專(zhuān)利名稱(chēng)：靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種瞄靶系統(tǒng)，特別是一種為超短超快激光裝置提供模擬光束、同 時(shí)對(duì)靶面焦斑進(jìn)行監(jiān)測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
在超短超快激光裝置中，激光束經(jīng)靶鏡聚焦后在靶面上形成一個(gè)焦斑，此焦斑 的形狀、尺寸及其在靶面的位置精度對(duì)于激光打靶的效率起著關(guān)鍵的作用，所以對(duì) 靶鏡的調(diào)校就顯得十分重要。但是由于實(shí)際打靶的激光光束的發(fā)射時(shí)間很短，且功 率很高，不能用作調(diào)校光學(xué)元件的參考光束。因此，打靶前一般都采用連續(xù)發(fā)射的 模擬光束代替實(shí)際打靶光束作為參考光束來(lái)調(diào)校光學(xué)元件。在先技術(shù)中， 一般采用圖1所示的結(jié)構(gòu)的裝置為超短超快激光裝置提供模擬光 束，并對(duì)耙面焦斑的尺寸與位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由激光光源1發(fā)出的一束細(xì)的平行光束 沿打靶光束的光軸導(dǎo)入靶室2，作為模擬光束，再經(jīng)靶鏡203聚焦到靶204上。由 靶204表面所產(chǎn)生的散射光透過(guò)窗口玻璃205，由長(zhǎng)焦距顯微鏡3接收成像并顯示 到監(jiān)視器12上。上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)是1. 提供的模擬光束口徑遠(yuǎn)小于實(shí)際打靶光束，不能真實(shí)反映實(shí)際打靶光束經(jīng)靶 鏡聚焦后的焦斑情況，因此不能以模擬光束來(lái)對(duì)耙鏡相對(duì)于靶面的位置進(jìn)行精密調(diào)整。2. 普通長(zhǎng)焦距顯微鏡的放大倍率較小，焦深大，對(duì)靶面焦斑的尺寸與位置的測(cè) 量精度低。3. 需要占用靶室上的觀測(cè)窗口。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置，該 裝置既能夠提供與實(shí)際打耙激光束口徑相同的平行激光束，同時(shí)又可以以較高的放 大倍率對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高靶鏡的調(diào)整精度，從而提高激光打靶的效率。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種用于激光打靶的耙面焦斑監(jiān)測(cè)裝置，其特點(diǎn)是包括平行激光束發(fā)射光路，包括激光光源及沿該激光光源的出射光方向依次的反射 鏡、聚焦鏡、分光棱鏡和主物鏡構(gòu)成，所述的聚焦鏡的焦點(diǎn)位于主物鏡的焦面上；
靶面成像光路，由依次的主物鏡、分光棱鏡、由初級(jí)顯微物鏡和次級(jí)變倍顯微 物鏡組成，所述的主物鏡的焦點(diǎn)位于初級(jí)顯微物鏡9的物面上，初級(jí)顯微物鏡9的 像平面與次級(jí)變倍顯微物鏡10的物面重合；所述的平行激光束發(fā)射光路與靶面成像光路通過(guò)所述的分光棱鏡實(shí)現(xiàn)共光路；光軸對(duì)接系統(tǒng)，由第一反射鏡和第二反射鏡組成，所述的第一反射鏡和第二反 射鏡都具有沿光軸移動(dòng)、作俯仰與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；圖像接收系統(tǒng)，包括CCD攝像機(jī)和監(jiān)視器，所述的CCD攝像機(jī)位于所述的次 級(jí)變倍顯微物鏡的像平面，所述的CCD攝像機(jī)的輸出與所述的監(jiān)視器相連。所述的主物鏡是一擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡，其擴(kuò)束后的通光口徑等于待監(jiān)測(cè)的激光打靶 光束的口徑。本發(fā)明與在先技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1、 耙鏡的調(diào)節(jié)精度高。