或聚焦来修改目标上的作用区域。图2a和2b显示了制造图1中的反光镜Ml的典型的方法。在第一步中，光纤2被埋头于块Bl中。有利的，所述块可以由玻璃(或者蓝宝石 /氮化物，由于这些材料的热特性)或者合成树脂制成。在第二步中，机械加工该块，从而制造相对于光纤的轴倾斜的面1。光纤的一端和 面1的表面平齐。有利的，面1和光纤2的轴之间有45度的夹角。在第三步中，对面1进行反射处理。例如，面1被镀有金属化层。在第四步中，在光纤2的平齐端所在的位置制造无反射性或者具有微弱反射性的 区域zl。有利的，通过经光纤传送能量足以破坏区域zl中的面1的反射处理的光束来制造 该区域zlo图3a和3b显示了制造根据本发明的反光镜的方法的变化例。在第一步中，光纤2置于光纤6. 1到6. η的组件中，以及组件被固定在一起。例如 多个光纤粘合或煅烧在一起。在第二步中，机械加工该光纤组件，从而制造相对于光线的轴倾斜的平面。光纤的 端部，例如光纤6. 7的端部e6. 7和该平面平齐。特别是光纤2的一端由此和该面的表面平 齐。如上文所述，有利的是该面和光纤2的轴之间的夹角是45度(和上面的观测相同)。在第3步中，在诸如端部e6. 7的光纤端部上进行反射处理。例如，光纤的端部镀
有金属化层。
在第四步中，对应于上述区域Zl的光纤2的端部被加工为无反射性或者具有微弱 反射性。例如，如果在先前的步骤中所述端部和其他光纤端部一样被加工为具有反射性，通 过光纤2传输具有足够能量的光束以破坏该端部的反射处理。有利的，在第一步中(光纤的组件)，光纤被埋头于树脂中，所述树脂和光纤固定 到一起。从而，光纤之间的空间被树脂填充。从而图3b中的装置的倾斜面是整体具有反射 性的均勻面(但不包括区域zl)。已经参考光纤2描述了上述典型的实施例。但是，本发明可以被应用于制造这样 的系统，即以几个并排排列的光纤组成的组件代替单独的光纤2。区域zl对应于这些光纤 的所有的发射端。图4显示了根据本发明的用于光学成像的反光镜的变化的实施例。其包括一面镀 有聚合物层的支撑条Si，在聚合物层中有对准的体衍射光栅(布拉格光栅)。此外，孔Tl 穿过支撑条和衍射光栅，从而允许插入光纤(或者光纤组件)，所述光纤的发射端允许通过 区域Zl发光。图5显示了本发明的变体，其中在反光镜的上游结合光学组件，从而在反射表面 中制造开口 zl的过程中保护光纤的发射面。典型的，该光学组件由位于发射光纤Sl和反 光镜Ml之间的两个透镜01和02形成。光学元件之间的几何距离以距离的方式防止了光 纤输出面被污染。从而无需修改或破坏主要激光源的输出面的光学特征，而通过剥离/加 热而去除金属薄膜的经受激光通量的一部分，产生自对准中心的开口，光源点的像。参考图6，将描述应用根据本发明的反光镜并且能够方便地定向光源的瞄准系统。光源Sl发射光束FSl穿过第一反光镜Ml。该反光镜与上述参考图1描述的反光 镜相同。从而，穿过反光镜的光束的发射区域zl是无反射性的或具有微弱反射性。设计用于定向光束的第二反光镜M2向第三反光镜M3反射光束，所述第三反光镜 能够使光束聚焦到目标Cl的待处理区域Zl上。瞄准调节光源El发射光束FEl，所述光束FEl在表面照明区域Z2照亮目标Cl。区 域z2的表面积显著大于区域Zl的表面积并环绕区域Zl。光束FEl的至少一部分光被目标反射到反光镜M3，所述反光镜M3再将其反射到反 光镜M2。所述光被反光镜Ml反射然后通过反光镜M4向照相机CA反射。但是，如上文所述，发射光束FSl的反光镜Ml的区域zl具有微弱的反射性。照相 机CA从而接收到目标的像，其中被光束FS2照亮的区域Zl的像显示出与目标的像的其余 部分相比较低的亮度或不同的颜色。由此通过照相机得到的像可以定位被光束FS2照亮的 区域Zl的位置。图像被传送到识别被照亮区域Zl的尺寸以及其在目标上的位置的处理电路CT。 然后，处理电路CT可以经过连接Ctl控制反光镜M2的定向，从而修改光束FS2的方向。