專利名稱：成像反光鏡、其制造方法及其在激光成像系統(tǒng)中的使用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學成像反光鏡、其制造方法及其在激光成像系統(tǒng)中的應用。
背景技術：
在使用激光光束處理目標的系統(tǒng)中，需要精確的對準激光束。從而可能需要精確 的了解處理光束在目標上的作用點。對此而言，在實踐中已知使用成像系統(tǒng)從而能夠得到目標的圖像以及目標上處理 光束的作用點的圖像。然后，該系統(tǒng)能夠根據(jù)得到的圖像修正處理光束的方向。為了執(zhí)行成像，已知系統(tǒng)通常使用分光器，所述分光器能夠傳送指向目標的處理 光束，接收從目標反射的光以及將所述光反射到圖像獲取裝置。這類系統(tǒng)的缺點在于分光器在處理光束的路徑上產(chǎn)生損失，或者無法經(jīng)受應用的 光照強度。本發(fā)明能夠解決該缺陷。本發(fā)明的主題是一種反射系統(tǒng)，所述反射系統(tǒng)能夠使用相同的光學元件進行處理 光束的傳輸和成像。本發(fā)明的另一個主題是提供制造這樣的反射系統(tǒng)的方法。本發(fā)明還涉 及應用根據(jù)本發(fā)明的光學反射系統(tǒng)的光學成像結構。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的主題是一種用于光學成像的反光鏡。該反光鏡包括具有反射面的 反射裝置。所述反射裝置結合發(fā)光裝置，而發(fā)光裝置的一個發(fā)射端位于所述反射面上的無 反射性或者具有微弱反射性的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明的一個有利的實施例，發(fā)射裝置是發(fā)射光纖或者由幾個發(fā)射光纖組成 的組件，其中光纖的一端和所述反射面平齊。所述端的表面構成所述無反射性或者具有微 弱反射性的區(qū)域。反射面和所述端的表面位于一個相同的平面上，并相對于發(fā)射光纖或由 幾個發(fā)射光纖組成的組件的軸傾斜。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述反射裝置由基于玻璃的材料或合成材料制成。根據(jù)本發(fā)明的反光鏡的一個變化的實施例，所述反射裝置包括環(huán)繞發(fā)射光纖(或 所述由幾個發(fā)射光纖組成的組件)緊密固定的光纖的組件。根據(jù)一個變化的實施例，所述反射裝置包括鍍有體衍射光柵的面，所述衍射光柵 在所述區(qū)域中具有孔，用于發(fā)光裝置的發(fā)射端穿過。本發(fā)明還涉及一種制造根據(jù)本發(fā)明的上述反光鏡的方法。該方法包括下列步驟-在所述反射裝置中安裝發(fā)射光纖或者由幾個發(fā)射光纖組成的組件，-機械加工所述反射裝置以得到相對于發(fā)射光纖(或者由幾個發(fā)射光纖組成的組 件)的橫向面，_對所述橫向面進行反射處理以制造所述反射面，-通過所述發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)傳輸能量光束，以破壞反射面中對應于發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)的發(fā)射區(qū)域的區(qū)域中的反射處理。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個實施例，通過模塑執(zhí)行在所述反射裝置中安裝所述發(fā)射 光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)的步驟。根據(jù)本發(fā)明的方法的一個變化的實施例，通過在光纖組件中安裝所述發(fā)射光纖 (或者由發(fā)射光纖組成的組件)然后將光纖固定在一起，執(zhí)行在所述反射裝置中安裝的步
馬聚ο本發(fā)明的另一個主題是應用上述反光鏡或其制造方法的光學成像系統(tǒng)。在該成像系統(tǒng)中，所述發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)被設計為對目標 的第一區(qū)域發(fā)射處理光束。該成像系統(tǒng)包括-成像光源，發(fā)射被設計為照亮所述目標的第二區(qū)域的成像光束，所述第二區(qū)域的 表面積大于所述第一區(qū)域并環(huán)繞所述第一區(qū)域，-照相機，朝向形成第一反光鏡的所述反射面定向，以及被設計為接收通過所述目 標反射到該第一反光鏡的光。