CN113125119A - 多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器及方法。离轴目标模拟器包括：衰减片、离轴主镜、光路折转反射镜组、分光镜组件、成像相机组件、靶标、和照明组件；照明组件适于照亮靶标，靶标的光线经过分光镜组件反射后进入光路折转反射镜组，经过光路折转反射镜组的多次反射后入射至离轴主镜，再由离轴主镜反射至衰减片；离轴主镜适于对平行光线进行聚焦，靶标位于离轴主镜的聚焦面上，分光镜组件用于实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射，经过分光镜组件透射的光线适于入射至成像相机组件。本发明可提供稳定、可靠的可见光、激光、红外波段的调焦基准和相互之间光轴一致性调轴基准。

Description

多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器及方法

技术领域

本发明涉及目标模拟器仿真领域，尤其涉及一种多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器及方法。

背景技术

随着科技的发展，多传感器光电设备的应用越来越广泛。多谱段复合光电设备的工作波段覆盖可见光、红外、激光多个波段，相比于传统的单模式光电设备，不仅可以利用可见光观察目标，还可以利用红外探测获得较远的作用距离、较大的搜索视场，而且，获取目标的不同光谱信息还可以减少干扰，降低虚警率等，另外利用激光进行测距，还可以获得目标的距离信息。

在战场环境越来越复杂的大背景下，为了避免“看到目标”却“打不到目标”的情况，提高对目标识别、测距能力，对多谱段复合光电设备的光轴一致性的要求越来越高。现有目标模拟器对目标模拟器的研究局限于对导引头系统的仿真测试技术，不能为复合光电系统提供光轴标定基准。

发明内容

本发明实施例提供一种多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器及方法，用以解决现有技术中现有目标模拟器不能为复合光电系统提供光轴标定基准的问题。

根据本发明实施例的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，包括：结构框架，以及连接于所述结构框架上的衰减片、离轴主镜、光路折转反射镜组、分光镜组件、成像相机组件、靶标、和照明组件；

所述照明组件适于照亮靶标，所述靶标的光线经过所述分光镜组件反射后进入所述光路折转反射镜组，经过所述光路折转反射镜组的多次反射后入射至所述离轴主镜，再由所述离轴主镜反射至所述衰减片；

所述离轴主镜适于对平行光线进行聚焦，所述靶标位于所述离轴主镜的聚焦面上，所述分光镜组件用于实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射，经过所述分光镜组件透射的光线适于入射至所述成像相机组件。

根据本发明的一些实施例，所述靶标包括调轴用靶标和调焦用靶标；

所述调轴用靶标用于所述多谱段复合光电设备的光轴一致性调试；

所述调焦用靶标用于所述多谱段复合光电设备的焦面调试。

根据本发明的一些实施例，所述调轴用靶标为中心点靶，所述调焦用靶标为四杆靶。

根据本发明的一些实施例，所述分光镜组件包括一片表面镀制金属诱导膜的分光镜。

根据本发明的一些实施例，所述离轴主镜为离轴抛物面反射镜；

所述离轴抛物面反射镜的反射面镀制有反射膜。

根据本发明的一些实施例，所述离轴主镜与所述结构框架均为铝合金件。

根据本发明的一些实施例，所述衰减片的衰减倍率适于根据激光能量而调节。

根据本发明的一些实施例，所述照明组件包括卤素灯和毛玻璃，所述卤素灯用于同时提供可见光波段和红外波段。

根据本发明的一些实施例，所述成像相机组件包括CCD、CMOS或短波相机。

根据本发明实施例的基于上述多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器的多谱段复合光电设备调焦调轴方法，包括：

打开照明组件照亮靶标，在衰减片前放置角锥，调整成像相机组件和所述靶标，使得所述靶标成像于所述成像相机组件的视场中心；

将所述角锥替换为多谱段复合光电设备，并使所述多谱段复合光电设备的通光口径正对所述衰减片，关闭所述成像相机组件，调整所述多谱段复合光电设备中的可见光传感器和红外传感器，使得所述靶标成像于所述可见光传感器的视场中心、使得所述靶标成像于所述红外传感器的视场中心；

将所述多谱段复合光电设备正对所述衰减片，打开所述成像相机组件，关闭所述照明组件和所述靶标，调整所述多谱段复合光电设备中激光发射机的位置，使得所述激光发射机成像于所述成像相机组件的视场中心。