处 理电路CT也可以经过连接ct2控制反光镜M3，从而调整聚焦。有利的，通过光源Sl和El发射的波长具有不同的值。特别是，光源El发射的波 长并不包含于光源Sl的波长的范围内。由此本发明提供光谱滤波器F1，其允许光源El发 射的波长(或者波长范围)传送到照相机。这降低了光束FS2的波长返回和被目标反射的 风险，从而防止破坏通过照相机捕捉的像。例如，光源El的发射波长可以是1. 5微米，而光源Sl可以发射大约1. 08微米的波长。本发明有利的应用于通过激光束处理的系统，其中光纤(或光纤组件)2发射的光 束FSl的目的是执行远程目标的处理(图1)。本发明还可以用于使用在定向和聚焦上可以分别独立控制的几个激光源的系统。 例如，本发明可以应用于激光源位于地理上的不同位置的系统。图7显示了应用本发明的系统的光源配置。每个光源S1、S2……SN都包括具有光 纤以及至少一个聚焦透镜的激光源。中央控制电路CC能够控制每个光源的预定向和预聚焦，从而这些光源发射的不 同光束基本上指向待处理的目标Cl的同一个相同的区域。根据IR成像系统提供的数据执 行该预瞄准，所述IR成像系统对于3 σ的标准偏差以500微弧度量级的准确性覆盖1到3 度范围。根据本发明，例如图7中的Sl到SN的每个光源都具有参考图5所描述的瞄准系 统。在这种情况下，图6中的中央控制电路CC能够执行对不同光源Sl到SN定向的第一步。 然后，处理电路CT控制不同光源Sl到SN发射的光束的更加精确的定向。根据这种配置，不同光源可以相对于目标置于空间中的任何位置。有利的，每个光源都装在独立支架上。从而这种结构允许优化的模块化设计。根据变化的实施例，本发明还预先设置在激光源上装备瞄准系统，如图5所示，其 能够向目标Cl的区域Zl引导不同光束。有利的，这些瞄准系统和中央控制电路CC相互作用。如果这些光路中的每一个都安装有具有接近波长(例如1. 5微米)的主动成像传 感器，就可以实时调节聚焦和精确瞄准，而这样就可以同时处理闭环控制问题和大气湍流 效应的校正，从而优化目标上的能量沉积。
权利要求
一种用于光学成像的反光镜，其特征在于该反光镜包括具有反射面(1)的反射装置(M1)，所述反射装置结合发光装置(2)，发光装置的一个发射端位于所述反射面上的无反射性或者具有微弱反射性的区域(z1)中。
2.根据权利要求1所述的用于光学成像的反光镜，其特征在于所述发射装置(2)是发 射光纤或者由几个发射光纤组成的组件，其一端和所述反射面(1)平齐，所述端的表面构 成所述无反射性或者具有微弱反射性的区域(zl)，反射面和所述端的表面位于一个相同的 平面上，并相对于发射光纤或由几个发射光纤组成的组件的轴倾斜。
3.根据权利要求2所述的用于光学成像的反光镜，其特征在于所述反射装置(Bi)由基 于玻璃的材料或合成材料制成。
4.根据权利要求3所述的用于光学成像的反光镜，其特征在于所述反射装置包括环绕 发射光纤(或所述由几个发射光纤组成的组件)紧密固定的光纤的组件(6. 1到6. η)。
5.根据权利要求1所述的用于光学成像的反光镜，其特征在于所述反射装置包括镀有 体衍射光栅的面，所述体衍射光栅在所述区域(zl)中具有孔，以用于发光装置(2)的发射 端穿过，该体光栅垂直于使用激光的准单色特征照亮目标的发射光束，从而将发射光束转 向成像系统。
6.一种制造根据权利要求2到4中任一项所述的反光镜的方法，其特征在于该方法包 括下列步骤在所述反射装置出1，6.1到6.11)中安装发射光纤或者由几个发射光纤组成的组件，机械加工所述反射装置以得到相对于发射光纤(或者由几个发射光纤组成的组件)的 横向面，对所述横向面进行反射处理以制造所述反射面，通过所述发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)传输能量光束，以破坏反射面中对 应于发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)的发射区域的区域(zl)中的反射处理。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于通过模塑执行在所述反射装置中安装所述 发射光纤(或者由发射光纤组成的组件)的步骤。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于通过在光纤组件中安装所述发射光纤(或 者由发射光纤组成的组件)然后将光纤固定在一起，执行在所述反射装置中安装的步骤。
