CN112213078B - 一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，待测装备输出的1.06um的激光和1.57um的激光经合束棱镜组合束后经聚焦物镜组入射分光补偿棱镜组，分光补偿棱镜组输出波长为1.06um的第一反射光、波长为450‑650nm的第二反射光和波长为1.57um的第三反射光，经衰减后的第一反射光、经衰减后的第三反射光以及第二反射光经合束补偿棱镜组合束后入射分光棱镜，由分光棱镜分光后的两部分光分别入射InGaAs成像组件和分划板。本发明能实现全天候环境下双波长激光侦察系统激光光轴指向稳定性与光轴平行性误差的精确检测，具有简易、便携、可靠、精度高等特点。

Description

一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块
技术领域
本发明涉及光电检测领域，更具体涉及一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，能实现全天候环境下双波长激光侦察系统激光光轴指向稳定性与光轴平行性误差的现场动态定量精确检测，具有简易、便携、可靠、精度高等特点。
背景技术
双波长激光侦察设备集电视/可见光瞄准、1.06um/1.57um双波长激光测距等功能于一体，在一些特用装备上还涵盖激光照射指示功能。其中多光轴平行性与激光光轴指向稳定性是衡量这类设备性能的关键指标。
现有的光轴检测方法主要有靶板成像法、远距离目标法、平行光管法等，靶板成像法根据各光学通道的几何轴心位置制作靶板，调节各光轴分别对准各自的靶心位置，在靶心位置放置光敏材料，通过人眼或设备观察激光光斑与设定靶心的位置误差，该方法操作方便，成本低，野外、室内均可使用，但易受人为主观因素影响，光斑误差较大，调校精度较差；远距离目标法根据设备作用距离及设备精度要求选择远距离点状目标进行校瞄，该方法不需要专用检测仪器，操作简单，适用于室外粗校，受环境影响较大；平行光管法采用一定口径的平行光管，包括透射式和反射式两种，反射式具有宽光谱特性，可作为光电仪器设备的通用检测手段，但各波段共用同一光路，在进行单波长激光能量衰减时处理较为麻烦，透射式一般只能满足某一特定检测波长，对于双波长激光而言，需在其基础上进行扩展。此外平行光管法一般采用相纸或上转换材料作为聚焦光斑采集材料，这会对光轴检测造成一定影响。
因此，本发明提出了一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，采用聚焦物镜组和补偿棱镜组相结合的方式，实现小型便携的3波段复合共焦平行光管，将InGaAs成像组件安装于平行光管的焦平面位置，通过InGaAs成像组件实时采集待测装备输出的激光汇聚光斑位置及形状，结合预先十字分划中心点位置，控制系统就可解算出激光光轴稳定性及光轴之间的平行性误差。通过合束棱镜组能实现一定范围内的多通道光束的合束共光路输入，实现光学系统通光口径的有效扩展，且稳定性高。通过控制旋转1.06um渐变密度衰减盘和1.57um渐变密度衰减盘，能快速便捷的实现各通道激光能量的衰减，减少衰减片安装及其面形误差对检测结果的影响，降低高峰值功率激光损伤探测器的风险。本发明解决了双波长激光侦察设备光轴平行性误差及光轴指向误差难以量化的难题，实现了双波长激光侦察设备光轴现场动态定量精确检测。
发明内容
本发明的目的是在于针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，解决了双波长激光侦察设备光轴平行性误差及光轴指向误差难以量化的难题，实现了双波长激光侦察设备光轴现场动态定量精确检测，具有简易、便携、可靠、精度高等特点。
为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：
一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，包括合束棱镜组，还包括聚焦物镜组、分光补偿棱镜组、合束补偿棱镜组、1.06um渐变密度衰减盘、1.57um渐变密度衰减盘、分光棱镜、InGaAs成像组件和分划板，
待测装备输出的1.06um的激光和1.57um的激光经合束棱镜组合束后经聚焦物镜组入射分光补偿棱镜组，分光补偿棱镜组输出波长为1.06um的第一反射光、波长为450-650nm的第二反射光和波长为1.57um的第三反射光，
