CN111707449B - 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法 - Google Patents

多谱段光轴平行性测试装置及测试方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111707449B
CN111707449B CN202010435713.6A CN202010435713A CN111707449B CN 111707449 B CN111707449 B CN 111707449B CN 202010435713 A CN202010435713 A CN 202010435713A CN 111707449 B CN111707449 B CN 111707449B
Authority
CN
China
Prior art keywords
optical
optical axis
target
laser
tested object
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010435713.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111707449A (zh
Inventor
田留德
周艳
王涛
赵建科
曹昆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Original Assignee
XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS filed Critical XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS
Priority to CN202010435713.6A priority Critical patent/CN111707449B/zh
Publication of CN111707449A publication Critical patent/CN111707449A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111707449B publication Critical patent/CN111707449B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0207—Details of measuring devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

为了解决当前光轴平行性测试装置不能满足多谱段光电设备各光学分***光轴平行性的测试问题，本发明提出了一种多谱段光轴平行性测试装置及测试方法。本发明采用离轴抛物面反射镜、分光镜、短波红外相机、宽谱段光源、目标靶和激光光源实现了宽谱段无穷远目标的模拟，根据模拟目标在各光学分***中成像的位置、各光学分***参数和平行光管焦距，计算各光学分***之间光轴的一致性，能够完成多谱段光电设备中可见光成像***、红外成像***、激光发射***、激光接收***、目视瞄准***及设备机械基准之间的光轴平行性的测试，能实现当前光电设备光轴一致性的全部要求。

Description

多谱段光轴平行性测试装置及测试方法
技术领域
本发明属于光学检测技术领域，涉及一种用于光电跟踪仪器多谱段光学分***瞄准线(视轴)之间，以及仪器各光学分***与安装机械基准之间的平行性的测试装置及方法。
背景技术
目前，集可见光成像、微光成像、红外热成像、激光测距、目视瞄准等为一体的多光学传感器光电设备在安防监控、森林防火等领域得到广泛应用，其共同承担了目标搜索、目标跟踪、观测瞄准、方位指示、全天候成像等任务，显著提高了光电设备综合性能和效能。多谱段光电设备是指集成了可见光相机、微光相机、中波红外热像仪、长波红外热像仪、激光测距机和目视瞄准仪中的两种或两种以上，工作波长包含可见光、近红外、中波红外、长波红外中的两种或两种以上的光电设备。而这类设备的生产装调、交付检验、长期使用后的校准都需要对设备各光学分***光轴之间的平行性进行检测。
现有的光轴平行性测试装置不具备可见光波段目标、红外波段目标、激光测距波段目标的同时模拟，无法完成可见光成像***、红外成像***、激光发射***、激光接收***、目视瞄准***及仪器机械基准之间的光轴平行性的静态测试，更无法完成被试品在振动环境下可见光成像***、红外成像***、激光接收***之间的光轴平行性测试。而各波段光学分***之间的光轴平行性直接影响整个仪器的综合效能。因此，开展光电设备的多谱段光轴一致性测试装置及方法的研究具有重要意义。
发明内容
为了解决当前光轴平行性测试装置不能满足多谱段光电设备各光学分***光轴平行性的测试问题，本发明提出了一种多谱段光轴平行性测试装置及测试方法。
本发明的技术方案是：
多谱段光轴平行性测试装置，其特殊之处在于：包括宽谱段目标准直模块、多谱段目标生成模块、激光光斑采集模块、图像分析模块；
多谱段目标生成模块用于模拟不同谱段的目标，包括第一衰减片、激光光源、目标靶、宽谱段光源和第二分光镜，其中：第一衰减片设置在激光光源的输出光路上，第一衰减片和激光光源用于模拟激光测距波段目标；目标靶设置在宽谱段光源的输出光路上，目标靶和宽谱段光源用于模拟可见光波段目标和红外波段目标；第二分光镜设置在第一衰减片输出光路与目标靶输出光路的交汇处，第二分光镜用于对激光测距波段目标进行透射，对可见光波段目标和红外波段目标进行反射；目标靶与激光光源关于第二分光镜共轭；