采用本发明实施例，通过采用离轴光路，可以解决同轴目标模拟器的光路遮挡、体积大的问题，集成度高、结构紧凑、小巧便携，标定精度高，可以为多谱段复合光电设备提供非常稳定和可靠的可见光、激光、红外波段的调焦基准和相互之间光轴一致性调轴基准，可以应用于机载、车载等光电跟瞄设备，大大简化多谱段光电设备的光轴一致性调试和标定过程，同时可以应用于复合光电设备的装机自动化校轴。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文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。在附图中：

图1是本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器光路示意图；

图2是本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器标定过程示意图；

图3是本发明实施例中本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器调轴用靶标示意图；

图4是本发明实施例中本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器可见光光轴和红外光轴一致性调试光线方向示意图；

图5是本发明实施例中本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器激光发射光轴和红外光轴一致性调试光线方向示意图；

图6是本发明实施例中本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器调焦用靶标示意图；

图7是本发明实施例中多谱段复合光电设备调焦调轴方法流程图。

附图标记：

离轴目标模拟器100，

衰减片1，离轴主镜2，光路折转反射镜组3，分光镜组件4，成像相机组件5，靶标6，照明组件7，卤素灯71，毛玻璃72，角锥9，

多谱段复合光电设备10，可见光传感器11，红外传感器12，激光发射机13。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一方面实施例提出一种多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器100，如图1所示，包括：结构框架，以及连接于结构框架上的衰减片1、离轴主镜2、光路折转反射镜组3、分光镜组件4、成像相机组件5、靶标6、和照明组件7；

照明组件7适于照亮靶标6，靶标6的光线经过分光镜组件4反射后进入光路折转反射镜组3，经过光路折转反射镜组3的多次反射后入射至离轴主镜2，再由离轴主镜2反射至衰减片1；

离轴主镜2适于对平行光线进行聚焦，靶标6位于离轴主镜2的聚焦面上，分光镜组件4用于实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射，经过分光镜组件4透射的光线适于入射至成像相机组件5。由此，光路为离轴光路，不存在镜片对光路能量的遮挡，同时布局结构稳定，环境适应性好。

衰减片1可配合实际激光能量进行衰减倍率选择，可以解决激光散斑问题。

采用本发明实施例，通过采用离轴光路，可以解决同轴目标模拟器的光路遮挡、体积大的问题，集成度高、结构紧凑、小巧便携，标定精度高，可以为多谱段复合光电设备提供非常稳定和可靠的可见光、激光、红外波段的调焦基准和相互之间光轴一致性调轴基准，可以应用于机载、车载等光电跟瞄设备，大大简化多谱段光电设备的光轴一致性调试和标定过程，同时可以应用于复合光电设备的装机自动化校轴。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，靶标6包括调轴用靶标和调焦用靶标；

调轴用靶标用于多谱段复合光电设备的光轴一致性调试；

调焦用靶标用于多谱段复合光电设备的焦面调试。

根据本发明的一些实施例，调轴用靶标为中心点靶，调焦用靶标为四杆靶。

根据本发明的一些实施例，分光镜组件4包括一片表面镀制金属诱导膜的分光镜。由此，可以实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射。

根据本发明的一些实施例，离轴主镜2为离轴抛物面反射镜；

离轴抛物面反射镜的反射面镀制有反射膜。

根据本发明的一些实施例，离轴主镜2与结构框架均为铝合金件。由此，实现光机一体化设计，从而实现无热化效果。

根据本发明的一些实施例，衰减片1的衰减倍率适于根据激光能量而调节。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，照明组件7包括卤素灯71和毛玻璃72，卤素灯71用于同时提供可见光波段和红外波段。

根据本发明的一些实施例，成像相机组件5包括CCD、CMOS或短波相机。

下面参照图1-图6以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器100。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器100，包括：衰减片1、离轴主镜2、光路折转反射镜组3、分光镜组件4、成像相机组件5、靶标6、照明组件7和结构框架。

衰减片1的主要功能是针对激光波段进行衰减，并可以根据激光能量选择不同的衰减倍率。

离轴主镜2为离轴抛物面反射镜，其表面镀制反射膜，可以是金膜、银膜等。离轴主镜2主要起到对光路进行聚焦的作用，采用离轴抛物面反射镜的主要原因是其对光路不会有能量遮挡，同时布局结构稳定，环境适应性好，而同轴目标模拟器在使用过程中，不仅会有能量遮挡，次镜的安装结构往往结构不稳定、精度较低、环境适应性差，温度变化、振动等可能会使其发生影响使用的变形.因此，考虑到能量遮挡和环境适应性问题，选择离轴光路设计目标模拟器.离轴主镜2选择其基底材料为铝合金，既有足够的强度硬度，还可以与外部结构框架保持一致的热应力，避免了温度变化或温度冲击带来的镜片应力和变形。

