CN109100876B - 多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法 - Google Patents

多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法 Download PDF

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    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS, OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/62Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems

Abstract

本发明提供了一种多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法,该多光轴平行调节装置包括多个光路系统、平行光管、二维移动平台以及显示器,平行光管的口径能覆盖多个光路系统的多个光路,平行光管的焦平面位置固定有十字标板,每个光路系统的光源发射的光线经过平行光管的镜面组的反射、透射后能被光路系统的光接收器接收并成像,二维移动平台设置在平行光管的前方,光源或光接收器通过调节架安装在二维移动平台上,与上述光源或光接收器相对应的光接收器或光源安装在十字标板的光线入口处,通过调节调节架和移动二维移动平台能够将多个光路系统中的多个光轴调节为平行。本发明可实多个不同波段光的可视化光轴平行调节,调节过程简单精准。

Description

多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法
技术领域
本发明涉及光学仪器调节技术领域,特别涉及一种多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法。
背景技术
现有的光学侦察仪器中,通常采用平行光管法,对工作在单一波段的光学仪器的光路进行调节,例如,对于可见光波段的光学仪器,在平行光管焦点处放置白光光源进行装调和标定;对于红外波段的光学仪器,在平行光管焦点处放置红外激光器或热源黑体进行装调和标定;对于同时工作于可见光和红外光的光学仪器,通常在平行光管焦点处同时放置白光光源和热源黑体,在可见光和红外图像融合的状态下,进行装调和标定。但以上技术只能提供单一波段或双波段的光学系统的装调和标定,对于可见光、红外光和激光三种不同波段的光轴调节,由于短波的激光为不可见光,人肉眼无法观察到,必须使用短波相机去捕捉不可见光激光器发出的光斑,使得三光光轴平行调节的难度较大。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一,该目的是通过以下技术方案实现的。
本发明提供了一种多光轴平行调节装置,用于调节多个不同波段光的光轴平行度,包括多个光路系统、平行光管、二维移动平台以及显示器,所述平行光管的口径能够覆盖所述多个光路系统的多个光路,所述平行光管的焦平面位置固定有十字标板,每个所述光路系统的光源发射的光线经过所述平行光管的镜面组的反射、透射后能够被所述光路系统的光接收器接收并成像,所述二维移动平台设置在所述平行光管的一端的前方,并且所述二维移动平台的平移方向与所述平行光管的光轴垂直或平行,所述光源中的至少一种光源或所述光接收器中的至少一个光接收器通过调节架安装在所述二维移动平台上,与所述至少一种光源或所述至少一个光接收器相对应的至少一个光接收器或至少一种光源安装在所述十字标板的光线入口处,所述光接收器与所述显示器电连接,通过调节所述调节架和移动所述二维移动平台能够将所述多个光路系统中的多个光轴调节平行。