宽谱段目标准直模块用于对多谱段目标生成模块模拟的多谱段目标进行准直，为被试品提供不同谱段的无穷远的目标；宽谱段目标准直模块为由离轴抛物面反射镜和第一分光镜构成的平行光管，其中，第一分光镜设置在第二分光镜的输出光路上；
激光光斑采集模块用于完成被试品中激光发射***发射的激光光斑的探测采集；激光光斑采集模块由第二衰减片和短波红外相机构成；定义第一分光镜朝向离轴抛物面反射镜的面为第一入射面，第二衰减片和短波红外相机依次设置在激光经第一分光镜的第一入射面后得到的透射光束的光路上；短波红外相机的光敏面中心和激光光源关于第一分光镜共轭；
图像分析模块用于对短波红外相机采集的图像进行处理，得到被试品中激光发射***发射的激光光斑的质心位置；以及用于对被试品获取的模拟目标的可见光图像、红外图像和微光图像进行处理，得到目标靶像的位置，计算被试品各光学分***之间的光轴平行性以及各光学分***与基准轴之间的光轴平行性；
所述离轴抛物面反射镜的反射面上镀有金属反射膜，工作谱段为0.3～15μm；
第一分光镜和第二分光镜对0.9～1.7μm的激光测距波段既能透射又能反射，对[0.3-0.9)∪(1.7-15]μm的可见光红外波段能够反射；
第一衰减片和第二衰减片用于对0.9～1.7μm的激光测距波段进行能量衰减；
宽谱段光源的谱段覆盖0.3～15μm；
短波红外相机的光谱响应谱段覆盖0.9～1.7μm。
进一步地，还包括基准反射镜；基准反射镜用于将被试品的机械基准引出。
进一步地，基准反射镜的反射面和背面之间的夹角小于1′。
进一步地，目标靶为点源靶或十字靶。
进一步地，宽谱段光源为白炽灯或卤素灯。
本发明还提供了一种利用上述的多谱段光轴平行性测试装置的多谱段光轴平行性测试方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1]建立测试基准：
以某一机械端面为被试品的基准，以该机械端面的法线为被试品的机械基准轴，将基准反射镜背面紧贴在所述机械端面上，调整被试品姿态使基准反射镜反射的多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标成像在短波红外相机的视场中心；
2]测量被试品中各光学分***光轴与所述机械基准轴之间的夹角：
2.1]记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟的可见光波段目标在被试品中目视瞄准光学***中成像的位置，所模拟的可见光波段目标和红外波段目标在被试品中可见光成像***及红外成像***中成像的位置，记录被试品中激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机中成像的位置，记录被试品中激光接收***接收的激光光源发射的激光光斑的位置；
2.2]按照下述公式(1)和(2)计算被试品中各光学接收分***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure GDA0002934233200000041
Figure GDA0002934233200000042
式中：
i为被试品中各光学接收分***的序号，i取1、2、…、n，n为被试品中光学接收分***的总个数；所述光学接收分***包括目视瞄准光学***、可见光成像***、红外成像***和激光接收***；
xi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的横坐标；
yi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的纵坐标；
x0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的横坐标；
y0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的纵坐标；
di为第i个光学接收分***中探测器的像元尺寸；
fi为第i个光学接收分***的焦距；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
2.3]按照下述公式(3)和(4)计算被试品中激光发射***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure GDA0002934233200000043
Figure GDA0002934233200000044
式中：
xs为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机中成像位置的横坐标；
ys为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机中成像位置的纵坐标；
x0c为短波红外相机中探测器中心像元的横坐标；
y0c为短波红外相机中探测器中心像元的纵坐标；
dc为短波红外相机探测器的像元尺寸；
fc为多谱段光轴平行性测试装置中宽谱段目标准直模块的焦距；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
3]计算被试品中任意两个光学分***的光轴之间的夹角：
3.1]按公式(5)和(6)计算任意两个光学接收分***的光轴之间的夹角：
αi,j＝|αi-αj| (5)
βi,j＝|βi-βj| (6)
