CN102288137A - 分立光轴多光谱校轴仪的校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分立光轴多光谱校轴仪的校准装置，属于光学计量领域。半透半反镜、激光器和CCD摄像机均集成在平行光管中，CCD摄像机的光轴与平行光管的光轴垂直且其物点位于平行光管的等效焦点处，CCD摄像机产生的电十字通过显示器显示。自校准时，平行光管的出射光束垂直照射到平面反射镜，经反射后在显示器上形成自准像；对校轴仪进行校准测量时，在被测校轴仪的红外或可见光通道对准平行光管后，用激光器对准被测校轴仪的激光通道照射激光，经后者的数据处理系统获得激光与红外通道或激光与可见光通道的平行性偏差。本发明适用于校准分立光轴多光谱校轴仪，具有校准方法简单、校准结果客观、可靠等特点。

Description

分立光轴多光谱校轴仪的校准装置

技术领域

本发明属于光学计量领域，涉及一种能够对多光谱校轴仪的光轴进行校准的装置，尤其涉及一种能够校准分立光轴多光谱校轴仪的校准装置。

背景技术

多光谱校轴仪可以校准光电系统中激光轴与红外电视轴、激光轴与可见光电视轴的平行性，因而在工程领域得到广泛应用。分立光轴的多光谱校轴仪一般由光轴互相平行的激光光学通道、红外光学通道、可见光学通道、数据处理系统组成，其中三个光学通道可以按任意方式排列。分立光轴的多光谱校轴仪校准方法还未见报道。

目前已有校轴仪一般由共物镜大口径平行光管和放在平行光管焦面的各种目标靶组成，其校准方法主要采用经纬仪和五棱镜组合法，校准的参数主要为靶标的离焦量。《长春光学精密机械学院学报》第25卷第1期2002年3月，第11页-13页刊登了一篇题为“用五棱镜法调校平行光管原理的探讨”的论文，经纬仪和五棱镜组合法的校准原理是，在垂直光轴的方向将五棱镜从校轴仪一侧边缘拉动到另一侧边缘，再利用经纬仪观察校轴仪目标靶所成像的跳动量，由此获得校轴仪的平行性。但是，该校准方法的使用前提是，校轴仪只能有一个光轴发光，因而也只能校准共物镜的校轴仪，而不能校准分立光轴的多光谱校轴仪；此外，采用这类校准原理的校轴仪自身不具备自校准功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种带有自校准功能且能够校准分立光轴多光谱校轴仪的校准装置。

为解决所述技术问题，本发明提供的校准装置包括含有光源、目标靶和准直物镜的平行光管，半透半反镜，激光器，平面反射镜，显示器和含有电十字生成电路的CCD摄像机；所述目标靶采用能同时透过红外光和可见光的光学材料制作；所述平行光管的口径应能够同时包容被测校轴仪的红外通道和可见光通道并固定在一个支撑框架上；所述半透半反镜和CCD摄像机均集成在所述平行光管中，CCD摄像机的光轴与平行光管的光轴垂直且其物点位于平行光管的等效焦点处，CCD摄像机通过数据线与平行光管之外的所述显示器连接，显示器显示所述电十字生成电路产生的电十字，电十字的中心位置与CCD摄像机的光敏面中心像素位置相对应，半透半反镜与平行光管的光轴成45°夹角，其面对所述目标靶的工作面上镀有增透红外和可见光的光学膜层，而面对CCD摄像机的工作面上镀有反射可见光的光学膜层；所述目标靶由光源照射后其十字分划线经所述半透半反镜透射后由准直物镜准直成平行光束后由平行光管出射，而进入平行光管的可见光经半透半反镜的反射后由CCD摄像机成像在其光敏面上，所述激光器固定在所述平行光管的外框上且激光出射方向与平行光管的平行光束出射方向相同且平行，激光器的激光轴与被测校轴仪的激光通道正对且出光口外围端面安装有环状倍频片，进行自校准时，平面反射镜通过支架垂直正对平行光管和激光器的出射光束。

