[发明专利]自适应闭环控制的飞行光路机构及其控制方法

权利要求书

1.一种自适应闭环控制的飞行光路机构，包括激光器(1)、飞行光路和驱动控制系统，所述飞行光路包括飞行聚焦头(2)和望远镜系统，飞行聚焦头(2)可沿光学轴线往复移动，所述望远镜系统包括目镜(3)和物镜(4)，飞行聚焦头(2)包括平面镜(8)和聚焦镜(9)；其特征在于：所述激光器(1)和目镜(3)相对固定设置，激光器(1)发射的光束(6)依次通过目镜(3)、物镜(4)经平面镜(8)反射至聚焦镜(9)聚焦；所述驱动控制系统包括计算机(13)、物镜数控驱动器(14)、聚焦镜数控驱动器(12)和位置传感器(7)，所述位置传感器(7)设置在飞行聚焦头(2)上，用于检测飞行聚焦头(2)沿光学轴线往复移动的距离和聚焦镜(9)位置；所述物镜数控驱动器(14)设置物镜进给轴(5)，物镜(4)设置在物镜进给轴(5)上，所述聚焦镜数控驱动器(12)设置聚焦镜进给轴(10)，聚焦镜(9)设置在聚焦镜进给轴(10)上；所述计算机(13)根据位置传感器(7)传入的飞行聚焦头(2)沿光学轴线往复移动的距离和聚焦镜(9)位置信号，向物镜数控驱动器(14)和聚焦镜数控驱动器(12)发出指令，分别驱动物镜(4)和聚焦镜(9)沿光学轴线往复运动。

2.根据权利要求1所述的自适应闭环控制的飞行光路机构，其特征在于：所述平面镜(8)相对于光学轴线呈45°角设置，入射光和反射光之间的夹角为90°。

3.根据权利要求2所述的自适应闭环控制的飞行光路机构，其特征在于：所述物镜数控驱动器(14)和聚焦镜数控驱动器(12)均为伺服电机，均通过丝杆传动机构驱动物镜进给轴(5)和聚焦镜进给轴(10)。

4.一种用于权利要求1所述的自适应闭环控制的飞行光路机构的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

a.在计算机中根据以下公式建立函数关系z′₃(L)和z₂(L)：

z3′=f3+[w32f32(z2-f2)2+ZR12w12f22-ZR32]1/2]]>

L=z1+z1′+z2+f2+f3-l+(z2-f2)f22(z2-f2)2+ZR12+w12w32·f22(z2-f2)2+ZR12]]>

[w32f32(z2-f2)2+ZR12w12f22-ZR32]1/2+[w32f32[(z2-f22)2+ZR12w12f22-ZR32]1/2]]>

公式中w₁和w₃分别为目镜出射激光束束腰半径和聚焦镜出射激光束束腰半径，z₁为初始入射激光束束腰到目镜的距离，z′₁为w₁到目镜的距离，z₂为w₁到物镜的距离，z′₃为出射光聚焦距离，f₂和f₃分别为物镜和聚焦镜的几何焦距，L为初始入射激光束束腰到平面镜的距离，即飞行距离，l为w₃到平面镜的距离，Z_R1和Z_R3分别为目镜和聚焦镜的焦深；

b.确定聚焦镜的实际聚焦位置是否需要改变，如果是，则根据改变后的z′₃值，计算z₂的调整量，根据计算所得数值，通过物镜数控驱动器和聚焦镜数控驱动器驱动物镜和聚焦镜；如果否，则根据L的变化计算z′₃和z₂的调整量，根据计算所得数值，通过物镜数控驱动器和聚焦镜数控驱动器驱动物镜和聚焦镜。