式中：
αi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；其中：1、2、…、n分别为被试品中光学接收分***的序号；βi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；其中：1、2、…、n分别为被试品中光学接收分***的序号；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
3.2]按公式(7)和(8)计算任意一个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴之间的夹角：
αi,s＝|αi-αs| (7)
βi,s＝|βi-βs| (8)
式中：
αi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n；
βi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角。
进一步地，若被试品以其目视瞄准光学***、可见光成像***或红外成像***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品姿态使多谱段光轴平行性测试装置所模拟的宽谱段目标直接成像在相应的基准光学***视场中心。
进一步地，若被试品以其激光发射光学***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品姿态使激光发射光学***发射的激光光斑直接成像在短波红外相机的视场中心。
进一步地，若被试品以其激光接收光学***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品姿态使多谱段光轴平行性测试装置的激光光源发射的激光光斑直接成像在被试品激光接收***视场中心。
进一步地，若被试品以其某一光学分***的光轴为基准轴，则测量被试品中各光学分***光轴与被试品的基准轴之间的夹角，以及计算被试品中任意两个光学分***光轴之间的夹角的原理与所述步骤2]和3]相同。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明采用离轴抛物面反射镜、分光镜、短波红外相机、宽谱段光源、目标靶和激光光源实现了宽谱段无穷远目标的模拟，根据模拟目标在各光学分***中成像的位置、各光学分***参数(包括：焦距、探测器像元尺寸、探测器中心像元坐标)和平行光管焦距，计算各光学分***之间光轴的一致性，能够完成多谱段光电设备中可见光成像***、红外成像***、激光发射***、激光接收***、目视瞄准***及设备机械基准之间的光轴平行性的测试，能实现当前光电设备光轴一致性的全部要求。
2.本发明能够同时模拟可见光谱段、红外谱段和激光测距谱段的目标，被试品可同时获得模拟目标可见光谱段、红外谱段和激光测距谱段的目标像，因此，能实现被试品在振动环境下的可见光成像***、红外成像***、激光接收***之间的光轴平行性测试。
3.本发明不存在运动及切换机构，性能稳定，可实现光轴平行性的高精度测试。
4.基于本发明测试装置的光轴平行测试方法，不需要反复调整被试品，测试流程简单，能够同时给出任意两光学分***光轴之间的夹角，测试效率高。
附图说明
图1是多谱段光轴平行性测试装置组成与布局图。
附图标记说明：
1-离轴抛物面反射镜；2-第一分光镜；3-第二分光镜；4-第一衰减片；5-激光光源；6-目标靶；7-宽谱段光源；8-第二衰减片；9-短波红外相机；10-基准反射镜；11-计算机；12-被试品。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明所提供的多谱段光轴平行性测试装置，包括宽谱段目标准直模块、多谱段目标生成模块、激光光斑采集模块、图像分析模块和基准反射镜10。
多谱段目标生成模块用于模拟不同谱段的目标，包括第一衰减片4、激光光源5、目标靶6、宽谱段光源7和第二分光镜3，其中：第一衰减片4设置在激光光源5的输出光路上，第一衰减片4和激光光源5用于模拟激光测距波段目标；目标靶6设置在宽谱段光源7的输出光路上，目标靶6和宽谱段光源7用于模拟可见光波段目标和红外波段目标；第二分光镜3设置在第一衰减片4输出光路与目标靶6输出光路的交汇处，第二分光镜3用于对激光测距波段目标进行透射，对可见光波段目标和红外波段目标进行反射。目标靶6与激光光源5关于第二分光镜3共轭。
宽谱段目标准直模块主要用于对多谱段目标生成模块模拟的多谱段目标进行准直，为被试品12(光电设备)提供不同谱段的无穷远的目标；本实施例中，宽谱段目标准直模块为由离轴抛物面反射镜1和第一分光镜2构成的平行光管，其中，第一分光镜2设置在第二分光镜3的输出光路上。
激光光斑采集模块主要用于完成被试品12中激光发射***发射的激光光斑的探测采集；激光光斑采集模块由第二衰减片8和短波红外相机9构成；定义第一分光镜2朝向离轴抛物面反射镜1的面为第一入射面，第二衰减片8和短波红外相机9依次设置在激光经第一分光镜2的第一入射面后得到的透射光束的光路上；短波红外相机9的光敏面中心和激光光源5关于第一分光镜2共轭。
图像分析模块主要用于对短波红外相机9采集的图像进行处理，得到被试品12中激光发射***发射的激光光斑的质心位置，对图像处理获取激光光斑质心位置的方法为本领域公知技术，此处不作详述；图像分析模块为带有处理软件的计算机11，计算机11与短波红外相机9通过电缆连接，计算机11可以对被试品12获取的模拟目标的可见光图像、红外图像和微光图像进行处理，得到点源像或十字像的位置，计算被试品12各光学分***之间的光轴平行性，各光学分***与基准轴之间的光轴平行性。
