專利名稱：分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)計量領(lǐng)域，涉及一種能夠?qū)Χ喙庾V校軸儀的光軸進行校準的裝置，尤其涉及一種能夠校準分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置。
背景技術(shù)：
多光譜校軸儀可以校準光電系統(tǒng)中激光軸與紅外電視軸、激光軸與可見光電視軸的平行性，因而在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。分立光軸的多光譜校軸儀一般由光軸互相平行的激光光學(xué)通道、紅外光學(xué)通道、可見光學(xué)通道、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，其中三個光學(xué)通道可以按任意方式排列。分立光軸的多光譜校軸儀校準方法還未見報道。目前已有校軸儀一般由共物鏡大口徑平行光管和放在平行光管焦面的各種目標靶組成，其校準方法主要采用經(jīng)緯儀和五棱鏡組合法，校準的參數(shù)主要為靶標的離焦量。 《長春光學(xué)精密機械學(xué)院學(xué)報》第25卷第1期2002年3月，第11頁-13頁刊登了一篇題為“用五棱鏡法調(diào)校平行光管原理的探討”的論文，經(jīng)緯儀和五棱鏡組合法的校準原理是， 在垂直光軸的方向?qū)⑽謇忡R從校軸儀一側(cè)邊緣拉動到另一側(cè)邊緣，再利用經(jīng)緯儀觀察校軸儀目標靶所成像的跳動量，由此獲得校軸儀的平行性。但是，該校準方法的使用前提是，校軸儀只能有一個光軸發(fā)光，因而也只能校準共物鏡的校軸儀，而不能校準分立光軸的多光譜校軸儀；此外，采用這類校準原理的校軸儀自身不具備自校準功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶有自校準功能且能夠校準分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置。為解決所述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的校準裝置包括含有光源、目標靶和準直物鏡的平行光管，半透半反鏡，激光器，平面反射鏡，顯示器和含有電十字生成電路的CCD攝像機；所述目標靶采用能同時透過紅外光和可見光的光學(xué)材料制作；所述平行光管的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的紅外通道和可見光通道并固定在一個支撐框架上；所述半透半反鏡和CCD攝像機均集成在所述平行光管中，CCD攝像機的光軸與平行光管的光軸垂直且其物點位于平行光管的等效焦點處，CCD攝像機通過數(shù)據(jù)線與平行光管之外的所述顯示器連接，顯示器顯示所述電十字生成電路產(chǎn)生的電十字，電十字的中心位置與CCD攝像機的光敏面中心像素位置相對應(yīng)，半透半反鏡與平行光管的光軸成45°夾角，其面對所述目標靶的工作面上鍍有增透紅外和可見光的光學(xué)膜層，而面對CCD攝像機的工作面上鍍有反射可見光的光學(xué)膜層；所述目標靶由光源照射后其十字分劃線經(jīng)所述半透半反鏡透射后由準直物鏡準直成平行光束后由平行光管出射，而進入平行光管的可見光經(jīng)半透半反鏡的反射后由CCD攝像機成像在其光敏面上，所述激光器固定在所述平行光管的外框上且激光出射方向與平行光管的平行光束出射方向相同且平行，激光器的激光軸與被測校軸儀的激光通道正對且出光口外圍端面安裝有環(huán)狀倍頻片，進行自校準時，平面反射鏡通過支架垂直正對平行光管和激光器的出射光束。