該裝置可以提供大口徑的平行激光束，其口徑與實(shí)際 打靶光束口徑相等，能夠真實(shí)反映出打靶激光束經(jīng)靶鏡聚焦后靶面焦斑的 形狀、尺寸與位置情況，從而可提高靶鏡的調(diào)節(jié)精度。2、 耙面焦斑形狀、尺寸與位置的檢測(cè)精度高。由于該裝置具有較高的放大倍 率，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)靶面焦斑參數(shù)的精確監(jiān)測(cè)。3、 光軸對(duì)接方便。光軸對(duì)接系統(tǒng)由第一反射鏡和第二反射鏡組成，兩者的組 合調(diào)節(jié)可以方便地實(shí)現(xiàn)模擬光束光軸和打靶光束光軸的對(duì)接。4、 結(jié)構(gòu)緊湊。該裝置采用一體^^的設(shè)計(jì)，不占用靶室上的觀測(cè)窗口。


圖1是在先技術(shù)采用細(xì)平行光束和長(zhǎng)焦距顯微鏡瞄靶裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是本發(fā)明的靶面監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明的靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可以看出， 本發(fā)明的靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置包括平行激光束發(fā)射光路、靶面成像光路、光軸對(duì)接系 統(tǒng)和圖像接收系統(tǒng)。所述的平行激光束發(fā)射光路用來(lái)發(fā)射模擬光束，耙面成像光路 接收靶面焦斑發(fā)出的散射光從而對(duì)靶面成像，光軸對(duì)接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明耙面焦斑監(jiān) 測(cè)裝置的光軸和打靶光束的光軸的對(duì)接，圖像接收系統(tǒng)用來(lái)接收靶面成像光路所成 的靶面像并在監(jiān)視器上顯示出來(lái)，通過(guò)計(jì)算CCD攝像機(jī)接收到的靶面焦斑圖像尺 寸，可以精確測(cè)定靶面焦斑的實(shí)際尺寸。所述的平行激光束發(fā)射光路，包括激光光源1及沿該激光光源1的出射光方向 依次的反射鏡4、聚焦鏡5、分光棱鏡6和主物鏡7構(gòu)成，所述的聚焦鏡5的焦點(diǎn)位 于主物鏡7的焦面上；所述的靶面成像光路，由依次的主物鏡7、分光棱鏡6、由初級(jí)顯微物鏡9和次 級(jí)變倍顯微物鏡10組成，所述的主物鏡7的焦點(diǎn)位于初級(jí)顯微物鏡9的物面上，初 級(jí)顯微物鏡9的像平面與次級(jí)變倍顯微物鏡10的物面重合；所述的平行激光束發(fā)射光路與耙面成像光路通過(guò)所述的分光棱鏡6實(shí)現(xiàn)共光路；所述的光軸對(duì)接系統(tǒng)8由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成，所述的第一 反射鏡801和第二反射鏡802都具有沿光軸移動(dòng)、作俯仰與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)； 利用兩塊反射鏡的組合運(yùn)動(dòng)可以方便地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置的光軸和打靶 激光光束的光軸對(duì)接。所述的圖像接收系統(tǒng)，包括CCD攝像機(jī)11和監(jiān)視器12，所述的CCD攝像機(jī) 11位于所述的次級(jí)變倍顯微物鏡10的像平面，所述的CCD攝像機(jī)11的輸出與所 述的監(jiān)視器12相連。所述的主物鏡7是一擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡，其擴(kuò)束后的通光口徑等于待監(jiān)測(cè)的激光打 耙光束的口徑。典型的耙室系統(tǒng)2包括窗口玻璃201、 45°反射鏡202、靶鏡203和靶204。