经1.06um渐变密度衰减盘衰减后的第一反射光、经1.57um渐变密度衰减盘衰减后的第三反射光、以及第二反射光经合束补偿棱镜组合束后入射分光棱镜，由分光棱镜分光后的两部分光分别入射InGaAs成像组件和分划板。
如上所述的分光补偿棱镜组包括依次分布的镀设有1.06um反射膜的斜面、镀设有450-650nm可见光反射膜的斜面、以及镀设有1.57um激光反射膜的斜面。
如上所述的合束补偿棱镜组包括依次分布的镀设有1.06um反射膜的斜面、镀设有450-650nm可见光反射膜的斜面、以及镀设有1.57um激光透射膜的斜面。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
采用聚焦物镜组、分光补偿棱镜组、合束补偿棱镜组相结合的方式，实现小型便携的3波段复合共焦平行光管，采用InGaAs成像组件实时采集待测装备输出的激光汇聚光斑位置及形状，定位精度达到0.05mrad，利用其高感光特性，可解决相纸、上转换材料等靶材料对激光能量响应阈值及响应波段等问题；通过合束棱镜组能实现一定范围内的多通道光束的合束共光路输入，实现光学系统通光口径的有效扩展，降低其它因素造成的光束偏转误差；通过控制旋转1.06um渐变密度衰减盘和1.57um渐变密度衰减盘，能快速便捷的实现各通道激光能量的衰减，减少衰减片安装及其面形误差对检测结果的影响，降低高峰值功率激光损伤探测器的风险，提高自动化检测水平。
附图说明
图1为发明的结构示意图。
其中：1-合束棱镜组、2-聚焦物镜组、31-分光补偿棱镜组、32-合束补偿棱镜组、4-1.06um渐变密度衰减盘、5-1.57um渐变密度衰减盘、6-分光棱镜、7-InGaAs成像组件、8-分划板。
图2为分光补偿棱镜组结构示意图。
其中：311-第一直角棱镜、312-第一斜角棱镜、313-第二斜角棱镜。
图3为合束补偿棱镜组结构示意图。
其中：321-第三斜方棱镜、322-第四斜方棱镜、323-第二直角棱镜。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，包括合束棱镜组1、聚焦物镜组2、分光补偿棱镜组31、合束补偿棱镜组32、1.06um渐变密度衰减盘4、1.57um渐变密度衰减盘5、分光棱镜6、InGaAs成像组件7和分划板8。
合束棱镜组1、聚焦物镜组2、分光补偿棱镜组31、合束补偿棱镜组32、1.06um渐变密度衰减盘4、1.57um渐变密度衰减盘5、分光棱镜6、InGaAs成像组件7和分划板8构成一套3波段复合共焦光轴检测系统，待测装备利用其自带的瞄准装置粗略瞄准分划板8，即可发射1.06um的激光和1.57um的激光，待测装备输出的1.06um的激光和1.57um的激光从不同通光口进入合束棱镜组1，在合束棱镜组1的作用下从同一光路进入聚焦物镜组2，汇聚后的光束经分光补偿棱镜组31和合束补偿棱镜组32完成光程补偿，解决聚焦物镜组2汇聚后存在的色差问题，利用1.06um渐变密度衰减盘4对1.06um激光进行能量衰减，利用1.57um渐变密度衰减盘5对1.57um激光进行能量衰减，衰减后的激光经分光棱镜6折反后进入InGaAs成像组件7的焦平面，InGaAs成像组件7的响应波段为0.9-1.7um，能实现1.06um和1.57um激光聚焦光斑图像的采集，控制系统完成光轴平行性误差及光轴指向误差的解算。
分光补偿棱镜组31包括依次胶合的第一直角棱镜311、第一斜方棱镜312和第二斜方棱镜313，其中第一直角棱镜311的与第一斜方棱镜312胶合的斜面(A面)镀设有1.06um反射膜，第二斜方棱镜313的与第一斜方棱镜312胶合的第一斜面(B面)镀设有450-650nm可见光反射膜、第二斜方棱镜313的第二斜面(C面)镀设有1.57um激光反射膜，、第二斜方棱镜313的第一斜面和第二斜面相对分布。
经合束棱镜组1输出的不同波段的合束光束进入第一直角棱镜311后，经第一直角棱镜311的镀设有1.06um反射膜的斜面分光为第一反射光和第一透射光，第一反射光的波长为1.06um，第一透射光透射第一斜方棱镜312后，经第二斜方棱镜313的镀设有450-650nm可见光反射膜的第一斜面进行分光，获得第二反射光和第二透射光，第二反射光的波长为450-650nm，第二透射光经第二斜方棱镜313的镀设有1.57um激光反射膜的第二斜面反射，获得第三反射光，第三反射光的波长为1.57um，从而实现入射450-650nm可见光光束、1.06um激光光束和1.57um激光光束分离。