本发明校准装置还包括一个升降组件，所述平行光管的口径应能够同时包容被测校轴仪的可见光、红外和激光通道且所述准直物镜为卡塞格林物镜，所述激光器集成在平行光管中且激光器的外壳高度低于中心光路，所述支撑框架底部设有通槽且该通槽位于准直物镜与平行光管的端口之间；所述升降组件含有升降座和回收箱，回收箱近似抽屉形状且固连在所述系统支撑框架的下端面，升降座的底端面固连在回收箱的底板上且整体能够被回收箱所收纳，所述平面反射镜垂直固连在升降座的上端面，当旋动升降座的手轮时，升降座带动平面反射镜沿着所述通槽插入或退出所述平行光管的光路中，平面反射镜的最终升高位置应满足其上端面高于平行光管的光轴，而在退出平行光管的光路时应全部回缩到回收箱的内部。

本发明校准装置中采用了能够同时包容被测校轴仪可见光、红外和激光通道的大口径平行光管，通过平面反射镜对平行光管中的目标靶和激光器的激光束进行自准反射，实现了校准装置中红外光轴、可见光轴和激光光轴之间的光束平行性自校准；在自校准状态下，依次将被测校轴仪的红外通道或者可见光通道对准本发明校准装置中的目标靶，并在每次对准后，用本发明中的激光器向被测校轴仪的激光通道发射激光，最终通过被测校轴仪的数据处理系统进行数据解算，获得被测校轴仪红外通道与激光通道、可见光通道与激光通道的光轴平行性偏差，从而使本发明实现了对分立光轴多光谱校轴仪的校准。此外，本发明具有校准方法简单、校准结果客观、可靠等特点。

附图说明

图1是本发明校准装置第一实施例的结构组成示意图。

图2是本发明校准装置第二实施例的结构组成示意图。

图3是本发明校准装置第三实施例的结构组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

参见图1，本发明第一优选实施例的校准装置包括平行光管5、半透半反镜3、激光器4、平面反射镜6、显示器7、CCD摄像机8、三脚架9和系统支撑框架10。平行光管5含有光源1、目标靶2和物镜，光源1为卤钨灯；物镜为双胶合物镜，目标靶2由能够透射可见和红外光的硫化锌材料制作，其中心位置刻有十字分划。平行光管5固定在系统支撑框架10上，系统支撑框架10安装在三脚架9上。平行光管5的口径应能够同时包容被测校轴仪的红外和可见光通道。半透半反镜3和CCD摄像机8均集成在平行光管5的壳体中。CCD摄像机8带有成像镜头、CCD探测器和电十字生成电路，CCD摄像机8的光轴与平行光管5的光轴垂直，CCD摄像机8通过数据线与平行光管5之外的显示器7连接。电十字生成电路产生的电十字显示在显示器7上，电十字的中心位置与CCD探测器光敏面的中心像素位置相对应。CCD探测器光敏面中心像素和平行光管5物镜的等效焦点分别为成像镜头的一对共轭物点和像点。半透半反镜3与平行光管的光轴成45°夹角且通过支架固定在目标靶2和物镜之间。半透半反镜3在面对目标靶2的工作面上镀有增透红外和可见光的光学膜层，在面对CCD摄像机8的工作面上镀有反射可见光的膜层。目标靶2由光源1照射后其十字分划线经半透半反镜3透射后由物镜准直成平行光束后由平行光管5出射，而进入平行光管5的可见光经半透半反镜3的反射后，再经CCD摄像机8的成像物镜成像到CCD探测器的光敏面上。平面反射镜6采用K9光学玻璃制作，其面形PV值为0.06μm。激光器的工作波长为1.064μm。激光器4由螺栓固定在平行光管5的外框上，其光轴位置与被测校轴仪的激光通道的中心大致正对。激光器4的激光出射方向与平行光管5的平行光束出射方向相同且平行。平面反射镜6架在一个稳固的支架上。

