CN114088350A - 一种分口径光轴校准装置、方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明一种分口径光轴校准装置、方法及应用，属于光电探测***光轴校准技术领域；包括抛物镜、次镜、靶板和复合光源，抛物镜和次镜采用离轴设计，并通过结构支撑件固定，共同组成校轴装置的光学光管；靶板位于光学镜头焦面位置，复合光源位于靶板后，紧贴靶板设置。靶板通过其表面的激光红外光学转换材料实现吸收和转化，形成红外可观测的目标点；并在靶板中心雕刻圆形通孔，圆孔周围雕刻满天星或四杆靶图案，作为校轴装置基准；能够对激光像斑进行匀化，减小光束质量差造成的光轴一致性校准偏差；本发明的双离轴共面光学设计，装调简易。具备小型化、轻量化特点，可满足光电载荷平台在线校轴和维护地面校准的使用需求。
Description
技术领域
本发明属于光电探测***光轴校准技术领域，具体涉及一种分口径光轴校准装置、方法及应用。
背景技术
随着光电探测技术的不断发展，激光测距和红外成像等多功能集成的光电探测***广泛应用在各种现代化武器装备平台。如机载光电雷达、光电吊舱、车载光电瞄准装备等。在现代军用光电武器装备中，一般都包含有红外、激光等多个光学通道，能够完成对目标的搜索、探测、识别、观察、瞄准和激光照射等功能。在军事应用中由于温度变化，平台振动等因素的影响，光电探测***的各光学通道瞄准线会产生变化，引起光轴偏差和瞄准误差。因此，不仅需要在地面维护过程中对光轴一致性进行检测，同时需要在平台使用过程实时进行光轴一致性校准。
光电探测设备往往包含多个分立的光学通道，例如美国L-3Wescam公司MX系列光电产品、以色列Spectro XR光电转塔等等，同时对各光学通道光轴校准存在一定困难，所需的校轴装置体积巨大，很难随平台实时工作。如何以小的体积代价实现分立口径的光轴校准是目前面临的首要难题。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种分口径光轴校准装置、方法及应用，装置中的抛物镜和次镜采用离轴设计，共同组成校轴装置的光学光管；复合光源设置于靶板后端面，作为校轴***的光源；具备校准精度高、全波段、小型化、易装调、消热差等特点，是光电探测设备地面维护和平台实时校准的有效途径。
本发明的技术方案是：一种分口径光轴校准装置，其特征在于：包括抛物镜1、次镜2、靶板3和复合光源4，所述抛物镜1和次镜2采用离轴设计，并通过结构支撑件固定，共同组成校轴装置的光学光管；靶板3位于光学镜头焦面位置，复合光源4位于靶板3后，紧贴靶板3设置。
本发明的进一步技术方案是：所述次镜2不得遮挡位于其两侧的被测光电产品的光学口径。
本发明的进一步技术方案是：所述抛物镜1、次镜2与其结构支撑件为相同金属材料。
本发明的进一步技术方案是：所述靶板3作为测试***基准，采用圆形或方形的薄金属片，厚度≤3mm；其表面喷涂激光红外光学转换材料，能够将激光照射的能量进行吸收转换，形成红外可观测的点圆像；
所述靶板3中心雕刻圆形通孔，作为校轴装置的零位基准；通孔直径D尺寸区间需满足:
其中，f校轴装置为校轴装置光学焦距，f被测产品被测产品红外光学焦距，M为被测产品红外探测器像元尺寸。
本发明的进一步技术方案是：所述靶板3的最优厚度为1±0.3mm。
本发明的进一步技术方案是：所述激光红外光学转换材料为是酚醛树脂或聚酰亚胺。
本发明的进一步技术方案是：所述靶板3的圆孔周围雕刻满天星或四杆靶图案，用于被测产品与校轴装置的粗对准。
本发明的进一步技术方案是：所述复合光源4具备热致发光功能，能够辐射0.4μm-14μm宽谱光波；作为校轴***的光源，通过照射所述靶板3形成点像或满天星、四杆靶图案，作为校轴装置基准。
一种分口径光轴校准装置进行激光和红外光学传感器光轴一致性的校准方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将被测光电探测设备的激光和红外光学口径分别瞄向所述抛物镜1的两侧离轴区域，由被测光电探测设备红外传感器观测校轴装置内的靶板3，通过靶板3的雕刻图案进行自检和光学对准，即将观测到的点目标像通过产品姿态调整至观测视场中心；
步骤二：由被测光电探测设备激光通道发射激光，依次通过所述抛物镜1、次镜2在靶板3上聚焦，经靶板3表面激光红外光学转换材料吸收和转化，形成红外可观测的目标点；
步骤三：被测光电探测设备观测目标点与观测视场中心的实际偏差，得到产品自身激光和红外光轴的误差，然后由被测光电探测设备实现光轴校准。
一种分口径光轴校准装置的应用，其特征在于：所述校准装置能够用于光电探测设备的激光和红外光学传感器光轴一致性的校准，所述光电探测设备包括光电转塔、光电吊舱、光电雷达、车载光电瞄准装备。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1.本发明所用靶板为光电转换靶，通过其表面的激光红外光学转换材料实现吸收和转化，形成红外可观测的目标点；并在靶板中心雕刻圆形通孔，圆孔周围雕刻满天星或四杆靶图案，作为校轴装置基准；能够对激光像斑进行匀化，减小光束质量差造成的光轴一致性校准偏差；
2.本发明采用全反射式光学设计，抛物镜、次镜采用与结构支撑件相同材料，可进一步减小本装置的物理尺寸，降低装调难度，并实现全温范围和全光谱范围的工作能力；
3.本发明的双离轴共面光学设计，装调简易。具备小型化、轻量化特点，可满足光电载荷平台在线校轴和维护地面校准的使用需求。
4.在对光电探测设备的激光和红外光学传感器光轴一致性校准校准时，将被测光电探测设备的激光和红外光学口径分别瞄向抛物镜的两侧离轴区域，通过靶板的雕刻图案进行自检和光学对准，实现指向中心瞄准；由被测光电探测设备激光通道发射激光，依次通过所述抛物镜、次镜在靶板上聚焦，靶板特殊的表面材质经过吸收和转化，形成红外可观测的目标点。被测光电探测设备观测目标点与观测视场中心的实际偏差，可得到产品自身激光和红外光轴的误差，然后现光轴校准；校准过程简单易于操作，且校准精度高，能够搭载于光电探测设备上进行在线光轴校准，也可用于离线维护状态下产品光轴一致性的检验。
