闭环控制的光路自动复位调整方法、装置及其应用.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011116880.0 (22)申请日 2020.10.19 (71)申请人 杭州奥创光子技术有限公司 地址 311200 浙江省杭州市萧山区萧山经 济技术开发区桥南区块鸿兴路117号 (72)发明人 马衍骏 (74)专利代理机构 无锡市汇诚永信专利代理事 务所(普通合伙) 32260 代理人 李珍珍 (51)Int.Cl. G02B 7/182(2006.01) G01B 11/00(2006.01) (54)发明名称 闭环控制的光路自动复位调整方法、 装置及 其应用 (。

2、57)摘要 本发明提供一种闭环控制的光路自动复位 调节方法、 装置及应用， 包括电促动镜架、 置于电 促动镜架上的反射镜、 位置传感器以及驱动控制 系统， 其中电促动镜架上集成红外发射模块， 其 中红外发射模块对外发射激光的光斑中心落入 位置传感器的感应范围， 位置传感器以及电促动 镜架与驱动控制系统通信连接， 其中红外发射模 块发射的激光和光源的光路指向相异， 发光波段 相异， 可实现闭环控制且具有抗干扰性能强的优 势， 可在高干扰环境下实现光路自动复位调节。 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 CN 112130276 A 2020.12.25 CN 112130276 A 1.一种闭环。

3、控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 至少包括： 电促动镜架(3)、 置 于电促动镜架(3)上的反射镜(2)、 位置传感器(4)以及驱动控制系统(5)， 其中电促动镜架 (3)上集成红外发射模块(33)， 其中红外发射模块(33)对外发射激光的光斑中心落入位置 传感器(4)的感应范围， 位置传感器(4)以及电促动镜架(3)与驱动控制系统(5)通信连接， 其中红外发射模块(33)发射的激光和光源的光路指向相异， 发光波段相异。 2.根据权利要求1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 驱动控制系 统(5)至少调节电促动镜架(3)在竖直方向和水平方向的方位角。 3.根据权利要求。

4、1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 反射镜(2) 和电促动镜架(3)之间以卡位、 粘结、 镶嵌、 磁吸之一的方式连接。 4.根据权利要求1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 反射镜(2) 的中心点和电促动镜架(3)的旋转中心点重合。 5.根据权利要求1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 反射镜(2) 表面镀有对光源发光波段的全反射膜系。 6.根据权利要求1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 位置传感器 (4)的光学接收面上镀有对红外发射模块(33)所发出激光波段增透、 对光源(1)所发出的光 波段全反的膜系。 7.根据权。

5、利要求1所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 其特征在于， 位置传感器 (4)固定在稳定结构上。 8.一种闭环控制的光路自动复位调节方法， 其特征在于， 采用如上权利要求1到7任一 所述的闭环控制的光路自动复位调整装置， 包括以下步骤： 获取基准位置坐标， 其中基准位置坐标为该光路自动复位调整装置处于基准位置时， 红外发射模块(33)发出的激光坐标位置； 获取实时位置坐标， 其中实时位置坐标为红外发射模块(33)实时的激光坐标位置； 判断实时位置坐标和基准位置坐标之间是否有偏差， 若有偏差根据算法调整电促动镜 架(3)的方位角。 9.根据权利要求8所述的闭环控制的光路自动复位调节方法， 其特。

6、征在于， 若实时位置 坐标和基准位置坐标之间存在偏差， 驱动控制系统(5)根据坐标位置的偏差值计算出电促 动镜架(3)需要调整的俯仰角度量和偏摆角度量， 驱动调节电促动镜架(3)的方位角。 10.一种闭环控制的光路自动复位调整装置的应用， 其特征在于， 包括： 光源(1)， 如上 权利要求1到7任一所述的光路自动复位调整装置以及后续光学装置(6)， 光源(1)朝向反射 镜(2)所在位置发射光线， 后续光学装置(5)位于反射镜(2)的光学反射方向上， 反射镜(2) 的光学反射方向偏离位置传感器(4)。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112130276 A 2 闭环控制的光路自动复位调整方法、。

7、 装置及其应用 技术领域 0001 本发明涉及光学系统中光路自动调节领域， 尤其是适用于固体激光器中空间光路 自动调节的方法和装置。 背景技术 0002 大型光学系统中通常都包含各类反射镜， 其内光路通过各类反射镜改变光路方向 进而配合实现不同的光学效果， 反射镜的空间方位角变动会直接影响整个系统的稳定性， 甚至会影响整个系统的功能实现， 然而无论是温度变化还是使用过程中的各类冲击振动都 会对整个光学系统带来扰动。 0003 举例来说， 固体激光器就是一种典型的复杂光学系统， 其中一般会包含若干反射 镜。 而固体激光器的一大通病就是稳定性不高， 寿命短， 往往工业化的激光器产品在售出后 半年至。