采用本优选实施例进行校准工作时，先由任意形式的支架把平面反射镜6固定在平行光管5的正前方且平面反射镜的高度应超过激光器4的出光口高度。在激光器4出光口外环端面安装一个环状的倍频片。然后，点亮光源1，目标靶2的十字分划经平行光管5的物镜准直为平行光束并照射到平面反射镜6上。由平面反射镜6反射的光束再经平行光管5的物镜会聚，该会聚光束经半透半反镜3折转90°后最终会聚到CCD摄像机8的靶面上并通过显示器7显示。调节平面反射镜6的姿态，直至目标2的十字分划自准像与显示器7上的电十字丝重合。此时认为平行光管5发出的平行光束与反射镜6垂直。然后，打开激光器4的电源，激光器4发射的激光束照射平面反射镜6并被其反射，微调激光器4的姿态，直至反射回的激光束在倍频片上产生的光斑由外向内移动并进入激光器4的出光口，此时认为激光器4的出射光束与平面反射镜6垂直。至此，本发明校准装置已完成自校准过程，出射的激光光束与平行光管5发出的平行光束平行，本发明的校准装置已处于工作状态。

由于1.064μm激光器的出射光束为近红外光束，在进行上述步骤的过程中，需要在激光器4的出光口外围安装一个环状的倍频片进行观察。

当对被测校轴仪进行校准时，被测校轴仪的可见通道光源点亮，发射平行光束，光束照射进入平行光管5，会聚在目标靶2和CCD摄像机8的光敏面上。如果被测校轴仪与平行光管5对准，则被测校轴仪的可见通道目标会成像在CCD摄像机8光敏面的中心处，显示器7上被测校轴仪的目标像中心与显示器7上的电十字重合；如果没有对正，则调整被测校轴仪的姿态，直到被测校轴仪的可见通道目标成像在CCD摄像机8光敏面的中心处。然后，激光器4发射激光，照射进入被测校轴仪的激光通道。由被测校轴仪的数据处理系统进行数据解算，即可求出被测校轴仪可见通道与激光通道的平行性偏差。被测校轴仪的红外通道与激光通道的平行性校准采用相同的方法进行，先把被测校轴仪的红外通道的光源点亮，发射平行光束，光束照射进入平行光管5，会聚在目标靶2的中心和CCD摄像机8的光敏面中心上。剩下的处理步骤与可见光的处理步骤相同。被测系统的红外通道虽然发射红外光束，但同时必定也有可见波段的光束，因此CCD摄像机8能够对其进行探测。

根据图2所示，本发明第二优选实施例与第一优选实施例的不同之处是，平行光管采用了由带孔反射主镜5-1和反射次镜5-2组成的卡赛格林式平行光管，其中，带孔反射主镜5-1为抛物面镜，反射次镜5-2为双曲面镜。

根据图3所示，本发明第三优选实施例与第二优选实施例的不同之处是，平行光管5的口径应能够同时包容被测校轴仪的可见光、红外和激光通道；并增加了一个升降组件。平面反射镜6放置在平行光管5的壳体中且位于反射次镜5-2的外侧即远离目标靶2的一侧，激光器4位于反射主镜5-1和平面反射镜6之间的任意位置，激光器4的外壳高度不能阻挡中心光路。在平行光管5和系统支撑框架10底部设有位置与平面反射镜6位置对应的通槽，平面反射镜可以由这个通槽穿入光路。升降组件含有升降座11和回收箱12，回收箱12近似抽屉形状且固连在系统支撑框架10的下端面，升降座11选用北京卓立汉光仪器有限公司的Zolix TSMV60-1S型升降座，其通过与手轮相连的螺杆驱动剪式连接的支杆实现升降功能。升降座11的底端面固连在回收箱12的底板上且整体可被回收箱12所收纳。平面反射镜6垂直固连在升降座11的上端面，当旋动升降座11的手轮时，升降座11带动平面反射镜6沿着通槽插入或退出平行光管5的光路，平面反射镜6的最终升高位置应满足其上端面高于平行光管5的光轴，而在退出光路时应全部回缩到回收箱12的内部。