5.如图3所示，各视场的MTF均接近衍射极限，这保证能够获得高分辨率的图像信息，校轴精度高。从图4可以看出，各视场的弥散斑均方值RMS直径最大不超过10μm，保证激光转化的红外图像小于单个图像像素，提高校准精度。
6.本发明能够广泛应用于军用和民用光电转塔、光电吊舱、光电雷达等具备多光学传感器的光电探测产品。
附图说明
图1是本发明分口径光轴校准装置原理图。
图2是本发明分口径光轴校准装置工作光路图。
图3是本发明校轴装置光学***的MTF图。
图4是本发明校轴装置光学***的点列图。
附图标记说明：1.抛物镜、2.次镜、3.靶板、4.复合光源。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，以本发明分口径光轴校准装置典型参数为例：包括抛物镜1、次镜2、靶板3和复合光源4，所述抛物镜1和次镜2采用离轴设计，并通过结构支撑件固定，共同组成校轴装置的光学光管，次镜2不得遮挡位于其两侧的被测光电产品的光学口径；靶板3位于光学镜头焦面位置，复合光源4位于靶板3后，紧贴靶板3设置。
离轴抛物镜1与次镜2组成校轴装置光学镜头，焦距f＝400mm，F数8；且抛物镜1、次镜2与其结构支撑件为相同金属材料。
采用金钢石车削工艺制作光学镜面，材料为能够作为光学反射镜的金属或复合材料。
所述靶板3作为测试***基准，采用圆形或方形的薄金属片，厚度≤3mm，最优厚度为1±0.3mm；其表面喷涂激光红外光学转换材料，如酚醛树脂或聚酰亚胺，能够将激光照射的能量进行吸收转换，形成红外可观测的点圆像；
所述靶板3中心雕刻圆形通孔，作为校轴装置的零位基准；通孔直径D尺寸区间需满足:
其中，f校轴装置为校轴装置光学焦距，f被测产品被测产品红外光学焦距，M为被测产品红外探测器像元尺寸。靶板3的圆孔周围雕刻满天星或四杆靶图案，用于被测产品与校轴装置的粗对准。
所述的复合光源4典型材料采用热阻丝，可辐射0.4μm-14μm宽谱光波。作为校轴***的光源，通过照射所述靶板3形成点像或满天星、四杆靶图案，作为校轴装置基准。
图2为分口径校轴装置光轴校准过程光线光路追迹，具体的光轴校准方法：
步骤1：被测试产品发射激光脉冲，以离轴方式照射所述抛物镜1、次镜2反射至靶板3，经过靶板3表面涂覆的激光红外光学转换材料将激光光源转换至3μm-14μm的红外辐射像；
步骤2：被测试产品红外探测传感器对准分口径光轴校准装置所述述抛物镜1的另一侧离轴区域，通过观测所述靶板3上激光转换的红外辐射像，记录激光转化像在成像区域的方位信息；。
步骤3：被测试产品通过软件修正校准“激光转化像与理论图像中心的偏差”。
图3为本发明分口径光轴校准装置传递函数MTF图。如图3所示，各视场的MTF均接近衍射极限。这保证能够获得高分辨率的图像信息，校轴精度高。
图4为本发明多光谱自动校准***的点列图。从图4可以看出，各视场的弥散斑均方值RMS直径最大不超过10μm。保证激光转化的红外图像小于单个图像像素，提高校准精度。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种分口径光轴校准装置，其特征在于：包括抛物镜(1)、次镜(2)、靶板(3)和复合光源(4)，所述抛物镜(1)和次镜(2)采用离轴设计，并通过结构支撑件固定，共同组成校轴装置的光学光管；靶板(3)位于光学镜头焦面位置，复合光源(4)位于靶板(3)后，紧贴靶板(3)设置。
2.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述次镜(2)不得遮挡位于其两侧的被测光电产品的光学口径。
3.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述抛物镜(1)、次镜(2)与其结构支撑件为相同金属材料。
4.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述靶板(3)作为测试***基准，采用圆形或方形的薄金属片，厚度≤3mm；其表面喷涂激光红外光学转换材料，能够将激光照射的能量进行吸收转换，形成红外可观测的点圆像；
所述靶板(3)中心雕刻圆形通孔，作为校轴装置的零位基准；通孔直径D尺寸区间需满足:
其中，f校轴装置为校轴装置光学焦距，f被测产品被测产品红外光学焦距，M为被测产品红外探测器像元尺寸。
5.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述靶板(3)的最优厚度为1±0.3mm。
6.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述激光红外光学转换材料为是酚醛树脂或聚酰亚胺。
7.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述靶板(3)的圆孔周围雕刻满天星或四杆靶图案，用于被测产品与校轴装置的粗对准。
8.根据权利要求1所述分口径光轴校准装置，其特征在于：所述复合光源(4)具备热致发光功能，能够辐射0.4μm-14μm宽谱光波；作为校轴***的光源，通过照射所述靶板(3)形成点像或满天星、四杆靶图案，作为校轴装置基准。
9.一种权利要求1所述分口径光轴校准装置进行激光和红外光学传感器光轴一致性的校准方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：将被测光电探测设备的激光和红外光学口径分别瞄向所述抛物镜(1)的两侧离轴区域，由被测光电探测设备红外传感器观测校轴装置内的靶板(3)，通过靶板(3)的雕刻图案进行自检和光学对准，即将观测到的点目标像通过产品姿态调整至观测视场中心；
步骤二：由被测光电探测设备激光通道发射激光，依次通过所述抛物镜(1)、次镜(2)在靶板(3)上聚焦，经靶板(3)表面激光红外光学转换材料吸收和转化，形成红外可观测的目标点；
步骤三：被测光电探测设备观测目标点与观测视场中心的实际偏差，得到产品自身激光和红外光轴的误差，然后由被测光电探测设备实现光轴校准。