基准反射镜10用于将被试品12的机械基准引出，基准反射镜10的反射面和背面应具有良好的平行性，优选的，反射面与背面之间的夹角小于1′；基准反射镜10位于离轴抛物面反射镜1的光路上，测试时紧贴被试品12的机械基准。若被试品12以其某一光学分***光轴为基准，且不需要测试光学分***与机械基准之间的光轴平行性，则不需要设置基准反射镜10。
上述多谱段光轴平行性测试装置中：
离轴抛物面反射镜1的反射面上镀有金属反射膜，工作谱段为0.3～15μm，以覆盖可见光、微光、近红外、中波红外和长波红外波段。
第一分光镜2和第二分光镜3对0.9～1.7μm的激光测距波段既能透射又能反射，对[0.3-0.9)∪(1.7-15]μm的可见光红外波段能够反射。
第一衰减片4和第二衰减片8用于对0.9～1.7μm的激光测距波段进行能量衰减。
目标靶6为点源靶或十字靶，通过在金属片镂空出圆孔或十字图案实现。
宽谱段光源7的谱段覆盖0.3～15μm，可选择白炽灯或卤素灯。
短波红外相机9的光谱响应谱段覆盖0.9～1.7μm。
上述多谱段光轴平行性测试装置实现宽谱段无穷远目标的模拟的工作原理为：
多谱段目标生成模块模拟的激光测距波段目标经第二分光镜3透射后到达宽谱段目标准直模块中的第一分光镜2，由第一分光镜2反射后入射至离轴抛物面反射镜1后，输出平行光，入射至被试品12，由被试品12探测。
多谱段目标生成模块模拟的可见光波段目标和红外波段目标经第二分光镜3反射后到达宽谱段目标准直模块中的第一分光镜2，由第一分光镜2反射后入射至离轴抛物面反射镜1后，输出平行光，入射至被试品12，由被试品12探测。
下面以机械端面的法线为被试品12机械基准轴的情况为例，详述被试品12各光学分***光轴与基准轴之间的夹角的测试方法。
本发明所提供的多谱段光轴平行性测试方法包括如下步骤：
1]建立测试基准：
1.1]按图1所示布局并连接设备；
1.2]调节被试品12的位置及姿态，使被试品12的基准轴与多谱段光轴平行性测试装置的光轴平行；
以某一机械端面作为被试品12的基准，以该机械端面的法线为被试品12的机械基准轴，则将基准反射镜10背面紧贴在所述机械端面上，调整被试品12位置及姿态使基准反射镜10反射的多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标成像在短波红外相机9的视场中心。
2]测量被试品12中各光学分***光轴与被试品12的基准轴之间的夹角：
2.1]记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟的可见光波段目标在被试品12中目视瞄准光学***中成像的位置，记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟的可见光波段目标和红外波段目标在被试品12中可见光成像***及红外成像***中成像的位置，记录激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机9中成像的位置，记录被试品(12)激光接收***接收的激光光源(5)发射的激光光斑的位置；
2.2]按照公式(1)和(2)计算被试品12中目视瞄准光学***、可见光成像***、红外成像***、激光接收***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure GDA0002934233200000101
Figure GDA0002934233200000111
式中：
i为被试品12中目视瞄准光学***、可见光成像***、红外成像***、激光接收***的序号，i取1、2、…、n，n为被试品12中光学接收分***的总个数；
xi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的横坐标；
yi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的纵坐标；
x0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的横坐标；
y0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的纵坐标；
di为第i个光学接收分***中探测器的像元尺寸；
fi为第i个光学接收分***的焦距；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
2.3]按照公式(3)和(4)计算被试品12中激光发射***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure GDA0002934233200000112
Figure GDA0002934233200000113
式中：
xs为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机9中成像位置的横坐标；
ys为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机9中成像位置的纵坐标；
x0c为短波红外相机9中探测器中心像元的横坐标；
y0c为短波红外相机9中探测器中心像元的纵坐标；
dc为短波红外相机探测器的像元尺寸；