平 行激光束發(fā)射光路發(fā)出的模擬光束依次經(jīng)過(guò)窗口玻璃201和45°反射鏡202后，由 靶鏡203聚焦到靶204上。由靶204表面所產(chǎn)生的后向散射光，經(jīng)靶鏡203、 45°反 射鏡202、窗口玻璃201和光軸對(duì)接系統(tǒng)8后進(jìn)入靶面成像光路，所成的靶面像由 CCD攝像機(jī)11接收并顯示在監(jiān)視器12上。本發(fā)明與在先技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)在于平行激光束發(fā)射光路提供的模擬光束的口徑和打靶光束的口徑相同； 由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成光軸對(duì)接系統(tǒng)8，可以方便的實(shí)現(xiàn)模擬光束的光軸和打靶激光光束的光軸對(duì)接；初級(jí)顯微物鏡9和次級(jí)變倍顯微物鏡10組成了兩級(jí)放大系統(tǒng)；通過(guò)計(jì)算CCD攝像機(jī)11接收到的靶面焦斑圖像尺寸，可以精確測(cè)定靶面焦斑的實(shí)際尺寸，從而為靶鏡203的調(diào)節(jié)提供依據(jù)； 平行激光束發(fā)射光路和靶面成像光路共光路。所述的模擬光束由平行激光束發(fā)射光路提供。平行激光束發(fā)射光路由激光光源 1、反射鏡4、聚焦鏡5、分光棱鏡6和主物鏡7等組成。激光光源l發(fā)出的細(xì)激光 束經(jīng)反射鏡4偏轉(zhuǎn)90。后由聚焦鏡5聚焦，聚焦點(diǎn)位于主物鏡7的焦面上，經(jīng)主物 鏡7準(zhǔn)直后變?yōu)榭趶胶痛虬泄馐趶较喈?dāng)?shù)钠叫泄馐．?dāng)模擬光束的口徑和打耙光 束的口徑相一致時(shí)，可模擬出打靶時(shí)的實(shí)際情況，提高靶鏡的調(diào)節(jié)精度，從而提高 打靶的效率。所說(shuō)的光軸對(duì)接系統(tǒng)8由第一反射鏡801和第二反射鏡802組成，兩個(gè)反射鏡 可分別沿x軸方向和y軸方向一維移動(dòng)，并均可作俯仰與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)調(diào)節(jié)第一 反射鏡801和第二反射鏡802，可以在不整體移動(dòng)本發(fā)明裝置的情況下，實(shí)現(xiàn)模擬 光束的光軸和打靶光束光軸的精確對(duì)接，從而大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。所說(shuō)的兩級(jí)放大系統(tǒng)由初級(jí)顯微物鏡9和次級(jí)變倍顯微物鏡10組成。由靶204 表面所產(chǎn)生的后向散射光，經(jīng)聚焦靶鏡203、 45°反射鏡202、窗口玻璃201和光軸 對(duì)接系統(tǒng)8后進(jìn)入靶面成像光路，首先由主物鏡7聚焦，焦點(diǎn)位于初級(jí)顯微物鏡9 的物面上，由初級(jí)顯微物鏡9進(jìn)行初級(jí)放大。經(jīng)過(guò)初級(jí)放大后的像點(diǎn)位于次級(jí)變倍 顯微物鏡10的物面上，由次級(jí)變倍顯微物鏡10進(jìn)行二級(jí)放大。次級(jí)變倍顯微物鏡 IO可以在物像共軛距不變的情況下，對(duì)物點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)變倍率放大。在小放大倍率時(shí)， 觀測(cè)的視場(chǎng)較大，可以對(duì)耙鏡進(jìn)行粗調(diào)；在大放大倍率時(shí)，可以對(duì)靶鏡進(jìn)行更精確 的調(diào)節(jié)。采用所說(shuō)的兩級(jí)放大系統(tǒng)可以在縮小系統(tǒng)體積的同時(shí)得到較高的放大倍率， 從而獲得高的靶面焦斑測(cè)量精度；而且由于采用了次級(jí)變倍顯微物鏡IO,又可以兼 顧視場(chǎng)，從而可提高靶鏡的調(diào)節(jié)效率。在先技術(shù)中，要想實(shí)時(shí)地觀測(cè)到靶面焦斑的情況，必須在靶室上預(yù)留窗口，采 用長(zhǎng)焦距顯微鏡進(jìn)行觀測(cè)。