根據(jù)本發(fā)明的變體，光學成像系統(tǒng)還包括位于發(fā)射光纖和所述第一反光鏡之間的 光學組件，該光學組件的目的是執(zhí)行聚焦到反光鏡上的功能，從而能夠分開所述第一反光 鏡的發(fā)射光源。根據(jù)本發(fā)明的一個變體，光學組件包括兩個可變的放大透鏡。根據(jù)本發(fā)明的一個變化的實施例，成像系統(tǒng)還可以包括-至少一個第二反光鏡，接收所述處理光束，反射所述處理光束用于照亮第一區(qū) 域，所述第二反光鏡能夠將所述照亮光束朝目標的所述第一區(qū)域定向，-控制系統(tǒng)，能夠以照相機接收的像為函數(shù)控制第二反光鏡的定向。根據(jù)另一個變化的實施例，成像系統(tǒng)可以包括第三反光鏡，所述第三反光鏡被設 計為將從第二反光鏡接收的光反射到所述目標，或者反過來將從目標接收到的光反射到第 二反光鏡，所述控制系統(tǒng)能夠以照相機接收的像為函數(shù)控制第三反光鏡的定向，從而能夠 調整從第二反光鏡接收的光束的聚焦。根據(jù)另一個變化的實施例，成像系統(tǒng)可以包括第四反光鏡，接收來自第一反光鏡 的光并將其反射到照相機。根據(jù)本發(fā)明的成像系統(tǒng)的一個實施例，所述處理光束為第一波長或波長范圍，所 述成像光束為不同于第一波長或波長范圍的第二波長或波長范圍，該系統(tǒng)還包括位于第一 反光鏡和照相機之間的光譜濾波器，所述光譜濾波器僅允許第二波長或波長范圍傳輸?shù)秸?相機。本發(fā)明的另一個主題是用于控制應用上述成像系統(tǒng)的幾個光源的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包 括至少兩個激光源。每個激光源包括獨立的瞄準系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)還包括能夠控制每個激光 源的瞄準系統(tǒng)的中央控制電路。


參考以下說明和附圖，本發(fā)明的各個主題和特征將更加清楚，其中圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于光學成像的反光鏡的典型的實施例，圖2a和2b顯示了根據(jù)本發(fā)明圖1的反光鏡的典型制造方法，
圖3a和3b顯示了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的變化的實施例，圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于光學成像的反光鏡的變化的實施例，圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的結合有光學組件的反光鏡的示例，所述光學組件能夠防 止發(fā)射光纖的端部被金屬沉積污染，圖6顯示了應用根據(jù)本發(fā)明的反光鏡的光學瞄準系統(tǒng)，圖7顯示了控制多個光源的本發(fā)明的系統(tǒng)的應用。
具體實施例方式參考圖1，首先描述根據(jù)本發(fā)明的用于光學成像的反光鏡的典型的實施例。反光鏡Ml是具有反射表面1的單元。表面1具有無反射性或者與表面1的整體 相比具有微弱反射性的區(qū)域zl。在這種情況下，光源可以經(jīng)過區(qū)域zl發(fā)射光束。另一方 面，反光鏡Ml上的入射光被反射表面1反射而不被區(qū)域zl反射。圖1還顯示了反光鏡Ml的簡化的操作模式。作為示例，光纖2穿過反光鏡M1，并且光纖2具有位于區(qū)域zl中的發(fā)射端。根據(jù)圖1中的典型的實施例，光纖2向目標Cl的局部區(qū)域發(fā)射光束FS1。此外，目標Cl被成像光束FEl照亮。反過來，目標Cl反射光束FR1。光束FRl通 過反光鏡Ml的表面1以光束FR2的形式被朝向照相機3反射。從而顯示的像4就是目標 的像。此外，到達反光鏡的區(qū)域zl的光束FRl的一部分并不被(或者基本不被)反光鏡Ml 反射。由此在目標的像4中具有較暗區(qū)域5。該區(qū)域對應于目標上光束FSl的作用。因此，圖1的成像系統(tǒng)能夠觀測到目標Cl上由光纖2發(fā)射的光束FSl作用的區(qū) 域。通過觀測由照相機得到的像4，操作人員或者成像處理系統(tǒng)由此可以通過修改光束FSl 的定向和/或聚焦來修改目標上的作用區(qū)域。圖2a和2b顯示了制造圖1中的反光鏡Ml的典型的方法。在第一步中，光纖2被埋頭于塊Bl中。有利的，所述塊可以由玻璃(或者藍寶石 /氮化物，由于這些材料的熱特性)或者合成樹脂制成。在第二步中，機械加工該塊，從而制造相對于光纖的軸傾斜的面1。光纖的一端和 面1的表面平齊。有利的，面1和光纖2的軸之間有45度的夾角。