进一步地,所述多个光路系统包括第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统;所述光源包括热源黑体、白光光源和激光器,所述光接收器包括红外探测器、可见光探测器和CCD图像传感器;所述第一光路系统包括所述热源黑体、所述红外探测器以及红外调节架;所述第二光路系统包括所述白光光源、所述可见光探测器以及可见光调节架;所述第三光路系统包括所述激光器、所述CCD图像传感器以及激光调节架。
进一步地,所述热源黑体、白光光源与所述CCD图像传感器为一体式结构,所述CCD图像传感器和所述十字标板的中心连线水平,所述热源黑体设置在所述CCD图像传感器的下侧,所述白光光源设置在所述CCD图像传感器的上侧;所述红外探测器通过所述红外调节架与所述二维移动平台固定连接,所述可见光探测器固定在所述可见光调节架上,所述可见光调节架与所述红外调节架连接,所述激光器固定在所述激光调节架上,所述激光调节架与所述红外调节架连接,所述红外探测器的中心与所述平行光管的中心相对,所述可见光探测器和所述激光器分别设置在所述红外探测器的左、右两侧。
进一步地,所述平行光管为反射式平行光管,包括设置在所述平行光管内的第一反射镜和第二反射镜,所述第一反射镜和所述第二反射镜分别通过支撑机构固定在所述平行光管中,所述第一反射镜和所述第二反射镜均垂直于水平面,所述第一反射镜设置在靠近所述平行光管的所述焦平面的位置,所述第二反射镜设置在靠近所述平行光管的后端的位置,所述第一反射镜为半透半反镜,所第二反射镜为全反镜。
进一步地,所述第一反射镜与所述平行光管的光轴呈45°夹角,所述第二反射镜与所述平行光管的光轴垂直。
进一步地,所述十字标板固定在所述平行光管的焦平面上,所述光源发出的光穿过所述十字标板并经过所述平行光管的镜面组反射后将以平行光束射出,平行光管中出射的可见光、红外光与入射的激光光线相互平行,且可见光、红外光的光线传输方向与激光光线的光线传输方向相反。
进一步地,所述十字标板的轴向方向与所述平行光管的光轴垂直。
进一步地,所述显示器分别与所述红外探测器、可见光探测器、CCD图像传感器电连接,所述显示器上能够显示所述红外探测器、可见光探测器、CCD图像传感器接收的图像。
本发明还提供了一种多光轴平行调节方法,所述多光轴平行调节方法是根据上述多光轴平行调节装置来实施的,包括如下步骤:
S1、开启热源黑体,黑体热辐射产生的红外光穿过十字标板,经过平行光管的镜面组的反射后形成平行光并出射至红外探测器在所述红外探测器的镜头上形成红外十字标板图像并在显示器上显示,移动二维移动平台使所述红外十字标板图像与所述红外探测器的红外虚拟光标重合,红外探测器的光轴平行调节完成;
S2、开启可见光源,可见光源发出的可见光穿过所述十字标板,经过所述平行光管的镜面组的反射后形成平行光并出射至可见光探测器在所述可见光探测器的镜头上形成可见光十字标板图像并在所述显示器上显示,调节可见光调节架使所述显示器上的所述可见光十字标板图像与所述红外十字标板图像重合,可见光探测器和红外探测器的光轴平行调节完成,关闭可见光源;
S3、开启激光器,激光器发出的不可见激光经过所述平行光管的镜面组的反射后穿过所述十字标板在CCD图像传感器的镜面上形成激光光斑并在显示器上显示,调节激光器调节架使所述激光光斑位于所述红外十字标板图像的中心,激光器和红外探测器的光轴平行调节完成。
进一步地,以所述红外探测器的光轴为基准进行光轴平行调节。
本发明的优点如下:
(1)本发明结构简单,采用简单的仪器设备,即可实现可见光、红外光和不可见激光三种不同波段的可视化光轴平行调节。
(2)本发明利用光线的可逆性原理,巧妙的利用短波CCD捕捉不可见光激光器发出的激光;利用图像融合功能的显示器显示和切换不同波段的探测器采集的图像,整个调节过程简单、精准、可视化程度高。
(3)本发明有效克服了目前光学系统装调和标定中只能进行单一波段或双光波段光轴调节的不足,为三种不同波段的可视化光轴平行调节提供了简洁有效的调节方法。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例提供的多光轴平行调节装置的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的多光轴平行调节方法的流程图;