fc为多谱段光轴平行性测试装置中宽谱段目标准直模块的焦距；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角。
3]计算被试品12中任意两个光学分***的光轴之间的夹角；
3.1]按公式(5)和(6)计算任意两个光学接收分***的光轴之间的夹角：
αi,j＝|αi-αj| (5)
βi,j＝|βi-βj| (6)
式中：
αi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；其中：1、2、…、n分别为被试品12中光学接收分***的序号；
βi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
3.2]按公式(7)和(8)计算任意一个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴之间的夹角：
αi,s＝|αi-αs| (7)
βi,s＝|βi-βs| (8)
式中：
αi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n；
βi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角。
上面详细介绍了以机械端面作为被试品12基准时各光学分***的光轴平行性测试方法，以目视瞄准光学***、可见光成像***、红外成像***、激光发射光学***或激光接收光学***的光轴为被试品基准的情况与此原理相同，可参照上述方法进行，具体测试方法的区别仅在于：
若被试品12以其目视瞄准光学***、可见光成像***或红外成像***的光轴为基准，则建立基准时，首先调整被试品12姿态使多谱段光轴平行性测试装置所模拟的宽谱段目标直接成像在相应的基准光学***视场中心，再分别记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟目标在各光学接收分***中所成的像、被试品12的激光发射***的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机9中成像，再计算光轴平行性。
若被试品12以其激光发射光学***的光轴为基准，则建立基准时，首先调整被试品12姿态使激光发射光学***发射的激光光斑直接成像在短波红外相机9的视场中心，再分别记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟目标在各光学接收分***中所成的像，再计算光轴平行性。
若被试品12以其激光接收光学***的光轴为基准，则建立基准时，首先调整被试品12姿态使多谱段光轴平行性测试装置的激光光源5发射的激光光斑直接成像在被试品12激光接收***视场中心，再分别记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟目标在各光学接收分***中所成的像、被试品12的激光发射***的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机9中成像，再计算光轴平行性。

Claims (10)

1.多谱段光轴平行性测试装置，其特征在于：包括宽谱段目标准直模块、多谱段目标生成模块、激光光斑采集模块、图像分析模块；
多谱段目标生成模块用于模拟不同谱段的目标，包括第一衰减片(4)、激光光源(5)、目标靶(6)、宽谱段光源(7)和第二分光镜(3)，其中：第一衰减片(4)设置在激光光源(5)的输出光路上，第一衰减片(4)和激光光源(5)用于模拟激光测距波段目标；目标靶(6)设置在宽谱段光源(7)的输出光路上，目标靶(6)和宽谱段光源(7)用于模拟可见光波段目标和红外波段目标；第二分光镜(3)设置在第一衰减片(4)输出光路与目标靶(6)输出光路的交汇处，第二分光镜(3)用于对激光测距波段目标进行透射，对可见光波段目标和红外波段目标进行反射；目标靶(6)与激光光源(5)关于第二分光镜(3)共轭；
宽谱段目标准直模块用于对多谱段目标生成模块模拟的多谱段目标进行准直，为被试品(12)提供不同谱段的无穷远的目标；宽谱段目标准直模块为由离轴抛物面反射镜(1)和第一分光镜(2)构成的平行光管，其中，第一分光镜(2)设置在第二分光镜(3)的输出光路上；
激光光斑采集模块用于完成被试品(12)中激光发射***发射的激光光斑的探测采集；激光光斑采集模块由第二衰减片(8)和短波红外相机(9)构成；定义第一分光镜(2)朝向离轴抛物面反射镜(1)的面为第一入射面，第二衰减片(8)和短波红外相机(9)依次设置在激光经第一分光镜(2)的第一入射面后得到的透射光束的光路上；短波红外相机(9)的光敏面中心和激光光源(5)关于第一分光镜(2)共轭；
图像分析模块用于对短波红外相机(9)采集的图像进行处理，得到被试品(12)中激光发射***发射的激光光斑的质心位置；以及用于对被试品(12)获取的模拟目标的可见光图像、红外图像和微光图像进行处理，得到目标靶像的位置，计算被试品(12)各光学分***之间的光轴平行性以及各光学分***与基准轴之间的光轴平行性；
所述离轴抛物面反射镜(1)的反射面上镀有金属反射膜，工作谱段为0.3～15μm；
第一分光镜(2)和第二分光镜(3)对0.9～1.7μm的激光测距波段既能透射又能反射，对[0.3-0.9)∪(1.7-15]μm的可见光红外波段能够反射；
第一衰减片(4)和第二衰减片(8)用于对0.9～1.7μm的激光测距波段进行能量衰减；
宽谱段光源(7)的谱段覆盖0.3～15μm；