本發(fā)明靶面焦斑監(jiān)控裝置的平行激光束發(fā)射光路和靶面 成像光路實(shí)現(xiàn)了一體化，可以對(duì)耙面焦斑進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)又不占用其它資源。本發(fā)明的靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置的工作過(guò)程為激光光源1發(fā)出的細(xì)激光束經(jīng)反射 鏡4后由聚焦鏡5聚焦，再經(jīng)主物鏡7擴(kuò)束準(zhǔn)直，變?yōu)榭趶胶痛虬泄馐喈?dāng)?shù)钠叫?光，然后由光軸對(duì)接系統(tǒng)8導(dǎo)入靶室系統(tǒng)2，經(jīng)過(guò)窗口玻璃201和45°反射鏡202后， 由靶鏡203聚焦到靶204上。由靶204表面所產(chǎn)生的后向散射光，經(jīng)耙鏡203、 45° 反射鏡202、窗口玻璃201和光軸對(duì)接系統(tǒng)8后，首先由主物鏡7聚焦，再由初級(jí) 顯微物鏡9和次級(jí)變倍顯微物鏡10進(jìn)行兩級(jí)放大，所成的靶面像由CCD攝像機(jī)11 接收并顯示在監(jiān)視器12上。如果靶鏡的位置處在理想狀態(tài)，則監(jiān)視器12上的靶面 焦斑圖像為圓形或橢圓形，且其尺寸為最小。如果耙鏡的位置與理想位置有偏差， 則看到的靶面像為其它不規(guī)則形狀，且其尺寸較大，這時(shí)可對(duì)耙鏡進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到 靶面焦斑像的形狀為最好且尺寸為最小。由于靶鏡203、主物鏡7、初級(jí)顯微物鏡9 和次級(jí)變倍顯微物鏡10的參數(shù)是已知的，通過(guò)計(jì)算CCD攝像機(jī)11接收到的耙面焦 斑圖像尺寸，可以精確測(cè)定靶面焦斑的實(shí)際尺寸，從而為靶鏡203的調(diào)節(jié)提供依據(jù)。 靶203表面焦斑尺寸的測(cè)量方法是設(shè)耙鏡203的焦距為fr，主物鏡7的焦 距為f2'，初級(jí)顯微物鏡9的放大倍率為p,，次級(jí)變倍顯微物鏡10的放大倍率為(32， 則從靶204表面到CCD攝像機(jī)11的光學(xué)成像倍率為(3Kf2'/fr)xpiXp2。如果CCD攝 像機(jī)11接收到的靶面焦斑圖像直徑為D，則靶203表面焦斑的實(shí)際直徑d可計(jì)算如 下，d=D/(3。本發(fā)明的最佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)如下實(shí)際打耙光束的波長(zhǎng)為800nm。靶鏡203為離軸拋物面反射鏡，其焦距fr480mm，通光口徑為(l)160mm。 激光光源1采用He-Ne激光器，波長(zhǎng)為632.8nm，輸出功率為5mW，光束口徑
主物鏡7的焦距f2，=903.1mm，通光口徑為(j)160mm，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)波長(zhǎng)632.8nm和 800nm消色差。分光棱鏡6的透射面對(duì)632.8 nm波長(zhǎng)鍍?cè)鐾改?，分光面?duì)632.8 nm波長(zhǎng)鍍半反 半透膜。第一反射鏡801和第二反射鏡802的工作面對(duì)632.8 nm和800腿波長(zhǎng)鍍?nèi)瓷?膜，反射率大于98%。窗口玻璃201對(duì)632.8 nm波長(zhǎng)鍍?cè)鐾改ぁ?5°反射鏡202的反射面對(duì)800nm波長(zhǎng)鍍?nèi)瓷淠?，同時(shí)對(duì)632.8nm波長(zhǎng)的透過(guò)率為卯％;背面對(duì)632.8nm波長(zhǎng)鍍?cè)鐾改?。初?jí)顯微物鏡9采用4x顯微物鏡頭，即初級(jí)顯微物鏡9的放大倍率p產(chǎn)4倍。次級(jí)變倍顯微物鏡10的放大倍率Pf0.7x 4.5x，連續(xù)可調(diào)。CCD攝像機(jī)11為1/3"黑白CCD攝像機(jī)，其靶面尺寸為4.8mmx3.6mm，像素尺寸為6.51)omx6.36(jjn。