CN114252239B - 一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,包括复合光源、靶标、准直光学系统,复合光源采用积分球构型,用于输出宽光谱范围的复合光束;靶标固定在所述准直光学系统的焦平面位置处,靶标中心开设圆孔,且圆孔中心位于准直光学系统的零像差点上;准直光学系统用于复合光束的反射、准直及出射。本发明可以实现红外探测器光轴、可见光探测器光轴、激光发射/接收光轴的一致性调试与测量,解决多光谱复合探测光电传感器实验室内快速、高精度光轴一致性校准的问题,特别适用于光学导引头、光电侦查吊舱等多光轴高精度校准。
Description
技术领域
本发明属于光学测试技术领域,尤其涉及一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置。
背景技术
随着目前高精度、抗干扰光电探测设备的发展,红外/可见光/激光多模复合探测技术广泛应用于多个武器型号中。首先,在光学导引头中,多采用多光谱复合探测光电传感器,一般包含激光照明/探测通道和红外/可见光被动探测通道;其次,适用于飞机平台、舰船平台的光电侦查吊舱,也多采用多光谱复合探测光电传感器;再次,特殊监测应用场景,如武器装备发射现场、卫星发射监测地面站等,同样采用多光谱复合探测光电传感器,对重要目标运动轨迹进行图像采集。
现有多光谱复合光电探测设备多光轴校准方法主要分为外场校准和实验室内校准两种途径。
外场校准方法是需要将被校准光电探测设备置于外场空旷环境下,调整被校准光电探测设备的观瞄视轴对准远处典型目标,一般被观测典型目标与被校准光电探测设备之间的距离大于几千米,以此模拟真实战场环境的条件下进行多光轴校准,此种方法的一致性校准有两个缺点:①操作复杂,需要在距离较远处布置合作典型目标;②由于远距离目标与被校准设备之间距离较远,容易受天气环境影响,校准精度的重复性较差。
实验室内校准方法现阶段暂无快速、高精度光轴一致性装调仪器,主要是是采用多通道分口径光学镜头,或者采用红外/激光/可见光三个独立光源共用一套光学镜头,效率低、精度差,同时现有实验室内校准方法无法实现激光接收光轴的测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,可以实现红外探测器光轴、可见光探测器光轴、激光发射/接收光轴的一致性调试与测量,解决多光谱复合探测光电传感器无法进行实验室内快速、高精度光轴一致性校准的问题,特别是针对光学导引头、光电侦查吊舱等多光轴高精度校准难题。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,包括复合光源、靶标、准直光学系统;所述复合光源采用积分球构型,用于输出宽光谱范围的复合光束;所述靶标固定在所述准直光学系统的焦平面上,所述靶标中心开设圆孔,所述圆孔中心位于准直光学系统的零像差点上;所述准直光学系统用于复合光束的反射、准直及出射。
进一步的,所述准直光学系统的出光口对准被测光电探测设备,所述被测光电探测设备还连接带有图像采集卡、AD转换板卡的计算机,所述图像采集卡采集被测光电探测设备输出的图像信号,所述AD转换板卡接收被测光电探测设备输出的电压或者电流模拟信号,进行数字图形采集处理,计算光轴间偏差。
进一步的,所述积分球包括一个出口,所述积分球壳体正对出口处设置红外辐射光源,所述积分球壳体上还安装有用于安装激光输出光纤的激光尾纤接口以及可见光光源。
进一步的,所述激光尾纤接口为标准光纤法兰;所述可见光光源为可见光灯泡;所述红外辐射光源采用灰体材料,所述灰体材料的背部安装加热片。
进一步的,所述灰体材料的发射率为0.4~0.6。
进一步的,所述积分球直径范围为10mm~500mm,光谱范围覆盖0.4μm~12μm。
进一步的,所述靶标基底为特种不锈钢薄片,所述靶标背向复合光源的一侧为高发射率喷涂材料。
进一步的,所述靶标基底厚度不大于0.1mm,所述靶标圆孔为入光侧直径大、出光侧直径小的锥形孔。
进一步的,所述准直光学系统包括离轴抛物面镜和平面反射镜,所述平面反射镜将通过靶标的复合光束反射至离轴抛物面镜。
进一步的,所述离轴抛物面镜口径范围为100mm以上,曲率半径范围为2000mm~5000mm;所述平面反射镜口径范围为60mm~140mm;所述离轴抛物面镜和平面反射镜镀金属反射膜层,反射光谱范围为0.4μm~12μm,反射率不低于90%。