短波红外相机(9)的光谱响应谱段覆盖0.9～1.7μm。
2.根据权利要求1所述的多谱段光轴平行性测试装置，其特征在于：还包括基准反射镜(10)；基准反射镜(10)用于将被试品(12)的机械基准引出。
3.根据权利要求2所述的多谱段光轴平行性测试装置，其特征在于：基准反射镜(10)的反射面和背面之间的夹角小于1′。
4.根据权利要求3所述的多谱段光轴平行性测试装置，其特征在于：目标靶(6)为点源靶或十字靶。
5.根据权利要求4所述的多谱段光轴平行性测试装置，其特征在于：
宽谱段光源(7)为白炽灯或卤素灯。
6.基于权利要求1-5任一所述的多谱段光轴平行性测试装置的多谱段光轴平行性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1]建立测试基准：
以某一机械端面为被试品(12)的基准，以该机械端面的法线为被试品(12)的机械基准轴，将基准反射镜(10)背面紧贴在所述机械端面上，调整被试品(12)姿态使基准反射镜(10)反射的多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标成像在短波红外相机(9)的视场中心；
2]测量被试品(12)中各光学分***光轴与所述机械基准轴之间的夹角：
2.1]记录多谱段光轴平行性测试装置所模拟的可见光波段目标在被试品(12)中目视瞄准光学***中成像的位置，所模拟的可见光波段目标和红外波段目标在被试品(12)中可见光成像***及红外成像***中成像的位置，记录被试品(12)中激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机(9)中成像的位置，记录被试品(12)中激光接收***接收的激光光源(5)发射的激光光斑的位置；
2.2]按照下述公式(1)和(2)计算被试品(12)中各光学接收分***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure FDA0002934233190000031
Figure FDA0002934233190000032
式中：
i为被试品(12)中各光学接收分***的序号，i取1、2、…、n，n为被试品(12)中光学接收分***的总个数；所述光学接收分***包括目视瞄准光学***、可见光成像***、红外成像***和激光接收***；
xi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的横坐标；
yi为多谱段光轴平行性测试装置所模拟的目标在第i个光学接收分***探测器上成像位置的纵坐标；
x0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的横坐标；
y0i为第i个光学接收分***中探测器中心像元的纵坐标；
di为第i个光学接收分***中探测器的像元尺寸；
fi为第i个光学接收分***的焦距；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
2.3]按照下述公式(3)和(4)计算被试品(12)中激光发射***的光轴与机械基准轴之间的夹角；
Figure FDA0002934233190000041
Figure FDA0002934233190000042
式中：
xs为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机(9)中成像位置的横坐标；
ys为激光发射***发射的激光光斑在多谱段光轴平行性测试装置的短波红外相机(9)中成像位置的纵坐标；
x0c为短波红外相机(9)中探测器中心像元的横坐标；
y0c为短波红外相机(9)中探测器中心像元的纵坐标；
dc为短波红外相机探测器的像元尺寸；
fc为多谱段光轴平行性测试装置中宽谱段目标准直模块的焦距；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
3]计算被试品(12)中任意两个光学分***的光轴之间的夹角：
3.1]按公式(5)和(6)计算任意两个光学接收分***的光轴之间的夹角：
αi,j＝|αi-αj| (5)
βi,j＝|βi-βj| (6)
式中：
αi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；
βi,j为第i个光学接收分***的光轴与第j个光学接收分***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n，j取1、2、…、n；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βj为第j个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
3.2]按公式(7)和(8)计算任意一个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴之间的夹角：
αi,s＝|αi-αs| (7)
βi,s＝|βi-βs| (8)
式中：
αi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在水平方向的偏差角，i取1、2、…、n；
βi,s为第i个光学接收分***的光轴与激光发射***的光轴在垂直方向的偏差角，i取1、2、…、n；
αi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