在第三步中，對面1進行反射處理。例如，面1被鍍有金屬化層。在第四步中，在光纖2的平齊端所在的位置制造無反射性或者具有微弱反射性的 區(qū)域zl。有利的，通過經(jīng)光纖傳送能量足以破壞區(qū)域zl中的面1的反射處理的光束來制造 該區(qū)域zlo圖3a和3b顯示了制造根據(jù)本發(fā)明的反光鏡的方法的變化例。在第一步中，光纖2置于光纖6. 1到6. η的組件中，以及組件被固定在一起。例如 多個光纖粘合或煅燒在一起。在第二步中，機械加工該光纖組件，從而制造相對于光線的軸傾斜的平面。光纖的 端部，例如光纖6. 7的端部e6. 7和該平面平齊。特別是光纖2的一端由此和該面的表面平 齊。如上文所述，有利的是該面和光纖2的軸之間的夾角是45度(和上面的觀測相同)。在第3步中，在諸如端部e6. 7的光纖端部上進行反射處理。例如，光纖的端部鍍
有金屬化層。
在第四步中，對應于上述區(qū)域Zl的光纖2的端部被加工為無反射性或者具有微弱 反射性。例如，如果在先前的步驟中所述端部和其他光纖端部一樣被加工為具有反射性，通 過光纖2傳輸具有足夠能量的光束以破壞該端部的反射處理。有利的，在第一步中(光纖的組件)，光纖被埋頭于樹脂中，所述樹脂和光纖固定 到一起。從而，光纖之間的空間被樹脂填充。從而圖3b中的裝置的傾斜面是整體具有反射 性的均勻面(但不包括區(qū)域zl)。已經(jīng)參考光纖2描述了上述典型的實施例。但是，本發(fā)明可以被應用于制造這樣 的系統(tǒng)，即以幾個并排排列的光纖組成的組件代替單獨的光纖2。區(qū)域zl對應于這些光纖 的所有的發(fā)射端。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于光學成像的反光鏡的變化的實施例。其包括一面鍍 有聚合物層的支撐條Si，在聚合物層中有對準的體衍射光柵(布拉格光柵)。此外，孔Tl 穿過支撐條和衍射光柵，從而允許插入光纖(或者光纖組件)，所述光纖的發(fā)射端允許通過 區(qū)域Zl發(fā)光。圖5顯示了本發(fā)明的變體，其中在反光鏡的上游結合光學組件，從而在反射表面 中制造開口 zl的過程中保護光纖的發(fā)射面。典型的，該光學組件由位于發(fā)射光纖Sl和反 光鏡Ml之間的兩個透鏡01和02形成。光學元件之間的幾何距離以距離的方式防止了光 纖輸出面被污染。從而無需修改或破壞主要激光源的輸出面的光學特征，而通過剝離/加 熱而去除金屬薄膜的經(jīng)受激光通量的一部分，產(chǎn)生自對準中心的開口，光源點的像。參考圖6，將描述應用根據(jù)本發(fā)明的反光鏡并且能夠方便地定向光源的瞄準系統(tǒng)。光源Sl發(fā)射光束FSl穿過第一反光鏡Ml。該反光鏡與上述參考圖1描述的反光 鏡相同。從而，穿過反光鏡的光束的發(fā)射區(qū)域zl是無反射性的或具有微弱反射性。設計用于定向光束的第二反光鏡M2向第三反光鏡M3反射光束，所述第三反光鏡 能夠使光束聚焦到目標Cl的待處理區(qū)域Zl上。瞄準調節(jié)光源El發(fā)射光束FEl，所述光束FEl在表面照明區(qū)域Z2照亮目標Cl。區(qū) 域z2的表面積顯著大于區(qū)域Zl的表面積并環(huán)繞區(qū)域Zl。光束FEl的至少一部分光被目標反射到反光鏡M3，所述反光鏡M3再將其反射到反 光鏡M2。所述光被反光鏡Ml反射然后通過反光鏡M4向照相機CA反射。但是，如上文所述，發(fā)射光束FSl的反光鏡Ml的區(qū)域zl具有微弱的反射性。照相 機CA從而接收到目標的像，其中被光束FS2照亮的區(qū)域Zl的像顯示出與目標的像的其余 部分相比較低的亮度或不同的顏色。由此通過照相機得到的像可以定位被光束FS2照亮的 區(qū)域Zl的位置。圖像被傳送到識別被照亮區(qū)域Zl的尺寸以及其在目標上的位置的處理電路CT。 然后，處理電路CT可以經(jīng)過連接Ctl控制反光鏡M2的定向，從而修改光束FS2的方向。處 理電路CT也可以經(jīng)過連接ct2控制反光鏡M3，從而調整聚焦。有利的，通過光源Sl和El發(fā)射的波長具有不同的值。特別是，光源El發(fā)射的波 長并不包含于光源Sl的波長的范圍內。由此本發(fā)明提供光譜濾波器F1，其允許光源El發(fā) 射的波長(或者波長范圍)傳送到照相機。這降低了光束FS2的波長返回和被目標反射的 風險，從而防止破壞通過照相機捕捉的像。例如，光源El的發(fā)射波長可以是1. 5微米，而光源Sl可以發(fā)射大約1. 08微米的波長。本發(fā)明有利的應用于通過激光束處理的系統(tǒng)，其中光纖(或光纖組件)2發(fā)射的光 束FSl的目的是執(zhí)行遠程目標的處理(圖1)。