CN118089782A - 便携式红外激光快速校轴设备及光轴校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式红外激光快速校轴设备，其包括窗口机构、外壳、底座、卡镜组、后罩、相纸机构、温控机构；窗口机构安设在外壳上，红外和激光双波段能透过窗口机构的窗口；外壳固定在底座上；卡镜组固定在底座上，位于外壳内，其包括主镜、卡镜框、次镜、次镜座；主镜、次镜同轴；后罩与外壳连接；相纸机构安设在卡镜组的主镜座上，位于后罩内；且相纸机构的相纸位于卡镜组的焦面位置；温控机构安设在后罩内，其包括热辐射板、温控电路板，温控电路板控制热辐射板发热。本发明还提供一种光轴校准方法。本发明能实现红外和激光光轴的快速校准，校准非常方便。
Description
技术领域
本发明属于光电制造技术领域，具体涉及便携式红外激光快速校轴设备及光轴校准方法。
背景技术
在复杂光电系统中，为满足多功能集成往往需要红外成像与激光测距协同工作，在实现指向精度的情况下对二者光轴一致性要求比较高。由于温度变化和环境应力的存在，使得二者光轴难免存在变动和偏差，因此需要对二者进行光轴标校。
传统的校轴方法使用非球面镜汇聚激光光束后击穿靶纸形成小孔，再在靶纸后方放置热源用红外热像仪观察靶纸小孔的成像，调整光轴使红外与激光二者光轴一致。该方法实施步骤繁琐，且由于非球面镜体积重量较大不方便架设，靶纸与非球面镜之间位置关系没有约束固定，很难使靶纸稳定在非球面镜焦面处，给外场校轴工作带来诸多不便。因此，我们迫切需要一种红外激光快速校轴设备。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种便携式红外激光快速校轴设备及光轴校准方法，该设备和方法能实现红外和激光光轴的快速校准，校准非常方便。
本发明所采用的技术方案是：
一种便携式红外激光快速校轴设备，其包括窗口机构、外壳、底座、卡镜组、后罩、相纸机构、温控机构；
所述窗口机构安设在外壳上，红外和激光双波段能透过窗口机构的窗口；
所述外壳固定在底座上；
所述卡镜组固定在底座上，位于外壳内，其包括主镜、卡镜框、次镜、次镜座；所述主镜安设在卡镜框上，通过压圈限位且周向点胶固定；主镜的中心设有通孔；所述次镜安设在次镜座上，并通过压圈紧固；所述主镜、次镜同轴，且通过修磨隔圈保证主镜和次镜之间距离满足设计值；次镜座安设在卡镜框上；卡镜框安设在卡镜安装支架上，卡镜安装支架安设在底座上；
所述后罩与外壳连接；
所述相纸机构安设在卡镜组的主镜座上，位于后罩内；且相纸机构的相纸位于卡镜组的焦面位置；
所述温控机构安设在后罩内，其包括热辐射板、温控电路板，温控电路板控制热辐射板发热。
优选的，所述窗口机构包括窗口、窗口镜座、镜头盖；所述窗口通过压圈安设在窗口镜座上，且窗口的四周涂有703黑色硅橡胶保证密封；所述窗口镜座安设在外壳上；所述镜头盖与窗口镜座配套，用于盖在窗口镜座上，对窗口进行保护；
所述窗口和水平面的夹角为96.5°～97.5°；且所述窗口采用蓝宝石玻璃材料制成。
优选的，主镜与次镜之间的间隔为140～150mm，窗口与主镜之间的间隔为169.7mm～179.7mm，次镜与相纸之间的间距为190.09～200.09mm。
优选的，所述主镜为非球面，所用材料为微晶玻璃；主镜上的通孔的直径为25～35mm，沿光轴中心对称。
优选的，主镜的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，K＝-2.0727，R0＝-360.299，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
优选的，所述次镜为非球面，所用材料为微晶玻璃；次镜的中间部分镀介质膜，其余部分镀金属膜；介质膜区域宽6～10mm,沿光轴水平对称。
优选的，次镜的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，r2＝x2+y2，K＝-2.0727，R0＝-85.746，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
优选的，所述相纸机构包括相纸和相纸调整筒(相纸安装旋钮)；所述相纸固定在相纸调整筒的通孔处；相纸调整筒上的内螺纹与卡镜安装支架后端的支座上的外螺纹相适配，通过螺纹调整相纸后截距使相纸调整至卡镜组焦面位置。
优选的，所述温控机构包括热辐射板、温控电路板、风扇、调节旋钮；热辐射板、温控电路板、风扇依次设置在后罩上；所述温控电路板与热辐射板连接，用于控制热辐射板的温度；调节旋钮安设在后罩上，用于调节热辐射板与相纸的距离。
本发明还提供一种光轴校准方法，该方法采用上述的便携式红外激光快速校轴设备；其包括如下步骤：