αs为激光发射***的光轴与机械基准轴在水平方向的偏差角；
βi为第i个光学接收分***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角；
βs为激光发射***的光轴与机械基准轴在垂直方向的偏差角。
7.根据权利要求6所述的多谱段光轴平行性测试方法，其特征在于：
若被试品(12)以其目视瞄准光学***、可见光成像***或红外成像***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品(12)姿态使多谱段光轴平行性测试装置所模拟的宽谱段目标直接成像在相应的基准光学***视场中心。
8.根据权利要求6所述的多谱段光轴平行性测试方法，其特征在于：
若被试品(12)以其激光发射光学***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品(12)姿态使激光发射光学***发射的激光光斑直接成像在短波红外相机(9)的视场中心。
9.根据权利要求6所述的多谱段光轴平行性测试方法，其特征在于：
若被试品(12)以其激光接收光学***的光轴为基准，则所述步骤1]被替换为：
调整被试品(12)姿态使多谱段光轴平行性测试装置的激光光源(5)发射的激光光斑直接成像在被试品(12)激光接收***视场中心。
10.根据权利要求6所述的多谱段光轴平行性测试方法，其特征在于：若被试品(12)以其某一光学分***的光轴为基准轴，则测量被试品(12)中各光学分***光轴与被试品(12)的基准轴之间的夹角，以及计算被试品(12)中任意两个光学分***光轴之间的夹角的原理与所述步骤2]和3]相同。
CN202010435713.6A 2020-05-21 2020-05-21 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法 Active CN111707449B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010435713.6A CN111707449B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010435713.6A CN111707449B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111707449A CN111707449A (zh) 2020-09-25
CN111707449B true CN111707449B (zh) 2021-05-14

Family

ID=72538319

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010435713.6A Active CN111707449B (zh) 2020-05-21 2020-05-21 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111707449B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113093156B (zh) * 2021-03-12 2023-10-27 昆明物理研究所 Ld激光测距机多光轴校准***及方法
CN114088351B (zh) * 2021-10-01 2023-06-20 中航洛阳光电技术有限公司 一种多光谱自动校准***
CN113916510B (zh) * 2021-11-23 2023-09-26 江苏北方湖光光电有限公司 基于伺服转动下的多光轴图像偏差校准方法
CN116718358A (zh) * 2023-08-11 2023-09-08 吉林省巨程智造光电技术有限公司 一种光轴偏移标定***及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013943C2 (de) * 2000-03-21 2001-11-22 Czichun Hans Heinrich Laser-Ausrichtgerät für tragbare Handwerkzeugmaschinen, insbesondere für Handbohrmaschinen
CN1607381A (zh) * 2003-10-16 2005-04-20 日本先锋公司 光拾波器的射出光检查装置
CN101319884A (zh) * 2008-02-20 2008-12-10 北京理工大学 基于多波段靶板及旋转反射镜的多光轴一致性测试装置
CN202133379U (zh) * 2011-06-21 2012-02-01 中国科学院上海技术物理研究所 一种自校准型激光收发光轴平行度测量装置
CN105444700A (zh) * 2015-12-25 2016-03-30 中国科学院光电研究院 一种多波长多光轴平行度检测装置及检测方法
CN108051182A (zh) * 2017-11-07 2018-05-18 扬州莱达光电技术有限公司 一种激光分***综合测试设备
CN109374261A (zh) * 2018-11-22 2019-02-22 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于靶标切换的多光轴一致性检测设备及方法
CN109738160A (zh) * 2018-12-29 2019-05-10 湖北航天技术研究院总体设计所 基于激光通信***的多光轴一致性测试装置及方法
