CN103148807B - 外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学设备技术领域，特别涉及一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置。本发明要克服现有技术存在的环境因素对紫外目标成像探测系统光轴平行性造成影响的问题。为解决现有技术存在的问题，本发明包括焦深自校准组件和径向自校准组件，焦深自校准组件由紫外光源组件，可见光光源组件，光阑盘，半透半反镜，接收部件CCD，次反射镜，主反射镜，基准CCD摄像机组成；径向自校准组件包括平面平晶，平面平晶设置于主反射镜和基准CCD摄像机之间的光路上。本发明的优点是：结构紧凑，有效地解决了紫外目标成像探测系统紫外与可见光双光轴平行性失调的校准问题，提高紫外与可见光双光轴平行性校准效率，本装置测量精度达到10″,并可在-30℃～+60℃条件下保持精度≤10″。

Description

外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置

技术领域

本发明属于光学设备技术领域，特别涉及一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置。

背景技术

紫外目标成像探测系统以大视场、大孔径光学系统对空间紫外信息进行接收，由紫外探测成像单元将视场空间内特定波长紫外辐射进行光电转换形成可见光图像，然后经视频采集卡将可见光图像送入计算机进行处理，最后按系统需要输出处理结果。

由于光学探测的需要，紫外目标成像探测系统需要工作于可见与紫外复合波段，为了完成对目标的探测和测量任务，影响探测系统性能的一个主要技术指标就是紫外与可见光波光轴的平行性,保持相同的指向,从而保证光电探测设备的各系统间测量的一致性与准确性。

飞机在飞行状态中，由于温度梯度的变化，飞机振动和冲击的影响，冲压空气的影响，使原来校准好的系统发生了变化，其中很有可能使各套光学设备光轴的平行性遭到破坏，尤其是影响到可见光系统和紫外成像系统的光轴发生偏移，直接影响了紫外光轴的准确度，造成目标来袭方向计算的偏差，使飞机产生错误的规避或反击动作。由于大气中存在很多湍流旋涡，当光束通过这些旋涡时，湍流效应也会影响光束在大气传输中的传输质量，削弱目标的识别能力。

现有的紫外目标成像探测系统的静态测试和校准通常是在实验室完成的，对于工作于可见光波段的光学仪器或光学系统的装调和标定，通常采用平行光管法，工作于红外波段的光学仪器或光学系统的装调和标定，通常采用激光准直法。目前在外场条件下，还没有很好的手段解决紫外与可见光波光轴的平行性测试及校准问题。

由于紫外目标成像探测系统的实际工作均在外场进行，因此外场环境直接影响测试设备的工作精度。包括：由于环境温度的变化和机体振动等引起系统结构参数发生变化，即引起结构失调。引起多光轴漂移和不平行，导致装置的测试性能变差；在远距离紫外目标成像探测中，大气温度、气压、能见度、湿度及气溶胶等都会引起大气折射率发生变化，并使光传播路径改变，导致光轴和目标成像位置发生漂移，形成偏差，从而影响光轴的实际指向。基于上述的原因，在科研和生产以及使用维护都需要紫外与可见光双光轴平行性校准测量设备，以提高紫外目标成像探测系统的测试精度。

目前可见光轴与激光光轴平行性的测试方法很多，但绝大多数都是基于实验室的平行光管法，而专用野外测量仪器或装备均没有考虑大气环境因素对两光轴的影响，中国专利公开了一种“可见与红外光波光轴平行度检测仪”（公开日:2009.6.3；公开号：101446485）采用中空结构主镜实现可见光与红外光波光轴平行度检测，会对光束产生遮拦。目前在国内还未见紫外与可见光双光轴平行性校准系统，外场环境下考虑大气因素影响的紫外与可见光双光轴平行性校准系统更未见报道。

发明内容

本发明专利提供一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置，以克服现有技术存在的环境因素对紫外目标成像探测系统光轴平行性造成影响的问题。

为解决现有技术存在的问题，本发明的一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置，包括焦深自校准组件和径向自校准组件，

所述焦深自校准组件由紫外光源组件，可见光光源组件，光阑盘，半透半反镜，接收部件CCD，次反射镜，主反射镜，基准CCD摄像机组成，所述紫外光源组件由紫外光源和紫外光扩散板组成，可见光光源组件由可见光光源和可见光扩散板组成，紫外光源组件和可见光光源组件并排设置于光阑盘的一侧，半透半反镜位于光阑盘另一侧的对应位置，紫外光源或可见光光源发出的光经光阑盘上的小孔射出，经半透半反镜反射后返回光阑盘上；所述光阑盘上均布有若干光阑孔，部分光阑孔上设置有紫外靶板；所述接收部件CCD和次反射镜分别位于一个半透半反镜主光路的两侧，该半透半反镜是紫外光半透半反镜或可见光半透半反镜，紫外光半透半反镜和可见光半透半反镜构成组件，该组件中两者的位置可以切换；次反射镜的反射光路上设置有主反射镜，基准CCD摄像机设置于主反射镜的出射光路上；

