专利名称：反射式多光谱、共光路光轴检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于光电测试技术领域，尤其涉及一种检测光电跟踪设备中的电视、红外、激光多光谱光轴平行性的光电测试仪器。
技术背景 我国自行研制的某型光电跟踪设备(以下简称0FD)配备有电视、红外、激光多个传感器，能够完成对目标的捕获、跟踪和距离测量任务，实现目标诸元的输出功能。为了保证上述这些光学探测器能够在实战中正常工作，提供的目标诸元精度高，即瞄得准，跟的稳、就必须对这些光学探测器的诸光轴平行性进行定期检测。OFD包含三个主要光电探测通道，即电视探测器(O. 6-0. 9 μ m)、红外热像仪(8-12 μ m)和激光测距机(I. 064 μ m)，这三个光电探测器之间基线跨度大，其中电视探测器通道和激光测距机通道的基线距离达三百多毫米。通常情况下，对基线距离大和焦距较长的光学探测器之间的光轴平行性进行检测和校准，大多是在实验室条件下借助由昂贵、笨重的大口径、长焦距抛物面反射镜为主要元件组成的反射式平行光管来完成，所采用的检测步骤也比较多，且红外热像仪为长波波段，其与可见光电视视场的光轴平行性很难直接用可见光检测设备测量。目前一般要校准电视、红外和激光之间光轴平行性时，首先把电视和激光的光轴校准好后，再校准电视和红外的光轴，此方法要分两次校准，比较费时费力。另外的一种方法是针对不同光电装备，研制专用的光电光轴检测装置，其利用两种平行光管，包括可见光平行光管和红外光平行光管，让这两种平行光管平行，模拟产生相互平行的可见光谱和红外光谱的无穷远目标，电视和红外瞄准模拟目标后发射激光束，就可以测量和解算出电视、红外和激光之间光轴的平行性，这种方法不足之处是要保证不同环境下两种平行光管的平行性比较困难，并且自身体积和重量大，不利于野外、舰船上使用。本发明利用小型化光轴检测装置就可解决野外、舰船等场合的便携、快速的检测要求，克服室内检测设备在外场检测的不足。
发明内容本发明要解决的技术问题是，提供一种能够在野外、舰船等空间受限的场合下对具有多探测器、多窗口、基线距离跨度大的多光学通道的光电设备进行光轴平行性检测和校准的光电检测装置。为解决上述技术问题，本发明包括角镜组、聚焦成像光学系统及光谱转换靶。所述的角镜组由两个45°放置的平面反射镜组成，实现光线在传输方向的横向平移，使光线代表的光轴基线距离变小/大以满足检测装置的有效口径要求。所述的聚焦成像光学系统包括角放大单元和会聚单元，由两块反射镜(即反射主镜和反射次镜)五次反射构成，两块反射镜的位置按无焦望远系统结构放置。所述的角放大单元包括两个无焦望远系统，由所述反射主镜和反射次镜构成并具有一定的放大倍率。所述两个无焦望远系统是光线在所述反射主镜和反射次镜之间来回反射四次实现，入射光线经所述主镜反射后射向次镜并被反射，组成第一个无焦望远系统，经次镜反射的光线再被主镜和次镜反射，组成第二个无焦望远系统，这两个无焦望远系统具有相同的放大倍率。所述角放大组件的放大倍率是这两个无焦望远系统倍率的乘积。所述的会聚单元由反射主镜的一部分构成，实现光线的聚焦。所述光谱转换靶是一种能将入射的激光波段转换成可见光谱和红外光谱的器件，放在聚焦成像光学系统的焦平面上。本发明中激光测距机发射的激光束经过所述角放大单元后激光束的发散角被放大，放大后的激光束射入所述会聚单元，在焦平面上成光斑像并经放在焦平面位置上的所述光谱转换靶光谱转换激发出可见光谱、红外光谱等各种波长、各种方向的光线，根据光学系统光路可逆原理，激发出的多光谱光线按原光路返回传输，传输回来的多光谱光线经角镜组射入可见光电视探测器和红外热像仪探测器视场中形成各自光斑像，光斑像的位置就是激光光轴的位置。光斑像的位置与代表电视探测器和红外热像仪光轴的电十字之间的偏差就是激光与可见光探测器、红外热像仪之间的光轴平行性误差。本发明中所述角镜组、聚焦成像光学系统组成了一个共光路反射式光学系统，系统中某个零件的变化不影响光线的正反两次传输后的方向。根据本发明，所述反射主镜和反射次镜为非球面反射镜。本发明的有益效果体现在以下几个方面第一，本发明的聚焦成像光学系统用两块反射镜五次反射实现并采用共光路技术，因此，结构简单、体积小，重量轻，适合在野外、舰船等空间受限的场合使用。第二，本发明在会聚反射镜前加入角放大组件，实现了在外形尺寸一定的条件下，总焦距成倍变大，有利于装置小型化设计，提高光谱转换效率，并保护光谱转换靶以避免被强激光烧坏。第三，本发明采用光谱转换材料，不需要外接照明，简化了结构提高了可靠性。第四，本发明使用的光学方案采用反射式结构，适合宽光谱使用。第五，本发明以激光发射为测量基准，当被测产品各光轴不平行时，只需要把电视、红外的电十字进行调整就完成了校轴，调试简单。
以下结合附图
和实施例对本发明进一步说明。图I是本发明的光学系统平面示意原理图。
具体实施方式