CN110031100A (zh) * 2019-04-30 2019-07-19 中国科学院光电研究院 一种多维度短波红外光谱成像检测装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013943C2 (de) * 2000-03-21 2001-11-22 Czichun Hans Heinrich Laser-Ausrichtgerät für tragbare Handwerkzeugmaschinen, insbesondere für Handbohrmaschinen
CN1607381A (zh) * 2003-10-16 2005-04-20 日本先锋公司 光拾波器的射出光检查装置
CN101319884A (zh) * 2008-02-20 2008-12-10 北京理工大学 基于多波段靶板及旋转反射镜的多光轴一致性测试装置
CN202133379U (zh) * 2011-06-21 2012-02-01 中国科学院上海技术物理研究所 一种自校准型激光收发光轴平行度测量装置
CN105444700A (zh) * 2015-12-25 2016-03-30 中国科学院光电研究院 一种多波长多光轴平行度检测装置及检测方法
CN108051182A (zh) * 2017-11-07 2018-05-18 扬州莱达光电技术有限公司 一种激光分***综合测试设备
CN109374261A (zh) * 2018-11-22 2019-02-22 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 一种基于靶标切换的多光轴一致性检测设备及方法
CN109738160A (zh) * 2018-12-29 2019-05-10 湖北航天技术研究院总体设计所 基于激光通信***的多光轴一致性测试装置及方法
CN110031100A (zh) * 2019-04-30 2019-07-19 中国科学院光电研究院 一种多维度短波红外光谱成像检测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
脉冲激光测距机靶标调向光轴平行性检测方法研究;陈志斌 等;《半导体光电》;20180430;第39卷(第2期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111707449A (zh) 2020-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111707449B (zh) 多谱段光轴平行性测试装置及测试方法
CN109100876B (zh) 多光轴平行调节装置及多光轴平行调节方法
EP1582854B1 (en) System and method for the measurement of optical distortions
CN110146259A (zh) 一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置
US7064817B1 (en) Method to determine and adjust the alignment of the transmitter and receiver fields of view of a LIDAR system
CN109373816A (zh) 一种激光光斑及回波跟踪监测装置
CN101319884B (zh) 基于多波段靶板及旋转反射镜的多光轴一致性测试装置
CN109580177B (zh) 机载三光轴一致性测试组件、***及测试方法
CN105044704B (zh) 高精度星载激光发射机性能综合测试***
CN110487514A (zh) 一种共孔径多光谱光电探测***的光轴平行性校准***
CN101476844B (zh) 载体光电系列现场动态自校准用校准方法和标准靶板
CN108693516B (zh) 一种快速测量激光测距***性能的装置及方法
CN114323571B (zh) 一种光电瞄准***多光轴一致性检测方法
CN208506390U (zh) 用于多个光路***的光轴平行度调节装置
CN110926761A (zh) 一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法
CN108931783B (zh) 一种高精度测量激光测距***性能的装置及方法
CN111442910A (zh) 高精度多光轴一致性测量***及方法
CN209927419U (zh) 一种大口径离轴反射式多光轴一致性定量测试和校准装置
CN209147825U (zh) 一种激光光斑及回波跟踪监测装置
CN109655157A (zh) 一种可见光-红外图谱探测装置及方法
CN211954621U (zh) 高精度多光轴一致性测量***
CN114088351B (zh) 一种多光谱自动校准***
CN106525239B (zh) 光栅式成像光谱仪空间光谱辐射亮度响应度定标装置及方法
CN210322255U (zh) 一种共孔径多光谱光电探测***的光轴平行性校准***
CN114353967B (zh) 低温真空辐射温度参数校准***及校准方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant