CN111982467A - 杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对准装置及方法，具体涉及一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法。本发明的目的是解决现有技术中，自准直瞄准法存在装置结构复杂、成本高，立方镜间接引出光轴法存在效率低、操作难度大，待测系统聚焦判断法存在只能定性判断且仅适用于单纯光学系统的技术问题，提供一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法。该装置的平面折轴镜和抛物面镜组成平行光管设置于结构框内；水平线激光器和竖直线激光器均安装于结构框上并出射激光线分别经待测光机系统的X轴基准平面镜和Y轴基准平面镜反射，可透过性接收屏设置于水平和竖直激光线与各自反射激光线的公共区域中。该方法利用该装置进行。

Description

杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法

技术领域

本发明涉及一种对准装置及方法，具体涉及一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法。

背景技术

平行光管是光学装校与检测中最基本的光学仪器，平行光管与光源配合可提供无穷远准直目标，用于模拟不同特征的空间目标，比如在杂散光测试(即点源透过率杂散光测试，简称杂光测试)中，由于点源透过率曲线为待测光机系统杂散光的角度分布函数，故需要将平行光管与光源光轴对准，来配合模拟无穷远杂光(杂散光)辐射，而后标定(引出)平行光管的光轴，使得平行光管的光轴与待测光机系统的光轴对准。

将平行光管光轴与待测光机系统光轴进行对准时，通常要求待测光机系统提供基准平面镜(即基准平面镜)将自身光轴引出，对准中，常用的读准方法有自准直瞄准法，立方镜间接引出光轴法和待测系统聚焦判断法三种。

自准直瞄准法的精度可达秒级(1°/3600)，而杂光测试的对准精度只要达到0.1°即可，并且这种方法需要在平行光管光路中增加分束镜、测量目镜、分化板和复位结构等附件，这会增加光源系统的结构复杂性和成本，而且会引入杂光。

立方镜间接引出光轴法是指借助经纬仪将平行光管光轴和待测光机系统光轴分别引出到两立方镜处，通过测量两立方镜的角度关系实现光轴对准。但是这种方法效率低，操作难度大，需要对操作人员进行专业培训。

待测系统聚焦判断法是指给定平行光管输出光轴后，调整待测光机系统，通过待测光机系统探测器输出信号特征来判断平行光管光轴与待测光机系统光轴是否对准，该方法只能定性地判断，且由于纯机械系统没有焦面，故这种方法仅适用于单纯光学系统。

发明内容

本发明的目的是解决现有杂光测试平行光管光轴与光机系统光轴对准中，自准直瞄准法存在装置结构复杂、成本高，立方镜间接引出光轴法存在效率低、操作难度大，待测系统聚焦判断法只能定性判断且仅适用于单纯光学系统的技术问题，提供一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：

本发明提供一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特殊之处在于：包括结构框、水平线激光器、竖直线激光器、接收屏、以及沿光路依次设置的干涉仪、平面折轴镜和抛物面镜；

所述平面折轴镜和抛物面镜组成平行光管；

所述平行光管设置于结构框内；

所述干涉仪设置于平行光管的焦点处；

所述结构框的出射端面上开设有出射口；

所述水平线激光器和竖直线激光器均安装于结构框出射端面上；

所述水平线激光器和竖直线激光器出射激光束在正前方分别呈现为一字型的水平激光线和竖直激光线，水平激光线和竖直激光线分别经待测光机系统出射端面上自带的X轴基准平面镜和Y轴基准平面镜反射，得到水平反射激光线和竖直反射激光线；

所述接收屏为可透过性接收屏，设置于水平激光线和竖直激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的公共区域中。

进一步地，为了提高对准精度，所述接收屏位于待测光机系统与平行光管之间靠近平行光管一侧区域。

进一步地，为了达到较好的对准精度，所述接收屏设置于水平激光线和竖直激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的交点处。

进一步地，为便于人眼对准，所述水平线激光器和竖直线激光器的激光波长范围均选取可见光范围。

进一步地，保证平行光能覆盖待测光机系统入口，所述水平线激光器和竖直线激光器出射激光的线宽不超过2mm。

本发明还提供一种利用上述杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，进行杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)平行光管光轴标定