本發(fā)明還可以用于使用在定向和聚焦上可以分別獨立控制的幾個激光源的系統(tǒng)。 例如，本發(fā)明可以應用于激光源位于地理上的不同位置的系統(tǒng)。圖7顯示了應用本發(fā)明的系統(tǒng)的光源配置。每個光源S1、S2……SN都包括具有光 纖以及至少一個聚焦透鏡的激光源。中央控制電路CC能夠控制每個光源的預定向和預聚焦，從而這些光源發(fā)射的不 同光束基本上指向待處理的目標Cl的同一個相同的區(qū)域。根據(jù)IR成像系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)執(zhí) 行該預瞄準，所述IR成像系統(tǒng)對于3 σ的標準偏差以500微弧度量級的準確性覆蓋1到3 度范圍。根據(jù)本發(fā)明，例如圖7中的Sl到SN的每個光源都具有參考圖5所描述的瞄準系 統(tǒng)。在這種情況下，圖6中的中央控制電路CC能夠執(zhí)行對不同光源Sl到SN定向的第一步。 然后，處理電路CT控制不同光源Sl到SN發(fā)射的光束的更加精確的定向。根據(jù)這種配置，不同光源可以相對于目標置于空間中的任何位置。有利的，每個光源都裝在獨立支架上。從而這種結構允許優(yōu)化的模塊化設計。根據(jù)變化的實施例，本發(fā)明還預先設置在激光源上裝備瞄準系統(tǒng)，如圖5所示，其 能夠向目標Cl的區(qū)域Zl引導不同光束。有利的，這些瞄準系統(tǒng)和中央控制電路CC相互作用。如果這些光路中的每一個都安裝有具有接近波長(例如1. 5微米)的主動成像傳 感器，就可以實時調節(jié)聚焦和精確瞄準，而這樣就可以同時處理閉環(huán)控制問題和大氣湍流 效應的校正，從而優(yōu)化目標上的能量沉積。
權利要求
一種用于光學成像的反光鏡，其特征在于該反光鏡包括具有反射面(1)的反射裝置(M1)，所述反射裝置結合發(fā)光裝置(2)，發(fā)光裝置的一個發(fā)射端位于所述反射面上的無反射性或者具有微弱反射性的區(qū)域(z1)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于光學成像的反光鏡，其特征在于所述發(fā)射裝置(2)是發(fā) 射光纖或者由幾個發(fā)射光纖組成的組件，其一端和所述反射面(1)平齊，所述端的表面構 成所述無反射性或者具有微弱反射性的區(qū)域(zl)，反射面和所述端的表面位于一個相同的 平面上，并相對于發(fā)射光纖或由幾個發(fā)射光纖組成的組件的軸傾斜。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于光學成像的反光鏡，其特征在于所述反射裝置(Bi)由基 于玻璃的材料或合成材料制成。
4.根據(jù)權利要求3所述的用于光學成像的反光鏡，其特征在于所述反射裝置包括環(huán)繞 發(fā)射光纖(或所述由幾個發(fā)射光纖組成的組件)緊密固定的光纖的組件(6. 1到6. η)。
5.根據(jù)權利要求1所述的用于光學成像的反光鏡，其特征在于所述反射裝置包括鍍有 體衍射光柵的面，所述體衍射光柵在所述區(qū)域(zl)中具有孔，以用于發(fā)光裝置(2)的發(fā)射 端穿過，該體光柵垂直于使用激光的準單色特征照亮目標的發(fā)射光束，從而將發(fā)射光束轉 向成像系統(tǒng)。
6.一種制造根據(jù)權利要求2到4中任一項所述的反光鏡的方法，其特征在于該方法包 括下列步驟在所述反射裝置出1，6.1到6.11)中安裝發(fā)射光纖或者由幾個發(fā)射光纖組成的組件，機械加工所述反射裝置以得到相對于發(fā)射光纖(或者由幾個發(fā)射光纖組成的組件)的 橫向面，對所述橫向面進行反射處理以制造所述反射面，通過所述發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)傳輸能量光束，以破壞反射面中對 應于發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)的發(fā)射區(qū)域的區(qū)域(zl)中的反射處理。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于通過模塑執(zhí)行在所述反射裝置中安裝所述 發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件)的步驟。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于通過在光纖組件中安裝所述發(fā)射光纖(或 者由發(fā)射光纖組成的組件)然后將光纖固定在一起，執(zhí)行在所述反射裝置中安裝的步驟。