本發(fā)明校準裝置還包括一個升降組件，所述平行光管的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的可見光、紅外和激光通道且所述準直物鏡為卡塞格林物鏡，所述激光器集成在平行光管中且激光器的外殼高度低于中心光路，所述支撐框架底部設(shè)有通槽且該通槽位于準直物鏡與平行光管的端口之間；所述升降組件含有升降座和回收箱，回收箱近似抽屜形狀且固連在所述系統(tǒng)支撐框架的下端面，升降座的底端面固連在回收箱的底板上且整體能夠被回收箱所收納，所述平面反射鏡垂直固連在升降座的上端面，當(dāng)旋動升降座的手輪時，升降座帶動平面反射鏡沿著所述通槽插入或退出所述平行光管的光路中，平面反射鏡的最終升高位置應(yīng)滿足其上端面高于平行光管的光軸，而在退出平行光管的光路時應(yīng)全部回縮到回收箱的內(nèi)部。本發(fā)明校準裝置中采用了能夠同時包容被測校軸儀可見光、紅外和激光通道的大口徑平行光管，通過平面反射鏡對平行光管中的目標靶和激光器的激光束進行自準反射， 實現(xiàn)了校準裝置中紅外光軸、可見光軸和激光光軸之間的光束平行性自校準；在自校準狀態(tài)下，依次將被測校軸儀的紅外通道或者可見光通道對準本發(fā)明校準裝置中的目標靶，并在每次對準后，用本發(fā)明中的激光器向被測校軸儀的激光通道發(fā)射激光，最終通過被測校軸儀的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解算，獲得被測校軸儀紅外通道與激光通道、可見光通道與激光通道的光軸平行性偏差，從而使本發(fā)明實現(xiàn)了對分立光軸多光譜校軸儀的校準。此外， 本發(fā)明具有校準方法簡單、校準結(jié)果客觀、可靠等特點。


圖1是本發(fā)明校準裝置第一實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖2是本發(fā)明校準裝置第二實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。圖3是本發(fā)明校準裝置第三實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步的詳述。參見圖1，本發(fā)明第一優(yōu)選實施例的校準裝置包括平行光管5、半透半反鏡3、激光器4、平面反射鏡6、顯示器7、(XD攝像機8、三腳架9和系統(tǒng)支撐框架10。平行光管5含有光源1、目標靶2和物鏡，光源1為鹵鎢燈；物鏡為雙膠合物鏡，目標靶2由能夠透射可見和紅外光的硫化鋅材料制作，其中心位置刻有十字分劃。平行光管5固定在系統(tǒng)支撐框架10 上，系統(tǒng)支撐框架10安裝在三腳架9上。平行光管5的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的紅外和可見光通道。半透半反鏡3和CXD攝像機8均集成在平行光管5的殼體中。CXD攝像機8帶有成像鏡頭、CXD探測器和電十字生成電路，CXD攝像機8的光軸與平行光管5的光軸垂直，CXD攝像機8通過數(shù)據(jù)線與平行光管5之外的顯示器7連接。電十字生成電路產(chǎn)生的電十字顯示在顯示器7上，電十字的中心位置與CXD探測器光敏面的中心像素位置相對應(yīng)。CCD探測器光敏面中心像素和平行光管5物鏡的等效焦點分別為成像鏡頭的一對共軛物點和像點。半透半反鏡3與平行光管的光軸成45°夾角且通過支架固定在目標靶 2和物鏡之間。半透半反鏡3在面對目標靶2的工作面上鍍有增透紅外和可見光的光學(xué)膜層，在面對CCD攝像機8的工作面上鍍有反射可見光的膜層。目標靶2由光源1照射后其十字分劃線經(jīng)半透半反鏡3透射后由物鏡準直成平行光束后由平行光管5出射，而進入平
4行光管5的可見光經(jīng)半透半反鏡3的反射后，再經(jīng)CXD攝像機8的成像物鏡成像到CXD探測器的光敏面上。平面反射鏡6采用K9光學(xué)玻璃制作，其面形PV值為0.06 μ m。激光器的工作波長為1. 064 μ m。激光器4由螺栓固定在平行光管5的外框上，其光軸位置與被測校軸儀的激光通道的中心大致正對。激光器4的激光出射方向與平行光管5的平行光束出射方向相同且平行。平面反射鏡6架在一個穩(wěn)固的支架上。采用本優(yōu)選實施例進行校準工作時，先由任意形式的支架把平面反射鏡6固定在平行光管5的正前方且平面反射鏡的高度應(yīng)超過激光器4的出光口高度。在激光器4出光口外環(huán)端面安裝一個環(huán)狀的倍頻片。然后，點亮光源1，目標靶2的十字分劃經(jīng)平行光管5 的物鏡準直為平行光束并照射到平面反射鏡6上。由平面反射鏡6反射的光束再經(jīng)平行光管5的物鏡會聚，該會聚光束經(jīng)半透半反鏡3折轉(zhuǎn)90°后最終會聚到CCD攝像機8的靶面上并通過顯示器7顯示。調(diào)節(jié)平面反射鏡6的姿態(tài)，直至目標2的十字分劃自準像與顯示器 7上的電十字絲重合。此時認為平行光管5發(fā)出的平行光束與反射鏡6垂直。然后，打開激光器4的電源，激光器4發(fā)射的激光束照射平面反射鏡6并被其反射，微調(diào)激光器4的姿態(tài)， 直至反射回的激光束在倍頻片上產(chǎn)生的光斑由外向內(nèi)移動并進入激光器4的出光口，此時認為激光器4的出射光束與平面反射鏡6垂直。至此，本發(fā)明校準裝置已完成自校準過程， 出射的激光光束與平行光管5發(fā)出的平行光束平行，本發(fā)明的校準裝置已處于工作狀態(tài)。由于1. 064 μ m激光器的出射光束為近紅外光束，在進行上述步驟的過程中，需要在激光器4的出光口外圍安裝一個環(huán)狀的倍頻片進行觀察。當(dāng)對被測校軸儀進行校準時，被測校軸儀的可見通道光源點亮，發(fā)射平行光束，光束照射進入平行光管5，會聚在目標靶2和CCD攝像機8的光敏面上。如果被測校軸儀與平行光管5對準，則被測校軸儀的可見通道目標會成像在CXD攝像機8光敏面的中心處，顯示器7上被測校軸儀的目標像中心與顯示器7上的電十字重合；如果沒有對正，則調(diào)整被測校軸儀的姿態(tài)，直到被測校軸儀的可見通道目標成像在CCD攝像機8光敏面的中心處。然后，激光器4發(fā)射激光，照射進入被測校軸儀的激光通道。由被測校軸儀的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)解算，即可求出被測校軸儀可見通道與激光通道的平行性偏差。被測校軸儀的紅外通道與激光通道的平行性校準采用相同的方法進行，先把被測校軸儀的紅外通道的光源點亮，發(fā)射平行光束，光束照射進入平行光管5，會聚在目標靶2的中心和CCD攝像機8的光敏面中心上。剩下的處理步驟與可見光的處理步驟相同。被測系統(tǒng)的紅外通道雖然發(fā)射紅外光束，但同時必定也有可見波段的光束，因此CCD攝像機8能夠?qū)ζ溥M行探測。根據(jù)圖2所示，本發(fā)明第二優(yōu)選實施例與第一優(yōu)選實施例的不同之處是，平行光管采用了由帶孔反射主鏡5-1和反射次鏡5-2組成的卡賽格林式平行光管，其中，帶孔反射主鏡5-1為拋物面鏡，反射次鏡5-2為雙曲面鏡。根據(jù)圖3所示，本發(fā)明第三優(yōu)選實施例與第二優(yōu)選實施例的不同之處是，平行光管5的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的可見光、紅外和激光通道；并增加了一個升降組件。平面反射鏡6放置在平行光管5的殼體中且位于反射次鏡5-2的外側(cè)即遠離目標靶2 的一側(cè)，激光器4位于反射主鏡5-1和平面反射鏡6之間的任意位置，激光器4的外殼高度不能阻擋中心光路。在平行光管5和系統(tǒng)支撐框架10底部設(shè)有位置與平面反射鏡6位置對應(yīng)的通槽，平面反射鏡可以由這個通槽穿入光路。升降組件含有升降座11和回收箱12， 回收箱12近似抽屜形狀且固連在系統(tǒng)支撐框架10的下端面，升降座11選用北京卓立漢光儀器有限公司的hlix TSMV60-1S型升降座，其通過與手輪相連的螺桿驅(qū)動剪式連接的支桿實現(xiàn)升降功能。升降座11的底端面固連在回收箱12的底板上且整體可被回收箱12所收納。平面反射鏡6垂直固連在升降座11的上端面，當(dāng)旋動升降座11的手輪時，升降座11 帶動平面反射鏡6沿著通槽插入或退出平行光管5的光路，平面反射鏡6的最終升高位置應(yīng)滿足其上端面高于平行光管5的光軸，而在退出光路時應(yīng)全部回縮到回收箱12的內(nèi)部。采用本優(yōu)選實施例進行校準工作時，大體步驟與第一優(yōu)選實施例的步驟相同，所不同的是，校準前，首先要旋動升降座11的手輪，使平面反射鏡6升高到最高高度，自校準工作完成后，再反向旋動升降座11的手輪，使升降座帶著平面反射鏡6全部下降到回收箱 12中。本發(fā)明裝置使用的激光器4的波段為0. 532μπι或0.633μπι或1.064μπι或 1. 54 μ m。
權(quán)利要求
