[发明专利]一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明系统

说明书

一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明系统，首先，选用适当光功率和发散角的多模半导体激光器，作为输入光源，并将该光源耦合输入光学匀化系统；接着，在匀化系统中，实现激光光路折转、匀化、整形、扩束，并将匀化后的光束会聚到自聚焦透镜一端，从另一端导出均匀出射；最后通过小型化的匀化系统与整机的同轴装配，实现对合作目标的同轴均匀照明。本发明，组件小型化、整机可装配，实现了与相机镜头同轴安装、转换效率高、大发散角出射、光源均匀性好且空间分布稳定的照明光源，是相对位姿视觉测量敏感器的关键组件，为其高精度位姿测量，奠定了优质的成像基础。

技术领域

本发明涉及一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明系统，属于空间交会对接相对位姿视觉测量敏感器技术领域。

背景技术

相对位姿视觉测量敏感器，使用的照明光源系统，有两种不同方案，即LED的环形照明系统和LD的同轴照明系统。前者设计和实现相对简单，以法国Sodern的VDM(是欧空局为ATV和国际空间站(ISS)对接研制的一种新型的导航敏感器)、日本的PXS为代表(日本的工程试验卫星ETS-VII进行交会对接试验时使用的导航敏感器)；后者设计和实现相对复杂，但在测量距离、测量精度上更胜一筹，以美国MSFC的AVGS、中国第二代交会测量子系统和本文的相对位姿视觉测量敏感器为代表。AVGS，是NASA为近距离逼近阶段自主自动交会对接研究的一种基于视觉的导航敏感器，用于交会对接演示验证实验(DARTN)等。中国第二代交会测量子系统，用于2013年中国SY7卫星空间抓捕等交会测量任务。

国内外的类似敏感器的同轴照明光源系统，相对来说设计和构造都比较简单。比如，美国AVGS的同轴照明光源系统，其因为在大功率LD器件上的优势，直接将多路LD合并后输出，作为照明系统，其优点为设计简单、光功率强，但缺点为照明角度小、均匀性差、稳定性差、整机功耗大，直接影响整机测量精度，这也是其测量精度比相对位姿视觉测量敏感器差一个数量级的原因之一。

再比如，中国第二代交会测量子系统的同轴照明光源系统，其末端以大数值孔径光纤输出光源。由于大数值孔径光纤弯曲半径大、需要一定长度才能匀化光源，因此导致照明光源体积大、安装不便，且稳定性可靠性较差。

以上缺点：照明角度小、均匀性差、稳定性差、体积大、安装不便，正是高精度位姿测量敏感器同轴照明系统的技术瓶颈。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明光源系统，解决了照明角度小、均匀性差、稳定性差、体积大、安装不便的问题。

本发明的技术方案是：

一种相对位姿视觉测量敏感器用同轴均匀照明系统，包括：激光光源耦合输入模块、光学匀化整形模块、同轴输出模块；

激光光源耦合输入模块：对外部输入的多束激光束进行耦合、准直化处理后，发送耦合准直激光束给光学匀化整形模块；

光学匀化整形模块：接收激光光源耦合输入模块发送的耦合准直激光束，将耦合准直激光束散斑匀化和整形扩束处理，将整形后的激光束发送给同轴输出模块；

同轴输出模块：接收光学匀化整形模块输入的整形后的激光束，向外部提供点光源形式的圆锥体照明光源。

所述激光光源耦合输入模块包括：耦合接口和准直镜；

所述耦合接口包括插芯体和SMA接口，插芯体一端插接有N根外部光纤，N为正整数，插芯体另一端采用SMA接口连接准直镜；

耦合接口将外部输入的N根激光束耦合，将耦合后的激光束发送给准直镜，准直镜将耦合后的激光束准直化处理并发送耦合准直激光束给光学匀化整形模块。

所述光学匀化整形模块包括：散斑匀化模块、整形扩束模块；