图3为本发明实施例提供的多光轴平行调节装置的红外光的调节示意图;
图4为本发明实施例提供的多光轴平行调节装置的可见光和红外光的复合光的调节示意图;
图5为本发明实施例提供的多光轴平行调节装置的激光的调节示意图;
图中附图标记如下:
10-光路系统 20-平行光管
30-二维移动平台 40-显示器
111-热源黑体 112-红外探测器
113-红外调节架 121-白光光源
122-可见光探测器 123-可见光调节架
131-激光器 132-CCD图像传感器
133-激光调节架 201-十字标板
202-第一反射镜 203-第二反射镜
1-红外虚拟光标 2-红外十字标板图像
3-可见光十字标板图像 4-光斑图像
5-完整的光斑图像
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明提供了一种多光轴平行调节装置,用于对具有多个光路系统的光电设备的光轴平行性进行调节,多个光路系统的光线采用不同波段的光发出的光线。不同波段的光包括可见光和不可见光,可见光可采用白光光源,不可见光可采用红外光源,由于红外光的波长范围较长(0.78~1000μm),可采用激光和热辐射红外光源分别作为近红外光源和远红外光源。即本发明用于调节可见光、红外光和激光三种不同波段的光发出的光线的光轴平行度。
图1示出了根据本发明的实施方式提供的多光轴平行调节装置的示意图。如图1所示,本多光轴平行调节装置包括多个光路系统10、平行光管20、二维移动平台30以及显示器40,平行光管20的口径能够覆盖多个光路系统的全部光路,平行光管20的焦平面位置固定有十字标板201,每个光路系统的光源发射的光线经过平行光管20的镜面组的反射、透射后能够被光路系统的光接收器接收并成像,二维移动平台30设置在平行光管20的一端的前方,并且二维移动平台30的平移方向与平行光管20的光轴垂直或平行,光源中的至少一种光源或光接收器中的至少一个光接收器通过调节架安装在二维移动平台30上,与上述至少一种光源或至少一个光接收器相对应的至少一个光接收器或至少一种光源安装在十字标板201的光线入口处,光接收器与显示器40电连接,能够将光接收器将接收到的光斑显示在显示器40上,根据显示器40上显示的光斑,调节上述调节架和移动二维移动平台30能够将所述多个光路系统中的多个光轴调节为平行。
十字标板201固定在平行光管20的光学焦点上,穿过十字标板201的光经过平行光管20中的镜面组的反射、透射后将以平行光束射出并被光接收器所接收。
具体地,多个光路系统10包括第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统,光源包括热源黑体111、白光光源121和激光器131,光接收器包括红外探测器112、可见光探测器122和CCD图像传感器132;第一光路系统为红外光路系统,包括热源黑体111、红外探测器112以及红外调节架113;所述第二光路系统为可见光路系统,包括白光光源121、可见光探测器122以及可见光调节架123;所述第三光路系统为激光光路系统,包括激光器131、CCD图像传感器132以及激光调节架133。CCD图像传感器132为短波CCD,用于接收激光器131发出的激光形成的光斑图像,CCD图像传感器132采集的光学影像能够转化成数字信号,并显示在显示器40上。
三条光路中的光源发出的光线经平行光管20的调节产生平行光,提供平行光轴。热源黑体111发出红外热辐射,能够为红外探测器112提供热源;白光光源位121为可见光探测器122提供光源;激光器131发射出激光,为CCD图像传感器132提供光源。由于黑体是理想的热辐射红外光源,因此采用热源黑体111可以提高调节的精确度。