8、一年内就会因为各种环境因素导致内部镜片失调， 影响激光器的正常运转， 这时就 需要专业维修人员进行维护工作， 无形中增加了人力与财力上的浪费。 0004 具体而言， 目前激光器内的光学镜片大多固定在镜架上通过机械锁紧的方式使其 不发生偏移， 而激光器在运行一段时间后不可避免地受温度、 振动冲击的影响， 从而使某些 镜片偏离最初的位置， 此时只能通过定期人工维护的方式保证激光器的运行参数。 当然， 市 面上也有一些解决方案， 比如中国专利CN109632641A中公开了一种利用激光在通过反射镜 后残余透射光进行位置传感， 从而驱动镜架进行自动优化调节的方法； 中国专利 CN110879453A中。

9、公开了一种利用多模块化设计， 使用感光相机来检测反射镜后的透射光， 从而检测出激光指向偏离量与偏移方向， 从而为后续手动优化工作带来便捷的方法。 但这 几种方式都是通过探测光束被多个反射镜反射后的残余透射光来进行传感器位置识别， 这 要求传感器的敏感波段必须与待调整光的波段相同。 而光学系统中的其余同波段杂散光往 往会干扰传感器的正常探测， 造成传感器的灵敏度降低或传感器过饱和， 从而影响整体装 置的功能。 换言之， 激光器中充盈的干扰光会增加传感器的误判几率， 甚至使得自动调节的 机制失效。 0005 综上所述， 在复杂光学系统中对光路进行科学的检测与调整具有重要的意义。 但 是， 目前的方。

10、案在实际应用的过程中表现效果不佳， 急需一种具有抗干扰能力的光路自维 护、 自优化、 自调节装置。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种闭环控制的光路自动复位调整方法、 装置及其应用， 该光路自动复位调整方法和装置可实现闭环控制且具有抗干扰性能强的优势， 可在高干扰 环境下实现光路自动复位调节， 该装置可被用于复杂的光路系统中， 减少光学系统的故障 发生率以及减轻人工维护的负担。 0007 为实现以上目的， 本技术方案提供一种闭环控制的光路自动复位调整装置， 至少 包括： 电促动镜架、 置于电促动镜架上的反射镜、 位置传感器以及驱动控制系统， 其中电促 说明书 1/5 页 3 CN 1。

11、12130276 A 3 动镜架上集成红外发射模块， 其中红外发射模块对外发射激光的光斑中心落入位置传感器 的感应范围， 位置传感器以及电促动镜架与驱动控制系统通信连接， 其中红外发射模块发 射的激光和光源的光路指向相异， 发光波段相异。 0008 第二方面， 提供一种闭环控制的光路自动复位调节方法， 采用如上所述的闭环控 制的光路自动复位调整装置， 包括以下步骤： 获取基准位置坐标， 其中基准位置坐标为该光 路自动复位调整装置处于基准位置时， 红外发射模块发出的激光坐标位置； 获取实时位置 坐标， 其中实时位置坐标为红外发射模块实时的激光坐标位置； 判断实时位置坐标和基准 位置坐标之间是否有。

12、偏差， 若有偏差调整电促动镜架的方位角。 0009 第三方面， 提供一种闭环控制的光路自动复位调整装置的应用， 包括： 光源， 如上 所述的光路自动复位调整装置以及后续光学装置， 光源朝向反射镜所在位置发射光线， 后 续光学装置位于反射镜的光学反射方向上， 反射镜的光学反射方向偏离位置传感器。 0010 相较现有技术， 本技术方案具有以下的特点和有益效果： 0011 1.反射镜安装在电促动镜架上， 电促动镜架上集成有方向可调的红外发射模块， 以此方式避免红外发射模块的激光与光源发出的光同向， 从而降低位置传感器受信号光的 干扰程度， 提高了灵敏度和整体稳定性。 0012 2.红外发射模块所发射。

13、的激光与光源的发光波段相异， 从而保证位置传感器不易 受到其他光的干扰， 提高了传感器的灵敏度和稳定性。 附图说明 0013 图1是根据本发明的一实施例的闭环控制的光路自动复位调整装置的结构示意 图。 0014 图2是根据本发明的一实施例的闭环控制的光路自动复位调整装置的电促动镜架 的结构示意图。 0015 图中： 1-光源， 2-反射镜， 3-电促动镜架， 31-镜架主体， 32-电机， 33-红外发射模 块， 4-位置传感器， 5-驱动控制系统， 6-后续光学装置。 具体实施方式 0016 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。