采用本优选实施例进行校准工作时，大体步骤与第一优选实施例的步骤相同，所不同的是，校准前，首先要旋动升降座11的手轮，使平面反射镜6升高到最高高度，自校准工作完成后，再反向旋动升降座11的手轮，使升降座带着平面反射镜6全部下降到回收箱12中。

本发明装置使用的激光器4的波段为：0.532μm或0.633μm或1.064μm或1.54μm。

Claims (4)

1.一种分立光轴多光谱校轴仪的校准装置，包括含有光源(1)、目标靶(2)和准直物镜的平行光管(5)，其特征在于：还包括半透半反镜(3)、激光器(4)、平面反射镜(6)、显示器(7)和含有电十字生成电路的CCD摄像机(8)，所述目标靶(2)采用能同时透过红外光和可见光的光学材料制作；所述平行光管(5)的口径应能够同时包容被测校轴仪的红外通道和可见光通道并固定在一个支撑框架(10)上；所述半透半反镜(3)和CCD摄像机(8)均集成在所述平行光管(5)中，CCD摄像机(8)的光轴与平行光管(5)的光轴垂直且其物点位于平行光管(5)的等效焦点处，CCD摄像机(8)通过数据线与平行光管(5)之外的所述显示器(7)连接，显示器(7)显示所述电十字生成电路产生的电十字，电十字的中心位置与CCD摄像机(8)的光敏面中心像素位置相对应，半透半反镜(3)与平行光管(5)的光轴成45°夹角，其面对所述目标靶(2)的工作面上镀有增透红外和可见光的光学膜层，而面对CCD摄像机(8)的工作面上镀有反射可见光的光学膜层；所述目标靶(2)由光源(1)照射后其十字分划线经所述半透半反镜(3)透射后由准直物镜准直成平行光束后由平行光管(5)出射，而进入平行光管(5)的可见光经半透半反镜(3)的反射后由CCD摄像机(8)成像在其光敏面上，所述激光器(4)固定在所述平行光管(5)的外框上且激光出射方向与平行光管(5)的平行光束出射方向相同且平行，激光器(4)的激光轴与被测校轴仪的激光通道正对且出光口外围端面安装有环状倍频片，进行自校准时，平面反射镜(6)通过支架垂直正对平行光管(5)和激光器(4)的出射光束。

2.根据权利要求1所述的分立光轴多光谱校轴仪的校准装置，其特征在于：所述激光器(4)的工作波长为1.064μm或0.532μm或0.633μm或1.54μm。

3.根据权利要求1或2所述的分立光轴多光谱校轴仪的校准装置，其特征在于：所述准直物镜选用卡塞格林物镜。

4.根据权利要求3所述的分立光轴多光谱校轴仪的校准装置，其特征在于：还包括一个升降组件，且所述平行光管(5)的口径应能够同时包容被测校轴仪的可见光、红外和激光通道，所述激光器(4)集成在平行光管(5)中且激光器(4)的外壳高度不能阻挡中心光路，所述支撑框架(10)底部设有通槽且该通槽位于准直物镜与平行光管(5)的端口之间；所述升降组件含有升降座(11)和回收箱(12)，回收箱(12)近似抽屉形状且固连在所述系统支撑框架(10)的下端面，升降座(11)的底端面固连在回收箱(12)的底板上且整体能够被回收箱(12)所收纳，所述平面反射镜(6)垂直固连在升降座(11)的上端面，当旋动升降座(11)的手轮时，升降座(11)带动平面反射镜(6)沿着所述通槽插入或退出所述平行光管(5)的光路中，平面反射镜(6)的最终升高位置应满足其上端面高于平行光管(5)的光轴，而在退出平行光管(5)的光路时应全部回缩到回收箱(12)的内部。

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