红外光路、可见光路与激光光路的方向相反,红外光路和可见光路中,光源发出的光透过十字标板201入射,经过平行光管20的反射、透射后出射,被设置在二维移动平台30上的红外探测器112和可见光探测器122接收;激光光路中,设置在二维移动平台30上的激光器131发射的激光经过平行光管20的反射后从十字标板201的中心出射并被CCD图像传感器132接收,在CCD图像传感器132的光敏面上成像。平行光管20中出射的红外光、可见光与入射的激光光线相互平行,传输方向相反。
具体地,热源黑体111、白光光源121与CCD图像传感器132设置为一体式结构,CCD图像传感器132的中心和十字标板201的中心连线水平,热源黑体111设置在CCD图像传感器132的下侧,白光光源121设置在CCD图像传感器132的上侧。
红外探测器112通过红外调节架113与二维移动平台30固定连接,红外探测器112固定安装在红外调节架113上,红外调节架113与二维移动平台30连接;可见光探测器122固定在可见光调节架123上,可见光调节架123与红外调节架113连接并且可见光调节架123能够相对于红外调节架113进行调节;激光器131固定在激光调节架133上,激光调节架133与红外调节架113连接并且激光调节架133能够相对于红外调节架113进行调节,构成待调机构。红外探测器112的中心与平行光管20的中心相对设置,可见光探测器122和激光器131分别设置在红外探测器112的左、右两侧。
优选实施中,将红外调节架113通过焊接或螺接的方式固定在二维移动平台30的一侧,移动二维移动平台30可调节红外光的光轴;将可见光调节架123和激光调节架133通过螺栓固定在红外调节架113上,可见光调节架123和激光调节架133上设有调节螺钉,旋转调节螺钉即可调节可见光和激光的光轴。
平行光管20为反射式平行光管,包括设置在平行光管20内的第一反射镜202和第二反射镜203,第一反射镜202和第二反射镜203分别通过支撑机构固定在平行光管20中,第一反射镜202和第二反射镜203均垂直于水平面(即平行光管20水平放置),第一反射镜202设置在靠近平行光管20的焦平面的位置,第二反射镜203设置在靠近平行光管20的后端的位置,第一反射镜202为半透半反镜,第二反射镜203为全反镜。采用反射式平行光管,适合宽光谱的光线使用。
具体地,第一反射镜202与平行光管20的光轴呈45°夹角,第二反射镜203与平行光管的光轴垂直。第一反射镜202为平面镜,第二反射镜203为抛物面镜。
显示器40分别与红外探测器112、可见光探测器122以及短波CCD图像传感器132连接,显示器40上可以单独显示红外探测器112、可见光探测器122以及短波CCD图像传感器132接收的图像,也可以显示红外探测器112和可见光探测器122融合后的图像。
本发明还提供了一种利用上述多光轴平行调节装置进行多光轴平行调节的方法,如图2所示,包括如下步骤:
S1、开启热源黑体111,黑体111热辐射产生的红外光穿过十字标板201,经过平行光管20的镜面组的反射后形成平行光并出射至红外探测器112在红外探测器112的镜头上形成红外十字标板图像2并在显示器40上显示,移动二维移动平台30使红外十字标板图像2与红外探测器112的红外虚拟光标1重合,红外探测器112的光轴平行调节完成;
S2、开启可见光源121,可见光源121发出的可见光穿过十字标板201,经过平行光管20的镜面组的反射后形成平行光并出射至可见光探测器122在可见光探测器122的镜头上形成可见光十字标板图像3并在显示器40上显示,调节可见光调节架123使显示器40上的可见光十字标板图像3与红外十字标板图像2重合,可见光探测器122和红外探测器112的光轴平行调节完成,关闭可见光源121;
S3、开启激光器131,激光器131发出的不可见激光经过平行光管20的镜面组的反射后穿过十字标板201在CCD图像传感器132的镜面上形成激光光斑并在显示器上显示,调节激光器调节架133使激光光斑位于所述红外十字标板图像的中心,激光器122和红外探测器112的光轴平行调节完成。
图3示出了红外光轴的平行调节示意图,图3a示出了红外光路调节前的图像,图3b示出了红外光路调节后的图像。如图3所示,具体调节过程为:开启红外探测器112的红外虚拟光标1,该光标为红外影像的绝对中心光标,通过平移二维移动平台30使红外虚拟光标1和红外探测器112探测到的红外光形成的红外十字标板图像2重合,当图像重合时,锁紧二维移动平台30将其固定,关闭红外虚拟光标1,由此确定了红外图像的相对基准,可见光探测器122和激光器131的光轴调节均以此为基准。
图4示出了可见光和红外光光轴的平行调节过程,图4a示出了可见光和红外复合光路调节前的图像,图4b示出了可见光和红外复合光路调节后的图像。如图4所示,具体调节过程为:将显示器40切换至可见光、红外光融合后的图像,此时显示器40中出现两个十字影像,一个为红外十字标板图像2,另一个为可见光十字标板图像3;通过调节可见光调节架123使红外十字标板图像2和可见光十字标板图像3重合,则可见光探测器122和红外探测器112的光轴处于平行状态。
图5示出了激光光轴的重合调节过程,图5a示出了短波CCD采集的不可见激光调节前的图像,图5b示出了短波CCD采集的不可见激光调节后的图像。如图5所示,具体调节过程为:激光器131发出的不可见激光束经过平行光管20的透镜组反射后,穿过十字标板201在CCD图像传感器132上成像形成激光光斑。若激光器131和红外探测器112的光轴平行,则激光光斑在CCD图像传感器132的中心位置;若激光器131和红外探测器112的光轴不平行,激光光斑可能偏离CCD图像传感器132的中心或者未在CCD图像传感器132上成像,例如5a中为狭小的光斑图像4;调节激光器调节架133,当出现正对十字标板中心的完整的光斑图像5时,激光器131和红外探测器112的光轴平行。
多光轴平行调节的整个调节过程均以红外探测器112的光轴为基准,使可见光探测器122和激光器131的光轴相对于红外探测器112平行,即认为可见光、红外光、不可见激光的三个光轴平行。当被测设备各光轴不平行时,只需要通过调节架对被测设备的十字标板中心图像进行调整就完成了校轴,调试简单可靠。通过显示器将校准显示可视化,进一步提高了校准精度。
本发明可同时承载多种光学仪器,例如红外热成像仪、可见光摄像机、红外激光照明器、激光测距仪等,对不同仪器的光轴的平行进行调节。红外光源因热辐射发出的红外光穿过十字标板,并经平行光管的镜面组反射、透射后形成光轴平行的准直光入射至红外热像仪;可见光源发出的可见光穿过十字标板,并经平行光管反射后形成光轴平行的准直光入射至可见光摄像机;激光器发射准直光至平行光管,经平行光管反射后穿过十字标板入射至CCD图像传感器成像,以红外热像仪的光轴为基准,可依次对可见光摄像机和激光测距仪的光轴进行调节。
本发明采用简单的仪器设备,实现可见光、红外光和不可见激光三种不同波段的可视化光轴平行调节。本发明利用光线的可逆性原理,巧妙的利用短波CCD捕捉不可见光激光器发出的激光;利用图像融合功能的显示器显示和切换不同波段的探测器采集的图像,整个调节过程简单、精准、可视化程度高。本发明有效克服了目前光学系统装调和标定中只能进行单一波段或双光波段光轴调节的不足,为三种不同波段的可视化光轴平行调节提供了简洁有效的调节方法。
需要指出的是,在本发明的描述中,术语“第一”、“第二”仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种多光轴平行调节装置,用于调节多个不同波段光的光轴平行度,其特征在于,包括多个光路系统、平行光管、二维移动平台以及显示器,所述平行光管的口径能够覆盖所述多个光路系统的多个光路,所述平行光管的焦平面位置固定有十字标板,每个所述光路系统的光源发射的光线经过所述平行光管的镜面组的反射、透射后能够被所述光路系统的光接收器接收并成像,所述二维移动平台设置在所述平行光管的一端的前方,并且所述二维移动平台的平移方向与所述平行光管的光轴垂直或平行,所述光源中的至少一种光源或所述光接收器中的至少一个光接收器通过调节架安装在所述二维移动平台上,与所述至少一种光源或所述至少一个光接收器相对应的至少一个光接收器或至少一种光源安装在所述十字标板的光线入口处,所述光接收器与所述显示器电连接,通过调节所述调节架和移动所述二维移动平台能够将所述多个光路系统中的多个光轴调节为平行;