1.1)平行光管调试

打开干涉仪，干涉仪出射的光束依次经过平面折轴镜反射、抛物面镜反射、标准平面反射镜反射、抛物面镜反射、平面折轴镜反射后，返回到干涉仪上，调整平行光管的平面折轴镜和抛物面镜，直至干涉仪上获取的返回光束的波相差达到要求的范围内，则平行光管调试完毕；

1.2)线激光器角度调整

打开水平线激光器和竖直线激光器，分别调整水平线激光器和竖直线激光器，直至观察到水平线激光器和竖直线激光器分别出射的激光束被标准平面反射镜反射后与各自的出射激光束相重合；

1.3)线激光器位置调整

干涉仪出射光束经平行光管后出射平行光，分别在水平方向平移水平线激光器和在竖直方向平移竖直线激光器，直到两个线激光器出射激光束的十字交叉线与平行光管出射平行光的光斑中心相重合，则平行光管光轴标定完毕；

2)平行光管和待测光机系统的光轴对准

2.1)平行光管和待测光机系统的中心位置对准

调整装配完毕的待测光机系统的位置，直至观察到水平线激光器和竖直线激光器出射激光束的十字交叉线中心位置与待测光机系统自带的中心标记线对准，则平行光管和待测光机系统的中心位置实现对准；

2.2)平行光管和待测光机系统的俯仰角度和方位角度对准

A)俯仰角度对准

A1)水平线激光器出射的水平激光线经待测光机系统出射端面上自带的X轴基准平面镜反射，得到水平反射激光线；

A2)接收屏同时接收到水平激光线和水平反射激光线；

A3)调整待测光机系统的俯仰角度，直至水平激光线和水平反射激光线相重合；

B)方位角度对准

B1)竖直线激光器出射的竖直激光线经待测光机系统出射端面上自带的Y轴基准平面镜反射，得到竖直反射激光线；

B2)接收屏同时接收到竖直激光线和竖直反射激光线；

B3)调整待测光机系统的方位角度，即左右摆动待测光机系统，直至竖直激光线和竖直反射激光线相重合；

则平行光管和待测光机系统的俯仰角度和方位角度实现对准。

进一步地，步骤2.1)中，所述待测光机系统出射端面与结构框出射端面的距离为6-10m。

本发明相比现有技术具有的有益效果如下：

1、本发明提供的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置及方法，在完成平行光管光轴标定后，利用水平线激光器、竖直线激光器和接收屏，以及待测光机系统出射端面上自带的X轴基准平面镜和Y轴基准平面镜，进行了平行光管的光轴和待测光机系统的光轴对准。对准装置结构简单，线激光器与平行光管的光路相互独立，由于线激光器体积小、重量轻，基本不影响到平行光管的主体结构，故不会引入杂光，并且线激光器是很成熟的产品，研制成本低。

2、本发明提供的杂光测试中平行光管光轴与待测光机系统光轴对准装置及方法，操作步骤简单，且对准效率高，对使用者的专业技术要求不高。

附图说明

图1为本发明杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置的结构示意图；

图2为图1中结构框出射端面处的结构示意图；

图3为图1中水平线激光器和竖直线激光器出射激光束示意图；

图4为图3的俯视方向上水平线激光器和竖直线激光器出射激光束示意图；

图5为本发明杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准方法的步骤1)的光路图；

图6为本发明杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准方法的步骤2.2)B)的光路图；

附图标记说明：

1-结构框、11-出射口、12-光轴水平位置标记线、13-光轴竖直位置标记线、2-水平线激光器、3-竖直线激光器、4-接收屏、5-干涉仪、6-平面折轴镜、7-抛物面镜；

8-待测光机系统、81-X轴基准平面镜、82-Y轴基准平面镜、9-标准平面反射镜。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步地说明。

