CN109580177A - 机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法 - Google Patents

机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法，测试组件包括平行光管、分束镜、目标靶板、CCD探测器及黑体光源；分束镜、目标靶板、CCD探测器及黑体光源位于平行光管会聚光出入口的一端；目标靶板位于平行光管的焦面上；黑体光源用于照亮目标靶板；目标靶板的出射光经分束镜到达平行光管会聚光出入口；平行光管会聚光出入口的出射光经分束镜到达CCD探测器。测试方法包括1)基准传递、2)通过CCD探测器测试激光光路的光轴偏角、3)通过黑体光源测试电视光路光轴和红外光路光轴各自偏角的步骤。本发明解决了现有测试***及方法精度受限、光学装调难度大，不适合机载的问题。

Description

机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法
技术领域
本发明属于光学测量仪器领域，具体涉及一种机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法
背景技术
随着安防侦察领域的不断应用以及应用环境的日趋复杂，为了在全天候环境下快速、及时的发现目标并实现对目标的实时跟踪和精确测量，机载光学瞄具已从传统的单光轴***转变成如今的多个小型子光学***。光学瞄具的三光轴一致性即激光光路光轴、电视光路光轴和红外光路光轴三个光轴之间的平行性，对整个***的性能具有重要的影响。如何对机载光学瞄具三光轴一致性进行高精度实时检测和校准是目前亟待解决的难题。
传统的光学瞄具三光轴一致性检测方法大多基于实验室环境研究。常见的投影靶板靶心标定方法虽然具有低成本，测试方法简单的优点，但是测试受环境影响较大，测试精度受到一定的限制，且不能实时检测和校准。激光光轴仪法具有自诊断能力，能够降低人为因素对测量的影响，但是光学装调难度大，具有很强的专用性，且测试***体积较大，不适合机载进行装备。五棱镜法主要是五棱镜在测试移动过程中，其特征方向的变换会引起光轴偏差，从而影响测量精度。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出了一种机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法
本发明的技术解决方案是：
本发明的机载三光轴一致性测试组件，其特殊之处在于：包括平行光管15、分束镜13、目标靶板12、CCD探测器14及黑体光源11；
所述平行光管15的一端为会聚光出入口，另一端为平行光出入口；
所述分束镜13、目标靶板12、CCD探测器14及黑体光源11位于平行光管15会聚光出入口的一端；所述目标靶板12位于平行光管15的焦面上；所述黑体光源11用于照亮目标靶板12；所述目标靶板12的出射光经分束镜13到达平行光管15会聚光出入口；所述平行光管15会聚光出入口的出射光经分束镜13到达CCD探测器14。
进一步地，所述平行光管15为离轴反射式平行光管。
进一步地，所述分束镜13为分光棱镜。
进一步地，所述分束镜13的透反比为8：2，所述CCD探测器14位于分束镜13的反射光路上，所述目标靶板12位于分束镜13的透射光路上。
进一步地，所述目标靶板12为星点板。
进一步地，所述平行光管15的焦距为1m，所述平行光管15的口径为50mm。
同时，本发明还提供了一种机载三光轴一致性测试***，该***包括上述的机载三光轴一致性测试组件及***光路；
所述***光路包括平面反射镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、第一半透半反镜5及第二半透半反镜6；
所述平面反射镜2用于对平行光管15进行自准直；
所述第一半透半反镜5、第二反射镜4和第一反射镜3依次设置在激光光路的输出光路上，激光光路的出射光可以经第一半透半反镜5、第二反射镜4和第一反射镜3入射至平行光管15的平行光出入口的一端；
所述第二半透半反镜6位于第一半透半反镜5的透射光路上，第一半透半反镜5的透射光经第二半透半反镜6入射至电视光路和红外光路。
同时，本发明还提供了基于上述的机载三光轴一致性测试***进行三光轴一致性测试的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)基准传递
1.1)在平行光管15的平行光出入口前放置平面反射镜2，黑体光源11照亮目标靶板12，出射光线依次经分束镜13、平行光管15到达平面反射镜2，被平面反射镜2反射后，光线依次通过平行光管15和分束镜13到达CCD探测器14；
1.2)调节CCD探测器14的安装位置，使目标靶板12的像落在CCD探测器14的靶面中心，从而完成基准光轴从黑体光源11到CCD探测器14的传递；
2)通过CCD探测器14测试激光光路的光轴偏角
2.1)将平面反射镜2从平行光管15会聚光的出入口前移开；
2.2)激光光路发出的强激光经衰减后依次通过第一半透半反镜5反射、第二反射镜4反射和第一反射镜3反射后，从平行光管15的平行光出入口进入平行光管15，经平行光管15会聚后，出射激光经分束镜13到达CCD探测器14，进行成像；
2.3)根据CCD探测器14的成像，可以计算出激光光路光轴相对于CCD探测器14的光轴偏角；
3)通过黑体光源11测试电视光路光轴和红外光路光轴的偏角
3.1)黑体光源11照亮目标靶板12，出射光线经分束镜13分束后，一束光从平行光管15的会聚光出入口进入平行光管，之后，平行出射；
3.2)平行光管15的出射光依次经过第一反射镜3、第二反射镜4、第一半透半反镜5和第二半透半反镜6，经第二半透半反镜6分出的两路光分别被电视光路和红外光路所接收；