光路折转反射镜组3由一系列反射镜组成，如图1所示，光路折转反射镜组3包括四个反射镜。光路折转反射镜组3主要布局在光路中起到压缩系统体积的作用，光路在其中两片反射镜上反射两次，简化了系统结构，使其布局紧凑、小巧便携。

分光镜组件4由一片分光镜组成，其表面镀制金属诱导膜，可以实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射，分光镜的主要功能是将可见光、激光波段分为两束光路，同时将红外光路进行反射。

成像相机组件5为CCD、CMOS或短波相机等，响应在可见光到短波波段。

靶标6分为调轴用靶标和调焦用靶标，如图3所示，调轴用靶标为中心点靶，如图6所示，调焦用靶标为四杆靶或其他靶标，位置放置于主镜的聚焦面上，配合照明组件7以及成像相机组件5，为多谱段复合光电设备的焦面调试和光轴一致性调试提供公共基准。

照明组件7由卤素灯71(钨灯)、毛玻璃72组成，卤素灯71可以同时提供可见光波段和红外波段，主要功能是照亮靶标6。

结构框架采用和主镜一致的材料，从而在保证其结构强度的同时满足无热化设计。

采用本发明实施例，可以将可见光、中波红外、长波红外、激光复合并共孔径，集成度高，结构紧凑、小巧便携；通过采用离轴光路形式，避免了光路遮挡，比同轴目标模拟器更适用于各种各样的环境，可以为多谱段复合光电设备提供稳定、可靠的各个波段之间的光轴标定基准；利用可选的衰减片，配合实际激光能量进行衰减倍率选择，可以解决激光散斑问题、提高光轴对准精度；可以同时用于多个传感器的焦面调试，例如可见光传感器、中波红外传感器、长波红外传感器等；在原理上实现了可见光、红外、激光的高度光轴一致性，可以提高调试和标定的精度；通过成像组件监控光斑形状，并通过软件计算光斑质心位置，将光斑数字化，实现光轴的定量标定，操作简单，对准精度高；离轴主镜和框架选择相同的材料，实现光机一体化设计，从而实现无热化效果，环境适应性好；通过光路折转反射镜布局，布局紧凑，结构简单，抗冲击振动性能好；可工作在多波段，波段覆盖范围宽；可应用于不同光电设备，例如激光/红外复合光电设备、可见光/激光/红外复合光电设备、可见光/红外复合光电设备等等，通用性好。

利用本发明实施例的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器的工作过程为：

成像相机组件和靶标标定：打开照明光路，照亮靶标；靶标光线经过分光镜反射后进入光路折转反射镜组，再由离轴主镜出射，在目标模拟器前方放置角锥，光线经过角锥后平行返回，如图2所示；角锥返回的光线经过离轴主镜、光路折转反射镜组后，在分光镜处分为两束光，其中透射的光束成像到成像相机组件上，调整成像相机组件和靶标使得靶标成像到成像相机组件的视场中心；此时，靶标和成像相机组件建立起共轭关系，完成标定；

可见光光轴和红外光轴一致性调试：将多谱段复合光电设备的通光口径对准目标模拟器，如图4所示，打开照明光路照亮靶标，卤素灯光源包含有可见光波段和红外波段光线，光线经过分光镜反射后进入光路折转反射镜组，再由离轴主镜出射平行光，多谱段复合光电设备接收该平行光并调试可见光传感器和红外传感器，将接收到的可见光靶标像和红外靶标像调试到视场中心，完成可见光光轴和红外光轴一致性调试；

激光发射光轴和红外光轴一致性调试：将多谱段复合光电设备对准目标模拟器，如图5所示，激光发射机的光线经过衰减片完成能量衰减，经过离轴主镜聚焦和光路折转反射镜组后，到达分光镜，其中透射的光束成像到成像相机组件，通过调整激光发射机将激光光斑调整到成像相机组件视场中心，完成激光发射光轴和红外光轴的一致性调试；