通过卡镜组使激光测距机发射的激光光束汇聚在卡镜组焦面处的相纸上，汇聚的高能激光灼穿相纸形成一个圆孔靶；相纸后端的热源-红外辐射经过相纸的圆孔进入卡镜组光学系统，根据光路可逆性，产生的红外光束与激光光束光轴平行；圆孔靶通过便携式红外激光快速校轴设备发出的红外光束在热像仪上的像点位置代表红外热像仪与激光测距机的光轴偏差，从而进行光轴校准。
本发明的有益效果在于:
通过设置窗口机构、卡镜组、相纸机构、温控机构，确保了红外成像与激光测距光轴一致性，校准非常方便；
通过主镜、次镜组成卡镜结构对激光光束进行汇聚，在同等焦距情况下大幅度减小体积重量；
采用壳体等密封设计，具备防淋雨功能，可以户外全天候使用；
卡镜组和相纸位置关系在设备调试阶段均已约束固定，不需要使用时重新标定，使用非常简单；
卡镜组次镜采用分区镀膜方式防止高能激光灼伤膜层；采用分区镀膜方式，保证膜层安全可靠；
通过设置温控机构实现不同环境温度下的校轴功能，对热辐射源进行温度控制，保证不同温度场景下相纸圆孔靶成像质量；
结构简单，解决现有校轴设备所存在的操作繁琐、便携性差、精度低和环境适应性弱等问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是便携式红外激光快速校轴设备的结构示意图；
图2是窗口、次镜、主镜安设示意图；
图3是窗口机构的结构示意图；
图4是卡镜组、相纸机构的连接示意图；
图5是后罩的结构示意图；
图6是次镜的分区镀膜示意图；
图7是便携式红外激光快速校轴设备的立体结构示意图；
图8是另一个视角的便携式红外激光快速校轴设备的立体结构示意图；
图中：1、镜头盖，2、窗口镜座，3、窗口，4、壳体，5、次镜座，6、次镜，7、卡镜框，8、底座，9、主镜，10、卡镜安装支架，11、相纸，12、相纸调整筒，13、热辐射板，14、温控电路板，15、调节旋钮，16、风扇、17、后罩，18、通孔，19、介质膜，20、金属膜。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1-图8，一种便携式红外激光快速校轴设备，其包括窗口机构、外壳4、底座8、卡镜组、后罩17、相纸机构、温控机构。
窗口机构安设在外壳4上，红外和激光双波段能透过窗口机构的窗口3；其包括窗口3、窗口镜座2、镜头盖1。窗口3通过压圈安设在窗口镜座2上，且窗口3的四周涂有703黑色硅橡胶以保证密封。窗口镜座2安设在外壳4上。镜头盖1与窗口镜座2配套，对窗口3进行保护。本实施例中，窗口3采用蓝宝石玻璃材料制成，且与水平面的夹角为97°。
外壳4固定在底座8上。卡镜组位于外壳4内，其包括主镜9、卡镜框7、次镜6、次镜座5、卡镜安装支架10。主镜9为非球面，采用微晶玻璃材料，安设在卡镜框7上，通过压圈限位且周向点胶固定。主镜9的中心设有直径为30mm的通孔18，沿光轴中心对称。次镜6为非球面，采用微晶玻璃材料，安设在次镜座5上，并通过压圈紧固；本实施例中，次镜6的中间部分镀介质膜19，其余部分镀金属膜20；介质膜19区域宽8mm，沿光轴水平对称。主镜9、次镜6同轴，且通过修磨隔圈保证主镜9和次镜6之间距离满足设计值。次镜座5安设在卡镜框7上，卡镜框7安设在卡镜安装支架10上，卡镜安装支架10安设在底座8上。
后罩17与外壳4连接。相纸机构安设在卡镜组的卡镜安装支架10上，位于后罩17内。相纸机构包括相纸11和相纸调整筒12(相纸安装旋钮)。相纸11固定在相纸调整筒12的通孔处；相纸调整筒12上的内螺纹与卡镜安装支架10后端的支座上的外螺纹相适配，通过螺纹调整相纸后截距使相纸11调整至卡镜组焦面位置。
温控机构安设在后罩17内，其包括热辐射板13、温控电路板14、风扇16、调节旋钮15；热辐射板13、温控电路板14、风16扇依次设置在后罩17上。温控电路板14与热辐射板13连接，用于控制热辐射板13的温度；调节旋钮15安设在后罩17上，通过调节杆与热辐射板13连接，用于调节热辐射板13与相纸11的距离。
本实施例中，主镜9与次镜6之间的间隔为145mm，窗口与主镜之间的间隔为174.7mm，次镜与相纸之间的间距为195.09mmmm。
优选的，主镜9的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，K＝-2.0727，R0＝-360.299，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
优选的，次镜6的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，r2＝x2+y2，K＝-2.0727，R0＝-85.746，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
实施例2
一种光轴校准方法，该方法采用实施例1中的便携式红外激光快速校轴设备；所述方法包括如下步骤：
