[发明专利]一种大动态范围高精度光轴测量装置

摘要

本发明公开了一种大动态范围高精度光轴测量装置，由光束分光模块，成像模块，远场记录模块和远场质心计算模块组成。入射光束经光束分光模块后，由成像模块汇聚在焦点位置，远场记录模块采集光斑分布并交由远场质心计算模块输出入射光束的光轴方向。本发明采用分光元件将入射光束分割成多个具有同样入射方向的光束，增加了光斑探测的信息，从而提高了光斑的探测精度；本发明利用分光元器件，使得光斑分布大于靶面区域，即使光斑跑出靶面区域，仍然能够通过光斑阵列强度分布推算出入射光束的光轴偏移量，从而拓宽了光斑的探测。

主权项

1.一种大动态范围高精度光轴测量装置，其特征在于：该装置由二维分光模块(1)，成像模块(2)，远场记录模块(3)和远场质心计算模块(4)组成，其中，远场记录模块(3)包含成像CCD和图像记录设备，二维分光模块(1)将入射待测光束分割成若干光强幅度不同，相位分布和光强分布相同的光束，且每一束分光光束与入射光束的光轴方向存在一个固定的偏角，经成像系统后分别汇聚到远场记录模块(3)的不同位置，形成光斑阵列，远场记录模块(3)采集聚焦光斑阵列分布，并交由远场质心计算模块(4)输出入射光束的光轴方向，远场质心计算模块(4)对远场记录模块(3)采集聚焦光斑阵列分布的处理过程描述如下：第一步，求取所有光斑阵列的质心位置，质心求取公式为：其中，为光斑光强分布，C₀为当入射光束不含像差时光斑的质心位置，d为有效探测口径，为焦面坐标；第二步，以光斑阵列质心位置为中心，将聚焦光斑阵列按照光斑个数划分子区域，子区域的长宽分别为相邻的两个水平光斑和垂直光斑的距离，划分后的每个子区域内只包含单个光斑；第三步，求取所有子区域光斑的质心位置；第四步，求取所有光斑质心的平均值加上所有光斑阵列的质心位置C作为入射光束的光轴方向；其中，a、利用分光元件将入射光束分成不同偏移量的多束光束，同时将该多束光束成像于探测元器件靶面位置，由于具有同样光轴方向的光斑增加了，光斑的信息量得到明显增加，通过多个光斑位置可以提高入射光轴的探测精度；b、通过分光元件获得的光斑阵列，实质上在靶面区域以外也存在，当入射光束光轴偏移量较大时，有部分光斑可能已经偏移出探测器靶面的一侧，但是，另外一些光斑将从靶面的另一侧进入，使得靶面区域光斑数量保持不变，并且，由于光斑阵列中每个光斑的光强总和是相对固定的，因此，可以确定哪些光斑是刚进入靶面的，从而精确的计算出入射光束的光轴位置。