本发明的有益效果:
本发明提供了一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,具有如下优点:
(1)本发明采用大尺寸共口径光学准直镜头设计,对比分口径光学系统,杜绝仪器设备光学准直镜头引入的光学角偏差,提升校准精度;
(2)本发明采用多光谱复合光源,实现可见光、红外、激光的共口径光学信号辐射,基于积分球构型,可提升光学信号的均匀性,减小由于光源不均匀引起的光轴测量误差;
(3)本发明设计的多光谱复合光源,积分球正对出口的部分内壁面采用灰体涂层,保证系统照明均匀性,同时红外波段、可见光波段和激光波段可分别单独控制光学信号强度,适用于不同光电探测器,保证探测器工作在线性区间;
(4)本发明采用反射式准直光学镜头,实现400nm-12000nm宽光谱反射,反射式光学布局,实现占地空间小,集成度高,适用性强。
本发明设计的一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,可以解决多光轴光电产品光轴之间无法在实验室内高精度校准的难题,实现多光谱复合光电探测设备光轴一致性装调测试,特别适用于多光轴光学导引头、光电侦查吊舱的光轴一致性检测,可进行广泛推广。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施例提供的一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置结构示意图;
图2为本发明具体实施例提供的一种多光谱复合光源结构示意图;
图3为本发明具体实施例提供的一种焦平面靶标结构示意图;
图4为本发明具体实施例提供的一种准直光学系统光路示意图;
图5为本发明具体实施例提供的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置的校准原理图。
附图中包括以下附图标记:
1为复合光源,2为靶标,3为准直光学系统,11为红外辐射光源,12为可见光光源,13为激光尾纤接口,14为出口,21为基底,22为圆孔,23为高发射率喷涂材料,31为离轴抛物面镜,32为平面反射镜,33为焦平面。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中,出于解释而非限制性的目的,阐述了具体细节,以帮助全面地理解本发明。然而,对本领域技术人员来说显而易见的是,也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明提供的一种多光谱复合光电探测设备光轴校准仪器,如图1所示,主要包括1个复合光源1、1个靶标2、1个准直光学系统3以及计算机。其中,复合光源1采用积分球构型,用于输出宽光谱范围的复合光束,为空间光输出;靶标2固定在准直光学系统的焦平面位置处,靶标中心具有小的镂空的圆孔,且圆孔中心与准直光学系统零像差点重合,用于通过复合光束;准直光学系统3用于宽光谱范围复合光束的高反射率反射、准直和出射;计算机连接被测光电探测设备,其装配图像采集卡以及AD转换板卡,图像采集卡采集被测光电探测设备输出的图像信号,AD转换板卡接收被测光电探测设备输出的电压或者电流模拟信号,结合内嵌软件进行数字图形采集处理,计算得到光轴间偏差结果。
如图2所示,多光谱复合光源1采用积分球构型,积分球直径范围为10mm~500mm,光谱范围覆盖0.4μm~12μm。积分球具有一个空间出口14,此出口为能够向外进行光学面光源辐射,用于照明靶标2,经由此出口辐射的面光源包括可见光波段光源、1064nm激光光源、以及3μm~12μm的红外波段光源。积分球壳体上装有激光尾纤接口13,可连接尾纤激光器输出的激光输出光纤头,可将光纤输出的激光光束传输至积分球内部,本实施例中,激光尾纤接口13采用标准光纤法兰。积分球壳体上装有可见光光源12,本实施例中采用可见光灯泡。积分球壳体正对出口34处设置红外辐射光源11,采用发射率为0.4~0.6的灰体材料,此材料的背部采用加热片进行加热。