所述径向自校准组件包括平面平晶，平面平晶设置于主反射镜和基准CCD摄像机之间的光路上。

上述主反射镜11高次非球面离轴，离轴角12°。

与现有技术相比，本发明的优点是：光路采用折叠设计，整个装置结构紧凑，易于实现轻量化，可以有效地解决紫外目标成像探测系统紫外与可见光双光轴平行性失调的校准问题，提高紫外与可见光双光轴平行性校准效率，本装置测量精度达到10″,并可在-30℃～+60℃条件下保持精度≤10″。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是光阑盘5的结构示意图。

附图标记如下：

1-紫外光源，2-可见光光源，3-紫外光扩散板，4-可见光扩散板，5-光阑盘，6-光阑孔，7-紫外光半透半反镜，8-可见光半透半反镜，9-接收部件CCD，10-次反射镜，11-主反射镜，12-基准CCD摄像机，13-平面平晶。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

参见图1和图2，本发明所提供的一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置，包括焦深自校准组件和径向自校准组件，

所述焦深自校准组件由紫外光源组件，可见光光源组件，光阑盘5，半透半反镜，接收部件CCD9，次反射镜10，主反射镜11，基准CCD摄像机12组成，所述紫外光源组件由紫外光源1和紫外光扩散板3组成，可见光光源组件由可见光光源2和可见光扩散板4组成，紫外光源组件和可见光光源组件并排设置于光阑盘5的一侧，半透半反镜位于光阑盘5另一侧的对应位置，紫外光源1或可见光光源2发出的光经光阑盘5上的小孔射出，经半透半反镜反射后可返回光阑盘5上；所述光阑盘5上均布有若干光阑孔6，部分光阑孔6上设置有紫外靶板；所述接收部件CCD9和次反射镜10分别位于半透半反镜主光路的两侧，该半透半反镜是紫外光半透半反镜7或可见光半透半反镜8，为了结构的紧凑和方便，紫外光半透半反镜7和可见光半透半反镜8构成一个组件，在该组件中两者的位置可以切换。次反射镜10的反射光路上设置有主反射镜11，基准CCD摄像机12设置于主反射镜11的出射光路上；所述径向自校准组件包括平面平晶13，平面平晶13设置于主反射镜11和基准CCD摄像机12之间的光路上。上述主反射镜11高次非球面离轴，离轴角12°。

为了取得优异的效果，下面将给出部件可以采用的具体参数：

所述的紫外光源1紫外光源纯紫外微型光纤灯，光源发射波长：200nm～400nm光源直径1mm。

所述的可见光光源2具有可见光连续辐射谱特性，亮度可调。

所述的光阑盘5共有5个光阑孔6，分别是0.2，0.5，0.7和两个8光阑孔。光阑盘采用电机驱动，转动精度为1″。其中0.2，0.5，0.7以及一个8为透可见光光阑孔。紫外靶板设置于光阑盘5中的另一个8光阑孔上，安装镀紫外滤光膜的滤光片作为紫外目标靶板，带通200nm～300nm，滤光片为SILICA材料。

所述的紫外光半透半反镜7镀紫外反射膜，可将50%的入射紫外光反射，将50%的入射紫外光投射至后面的光路。

所述的可见光半透半反镜8镀分光膜，可将50%的入射可见光反射，将50%的入射可见光投射至后面的光路。

所述的接收部件CCD9可接收到紫外光及可见光，其响应光谱范围200nm～1000nm，涵盖了紫外、可见光。

所述的主反射镜11为K9材料玻璃，表面镀银膜，高次非球面离轴，离轴角12°，口径Φ220mm。离轴保证了对光束的无遮拦，提高了光学系统的相对孔径，进而提高系统的能量。

所述的次反射镜10为K9材料玻璃，表面镀银膜。

使用过程如下：

先对本发明的装置进行自校准，对可见光进行校准时采用可见光光源2、可见光扩散板4、光阑盘5及可见光半透半反镜8；对紫外进行校准时，则采用紫外光源1、透紫外扩散板3、光阑盘5及紫外光半透半反镜7。接收部件CCD9在紫外/可见光范围内均有响应，因此接收部件CCD9不动。完成装置自校准后，将紫外半透半反镜7放置在光路中，将用于实际探测的紫外目标成像系统的光轴与平行性校准装置光轴对中，此时，紫外目标成像探测系统与平行性校准装置光轴一致。打开可见光光源2，将透可见光半透半反镜8放置在光路中，使阑盘5上透可见光光阑孔的像成在基准CCD摄像机12上。通过软件计算可见光光阑孔像中心位置与CCD摄像机12像素中心位置的偏离程度，即得到紫外成像系统与CCD摄像机12光轴的偏离程度。