3.3)电视光路和红外光路自身携带的成像探测器分别进行各自光轴相对于黑体光源11的光轴偏角计算。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1、本发明机载三光轴一致性测试组件，由平行光管、分束镜、黑体光源、目标靶板组成，测试组件在使用时，通过与平面反射镜及***电路的配合组成三光轴一致性测试***，利用该***可以实现对三光轴的一致性测试，该***易于装调、体积小、精度高，解决了现有测试***难以高精度检测和校准三光轴一致性的难题，为机载三光轴一致性测试提供了一种简单可靠的测试***，具有重要的安防和侦查的实用价值。
2、本发明机载三光轴一致性测试***，采用离轴反射式平行光管，外加两个反射镜和两个半透半反镜，能够实现宽谱段(可见光)、激光和中波红外的测量，同时离轴式平行光管避免了主镜中心遮拦比的问题。
3、本发明机载三光轴一致性测试***，测试组件中的平行光管选用大口径长焦距离轴平行光管设计，***总体积为228mm×77mm×64mm，实现了机载小型化轻量化设计的要求。
4、本发明的机载三光轴一致性测试***，通过CCD探测器测试激光光路的光轴偏角，由CCD探测器图像采集处理技术对激光光斑偏移量进行坐标计算，从而实现数字化检测，提高***检测精度。
附图说明
图1是本发明提供的三光轴一致性总体方案设计示意图；
图2是本发明实施例离轴反射式平行光管和分束镜的光路原理示意图。
其中附图标记为：1-机载三光轴一致性测试***、11-黑体光源、12-目标靶板、13-分束镜、14-CCD探测器、15-平行光管、151-主镜、152-次镜、2-平面反射镜、3-第一反射镜、4-第二反射镜、5-第一半透半反镜、6-第二半透半反镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
如图1所示，本发明的机载三光轴一致性测试***1，包括机载三光轴一致性测试组件及***光路，其中的机载三光轴一致性测试组件包括平行光管15、分束镜13、星点板、CCD探测器14及黑体光源11；平行光管15的一端为会聚光出入口，另一端为平行光出入口；分束镜13、目标靶板12、CCD探测器14及黑体光源11位于平行光管15会聚光出入口的一端；目标靶板12位于平行光管15的焦面上；黑体光源11用于照亮目标靶板12；目标靶板12的出射光经分束镜13到达平行光管15会聚光出入口；平行光管15会聚光出入口的出射光经分束镜13到达CCD探测器14。
CCD探测器14位于分束镜13的反射光路上，星点板位于分束镜13的透射光路上，为了保护CCD探测器14不被激光打坏，分束镜13按照透射和反射比例大约8：2比例镀膜，使少部分激光反射到CCD探测器14上进行探测。平行光管15为离轴反射式平行光管15。分束镜13为分光棱镜。平行光管15的焦距为1m，平行光管15的口径为50mm。
***光路包括平面反射镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、第一半透半反镜5及第二半透半反镜6；平面反射镜2用于对平行光管15进行自准直；第一半透半反镜5、第二反射镜4和第一反射镜3依次设置在激光光路的输出光路上，激光光路的出射光可以经第一半透半反镜5、第二反射镜4和第一反射镜3入射至平行光管15的平行光出入口的一端；第二半透半反镜6位于第一半透半反镜5的透射光路上，第一半透半反镜5的透射光经第二半透半反镜6入射至电视光路和红外光路。
图2所示为离轴反射式平行光管15和分束镜13的光路原理示意图，离轴反射式平行光管15包括主镜151及次镜152，从平行光管15焦点处发出的光，经分束镜13、次镜152、主镜151后平行出射；基于光路可逆的原理，入射至主镜151的平行光经次镜152、分束镜13后会聚于焦点。
基于本发明实施例的机载三光轴一致性测试***进行三光轴一致性测试的方法，包括以下步骤：
1)基准传递
1.1)在平行光管15的平行光出入口前放置平面反射镜2，黑体光源11照亮目标靶板12，出射光线依次经分束镜13、平行光管15到达平面反射镜2，被平面反射镜2反射后，光线依次通过平行光管15和分束镜13到达CCD探测器14；
1.2)调节CCD探测器14的安装位置，使目标靶板12的像落在CCD探测器14的靶面中心，从而完成基准光轴从黑体光源11到CCD探测器14的传递；
2)通过CCD探测器14测试激光光路的光轴偏角
2.1)将平面反射镜2从平行光管15会聚光的出入口前移开；
2.2)激光光路发出的强激光经衰减片衰减后依次通过第一半透半反镜5、第二反射镜4和第一反射镜3，从平行光管15的平行光出入口进入平行光管15，经平行光管15会聚后，出射激光经分束镜13到达CCD探测器14，进行成像；
2.3)根据CCD探测器14的成像计算激光光路相对于CCD探测器14的光轴偏角；
3)通过黑体光源11测试电视光路光轴和红外光路光轴的偏角
3.1)黑体光源11照亮目标靶板12，出射光线经分束镜13后从平行光管15会聚光出入口进入平行光管15，从平行光管15平行光出入口平行出射；
3.2)平行光管15的出射光依次经过第一反射镜3、第二反射镜4、第一半透半反镜5和第二半透半反镜6，经第二半透半反镜6分出的两路光分别被电视光路和红外光路所接收；
3.3)电视光路和红外光路自身携带的探测器分别进行各自相对于黑体光源11的光轴偏角计算。
本发明的原理：
由于CCD探测器光轴和黑体光源光轴经过了平行光管自准直，因此CCD探测器光轴和黑体光源光轴是共轭关系，通过步骤2)测出了激光光路相对于CCD探测器14的光轴偏角，通过步骤3)测出了电视光路和红外光路相对于黑体光源11的光轴偏角，这样就知道了激光光路光轴、电视光路光轴和红外光路光轴三个光轴之间的夹角关系，也就完成了激光光路光轴、电视光路光轴和红外光路光轴的一致性测量。