以下结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。本发明的优选实施例是由角镜组、聚焦成像光学系统及光谱转换靶构成的多光谱波段的光轴平行性检校装置。多光谱波段所对应的被检测通道为可见光通道、激光通道、红外光通道。如图I所示，所述的角镜组，其中一个角镜组由45°放置的平面反射镜08和09构成，另一个角镜组由45°放置的平面反射镜10和11构成。这两个角镜组实现光线在传输方向的横向平移，在不改变光线方向的情况下使光线代表的光轴基线距离变小/大以满足检测装置的有效口径要求。所述的聚焦成像光学系统包括角放大单元和会聚单元，由反射镜06和07构成，所述反射镜06和07的不同区域实现角放大单元和会聚单元功能。所述的角放大单元包括两个无焦望远系统，由反射镜06作为主镜和反射镜07作为次镜构成并具有一定的放大倍率。所述两个无焦望远系统是光线在所述主镜06和次镜07之间来回反射4次实现。入射光线13经所述主镜06反射后射向所述次镜07并被反射，构成第一个无焦望远系统，然后经次镜07反射的光线再被主镜06和次镜07反射，构成第二个无焦望远系统，这两个无焦望远系统的倍率相同(N)。所述角放大单元的放大倍率是这两个无焦望远系统倍率的乘积(N2)。所述的会聚单元由主镜06的一部分构成，实现光线的会聚。所述光谱转换靶12是一种能将入射的激光波段转换成可见光和红外光的器件，放在聚焦成像光学系统的焦平面上。入射激光光线17打在所述光谱转换靶12上产生可见光16和红外光18,可见光16和红外光18经同一个光学系统按原路返回，出射的可见光15,红外光14与入射激光光线13相互平行,传输方向相反。本发明中光学系统的总焦距是主镜06的焦距(f)与角放大率(N2)的乘积
(fXN2)。在靶面上的光斑像的大小是主镜06单独成像的N2倍，这样可保护光谱转换靶的靶面避免被强激光烧坏，同时产生的可见光和红外光面积大、能量高，在可见光电视和红外探测器上成较大、清晰的光斑像。所述反射主镜06和反射次镜07采用金属反射非球面设计，满足重量和光学系统像质的要求。本发明中所述反射镜06同时具有两个功能，其一是角放大单元的主镜，实现角放大功能，其二是聚焦反射镜，实现对光线的会聚功能。使用本发明时，激光入射光线以一定角度斜入射，使光线在所述主镜06和所述次镜07之间来回反射五次，前四次的反射实现角放大，第五次反射对光线聚焦，实现了两块反射镜五次反射的聚焦成像光学系统。光线先经所述角放大单元放大后再会聚，实现了变光学器件的短焦距为系统的长焦距。本发明实际操作过程中，测量装置01放在被测设备02的前面并可自由调整，以使激光束13指向测量装置01，并会聚到由所述反射镜06和07构成的聚焦成像光学系统上，经过两次放大后射向反射镜06进行会聚，会聚激光束在放在焦平面位置的所述光谱转换板12上成光斑像并光谱转换产生光斑像的可见光光谱和红外光谱。可见光谱和红外光谱的光斑像按原光路返回经反射镜06反射变为平行光束，平行光束依次经两个无焦望远系统后与入射激光束13平行，方向相反。可见平行光束和红外平行光束经各自角镜组后射向可见光探测器03和红外光探测器05，分别成一个光斑像，光斑像的位置代表激光光轴的位置，其与代表探测器光轴的电十字的偏差就是激光光轴与可见光、红外光轴之间的光轴平行性误差。通过调整探测器的电十字，使电十字中心与光斑像中心重合，就实现了光轴平行性的校准。
权利要求1.一种反射式多光谱、共光路光轴检测装置，其特征在于包括角镜组、聚焦成像光学系统及光谱转换靶；所述的角镜组由两个45°放置的平面反射镜组成，实现光线在传输方向的横向平移，在不改变光线方向的情况下使光线代表的光轴基线距离变小/大以满足检测装置的有效口径要求。
2.根据权利要求I所述的反射式多光谱、共光路光轴检测装置，其特征在于所述的聚焦成像光学系统包括角放大单元和会聚单元；由两个反射镜即反射主镜和反射次镜构成的两镜五反聚焦成像光学系统；光线斜入射，在所述反射主镜和反射次镜之间反射五次，前四次构成角放大单元，第五次构成会聚单元。
3.根据权利要求2所述的反射式多光谱、共光路光轴检测装置，其特征在于所述反射主镜和所述反射次镜的位置放置构成无焦望远系统，所述反射主镜的不同区域具有不同的功能，既是角放大单元的主镜，同时也是会聚单元的聚焦镜。
4.根据权利要求2所述的反射式多光谱、共光路光轴检测装置，其特征在于所述的角放大单元包括两个无焦望远系统并具有相同的放大倍率；光线以一定角度斜入射，在所述反射主镜和所述反射次镜之间反射四次实现两个无焦望远系统。
专利摘要本实用新型公开了一种反射式多光谱、共光路光轴检测装置，其主要特点是，被测产品的激光束以一定角度斜入射到按无焦望远系统位置放置的反射主镜和次镜上，光线在反射主镜和次镜之间反射五次后成一光斑像，实现了两镜五反聚焦成像光学系统。然后，被放在焦平面位置上的光谱转换靶光谱转换，激发出可见光、红外光谱等光线。激发出的多光谱光线按原光路逆向传输射入被测产品的可见光、红外光探测器中形成各自光斑像。光斑像的位置与可见光、红外光探测器的电十字的偏差就是激光与可见光、红外光探测器之间的光轴平行性误差，实现可见光、红外光探测器与激光之间光轴平行性的检测。
文档编号G01B11/26GK202511766SQ20112050402
公开日2012年10月31日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者严少齐, 常伟军, 王刚 申请人:严少奇, 常伟军, 王刚