利用校准好的平行性校准装置完成紫外目标成像探测系统光轴校准。紫外靶板被照亮后成像在接收部件CCD9上。由于接收部件CCD9中心像素的位置是确定不变的，可利用软件计算紫外靶板的光斑中心与接收部件CCD9中心像素位置是否重合。若紫外靶板的光斑中心与接收部件CCD9中心像素位置重合，认为紫外目标成像探测系统的光轴与平行性校准装置光轴对中；否则，必须继续调整装置的高低和俯仰，直至紫外靶板的光斑中心落在接收部件CCD9的中心像素上，再由高速数据采集卡捕获光斑图形，采用计算机进行数据分析处理，实现计算、显示及打印等功能，获得紫外光斑的质心参数。为了保证紫外目标成像探测系统与平行性校准装置光轴一致性，需采用一定算法对紫外靶板上光斑的质心进行测量与计算。

以下将对本装置的工作原理进行描述：

所说的平行性校准装置的焦深自校准是通过置于主反射镜11前的基准CCD摄像机12来实现的。当光阑盘5不位于平行性校准装置的焦点处时，经主反射镜11出射的光不是平行光，该光束落在基准CCD摄像机12上的像点肯定不位于摄像机中心。进行焦深自校准时，将基准CCD摄像机12放置在装置前，调整光阑盘5位置的同时观察接收部件CCD9上像斑的大小，通过软件对该像斑尺寸进行计算，以测试精度为判据，当像斑尺寸满足精度要求时，认为光阑盘5上的光阑孔位于装置焦面上。

所说的装置的径向自校准将平面平晶13置于反射镜11前方，紫外光源1或可见光光源2发出的光经光阑盘5上的小孔射出，再经紫外光半透半反镜7或可见光半透半反镜8进入主反射镜11、次反射镜10，若光阑盘5位于平行性校准装置焦点的径向位置，紫外光源1或可见光光源2发出的光束以平行光出射，经主反射镜11与次反射镜10反射后返回并聚焦于光阑盘5上，可判断主反射镜11或次反射镜10与平行性校准装置光轴垂直。若光阑盘5不位于装置径向焦点，则通过调整光阑盘5和主反射镜11与次反射镜10的方位、俯仰使之与光路垂直，使光束聚焦于光阑盘5上的透可见光光阑孔或者紫外靶板上，此时光阑孔6即位于装置的径向中心。

由于可见光光源2与紫外光源1各自独立设置，两种光源和其对应的扩散板分别安置在光阑盘5后，切换光源时只需转动光阑盘5即可将目标靶板进行切换。

Claims (2)

1.一种外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置，其特征在于：包括焦深自校准组件和径向自校准组件，所述焦深自校准组件由紫外光源组件、可见光光源组件、光阑盘（5）、半透半反镜、接收部件CCD（9）、次反射镜（10）、主反射镜（11）、基准CCD摄像机（12）组成，所述紫外光源组件由紫外光源（1）和紫外光扩散板（3）组成，可见光光源组件由可见光光源（2）和可见光扩散板（4）组成，紫外光源组件和可见光光源组件并排设置于光阑盘（5）的一侧，半透半反镜位于光阑盘（5）另一侧的对应位置，紫外光源（1）或可见光光源（2）发出的光经光阑盘（5）上的光阑孔（6）射出，经半透半反镜反射后可返回光阑盘（5）上；所述光阑盘（5）上均布有若干光阑孔（6），部分光阑孔（6）上设置有紫外靶板；所述接收部件CCD（9）和次反射镜（10）分别位于半透半反镜主光路的两侧，所述半透半反镜是紫外光半透半反镜（7）或可见光半透半反镜（8），紫外光半透半反镜（7）和可见光半透半反镜（8）构成组件，该组件中两者的位置可以切换；所述次反射镜（10）的反射光路上设置有主反射镜（11），基准CCD摄像机（12）设置于主反射镜（11）的出射光路上；

所述径向自校准组件包括平面平晶（13），平面平晶（13）设置于主反射镜（11）和基准CCD摄像机（12）之间的光路上。

2.如权利要求1所述的外场环境下紫外与可见光双光轴平行性校准装置，其特征在于：所述主反射镜（11）高次非球面离轴，离轴角12°。