如图3所示,靶标2位于准直光学系统的虚拟焦平面上。靶标2基底21材质为特种不锈钢薄片,厚度不大于0.1mm,中心具有小的镂空的圆孔22,且圆孔中心位于准直光学系统的零像差点上,使得从靶标圆孔22通过的光束经准直光学系统后,出射平行光,且无像差;同时为了防止散射,可以将圆孔22设计成入光侧直径大、出光侧直径小的锥形孔。靶标2背向复合光源1的一侧为高发射率喷涂材料23,高发射率喷涂材料物理性质为呈现黑色,在可见光波段及激光波段,能够形成明暗对比的光学目标(圆形孔),在红外波段靶标黑色涂层的等效辐射温度与被加热控制的积分球灰体腔体的灰体的等效辐射温度不同,能够形成具有等效辐射温差的红外波段信号。
如图4所示,准直光学系统3包括离轴抛物面镜31和平面反射镜32,平面反射镜将通过靶标的复合光束反射至离轴抛物面镜。离轴抛物面镜31为准直光学系统的主镜,口径范围为100mm~300mm,曲率半径范围为2000mm~5000mm,平面反射镜32为准直光学系统的次镜,口径范围为60mm~140mm。离轴抛物面镜31和平面反射镜32镀金属反射膜层,膜层材料可以为金、银、铝等,反射光谱范围:0.4μm~12μm,反射率不低于90%。准直光学系统中光束为反射式传输,基于抛物线的数学性质,离轴抛物面镜可保证光学系统零像差准直输出,此外离轴抛物面镜口径由于加工工艺比较成熟,口径可以做到300mm以上,便于大口径光学信号输出。
如图5所示,光轴测试时将待测光电探测设备对准准直光学系统的出光口,计算机图像采集卡以及AD转换板卡实时采集数据,利用图像处理得到光轴间偏差。
以上具体实施实现了多光谱复合光电探测设备多光轴校准用测试装置的搭建。
本发明的实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (7)
1.一种多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,包括复合光源、靶标、准直光学系统;所述复合光源采用积分球构型,用于输出宽光谱范围的复合光束;所述靶标固定在所述准直光学系统的焦平面上,所述靶标中心开设圆孔,所述圆孔中心位于准直光学系统的零像差点上;所述准直光学系统用于复合光束的反射、准直及出射;
所述积分球包括一个出口,所述积分球壳体正对出口处设置红外辐射光源,所述积分球壳体上还安装有用于安装激光输出光纤的激光尾纤接口以及可见光光源;所述红外辐射光源采用灰体材料,所述灰体材料的背部安装加热片;所述积分球直径范围为10mm~500mm,光谱范围覆盖0.4μm~12μm;
所述准直光学系统的出光口对准被测光电探测设备,所述被测光电探测设备还连接带有图像采集卡、AD转换板卡的计算机,所述图像采集卡采集被测光电探测设备输出的图像信号,所述AD转换板卡接收被测光电探测设备输出的电压或者电流模拟信号,进行数字图形采集处理,计算光轴间偏差;
所述靶标圆孔为入光侧直径大、出光侧直径小的锥形孔。
2.如权利要求1所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述激光尾纤接口为标准光纤法兰;所述可见光光源为可见光灯泡。
3.如权利要求1所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述灰体材料的发射率为0.4~0.6。
4.如权利要求1所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述靶标基底为特种不锈钢薄片,所述靶标背向复合光源的一侧为高发射率喷涂材料。
5.如权利要求4所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述靶标基底厚度不大于0.1mm。
6.如权利要求1所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述准直光学系统包括离轴抛物面镜和平面反射镜,所述平面反射镜将通过靶标的复合光束反射至离轴抛物面镜。
7.如权利要求6所述的多光谱复合光电探测设备光轴校准装置,其特征在于,所述离轴抛物面镜口径范围为100mm以上,曲率半径范围为2000mm~5000mm;所述平面反射镜口径范围为60mm~140mm;所述离轴抛物面镜和平面反射镜镀金属反射膜层,反射光谱范围为0.4μm~12μm,反射率不低于90%。
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