CN105865756A

CN105865756A - 热光学试验标定装置

Info

Publication number: CN105865756A
Application number: CN201610396472.2A
Authority: CN
Inventors: 李响; 张家齐; 李英超; 张立中; 白杨杨; 孟立新; 李小明
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2016-06-07
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2016-08-17

Abstract

本发明涉及一种用于空间热光学试验的标定装置，该装置能够检测热光学试验中大口径平行光管的离焦量，属于光电检测领域。针对光学遥感器在进行热光学试验时由于平行光管的离焦导致检测精度降低，系统误差增加的问题，本发明设计了一种热光学试验标定装置，能够实时检测平行光管的离焦量。其光学遮拦小、检测精度高、实时性好、可靠性好、具有很强的实用性。

Description

热光学试验标定装置

技术领域

本发明涉及一种用于空间热光学试验的标定装置，该装置能够检测工作中大口径平行光管的离焦量，属于光电检测领域。

背景技术

随着空间光学遥感器不断的发展，其技术性能指标要求也越来越高，为了实现更高的地面分辨率，空间光学遥感器的口径与焦距逐渐增加，这种技术因素的改变给空间光学遥感器的热光学性能检测带来了一系列新的问题。例如：随着光学遥感器口径与焦距的增加，需要更大口径更长焦距的平行光管对其进行检测与像质评价。口径越大焦距越长的平行光管对于像质、焦面位置精度以及测试环境的稳定性等要求就越高。然而平行光管口径与焦距尺寸的保障、平行光管像质水平的保障、平行光管焦面位置精度的保障甚至是测试环境稳定性的保障最终都会随着空间光学遥感器技术指标的逐步提高而难以实现。对于空间光学遥感器来说，地面检测与像质评价工作是最基本也是最重要的工作，这项工作决定了光学遥感器能否实现在轨顺利工作以及能否完成指定的科研或军事任务等重要问题。因此，对于空间光学遥感器热光学试验标定装置的研究具有十分重要的意义。

热光学试验中平行光管的离焦是对光学遥感器地面检测工作影响最大也是最容易出现的误差。在光学遥感器进行热光学实验时，由于温度与气压的大幅改变，大口径平行光管很容易出现离焦。实际工作中，只能使用千分表对平行光管焦面的位置进行标定（该方法为工作经验，并未找到相关文献），该方法检测精度低，引入误差较多，并不能反映平行光管真实的离焦量。

发明内容

本专利设计了一种基于五棱镜自准直相对检测技术的热光学试验标定装置。该装置能够实时检测热光学试验中平行光管的离焦情况，提高空间遥感器热光学试验中各指标检测的精度、降低由大口径长焦距平行光管引起的系统误差。

本系统主要由四部分组成，包括：目标发射组件1、光束折转组件2、图像采集组件3、计算机控制终端4。

其中，目标发射组件1包括：半导体激光器5、分束棱镜6、半反半透棱镜7、狭缝8。光束折转组件2包括：五棱镜及其调整机构9。图像采集组件3包括：会聚镜头10、CCD相机11。

针对热光学试验中经常使用的，相对口径在1/20左右的大口径平行光管，设计了角度在一定范围内可调的分束棱镜6、用于将检测光束会聚在CCD相机11上的会聚镜头10。

当平行光管未发生离焦时，会聚镜头10对平行光管焦面处的狭缝8成像，使返回光束会聚于CCD相机11上。当平行光管离焦时，返回光束在平行光管光轴上的会聚焦点移动了Δ，使返回光束在CCD上形成弥散斑。

本装置可以将平行光管的离焦量Δ转换成CCD相机11上会聚光斑的移动量δ，因此系统检焦的能力主要取决于光学会聚镜头10的视场分辨率以及CCD相机11上会聚光斑的大小。根据本系统的技术原理以及光学检测工作中对于大口径平行光管焦面标定误差的具体要求，确定本系统的检焦精度能够达到150μm。

附图说明

图1为系统组成图，如图所示本系统主要由四部分组成，包括：目标发射组件1、光束折转组件2、图像采集组件3、计算机控制终端4；其中，目标发射组件1包括：半导体激光器5、分束棱镜6、半反半透棱镜7、狭缝8；光束折转组件2包括：五棱镜及其调整机构9；图像采集组件3包括：会聚镜头10、CCD相机11。