10.一种权利要求1所述分口径光轴校准装置的应用，其特征在于：所述校准装置能够用于光电探测设备的激光和红外光学传感器光轴一致性的校准，所述光电探测设备包括光电转塔、光电吊舱、光电雷达、车载光电瞄准装备。
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|---|---|
| CN (1) | CN114088350B (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211951B1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-04-03 | Litton Systems, Inc. | Boresight alignment method |
| CN101118156A (zh) * | 2007-09-07 | 2008-02-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 检测激光与可见光***光轴平行性的装置 |
| JP2010216679A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 光軸校正装置 |
| CN102288137A (zh) * | 2011-07-06 | 2011-12-21 | 中国兵器工业第二○五研究所 | 分立光轴多光谱校轴仪的校准装置 |
| CN202511766U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-10-31 | 王刚 | 反射式多光谱、共光路光轴检测装置 |
| CN103353285A (zh) * | 2013-07-23 | 2013-10-16 | 中国人民解放军总装备部军械技术研究所 | 平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法 |
| CN110146259A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-08-20 | 四川长九光电科技有限责任公司 | 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 |
| CN110926761A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-03-27 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法 |
-
2021
- 2021-10-01 CN CN202111167029.5A patent/CN114088350B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6211951B1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-04-03 | Litton Systems, Inc. | Boresight alignment method |
| CN101118156A (zh) * | 2007-09-07 | 2008-02-06 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 检测激光与可见光***光轴平行性的装置 |
| JP2010216679A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Hitachi Kokusai Electric Inc | 光軸校正装置 |
| CN102288137A (zh) * | 2011-07-06 | 2011-12-21 | 中国兵器工业第二○五研究所 | 分立光轴多光谱校轴仪的校准装置 |
| CN202511766U (zh) * | 2011-12-06 | 2012-10-31 | 王刚 | 反射式多光谱、共光路光轴检测装置 |
| CN103353285A (zh) * | 2013-07-23 | 2013-10-16 | 中国人民解放军总装备部军械技术研究所 | 平台光电仪器的多光轴一致性检测装置及其检测方法 |
| CN110146259A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-08-20 | 四川长九光电科技有限责任公司 | 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 |
| CN110926761A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-03-27 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | 一种机载光电瞄准***检测的大口径平行光管及检测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 柏公欣: "激光瞄具多轴一致性检测***研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》, no. 03, pages 10 - 11 * |
| 马世帮;杨红;杨照金;郭羽;康登魁;: "光电***多光轴平行性校准方法的研究", 应用光学, no. 05, pages 917 - 921 * |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114088350B (zh) | 2023-10-24 |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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