專利名稱：多功能光軸平行性校正儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)校正裝置，主要涉及對待校正多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸平行性檢測及校正。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的光軸平行度檢測方法是使用大口徑離軸拋物面反射式平行光管。為了檢測多個光軸的平行度，平行光管的有效口徑必須覆蓋被測的光學(xué)系統(tǒng)。在檢測光學(xué)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的光軸平行度時，焦面上發(fā)出的平行光要同時在發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和瞄準(zhǔn)系統(tǒng)中成像。為了避免遮擋光路，需要采用拋物面結(jié)構(gòu)，使焦點(diǎn)離開光軸。 同時需要采用反射式，使不同波長的光經(jīng)過反射表面后，成像位置不變。圖I為傳統(tǒng)的光軸平行度檢測方法示意圖，I-被測多光軸光學(xué)系統(tǒng)，2-光軸1、11、III…，3-焦面，4-光軸平行性檢測系統(tǒng)(大口徑離軸拋物面反射式平行光管)。由于光學(xué)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)測試方法中采用的大口徑離軸拋物面反射鏡必須滿足以下條件I. 口徑必須能夠包含全部需要校正的光軸，在待校正的系統(tǒng)中如果各光軸之間的距離跨度比較大，則要求的拋物面反射鏡的口徑也比較大2.對拋物面的面形要求比較高，要能夠保證成像質(zhì)量，特別是邊緣光學(xué)表面的質(zhì)量?；谏鲜鰞蓚€條件，拋物面反射鏡的制作成本相當(dāng)高、周期長、合格率低。另外，由于光學(xué)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中有不可見激光測距系統(tǒng)、可見光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)、紅外成像系統(tǒng)等，在使用大口徑離軸拋物面反射式平行光管校正各光軸之間的平行性時，對于不同的系統(tǒng)需要更換光源。由于光波長的不同，反射面的鍍膜也必須適應(yīng)需求。綜上所述，傳統(tǒng)的采用大口徑離軸拋物面反射式平行光管校正光軸平行性具有如下的缺點(diǎn)I.設(shè)備的加工制作復(fù)雜，周期長，成本相當(dāng)高；2.校正過程中需要更換光源等，容易引入人為操作誤差。激光光軸的校正方法操作比較復(fù)雜，會影響測量校正的精度。

實用新型內(nèi)容針對光學(xué)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)光軸平行度檢測校正的需求以及傳統(tǒng)檢測技術(shù)存在的問題，本實用新型提供了一種多功能光軸平行性校正儀，極大地降低了校正設(shè)備的制作安裝成本，且可以靈活配置以適應(yīng)不同的待校正多光軸系統(tǒng)的需求。本實用新型提供的基本技術(shù)方案如下多功能光軸平行性校正儀，其特殊之處在于包括分立的多個平行光管，所述多個平行光管與待校正多光軸系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)一一對應(yīng)；所述多個平行光管分別通過定位塊固定安裝于組合臺上，定位塊中設(shè)置有微調(diào)-鎖緊裝置；每個平行光管均包括⑴準(zhǔn)直物鏡、⑵根據(jù)對應(yīng)的子系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)而選定的十字絲分劃板或分光鏡、以及觀測裝置；對應(yīng)于每個平行光管還分別配置有光源、角錐棱鏡和標(biāo)定反射鏡，作為多功能光軸平行性校正儀的一組標(biāo)定附件；其中，光源也是根據(jù)對應(yīng)的子系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)而選定；當(dāng)標(biāo)定校正各平行光管的自身光軸時，角錐棱鏡設(shè)置于準(zhǔn)直物鏡的前方，光源設(shè)置于十字絲分劃板或分光鏡的后方；當(dāng)標(biāo)定各平行光管光軸之間平行度時，標(biāo)定反射鏡設(shè)置于準(zhǔn)直物鏡的前方，光源設(shè)置于十字絲分劃板或分光鏡的后方；當(dāng)多功能光軸平行性校正儀標(biāo)定后進(jìn)行校正工作時，對應(yīng)的子系統(tǒng)位于準(zhǔn)直物鏡的前方，使得該子系統(tǒng)發(fā)出的光進(jìn)入平行光管內(nèi)依次經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板或分光 鏡后成像，能夠由觀測裝置觀測或探測該成像。