由上述參數(shù)計(jì)算可知，從靶204表面到CCD攝像機(jī)11的光學(xué)成像倍率(3=5.26倍~33.86倍，所以對(duì)于耙204表面的視場(chǎng)范圍為(0.14 0.91)mmx(0.11 0.68)mm，對(duì)于焦斑尺寸的測(cè)量分辨率為1.24^un 0.27pm。采用本發(fā)明靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置作為調(diào)校工具，對(duì)通光口徑為小160mm、焦距為480mm的離軸拋物面靶鏡進(jìn)行了調(diào)節(jié)，在調(diào)節(jié)過(guò)程中，所接收到的耙面像能夠非常精確地反映出實(shí)際打靶光束經(jīng)靶鏡聚焦后在靶面形成的焦斑的位置偏差，遠(yuǎn)高于在先技術(shù)的檢測(cè)精度。
權(quán)利要求
1 一種用于激光打靶的耙面焦斑監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括平行激光束發(fā)射光路，包括激光光源(1)及沿該激光光源(1)的出射光方向 依次的反射鏡(4)、聚焦鏡(5)、分光棱鏡(6)和主物鏡(7)構(gòu)成，所述的聚焦鏡(5)的焦點(diǎn)位于主物鏡(7)的焦面上；靶面成像光路，由依次的主物鏡(7)、分光棱鏡(6)、由初級(jí)顯微物鏡(9)和 次級(jí)變倍顯微物鏡(10)組成，所述的主物鏡(7)的焦點(diǎn)位于初級(jí)顯微物鏡(9) 的物面上，初級(jí)顯微物鏡(9)的像平面與次級(jí)變倍顯微物鏡(10)的物面重合；所述的平行激光束發(fā)射光路與靶面成像光路通過(guò)所述的分光棱鏡(6)實(shí)現(xiàn)共光路；光軸對(duì)接系統(tǒng)(8)，由第一反射鏡(801)和第二反射鏡(802)組成，所述的 第一反射鏡(801)和第二反射鏡(802)都具有沿光軸移動(dòng)、作俯仰與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；圖像接收系統(tǒng)，包括CCD攝像機(jī)(11)和監(jiān)視器(12)，所述的CCD攝像機(jī)(11) 位于所述的次級(jí)變倍顯微物鏡(10)的像平面，所述的CCD攝像機(jī)(11)的輸出與 所述的監(jiān)視器(12)相連。
2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述的主物鏡(7) 是一擴(kuò)束準(zhǔn)直透鏡，其擴(kuò)束后的通光口徑等于待監(jiān)測(cè)的激光打耙光束的口徑。
全文摘要
一種用于激光打靶的靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置，包括平行激光束發(fā)射光路、靶面成像光路、光軸對(duì)接系統(tǒng)和圖像接收系統(tǒng)。所述的平行激光束發(fā)射光路用來(lái)發(fā)射模擬光束，靶面成像光路接收靶面焦斑發(fā)出的散射光從而對(duì)靶面成像，光軸對(duì)接系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明靶面焦斑監(jiān)測(cè)裝置的光軸和打靶光束的光軸的對(duì)接，圖像接收系統(tǒng)用來(lái)接收靶面成像光路所成的靶面像并在監(jiān)視器上顯示出來(lái)，通過(guò)計(jì)算CCD攝像機(jī)接收到的靶面焦斑圖像尺寸，可以精確測(cè)定靶面焦斑的實(shí)際尺寸。本發(fā)明裝置既能夠提供與實(shí)際打靶激光束口徑相同的平行激光束，同時(shí)又可以以較高的放大倍率對(duì)靶點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高靶鏡的調(diào)整精度，從而提高激光打靶的效率。
文檔編號(hào)G02B27/00GK101144906SQ200710047630
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者任冰強(qiáng), 黃惠杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所