大气相干长度仪自动调焦装置及方法与流程

本发明涉及光学领域，特别是涉及大气相干长度仪自动调焦装置及方法。

背景技术：

光在湍流大气中传输时，由于大气中折射率起伏导致光波阵面畸变，引起光束漂移、光斑扩展和光强起伏等湍流效应，描述湍流效应时，广泛使用的参数为大气相干长度，大气相干长度描述了传输路径上的综合湍流强度，是用于激光大气传输和自适应光学研究的重要参量。

大气相干长度仪的测量方式：光束经望远镜接收，聚焦在相机靶面上，经过相机数据采集与处理系统后，获得质心随机起伏的两个光斑，通过计算一定帧数的图像中两个光斑质心间距的起伏方差得到大气相干长度。

测量大气相干长度时，被测信标光与望远镜的距离是变化的，随着距离的变化，为实现信标光在焦平面成像，需要调节接收望远镜与相机之间的距离，将光线聚焦在相机的焦平面上；接收望远镜与其他光学系统，受到昼夜温差的影响，产生热胀冷缩现象，会产生离焦，这时也需要微调接收望远镜与相机的间距，从而将信标光聚焦在相机的焦平面上。

现有技术中的大气相干长度仪中的焦距调节装置都是通过手动的方式实现，使得设备不能实现自动调焦。

技术实现要素：

本发明的目的是提供能够实现自动调焦的大气相干长度仪自动调焦装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明大气相干长度仪自动调焦的自动调焦装置，大气相干长度仪上对应设置望远镜和相机，光线通过所述望远镜在所述相机中的相机靶面上成像，所述自动调焦装置与相机连接；其中，所述自动调焦装置包括：微型滑轨，滑块座，电机，控制器；

所述滑块座与所述相机固定连接，且所述滑块座设置在所述微型滑轨上，能够带动所述相机沿着所述微型滑轨上下移动；

所述电机与所述滑块座连接，用于驱动所述滑块座沿着所述微型滑轨上下移动。

所述控制器分别与所述相机和所述电机连接，用于获取所述相机靶面上的图像的两个光斑的质心位置，并根据所述两个光斑的质心位置驱动所述电机调整所述滑块座在所述微型滑轨上的移动位置，以改变所述相机与所述望远镜的间距。

可选的，所述自动调焦装置还包括：底座、微型位移传感器；

所述底座设置在所述望远镜出光口处，且所述底座上设置有所述微型滑轨；

所述微型位移传感器的固定端设置在所述底座上，所述微型位移传感器的滑动端与所述滑块座连接，所述微型位移传感器与所述控制器连接，用于检测所述滑块座在所述微型滑轨上的当前位置值，并发送至所述控制器；

所述控制器还用于分别比较所述滑块座在所述微型滑轨上的当前位置值与设定的上限位值和设定的下限位值的大小，并根据比较结果调整所述滑块座在所述微型滑轨上的移动位置。

可选的，所述自动调焦装置还包括：反光镜、反光镜安装调整座；

所述反光镜设置在所述反光镜安装调整座上，用于将所述望远镜的出射光导入到所述相机内；

所述反光镜安装调整座设置在所述底座上。

可选的，所述自动调焦装置还包括：相机安装座，所述相机安装在所述相机安装座上，所述相机安装座与所述滑块座连接。

大气相干长度仪，所述大气相干长度仪上对应设置望远镜和相机，光线通过所述望远镜在所述相机中的相机靶面上成像；

所述大气相干长度仪上还设置有根据上述所述的大气相干长度仪自动调焦的自动调焦装置；所述自动调焦装置与所述相机连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：大气相干长度仪自动调焦的自动调焦装置通过设置所述相机固定在滑块座上，通过控制器控制所述滑块座在所述微型滑轨上移动，实现了自动调节相机与望远镜的距离，达到了自动调焦的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明大气相干长度仪自动调焦的自动调焦方法，所述自动调焦方法使用根据上述所述的大气相干长度仪自动调焦的自动调焦装置或根据权利要求所述的大气相干长度仪，所述自动调焦方法包括：

步骤一：在控制滑块座在所述微型滑轨上移动的过程中，获取相机靶面上成像的两个光斑的质心位置；

步骤二：根据相机靶面上成像的两个光斑的质心位置计算所述两个光斑的质心的间距；

步骤三：将所述质心的间距与预先设定的间距作差得到差值的绝对值；

步骤四：判断所述差值的绝对值是否小于设定回差；如果是，则控制所述滑块座沿着所述微型滑轨不移动；否则执行步骤五；

步骤五：判断所述质心的间距是否大于所述设定的间距；如果是，则控制器置于正向调焦状态，执行步骤六；否则，控制器置于反向调焦状态，执行步骤七；

步骤六：控制所述滑块座沿着所述微型滑轨正向调焦，执行步骤一；

步骤七：控制所述滑块座沿着所述微型滑轨反向调焦，执行步骤一。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：根据相机靶面上成像的两个光斑的质心位置计算所述两个光斑的质心的间距；将所述质心的间距与预先设定的间距作差得到差值的绝对值；通过所述绝对值与设定回差进行比较来控制所述滑块座沿着所述微型滑轨上下移动的情况，实现了自动调焦的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的大气相干长度仪的自动调焦装置的爆炸图；

图2为本发明的大气相干长度仪的自动调焦装置的主视图；

图3为本发明的大气相干长度仪的自动调焦装置的侧视图；

图4为具有自动调焦装置的大气相干长度仪；

图5为本发明的大气相干长度仪的自动调焦方法的流程图；

图6为大气相干长度仪的简化光路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供大气相干长度仪自动调焦装置和自动调焦方法。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