合束补偿棱镜组32包括依次胶合的第三斜方棱镜321、第四斜方棱镜322和第二直角棱镜323，其中第三斜方棱镜321的第一斜面(D面)镀设有1.06um反射膜，第三斜方棱镜321的第二斜面与第四斜方棱镜322的第一斜面(E面)胶合，第四斜方棱镜322的第一斜面(E面)镀设有450-650nm可见光反射膜，第四斜方棱镜322的第二斜面与第二直角棱镜323的斜面(F面)胶合，第四斜方棱镜322的第一斜面和第二斜面相对分布，第二直角棱镜323的斜面(F面)镀设有1.57um激光透射膜。
分光补偿棱镜组31出射的第一反射光(1.06um激光光束)经过1.06um渐变密度衰减盘后，再经第三斜方棱镜321的镀设有1.06um反射膜的第一斜面(D面)反射获得第四反射光，分光补偿棱镜组31出射的第二反射光(450-650nm可见光)经第四斜方棱镜322的镀设有450-650nm可见光反射膜的第一斜面(E面)反射后得到第五反射光，第四反射光和第五反射光合束后获得第一合束光，第一合束光经第二直角棱镜323的镀设有1.57um激光透射膜的斜面(F面)反射后获得第六反射光，第三反射光经1.57um渐变密度衰减盘5后，再经第二直角棱镜323的镀设有1.57um激光透射膜的斜面(F面)透射获得第三透射光，第六反射光和第三透射光合束后获得第二合束光，第二合束光经分光棱镜6分光后一部分光聚焦在分划板8上，另一部分光经InGaAs成像组件7形成光斑图案。
首先利用分化板8中心作为成像光路焦点来完成InGaAs成像组件7所生成图像坐标中心点的标定，即第二合束光经分光棱镜6分光后一部分光聚焦在分划板8的中心，然后第二合束光经分光棱镜6分光后另一部分光在InGaAs成像组件7的焦平面位置汇聚时，就会经InGaAs成像组件7形成光斑图案，通过计算光斑图案中心与InGaAs成像组件7的成像中心的之间的像素个数，根据InGaAs成像组件7的象元尺寸和系统焦距就可解算出光轴之间的平行性误差。
通过合束棱镜组能实现一定范围内的多通道光束的合束共光路输入，实现光学系统通光口径的有效扩展。通过控制旋转1.06um渐变密度衰减盘4和1.57um渐变密度衰减盘7，能快速便捷的实现各通道激光能量的衰减，减少衰减片安装及其面形误差对检测结果的影响，降低高峰值功率激光损伤探测器的风险。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，包括合束棱镜组(1)，其特征在于，还包括聚焦物镜组(2)、分光补偿棱镜组(31)、合束补偿棱镜组(32)、1.06um渐变密度衰减盘(4)、1.57um渐变密度衰减盘(5)、分光棱镜(6)、InGaAs成像组件(7)和分划板(8)，
待测装备输出的1.06um的激光和1.57um的激光经合束棱镜组(1)合束后经聚焦物镜组(2)入射分光补偿棱镜组(31)，分光补偿棱镜组(31)输出波长为1.06um的第一反射光、波长为450-650nm的第二反射光和波长为1.57um的第三反射光，
经1.06um渐变密度衰减盘(4)衰减后的第一反射光、经1.57um渐变密度衰减盘(5)衰减后的第三反射光、以及第二反射光经合束补偿棱镜组(32)合束后入射分光棱镜(6)，由分光棱镜(6)分光后的两部分光分别入射InGaAs成像组件(7)和分划板(8)。
2.根据权利要求1所述的一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，其特征在于，所述的分光补偿棱镜组(31)包括依次分布的镀设有1.06um反射膜的斜面、镀设有450-650nm可见光反射膜的斜面、以及镀设有1.57um激光反射膜的斜面。
3.根据权利要求1所述的一种用于双波长激光侦察系统的便携式光轴检测模块，其特征在于，所述的合束补偿棱镜组(32)包括依次分布的镀设有1.06um反射膜的斜面、镀设有450-650nm可见光反射膜的斜面、以及镀设有1.57um激光透射膜的斜面。
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