通过卡镜组使激光测距机发射的激光光束汇聚在卡镜组焦面处的相纸上，汇聚的高能激光灼穿相纸形成一个圆孔靶；相纸后端的热源-红外辐射经过相纸的圆孔进入卡镜组光学系统，根据光路可逆性，产生的红外光束与激光光束光轴平行；圆孔靶通过便携式红外激光快速校轴设备发出的红外光束在热像仪上的像点位置代表红外热像仪与激光测距机的光轴偏差，从而进行光轴校准。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：包括窗口机构、外壳、底座、卡镜组、后罩、相纸机构、温控机构；
所述窗口机构安设在外壳上，红外和激光双波段能透过窗口机构的窗口；
所述外壳固定在底座上；
所述卡镜组固定在底座上，位于外壳内，其包括主镜、卡镜框、次镜、次镜座；所述主镜安设在卡镜框上，且主镜的中心设有通孔；所述次镜安设在次镜座上，且主镜、次镜同轴；次镜座安设在卡镜框上；卡镜框安设在卡镜安装支架上，卡镜安装支架安设在底座上；
所述后罩与外壳连接；
所述相纸机构安设在卡镜组的主镜座上，位于后罩内；且相纸机构的相纸位于卡镜组的焦面位置；
所述温控机构安设在后罩内，其包括热辐射板、温控电路板，温控电路板控制热辐射板发热。
2.根据权利要求1所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：所述窗口机构包括窗口、窗口镜座、镜头盖；所述窗口通过压圈安设在窗口镜座上，且窗口的四周涂有硅橡胶；所述窗口镜座安设在外壳上；所述镜头盖与窗口镜座配套，用于盖在窗口镜座上，对窗口进行保护；
所述窗口和水平面的夹角为96.5°～97.5°；且所述窗口采用蓝宝石玻璃材料制成。
3.根据权利要求1所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：主镜与次镜之间的间隔为140～150mm，窗口与主镜之间的间隔为169.7mm～179.7mm，次镜与相纸之间的间距为190.09～200.09mm。
4.根据权利要求1或3所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：所述主镜为非球面，所用材料为微晶玻璃；主镜上的通孔的直径为25～35mm，关于光轴中心对称。
5.根据权利要求4所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：
主镜的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，K＝-2.0727，R0＝-360.299，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
6.根据权利要求1或3所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：所述次镜为非球面，所用材料为微晶玻璃；次镜的中间部分镀介质膜，其余部分镀金属膜；介质膜区域宽6～10mm,沿光轴水平对称。
7.根据权利要求6所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：次镜的非球面方程为：
式中：c＝1/R0，r2＝x2+y2，K＝-2.0727，R0＝-85.746，Z为非球面沿光轴方向在高度为R位置时距非球面顶点的矢高，面形要求为RMS≤1/35λ，λ＝632.8nm。
8.根据权利要求1所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：所述相纸机构包括相纸和相纸调整筒；所述相纸固定在相纸调整筒的通孔处；相纸调整筒上的内螺纹与卡镜安装支架后端的支座上的外螺纹相适配。
9.根据权利要求1所述的便携式红外激光快速校轴设备，其特征在于：
所述温控机构包括热辐射板、温控电路板、风扇、调节旋钮；热辐射板、温控电路板、风扇依次设置在后罩上；所述温控电路板与热辐射板连接，用于控制热辐射板的温度；调节旋钮安设在后罩上，用于调节热辐射板与相纸的距离。
10.一种光轴校准方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-9中任一所述的便携式红外激光快速校轴设备；
所述方法包括如下步骤：
通过卡镜组使激光测距机发射的激光光束汇聚在卡镜组焦面处的相纸上，汇聚的高能激光灼穿相纸形成一个圆孔靶；相纸后端的热源-红外辐射经过相纸的圆孔进入卡镜组光学系统，根据光路可逆性，产生的红外光束与激光光束光轴平行；圆孔靶通过便携式红外激光快速校轴设备发出的红外光束在热像仪上的像点位置代表红外热像仪与激光测距机的光轴偏差，从而进行光轴校准。
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