本发明提供的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，如图1至6所示，包括结构框1、水平线激光器(图中用H表示，出射水平激光线与X方向一致)2、竖直线激光器(图中用V表示，出射竖直激光线与Y方向一致)3、接收屏4、以及沿光路依次设置的干涉仪5、平面折轴镜6和抛物面镜7；所述平面折轴镜6和抛物面镜7组成平行光管；所述平行光管设置于结构框1内；所述干涉仪5设置于平行光管的焦点处；所述结构框1的出射端面上开设有出射口11，令平行光管出射光轴方向为Z轴方向，出射口11处标记有光轴水平位置标记线12(设为X轴方向)和光轴竖直位置标记线13(设为Y轴方向)；所述水平线激光器2和竖直线激光器3均安装于结构框1出射端面上，为便于人眼对准，所述水平线激光器2和竖直线激光器3的激光波长范围均选取可见光范围；所述水平线激光器2和竖直线激光器3出射激光束在正前方分别呈现为一字型的水平激光线和竖直激光线，水平激光线和竖直激光线分别经待测光机系统8出射端面上自带的X轴基准平面镜81和Y轴基准平面镜82反射(待测光机系统8通常可以配备基准平面镜，此处根据具体情境配置X轴基准平面镜81和Y轴基准平面镜82共两个基准平面镜)，得到水平反射激光线和竖直反射激光线；所述接收屏4为可透过性接收屏4，设置于水平(出射)激光线和竖直(出射)激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的公共区域中，即可同时接收到上述两束激光线，进行对准。一般所述结构框1出射端面与待测光机系统8出射端面的距离L₀，为6-10m，甚至更长，接收屏4与结构框1出射端面的距离L₁；在实际对准中，所述接收屏4通常位于待测光机系统8与平行光管之间靠近平行光管一侧区域，在实际对准中，通常会将接收屏4放置在靠近干涉仪5附近的公共区域，接收屏4与待测光机系统8的距离越长，对准精度越高，最优的，所述接收屏4设置于水平激光线和竖直激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的交点处。

所述水平线激光器2和竖直线激光器3的线宽均不超过2mm(即在目标投射距离处的一字型激光线的线宽)，这是由于对准时中心位置对准精度要求达到mm级别即可，主要是保证平行光能覆盖待测光机系统8入口即可，常规的线激光器线宽可做到≤2mm水平，即根据现有工艺，可保证在指定范围出射激光线的线宽达到(低于)2mm水平，设激光线的线宽为d，因为杂光测试要求平行光管到待测光机系统8距离通常在10m水平，设接收屏4距离平行光管6～10m，由此计算光轴对准精度δ

δ＝d/(2L)<0.01°；

故完全可以满足杂光测试需求。

本发明还提供一种利用上述杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，进行杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准的方法，包括以下步骤：

1)平行光管光轴标定(如图5所示)

1.1)平行光管调试

打开干涉仪5，干涉仪5出射的光束依次经过平面折轴镜6反射、抛物面镜7反射、标准平面反射镜9反射、抛物面镜7反射、平面折轴镜6反射后，返回到干涉仪5上，调整平行光管的平面折轴镜6和抛物面镜7，直至干涉仪5上获取的返回光束的波相差达到要求的范围内，则平行光管调试完毕；

1.2)线激光器角度(指向)调整

打开水平线激光器2和竖直线激光器3，分别水平线激光器2和竖直线激光器3，直至观察到水平线激光器2和竖直线激光器3分别出射的激光束被标准平面反射镜9反射后与各自的出射激光束相重合；

1.3)线激光器位置调整

干涉仪5出射光束经平行光管后出射平行光，分别在水平方向平移水平线激光器2和在竖直方向平移竖直线激光器3，直到两个线激光器出射激光束的十字交叉线与平行光管出射平行光的光斑中心相重合，则平行光管光轴标定完毕；

2)平行光管和待测光机系统8的光轴对准

2.1)平行光管和待测光机系统8的中心位置对准

调整装配完毕的待测光机系统8的位置，直至肉眼(目视)观察到水平线激光器2和竖直线激光器3出射激光束的十字交叉线中心位置与待测光机系统8自带的中心标记线对准，则平行光管和待测光机系统8的中心位置实现对准；

2.2)平行光管和待测光机系统8的俯仰角度和方位角度对准

A)俯仰角度对准(如图6所示)

A1)水平线激光器2出射的水平激光线经待测光机系统8出射端面上自带的X轴基准平面镜81反射，得到水平反射激光线；

A2)接收屏4同时接收到水平激光线和水平反射激光线；

A3)调整待测光机系统8的俯仰角度，直至水平激光线和水平反射激光线相重合；

B)方位角度对准

B1)竖直线激光器3出射的竖直激光线经待测光机系统8出射端面上自带的Y轴基准平面镜82反射，得到竖直反射激光线；

B2)接收屏4同时接收到竖直激光线和竖直反射激光线；

B3)调整待测光机系统8的方位角度，即左右摆动待测光机系统8，直至竖直激光线和竖直反射激光线相重合；

则平行光管和待测光机系统8的俯仰角度和方位角度实现对准。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对于本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述各实施例所记载的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所保护技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：包括结构框(1)、水平线激光器(2)、竖直线激光器(3)、接收屏(4)、以及沿光路依次设置的干涉仪(5)、平面折轴镜(6)和抛物面镜(7)；