9.一种激光成像系统，应用根据权利要求1到5中任一项所述的反光镜或者根据权利 要求6到8中任一项所述的方法，其特征在于所述发射光纤(或者由发射光纤组成的组件) 被设计为对目标(Cl)的第一区域(Zl)发射处理光束(FSl)，以及该系统包括成像光源(El)，发射被设计为照亮所述目标的第二区域(Ζ2)的成像光束(FEl)，所述 第二区域的表面积大于所述第一区域(Zl)并环绕所述第一区域，照相机(CA)，朝向形成第一反光镜(Ml)的所述反射面定向，以及被设计为接收通过所 述目标反射到该第一反光镜(Ml)的光。
10.根据权利要求9所述的激光成像系统，其特征在于所述激光成像系统包括位于发 射光纤和根据权利要求1到5中任一项所述的反光镜之间的成像光学组件，所述成像光学 组件产生光瞳、光源点的像和自对准中心，同时所述成像光学组件相对于金属膜局部气相 沉积采用的方法的污染沉积特性而保护所述光纤的输出面。
11.根据权利要求10所述的激光成像系统，其特征在于成像光学组件包括一个或多个透镜，能够根据预期的应用执行光束放大的功能。
12.根据权利要求9到11中任一项所述的激光成像系统，其特征在于所述激光成像系 统还包括至少一个第二反光镜(M2)，所述第二反光镜(M2)接收所述处理光束，反射所述处理光 束用于照亮第一区域(Zl)，所述第二反光镜能够将所述照亮光束朝向目标的所述第一区域 定向，控制系统，能够以照相机(CA)接收的像为函数控制第二反光镜的定向。
13.根据权利要求12所述的激光成像系统，其特征在于所述激光成像系统包括第三 反光镜(M3)，所述第三反光镜(M3)被设计为将从第二反光镜(M2)接收的光反射到所述目 标(Cl)，或者反过来将从目标接收到的光反射到第二反光镜，所述控制系统能够以照相机 (CA)接收的像为函数控制第三反光镜的定向，从而能够调整从第二反光镜(M2)接收的光 束的聚焦。
14.根据权利要求13所述的激光成像系统，其特征在于所述激光成像系统包括第四 反光镜(M4)，所述第四反光镜(M4)接收从第一反光镜(Ml)接收的光并将其反射到照相机 (CA)。
15.根据权利要求9到14中任一项所述的激光成像系统，其特征在于所述处理光束 (FSl)为第一波长或波长范围，所述成像光束(FEl)为不同于第一波长或波长范围的第二 波长或波长范围，该系统还包括位于第一反光镜(Ml)和照相机(CA)之间的光谱滤波器 (Fl)，所述光谱滤波器仅允许第二波长或波长范围传输到照相机。
16.一种用于控制几个光源的系统，所述光源应用根据权利要求9到15中任一项所述 的成像系统，其特征在于所述用于控制几个光源的系统包括至少两个激光源(Si到SN)，每 个激光源包括独立的瞄准系统，控制系统还包括能够控制每个激光源的瞄准系统的中央控 制电路(CC)。
全文摘要
本发明涉及一种用于光学成像的反光镜，包括具有反射面(1)的反射装置(M1)。所述反射装置包括发光装置(2)，所述发光装置的一个发射端位于所述反射面上的无反射性或者具有微弱反射性的区域(Z1)中。本发明可用于激光成像系统中。
文档编号G02B23/14GK101910882SQ200880123721
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月5日 优先权日2007年12月18日
发明者F-X·杜瓦托, J-P·波肖莱 申请人:泰勒斯公司