9.一種激光成像系統(tǒng)，應用根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的反光鏡或者根據(jù)權利 要求6到8中任一項所述的方法，其特征在于所述發(fā)射光纖(或者由發(fā)射光纖組成的組件) 被設計為對目標(Cl)的第一區(qū)域(Zl)發(fā)射處理光束(FSl)，以及該系統(tǒng)包括成像光源(El)，發(fā)射被設計為照亮所述目標的第二區(qū)域(Ζ2)的成像光束(FEl)，所述 第二區(qū)域的表面積大于所述第一區(qū)域(Zl)并環(huán)繞所述第一區(qū)域，照相機(CA)，朝向形成第一反光鏡(Ml)的所述反射面定向，以及被設計為接收通過所 述目標反射到該第一反光鏡(Ml)的光。
10.根據(jù)權利要求9所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于所述激光成像系統(tǒng)包括位于發(fā) 射光纖和根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的反光鏡之間的成像光學組件，所述成像光學 組件產(chǎn)生光瞳、光源點的像和自對準中心，同時所述成像光學組件相對于金屬膜局部氣相 沉積采用的方法的污染沉積特性而保護所述光纖的輸出面。
11.根據(jù)權利要求10所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于成像光學組件包括一個或多個透鏡，能夠根據(jù)預期的應用執(zhí)行光束放大的功能。
12.根據(jù)權利要求9到11中任一項所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于所述激光成像系 統(tǒng)還包括至少一個第二反光鏡(M2)，所述第二反光鏡(M2)接收所述處理光束，反射所述處理光 束用于照亮第一區(qū)域(Zl)，所述第二反光鏡能夠將所述照亮光束朝向目標的所述第一區(qū)域 定向，控制系統(tǒng)，能夠以照相機(CA)接收的像為函數(shù)控制第二反光鏡的定向。
13.根據(jù)權利要求12所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于所述激光成像系統(tǒng)包括第三 反光鏡(M3)，所述第三反光鏡(M3)被設計為將從第二反光鏡(M2)接收的光反射到所述目 標(Cl)，或者反過來將從目標接收到的光反射到第二反光鏡，所述控制系統(tǒng)能夠以照相機 (CA)接收的像為函數(shù)控制第三反光鏡的定向，從而能夠調整從第二反光鏡(M2)接收的光 束的聚焦。
14.根據(jù)權利要求13所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于所述激光成像系統(tǒng)包括第四 反光鏡(M4)，所述第四反光鏡(M4)接收從第一反光鏡(Ml)接收的光并將其反射到照相機 (CA)。
15.根據(jù)權利要求9到14中任一項所述的激光成像系統(tǒng)，其特征在于所述處理光束 (FSl)為第一波長或波長范圍，所述成像光束(FEl)為不同于第一波長或波長范圍的第二 波長或波長范圍，該系統(tǒng)還包括位于第一反光鏡(Ml)和照相機(CA)之間的光譜濾波器 (Fl)，所述光譜濾波器僅允許第二波長或波長范圍傳輸?shù)秸障鄼C。
16.一種用于控制幾個光源的系統(tǒng)，所述光源應用根據(jù)權利要求9到15中任一項所述 的成像系統(tǒng)，其特征在于所述用于控制幾個光源的系統(tǒng)包括至少兩個激光源(Si到SN)，每 個激光源包括獨立的瞄準系統(tǒng)，控制系統(tǒng)還包括能夠控制每個激光源的瞄準系統(tǒng)的中央控 制電路(CC)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于光學成像的反光鏡，包括具有反射面(1)的反射裝置(M1)。所述反射裝置包括發(fā)光裝置(2)，所述發(fā)光裝置的一個發(fā)射端位于所述反射面上的無反射性或者具有微弱反射性的區(qū)域(Z1)中。本發(fā)明可用于激光成像系統(tǒng)中。
文檔編號G02B23/14GK101910882SQ200880123721
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月5日 優(yōu)先權日2007年12月18日
發(fā)明者F-X·杜瓦托, J-P·波肖萊 申請人:泰勒斯公司