Claims (8)

1.机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：包括平行光管(15)、分束镜(13)、目标靶板(12)、CCD探测器(14)及黑体光源(11)；
所述平行光管(15)的一端为会聚光出入口，另一端为平行光出入口；
所述分束镜(13)、目标靶板(12)、CCD探测器(14)及黑体光源(11)位于平行光管(15)会聚光出入口的一端；所述目标靶板(12)位于平行光管(15)的焦面上；所述黑体光源(11)用于照亮目标靶板(12)；所述目标靶板(12)的出射光经分束镜(13)到达平行光管(15)会聚光出入口；所述平行光管(15)会聚光出入口的出射光经分束镜(13)到达CCD探测器(14)。
2.根据权利要求1所述的机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：
所述平行光管(15)为离轴反射式平行光管。
3.根据权利要求2所述的机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：
所述分束镜(13)为分光棱镜。
4.根据权利要求1至3任一所述的机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：
所述分束镜(13)的透反比为8：2，所述CCD探测器(14)位于分束镜(13)的反射光路上，所述目标靶板(12)位于分束镜(13)的透射光路上。
5.根据权利要求4所述的机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：
所述目标靶板(12)为星点板。
6.根据权利要求5所述的机载三光轴一致性测试组件，其特征在于：
所述平行光管(15)的焦距为1m，所述平行光管(15)的口径为50mm。
7.机载三光轴一致性测试***，其特征在于：包括机载三光轴一致性测试组件及***光路；
所述机载三光轴一致性测试组件如权利要求1至6任一所述；
所述***光路包括平面反射镜(2)、第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第一半透半反镜(5)及第二半透半反镜(6)；
所述平面反射镜(2)用于对平行光管(15)进行自准直；
所述第一半透半反镜(5)、第二反射镜(4)和第一反射镜(3)依次设置在激光光路的输出光路上，激光光路的出射光可以经第一半透半反镜(5)、第二反射镜(4)和第一反射镜(3)入射至平行光管(15)的平行光出入口的一端；
所述第二半透半反镜(6)位于第一半透半反镜(5)的透射光路上，第一半透半反镜(5)的透射光经第二半透半反镜(6)入射至电视光路和红外光路。
8.基于权利要求7所述的机载三光轴一致性测试***进行三光轴一致性测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基准传递
1.1)将平面反射镜(2)放置在在平行光管(15)的平行光出入口前，黑体光源(11)照亮目标靶板(12)，出射光线依次经分束镜(13)、平行光管(15)到达平面反射镜(2)，被平面反射镜(2)反射后，光线依次通过平行光管(15)和分束镜(13)到达CCD探测器(14)；
1.2)调节CCD探测器(14)的安装位置，使目标靶板(12)的像落在CCD探测器(14)的靶面中心，从而完成基准光轴从黑体光源(11)到CCD探测器(14)的传递；
2)通过CCD探测器(14)测试激光光路的光轴偏角
2.1)将平面反射镜(2)从平行光管(15)会聚光的出入口前移开；
2.2)激光光路发出的强激光经衰减后依次通过第一半透半反镜(5)反射、第二反射镜(4)反射和第一反射镜(3)反射后，从平行光管(15)的平行光出入口进入平行光管(15)，经平行光管(15)会聚后，出射激光经分束镜(13)到达CCD探测器(14)，进行成像；
2.3)根据CCD探测器(14)的成像，可以计算出激光光路光轴相对于CCD探测器(14)的光轴偏角；
3)通过黑体光源(11)测试电视光路光轴和红外光路光轴的偏角
3.1)黑体光源(11)照亮目标靶板(12)，出射光线经分束镜(13)分束后，一束光从平行光管(15)的会聚光出入口进入平行光管，之后，平行出射；
3.2)平行光管(15)的出射光依次经过第一反射镜(3)、第二反射镜(4)、第一半透半反镜(5)和第二半透半反镜(6)，经第二半透半反镜(6)分出的两路光分别被电视光路和红外光路所接收；
3.3)电视光路和红外光路自身携带的成像探测器分别进行各自光轴相对于黑体光源(11)的光轴偏角计算。
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