所述平面折轴镜(6)和抛物面镜(7)组成平行光管；

所述平行光管设置于结构框(1)内；

所述干涉仪(5)设置于平行光管的焦点处；

所述结构框(1)的出射端面上开设有出射口(11)，出射口(11)处标记有光轴水平位置标记线(12)和光轴竖直位置标记线(13)；

所述水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)均安装于结构框(1)出射端面上；

所述水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)出射激光束在正前方分别呈现为一字型的水平激光线和竖直激光线，水平激光线和竖直激光线分别经待测光机系统(8)出射端面上自带的X轴基准平面镜(81)和Y轴基准平面镜(82)反射，得到水平反射激光线和竖直反射激光线；

所述接收屏(4)为可透过性接收屏(4)，设置于水平激光线和竖直激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的公共区域中。

2.根据权利要求1所述的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：所述接收屏(4)位于待测光机系统(8)与平行光管之间靠近平行光管一侧区域。

3.根据权利要求2所述的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：所述接收屏(4)设置于水平激光线和竖直激光线与水平反射激光线和竖直反射激光线的交点处。

4.根据权利要求3所述的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：所述水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)的激光波长范围均选取可见光范围。

5.根据权利要求4所述的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：所述水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)出射激光的线宽不超过2mm。

6.一种利用权利要求1至5任一所述杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，进行杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)平行光管光轴标定

1.1)平行光管调试

打开干涉仪(5)，干涉仪(5)出射的光束依次经过平面折轴镜(6)反射、抛物面镜(7)反射、标准平面反射镜(9)反射、抛物面镜(7)反射、平面折轴镜(6)反射后，返回到干涉仪(5)上，调整平行光管的平面折轴镜(6)和抛物面镜(7)，直至干涉仪(5)上获取的返回光束的波相差达到要求的范围内，则平行光管调试完毕；

1.2)线激光器角度调整

打开水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)，分别水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)，直至观察到水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)分别出射的激光束被标准平面反射镜(9)反射后与各自的出射激光束相重合；

1.3)线激光器位置调整

干涉仪(5)出射光束经平行光管后出射平行光，分别在水平方向平移水平线激光器(2)和在竖直方向平移竖直线激光器(3)，直到两个线激光器出射激光束的十字交叉线与平行光管出射平行光的光斑中心相重合，则平行光管光轴标定完毕；

2)平行光管和待测光机系统(8)的光轴对准

2.1)平行光管和待测光机系统(8)的中心位置对准

调整装配完毕的待测光机系统(8)的位置，直至观察到水平线激光器(2)和竖直线激光器(3)出射激光束的十字交叉线中心位置与待测光机系统(8)自带的中心标记线对准，则平行光管和待测光机系统(8)的中心位置实现对准；

2.2)平行光管和待测光机系统(8)的俯仰角度和方位角度对准

A)俯仰角度对准

A1)水平线激光器(2)出射的水平激光线经待测光机系统(8)出射端面上自带的X轴基准平面镜(81)反射，得到水平反射激光线；

A2)接收屏(4)同时接收到水平激光线和水平反射激光线；

A3)调整待测光机系统(8)的俯仰角度，直至水平激光线和水平反射激光线相重合；

B)方位角度对准

B1)竖直线激光器(3)出射的竖直激光线经待测光机系统(8)出射端面上自带的Y轴基准平面镜(82)反射，得到竖直反射激光线；

B2)接收屏(4)同时接收到竖直激光线和竖直反射激光线；

B3)调整待测光机系统(8)的方位角度，即左右摆动待测光机系统(8)，直至竖直激光线和竖直反射激光线相重合；

则平行光管和待测光机系统(8)的俯仰角度和方位角度实现对准。

7.根据权利要求6所述的杂光测试中平行光管光轴与光机系统光轴对准装置，其特征在于：步骤2.1)中，所述待测光机系统(8)出射端面与结构框(1)出射端面的距离为6-10m。

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