图2为平行光管离焦量检测原理图，当平行光管未发生离焦时，会聚镜头对平行光管焦面处的狭缝成像，使返回光束会聚于CCD上；当平行光管离焦时，返回光束在平行光管光轴上的会聚焦点移动了Δ，使返回光束在CCD上形成弥散斑；本装置通过会聚镜头可以将平行光管的离焦量Δ转换成CCD相机上会聚光斑的移动量δ。

具体实施方式

本系统主要由目标发射组件1、光束折转组件2、图像采集组件3、计算机控制终端4、半导体激光器5、分束棱镜6、半反半透棱镜7、狭缝8、五棱镜及其调整机构9、会聚镜头10、CCD相机11等十一部分组成。

a)半导体激光器5作为光源发射激光光束，经过分束棱镜6将激光分成两束带有固定夹角的检测光束；

b)检测光束通过半反半透棱镜7会聚在平行光管焦平面上照亮其上的狭缝8，作为本装置的检测目标；

c)从狭缝8出射的两束检测光束，经过平行光管光学系统后射向安装在平行光管孔径边缘的五棱镜9，然后经过两块五棱镜9的折转，检测光束再次回到平行光管焦面，会聚于平行光管焦面狭缝8位置；

d)当返回的检测光束通过狭缝8，可以过滤掉由五棱镜9与平行光管反射的杂散光以及衍射的次级光斑；利用两组会聚镜头10分别将返回光束会聚到CCD相机11上，通过检测CCD相机11上光斑位置的变化计算被检平行光管的离焦量；

e)将CCD相机11采集到的图像传入计算机控制终端4中，通过图像处理计算出两个光斑的距离、坐标以及平行光管的离焦量。

本系统能够解决大口径平行光管在热光学试验中容易发生离焦，影响光学遥感器检测精度的技术问题，以及传统的方法不能在平行光管进入低温、低压工作状态后对其离焦量进行动态监测的实际情况。其光学遮拦较小，可以在热光学试验中监测平行光管离焦量的变化而又不会破坏平行光管的工作状态。适用于口径在700mm~1000mm，焦距13m~20m的大口径平行光管，检焦精度小于200μm，能够对热光学实验装置进行焦面的标定。本发明检测精度高、实时性好、可靠性好、具有很强的实用性。

Claims

1.一种热光学试验标定装置，该装置主要由四部分组成，包括：目标发射组件（1）、光束折转组件（2）、图像采集组件（3）、计算机控制终端（4）。

2.根据权利要求1所述的热光学试验标定装置，其特征在于，目标发射组件（1）包括：半导体激光器（5）、分束棱镜(6)、半反半透棱镜（7）、狭缝（8）；光束折转组件（2）包括：五棱镜及其调整机构(9)；图像采集组件（3）包括：会聚镜头（10）、CCD相机（11）。

3.根据权利要求2所述的热光学试验标定装置，其特征在于，半导体激光器（5）作为光源发射激光光束，经过分束棱镜(6)将激光分成两束带有固定夹角的检测光束；检测光束通过半反半透棱镜（7）会聚在平行光管焦平面上照亮其上的狭缝（8），作为本装置的检测目标。

4.根据权利要求3所述的热光学试验标定装置，其特征在于，从狭缝（8）出射的两束检测光束，经过平行光管光学系统后射向安装在平行光管孔径边缘的五棱镜（9），然后经过两块五棱镜（9）的折转，检测光束再次回到平行光管焦面，会聚于平行光管焦面狭缝（8）位置。

5.根据权利要求4所述的热光学试验标定装置，其特征在于，当返回的检测光束通过狭缝（8），可以过滤掉由五棱镜（9）与平行光管反射的杂散光以及衍射的次级光斑；利用两组会聚镜头（10）分别将返回光束会聚到CCD相机（11）上，通过检测CCD相机（11）上光斑位置的变化计算被检平行光管的离焦量。

6.根据权利要求5所述的热光学试验标定装置，其特征在于，将CCD相机（11）采集到的图像传入计算机控制终端（4）中，通过图像处理能够计算出两个光斑的距离、坐标以及平行光管的离焦量。

7.根据权利要求5所述的热光学试验标定装置，其特征在于，该装置能够在低温、真空的环境下对热光学试验设备中平行光管的离焦量进行实时监测。