14、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所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的 范围。 0017 本领域技术人员应理解的是， 在本发明的揭露中， 术语 “纵向” 、“横向” 、“上” 、 “下” 、“前” 、“后” 、“左” 、“右” 、“竖直” 、“水平” 、“顶” 、“底”“内” 、“外” 等指示的方位或位置关 系是基于附图所示的方位或位置关系， 其仅是为了便于描述本发明和简化描述， 而不是指 示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、 以特定的方位构造和操作， 因此上述术 语不能理解为对本发明的限制。 0018 可以。

15、理解的是， 术语 “一” 应理解为 “至少一” 或 “一个或多个” ， 即在一个实施例中， 一个元件的数量可以为一个， 而在另外的实施例中， 该元件的数量可以为多个， 术语 “一” 不 能理解为对数量的限制。 说明书 2/5 页 4 CN 112130276 A 4 0019 如图1到2所示， 本方案提供一种闭环控制的光路自动复位调节方法及装置。 该光 路自动复位调整装置置于光路系统中通过识别红外发射模块的激光位置， 从而调节反射镜 的位置以校正反射镜的位置偏差， 进而实现闭环控制光路的效果。 且该方案区别于现有技 术很大的不同之处在于,本方案另外配置红外发射模块， 发射与待调整光源不同波段且。

16、不 同方向的激光， 避免了干扰光对位置传感器的干扰， 提高位置传感器的灵敏度和稳定性， 进 而提高复位调整的质量。 0020 该闭环控制的光路自动复位调整装置包括： 电促动镜架3、 置于电促动镜架3上的 反射镜2、 位置传感器4以及驱动控制系统5。 其中电促动镜架3上集成红外发射模块33， 其中 红外发射模块33发射激光， 且激光的光斑中心落入位置传感器4的感应范围， 位置传感器4 以及电促动镜架3与驱动控制系统5通信连接。 0021 本方案提供的闭环控制的光路自动复位调整装置通过红外发射模块33向位置传 感器4发射激光， 位置传感器4将信号传送给驱动控制系统5， 若驱动控制系统5感应到激光 。

17、的位置有所偏差， 则调整电促动镜架3的位置。 由于反射镜2和红外发射模块33均设置在电 促动镜架3上， 则以此方式可通过位置传感器4和驱动控制系统5的负反馈校正反射镜2的位 置。 也就是说， 本方案是借助红外发射模块33的激光位置来调节反射镜2的位置， 避免了干 扰光对位置传感器4的干扰， 提高整体的调节效率和质量。 0022 如图2所示， 电促动镜架3的结构被展示： 0023 电促动镜架3包括镜架主体31、 电机32以及红外发射模块33。 其中电机32连接于镜 架主体31， 至少调节镜架主体31在竖直方向和水平方向的方位角， 红外发射模块33集成在 镜架主体31内并向外发射激光， 电机32通。

18、信连接驱动控制系统5以获取驱动控制系统5的控 制信号。 驱动控制系统5至少调节电促动镜架3竖直方向和水平方向的方位角。 0024 在本方案的一实施例中， 电促动镜架3至少包括两电机32， 其中第一电机用于调节 镜架主体31在竖直方向上的方位角。 即， 第一电机用于调节镜架主体31的俯仰角度； 第二电 机用于调节镜架主体31在水平方向上的方位角， 即， 第二电机用于调节镜架主体31的偏摆 角度。 0025 具体的， 电机32通过螺杆连接镜架主体31的底部， 电机32驱动螺杆的转动方向来 调节镜架主体31的方位角。 在本方案的一实施例中， 镜架主体31的底部设有至少两螺杆， 第 一电机连接控制竖直。

19、方位角的螺杆， 此时若第一电机正向或反向转动， 则镜架主体31相对 镜架主体31的水平轴转动， 第二电机连接控制水平方位角的螺杆， 此时若第二电机正向或 反向转动， 则镜架主体31相对镜架主体31的垂直轴转动。 0026 电机32为微型伺服电机， 电机32通信连接于驱动控制系统5获取驱动控制系统5的 控制信号。 0027 反射镜2连接固定于镜架主体31上。 优选的， 反射镜2的中心点和电促动镜架3的旋 转中心点重合， 这样可使得反射镜2可随着电促动镜架3的俯仰、 偏摆角的改变而同步改变。 0028 反射镜2和镜架主体31的连接方式多种多样， 包括但不限于卡位、 粘结、 镶嵌、 磁吸 等连接方式。

20、， 在本方案中， 反射镜2通过光学胶水粘结在镜架主体3的表面， 在另一些实施例 中， 镜架主体3表面设有形状尺寸匹配于反射镜的凹槽， 反射镜2镶嵌在凹槽内实现连接。 0029 为了提高本方案的闭环控制的光路自动复位调整装置的适用场景， 反射镜2表面 镀有对光源发光波段的全反射膜系。 说明书 3/5 页 5 CN 112130276 A 5 0030 红外发射模块33的技术特征： 0031 在本方案中， 光源1发光方向朝向反射镜2， 入射后被反射至后续光学装置6。 对应 的， 红外发射模块33发射光线被位置传感器4获取感应， 这样的好处在于可避免干扰光对传 感器敏感度的影响。 0032 红外发射。