所述多个光路系统包括第一光路系统、第二光路系统以及第三光路系统;所述光源包括热源黑体、白光光源和激光器,所述光接收器包括红外探测器、可见光探测器和CCD图像传感器;所述第一光路系统包括所述热源黑体、所述红外探测器以及红外调节架;所述第二光路系统包括所述白光光源、所述可见光探测器以及可见光调节架;所述第三光路系统包括所述激光器、所述CCD图像传感器以及激光调节架;
所述平行光管为反射式平行光管,包括设置在所述平行光管内的第一反射镜和第二反射镜,所述第一反射镜和所述第二反射镜分别通过支撑机构固定在所述平行光管中,所述第一反射镜和所述第二反射镜均垂直于水平面,所述第一反射镜设置在靠近所述平行光管的所述焦平面的位置,所述第二反射镜设置在靠近所述平行光管的后端的位置,所述第一反射镜为半透半反镜,所第二反射镜为全反镜;
所述十字标板固定在所述平行光管的焦平面上,所述光源发出的光穿过所述十字标板并经过所述平行光管的镜面组反射后将以平行光束射出,平行光管中出射的可见光、红外光与入射的激光光线相互平行,且可见光、红外光的光线传输方向与激光光线的光线传输方向相反;
所述显示器分别与所述红外探测器、可见光探测器、CCD图像传感器电连接,所述显示器上能够显示所述红外探测器、可见光探测器、CCD图像传感器接收的图像。
2.根据权利要求1中所述的多光轴平行调节装置,其特征在于,所述热源黑体、白光光源与所述CCD图像传感器为一体式结构,所述CCD图像传感器和所述十字标板的中心连线水平,所述热源黑体设置在所述CCD图像传感器的下侧,所述白光光源设置在所述CCD图像传感器的上侧;所述红外探测器通过所述红外调节架与所述二维移动平台固定连接,所述可见光探测器固定在所述可见光调节架上,所述可见光调节架与所述红外调节架连接,所述激光器固定在所述激光调节架上,所述激光调节架与所述红外调节架连接,所述红外探测器的中心与所述平行光管的中心相对,所述可见光探测器和所述激光器分别设置在所述红外探测器的左、右两侧。
3.根据权利要求1中所述的多光轴平行调节装置,其特征在于,所述第一反射镜与所述平行光管的光轴呈45°夹角,所述第二反射镜与所述平行光管的光轴垂直。
4.根据权利要求1所述的多光轴平行调节装置,其特征在于,所述十字标板的轴向方向与所述平行光管的光轴垂直。
5.一种多光轴平行调节方法,所述多光轴平行调节方法是根据权利要求1至4中任一项所述的多光轴平行调节装置来实施的,其特征在于,包括如下步骤:
S1、开启热源黑体,黑体热辐射产生的红外光穿过十字标板,经过平行光管的镜面组的反射后形成平行光并出射至红外探测器在所述红外探测器的镜头上形成红外十字标板图像并在显示器上显示,移动二维移动平台使所述红外十字标板图像与所述红外探测器的红外虚拟光标重合,红外探测器的光轴平行调节完成;
S2、开启可见光源,可见光源发出的可见光穿过所述十字标板,经过所述平行光管的镜面组的反射后形成平行光并出射至可见光探测器在所述可见光探测器的镜头上形成可见光十字标板图像并在所述显示器上显示,调节可见光调节架使所述显示器上的所述可见光十字标板图像与所述红外十字标板图像重合,可见光探测器和红外探测器的光轴平行调节完成,关闭可见光源;
S3、开启激光器,激光器发出的不可见激光经过所述平行光管的镜面组的反射后穿过所述十字标板在CCD图像传感器的镜面上形成激光光斑并在显示器上显示,调节激光器调节架使所述激光光斑位于所述红外十字标板图像的中心,激光器和红外探测器的光轴平行调节完成。
6.根据权利要求5所述的多光轴平行调节方法,其特征在于,以所述红外探测器的光轴为基准进行光轴平行调节。
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