大气相干长度仪包括望远镜11，自动调焦装置12，机架14，控制器13。所述控制器14安装于所述机架14内。大气相干长度仪自动调焦的自动调焦装置12，大气相干长度仪上对应设置望远镜11和相机8，光线通过所述望远镜11在所述相机8中的相机靶面上成像，所述自动调焦装置12与相机8连接；如图1所示，所述自动调焦装置12包括：微型滑轨2，滑块座3，控制器13；所述滑块座3与所述相机8固定连接，且所述滑块座3设置在所述微型滑轨2上，且能够带动所述相机8沿着所述微型滑轨2上下移动；所述控制器13分别与所述相机8和所述电机7连接，用于获取所述相机8靶面上的图像的两个光斑的质心位置，并根据所述两个光斑的质心位置调整所述滑块座3在所述微型滑轨2上的滑动位置，以改变所述相机8与所述望远镜11的间距。

在本实施例中，所述滑块座3的安装面上加工导向槽，导向槽的宽度与所述微型滑轨2的滑块宽度一样，保证在安装过程中不会产生倾斜。

所述相机8是大气相干长度的测量检测部件，同时为自动调焦装置12提供焦距位置的反馈。

所述自动调焦装置12还包括：底座1、微型位移传感器6；所述底座1设置在所述望远镜11出光口处，且所述底座1上设置有所述微型滑轨2；所述微型位移传感器6的固定端设置在所述底座1上，所述微型位移传感器6的滑动端与所述滑块座3连接，所述微型位移传感器与所述控制器13连接，用于检测所述滑块座3在所述微型滑轨2上的当前位移，并发送至所述控制器13，实现了定位操作的位置反馈。

所述控制器13还用于分别比较所述滑块座3在所述微型滑轨2上的当前位移的值与设定的上限位值和设定的下限位值的大小，并根据比较结果调整所述滑块座3在所述微型滑轨2上的移动位置，用于防止所述滑块座3脱离所述微型滑轨2，实现了软件限位功能。

所述自动调焦装置12还包括：反光镜9、反光镜安装调整座10；在本实施例中，所述反光镜9为45°反光镜。

所述反光镜9设置在所述反光镜安装调整座10上，所述反光镜安装调整座10设置有两维的调整机构，用于调节所述反光镜9的角度，用于将所述望远镜9的出射光导入到所述相机8内；所述反光镜安装调整座10设置在所述底座1上。

所述自动调焦装置12还包括：电机7，所述电机7与所述滑块座3连接，用于驱动所述滑块座3沿着所述微型滑轨2上下移动，在本实施例中，所述电机7为直线步进电机。

所述电机7的丝杠上设置有上限位块51、下限位块52，所述上限位块51和下限位块52用于限制丝杠的运动区间，防止电机7掉落。

所述自动调焦装置12还包括：相机安装块4，所述相机8固定在所述相机安装块4上，所述相机安装块4与所述滑块座3之间需要紧密配合连接，确保相机8在垂直方向上的倾斜尽量小；所述相机安装块4是所述相机8与所述滑块座3之间的过渡部件，为了方便相机8的拆装和检修。

本发明还提供大气相干长度仪，所述大气相干长度仪上设置有上述自动调焦装置12，及对应设置望远镜11及相机8，光线通过所述望远镜11在所述相机8中的相机靶面上成像；所述自动调焦装置12与相机8连接。

如图4所示，在大气相干长度仪上安装自动调焦装置12时，所述自动调焦装置12安装在大气相干长度仪的接收望远镜11出光口，为了保证调焦方向的唯一性，保证调焦装置的安装位置与成像焦平面的最大距离不能大于L，L的具体值由所述望远镜11的焦距、口径、楔镜14的楔角决定。

大气相干长度仪自动调焦的自动调焦方法，所述自动调焦方法使用根据上述自动调焦装置12，所述自动调焦方法包括：

步骤100：在所述微型滑轨上移动的过程中，获取相机靶面上成像的两个光斑的质心位置；

步骤200：根据相机靶面上成像的两个光斑的质心位置计算所述两个光斑的质心的间距；

步骤300：将所述质心的间距与预先设定的间距作差得到差值的绝对值；

步骤400：判断所述差值的绝对值是否小于设定回差；

步骤401：如果是，则控制所述滑块座沿着所述微型滑轨不移动；否则执行步骤500；

步骤500：判断所述质心的间距是否大于所述设定的间距；

步骤501：如果是，则控制器置于正向调焦状态，执行步骤600；

步骤502：否则，控制器置于反向调焦状态，执行步骤:700；

步骤600：控制所述滑块座沿着所述微型滑轨正向调焦，执行步骤100；

步骤700：控制所述滑块座沿着所述微型滑轨反向调焦，执行步骤100。

在本实施例中，如图6所示，D0为焦平面上两个像点的质心距离，D1为焦平面后两个像点的质心距离，D2为焦平面前两个像点的质心距离。

将所述焦平面后两个像点的质心距离D1与所述焦平面上两个像点的质心距离D0作差得到差值的绝对值；判断所述差值的绝对值是否小于设定回差；如果是，则控制所述滑块座3沿着所述微型滑轨2不移动；否则控制所述滑块座3沿着所述微型滑轨2上下移动，减小相机8与望远镜11之间的距离。

将所述焦平面前两个像点的质心距离D2与所述焦平面上两个像点的质心距离D0作差得到差值的绝对值；判断所述差值的绝对值是否小于设定回差；如果是，则控制所述滑块座3沿着所述微型滑轨2不移动；否则控制所述滑块座3沿着所述微型滑轨2上下移动，增大相机8与望远镜11之间的距离。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。