21、模块33可选择为红外激光发生器， 其向外发射红外波段激光， 优选的， 选 择光斑小、 发散角小的红外波段激光， 激光被位置传感器4所感应。 0033 具体的， 红外发射模块33发射的激光和光源发射的光线的发光波段相异。 示例性 的， 光源发光波段位于1 m波段附近， 而红外发射模块33的激光波段位于1.5 m波段附近。 另， 红外发射模块33发射的激光和光源的光路指向相异。 0034 优选的， 红外发射模块33发射的红外激光方向可调， 这样便于对其进行位置的控 制。 0035 位置传感器4的技术特征： 0036 为了减少或者避免位置传感器4本身位置变动对光路调节带来的不良影响， 本方 案的位置。

22、传感器4固定在稳定结构上， 其中稳定结构指的是经过特殊处理后对温度不敏感 的固定结构； 亦或者， 位置传感器4直接安装在设备的壳体上。 0037 另， 该位置传感器4和驱动控制系统5连接， 位置传感器4获取红外发射模块3的激 光后， 可将激光的中心坐标位置转换为电信号， 通过电路传输给驱动控制系统5。 位置传感 器4可根据需求选择高分辨率、 高灵敏度的传感器。 0038 另， 位置传感器4的光学接收面上镀有对红外发射模块33所发出激光波段增透、 对 光源1所发出的光波段全反的膜系。 0039 驱动控制系统5的技术特征： 0040 驱动控制系统5可以是控制芯片， 也可以是具有控制模块的电路板， 。

23、用于获取位置 传感器4的信号并调节电促动镜架3的方位角， 进行闭环负反馈的光路调节。 0041 且该驱动控制系统5支持两种运行模式， 手动模式以及自动模式。 当驱动控制系统 5处于手动模式时， 用户可手动调节电促动镜架3的位置； 当驱动控制系统5处于自动模式 时， 驱动控制系统5自动调节电促动镜架3的位置。 0042 该光路自动复位调节方法采用如上的光路自动复位调整装置进行调节， 包括以下 步骤： 0043 获取基准位置坐标， 其中基准位置坐标为该光路自动复位调整装置处于基准位置 时， 红外发射模块33发出的激光坐标位置； 0044 获取实时位置坐标， 其中实时位置坐标为红外发射模块33实时的。

24、激光坐标位置； 0045 判断实时位置坐标和基准位置坐标之间是否有偏差， 若有偏差则根据特殊算法调 整电促动镜架3的方位角。 0046 具体的， 红外发射模块33的激光坐标位置由位置传感器4获取。 且为了保证光路自 动复位调节方法校准的质量， 位置传感器4获取红外发射模块33的激光的光斑中心的坐标 位置。 0047 其中基准位置坐标可以是预存的坐标信息， 也可以是重新调整后的坐标信息， 在 本方案中， 可通过在手动模式下调节电促动镜架3以获取基准位置坐标。 此时， 调节人员可 通过驱动控制系统5控制电促动镜架3将反射镜2调节至合适的位置， 此时， 位置传感器4获 说明书 4/5 页 6 CN 。

25、112130276 A 6 取红外发射模块33的激光并将其转换为电信号发送给驱动控制系统5， 驱动控制系统5将电 信号转换为激光坐标位置进行存储。 0048 若实时位置坐标和基准位置坐标之间存在偏差， 驱动控制系统5根据坐标位置的 偏差值通过特殊算法计算出电促动镜架3需要调整的俯仰角度量和偏摆角度量， 从而驱动 电机32运转调节电促动镜架3的方位角， 直到实时位置坐标和基准位置坐标重合， 以此方式 实现闭环自动光路控制。 0049 另外， 值得一提的是， 本方案提供的闭环控制的光路自动复位调整装置特别适用 于光学系统， 比如激光器中使用。 此时， 激光器包括光源1， 如上所述的光路自动复位调整装 置以及后续光学装置6， 光源1朝向反射镜2所在位置发射光线， 后续光学装置5位于反射镜2 的光学反射方向上。 且， 特别值得一提的是， 反射镜2的光学反射方向偏离位置传感器4。 0050 本发明不局限于上述最佳实施方式， 任何人在本发明的启示下都可得出其他各种 形式的产品， 但不论在其形状或结构上作任何变化， 凡是具有与本申请相同或相近似的技 术方案， 均落在本发明的保护范围之内。 说明书 5/5 页 7 CN 112130276 A 7 图1 图2 说明书附图 1/1 页 8 CN 112130276 A 8 。