所述成像相机，采用2.2微米像元，像元小分辨率高，配合软件的光斑质心算法，可以提高调轴精度。

至此，可见光传感器、激光发射机、红外传感器完成光轴一致性调试。

同理，在进行光轴一致性调试的过程中可以更换靶标，进行焦面调试。

具体参数为：

工作波段：可见光：460-700nm、红外3.7-4.8μm、7.7-10.5μm，激光1064nm；

系统组成：主镜、光路折转反射镜组、靶标；

有效口径：100mm；

焦距：f＝300mm；

F数：F/#＝3；

靶标直径：φ＝8mm；

成像相机：传感器尺寸1/2.5’，像元尺寸2.2μm×2.2μm；

需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明第二方面实施例提出一种多谱段复合光电设备调焦调轴方法，所述多谱段复合光电设备调焦调轴方法基于第一方面实施例的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器实现，如图7所示，所述多谱段复合光电设备调焦调轴方法包括：

S1，打开照明组件照亮靶标，在衰减片前放置角锥，如图2所示，调整成像相机组件和所述靶标，使得所述靶标成像于所述成像相机组件的视场中心；

S2，将所述角锥替换为多谱段复合光电设备，并使所述多谱段复合光电设备的通光口径正对所述衰减片，如图4所示，关闭所述成像相机组件，例如关闭相机电源或控制相机关闭，调整所述多谱段复合光电设备中的可见光传感器和红外传感器，使得所述靶标成像于所述可见光传感器的视场中心、使得所述靶标成像于所述红外传感器的视场中心；

S3，将所述多谱段复合光电设备正对所述衰减片，如图5所示，打开所述成像相机组件，关闭所述照明组件，调整所述多谱段复合光电设备中激光发射机的位置，使得所述激光发射机成像于所述成像相机组件的视场中心。

通过成像组件监控光斑形状，并通过软件计算光斑质心位置，将光斑数字化，实现光轴的定量标定，操作简单，对准精度高。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，包括：结构框架，以及连接于所述结构框架上的衰减片、离轴主镜、光路折转反射镜组、分光镜组件、成像相机组件、靶标、和照明组件；

所述照明组件适于照亮靶标，所述靶标的光线经过所述分光镜组件反射后进入所述光路折转反射镜组，经过所述光路折转反射镜组的多次反射后入射至所述离轴主镜，再由所述离轴主镜反射至所述衰减片；

所述离轴主镜适于对平行光线进行聚焦，所述靶标位于所述离轴主镜的聚焦面上，所述分光镜组件用于实现可见光和激光波段的半反半透以及红外波段的反射，经过所述分光镜组件透射的光线适于入射至所述成像相机组件。

2.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述靶标包括调轴用靶标和调焦用靶标；

所述调轴用靶标用于所述多谱段复合光电设备的光轴一致性调试；

所述调焦用靶标用于所述多谱段复合光电设备的焦面调试。

3.如权利要求2所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述调轴用靶标为中心点靶，所述调焦用靶标为四杆靶。

4.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述分光镜组件包括一片表面镀制金属诱导膜的分光镜。

5.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述离轴主镜为离轴抛物面反射镜；

所述离轴抛物面反射镜的反射面镀制有反射膜。

6.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述离轴主镜与所述结构框架均为铝合金件。

7.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述衰减片的衰减倍率适于根据激光能量而调节。

8.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述照明组件包括卤素灯和毛玻璃，所述卤素灯用于同时提供可见光波段和红外波段。

9.如权利要求1所述的多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器，其特征在于，所述成像相机组件包括CCD、CMOS或短波相机。

10.一种基于权利要求1-9中任一项所述多谱段复合光电设备调焦调轴用离轴目标模拟器的多谱段复合光电设备调焦调轴方法，其特征在于，包括：

打开照明组件照亮靶标，在衰减片前放置角锥，调整成像相机组件和所述靶标，使得所述靶标成像于所述成像相机组件的视场中心；

将所述角锥替换为多谱段复合光电设备，并使所述多谱段复合光电设备的通光口径正对所述衰减片，关闭所述成像相机组件，调整所述多谱段复合光电设备中的可见光传感器和红外传感器，使得所述靶标成像于所述可见光传感器的视场中心、使得所述靶标成像于所述红外传感器的视场中心；

将所述多谱段复合光电设备正对所述衰减片，打开所述成像相机组件，关闭所述照明组件，调整所述多谱段复合光电设备中激光发射机的位置，使得所述激光发射机成像于所述成像相机组件的视场中心。

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