1.一種分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置，包括含有光源(1)、目標靶( 和準直物鏡的平行光管(5)，其特征在于還包括半透半反鏡(3)、激光器G)、平面反射鏡(6)、顯示器 (7)和含有電十字生成電路的CCD攝像機(8)，所述目標靶( 采用能同時透過紅外光和可見光的光學(xué)材料制作；所述平行光管(5)的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的紅外通道和可見光通道并固定在一個支撐框架(10)上；所述半透半反鏡C3)和CXD攝像機(8)均集成在所述平行光管( 中，CCD攝像機(8)的光軸與平行光管( 的光軸垂直且其物點位于平行光管(5)的等效焦點處，CCD攝像機(8)通過數(shù)據(jù)線與平行光管( 之外的所述顯示器 (7)連接，顯示器(7)顯示所述電十字生成電路產(chǎn)生的電十字，電十字的中心位置與CCD攝像機(8)的光敏面中心像素位置相對應(yīng)，半透半反鏡C3)與平行光管(5)的光軸成45°夾角，其面對所述目標靶( 的工作面上鍍有增透紅外和可見光的光學(xué)膜層，而面對CCD攝像機(8)的工作面上鍍有反射可見光的光學(xué)膜層；所述目標靶O)由光源(1)照射后其十字分劃線經(jīng)所述半透半反鏡C3)透射后由準直物鏡準直成平行光束后由平行光管(5)出射， 而進入平行光管( 的可見光經(jīng)半透半反鏡C3)的反射后由CCD攝像機(8)成像在其光敏面上，所述激光器(4)固定在所述平行光管(5)的外框上且激光出射方向與平行光管(5) 的平行光束出射方向相同且平行，激光器的激光軸與被測校軸儀的激光通道正對且出光口外圍端面安裝有環(huán)狀倍頻片，進行自校準時，平面反射鏡(6)通過支架垂直正對平行光管(5)和激光器⑷的出射光束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置，其特征在于所述激光器的工作波長為1. 064 μ m或0. 532 μ m或0. 633 μ m或1. 54 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置，其特征在于所述準直物鏡選用卡塞格林物鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置，其特征在于還包括一個升降組件，且所述平行光管(5)的口徑應(yīng)能夠同時包容被測校軸儀的可見光、紅外和激光通道，所述激光器(4)集成在平行光管(5)中且激光器(4)的外殼高度不能阻擋中心光路，所述支撐框架(10)底部設(shè)有通槽且該通槽位于準直物鏡與平行光管(5)的端口之間； 所述升降組件含有升降座(11)和回收箱(12)，回收箱(1 近似抽屜形狀且固連在所述系統(tǒng)支撐框架(10)的下端面，升降座(11)的底端面固連在回收箱(1 的底板上且整體能夠被回收箱(1 所收納，所述平面反射鏡(6)垂直固連在升降座(11)的上端面，當(dāng)旋動升降座(11)的手輪時，升降座(11)帶動平面反射鏡(6)沿著所述通槽插入或退出所述平行光管(5)的光路中，平面反射鏡(6)的最終升高位置應(yīng)滿足其上端面高于平行光管(5)的光軸，而在退出平行光管(5)的光路時應(yīng)全部回縮到回收箱(1 的內(nèi)部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種分立光軸多光譜校軸儀的校準裝置，屬于光學(xué)計量領(lǐng)域。半透半反鏡、激光器和CCD攝像機均集成在平行光管中，CCD攝像機的光軸與平行光管的光軸垂直且其物點位于平行光管的等效焦點處，CCD攝像機產(chǎn)生的電十字通過顯示器顯示。自校準時，平行光管的出射光束垂直照射到平面反射鏡，經(jīng)反射后在顯示器上形成自準像；對校軸儀進行校準測量時，在被測校軸儀的紅外或可見光通道對準平行光管后，用激光器對準被測校軸儀的激光通道照射激光，經(jīng)后者的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)獲得激光與紅外通道或激光與可見光通道的平行性偏差。本發(fā)明適用于校準分立光軸多光譜校軸儀，具有校準方法簡單、校準結(jié)果客觀、可靠等特點。
文檔編號G01B11/27GK102288137SQ201110188758
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者吳李鵬, 姜昌錄, 康登魁, 張博妮, 楊紅, 汪建剛, 鄭雪, 郭羽, 馬世幫 申請人:中國兵器工業(yè)第二○五研究所