例如，當(dāng)上述待校正多光軸系統(tǒng)中包含有電視跟蹤系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)；則各平行光管的主要結(jié)構(gòu)可以設(shè)置如下對應(yīng)于電視跟蹤系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板、毛玻璃和可見光光源、以及設(shè)置于十字絲分劃板反射光路上的觀測目鏡；對應(yīng)于紅外熱成像系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板、毛玻璃和紅外光源、以及設(shè)置于十字絲分劃板反射光路上的觀測裝置；對應(yīng)于激光測距系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的可變衰減片、準(zhǔn)直物鏡、分光鏡和光源、以及設(shè)置于分光鏡反射光路上的四象限探測器和用以根據(jù)四象限探測器的輸出信號計算激光能量中心的偏差的處理電路。關(guān)于上述的多功能光軸平行性校正儀的標(biāo)定方法，包括以下步驟(I)分別校正各平行光管的自身光軸在平行光管的準(zhǔn)直物鏡的前方設(shè)置角錐棱鏡，十字絲分劃板或分光鏡位于準(zhǔn)直物鏡與設(shè)置的光源之間，光源發(fā)出的光經(jīng)角錐棱鏡反射回平行光管內(nèi)，經(jīng)十字絲分劃板或分光鏡后成像，觀測或探測該成像；通過調(diào)整觀測裝置中目鏡的位置，完成該平行光管的自身光軸的校正；(2)針對待校正多光軸系統(tǒng)組裝平行光管將各平行光管通過定位塊安裝固定，并組合安裝于組合臺上，使得各平行光管位置與待校正多光軸系統(tǒng)的各子系統(tǒng)相對應(yīng)，各平行光管光軸之間的距離及位置依據(jù)待校正多光軸系統(tǒng)的各光軸的距離及位置確定；(3)標(biāo)定各平行光管光軸之間平行度所有的標(biāo)定反射鏡的反射面調(diào)整至共面或者平行，并分別與待校正多光軸系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的位置對應(yīng)，形成一個組合式標(biāo)定反射鏡組；各光源發(fā)射的光經(jīng)相應(yīng)的標(biāo)定反射鏡反射回平行光管內(nèi)，經(jīng)十字絲分劃板或分光鏡后成像，通過觀測或探測該成像，調(diào)節(jié)微調(diào)-鎖緊裝置使各平行光管的光軸垂直于相應(yīng)的標(biāo)定反射鏡的反射面，從而實現(xiàn)各平行光管光軸之間相互平行，完成多功能光軸平行性校正儀的標(biāo)定?？紤]到空間限制等因素，上述所有的標(biāo)定反射鏡可以不在同一平面內(nèi)而是平行設(shè)置，本實用新型給出一種簡單的調(diào)整所有的標(biāo)定反射鏡的反射面平行的方法標(biāo)定反射鏡采用帶有兩個平行面的微晶玻璃，兩個平行面分別作為參考面和標(biāo)定反射平面；采用自準(zhǔn)直經(jīng)緯儀將所有參考面調(diào)整至相互平行，即實現(xiàn)所有微晶玻璃的標(biāo)定反射平面(所述標(biāo)定反射鏡的反射面)相互平行。本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)I、避免了大口徑非球面反射鏡的加工風(fēng)險和高額的費(fèi)用，可以滿足大光軸跨度(500mm)的平行性校正的需求。2、可以采用針對性的光源和觀測設(shè)備，因此在校正過程中不需要更換功能模塊，操作簡單有序，不需要反復(fù)調(diào)節(jié)。3、可以靈活配置功能模塊，具有很強(qiáng)的通用性，適應(yīng)不同的待校正多光軸系統(tǒng)的 要求。4、精度(光軸平行度)可以達(dá)到±10"以上。5、本實用新型中，校正用的可見光平行光管可用于分辨率、焦距等的測量。紅外光平行光管可用于測試產(chǎn)品的紅外性能參數(shù)噪聲等效溫差(NETD)、最小可分辨溫差(MRTD)、最小可探測溫差(MDTD)。(具體依校正儀中所配備的平行光管及其它附件而定)。

圖I為傳統(tǒng)的光軸平行度檢測方法示意圖；圖2為本實用新型多功能光軸平行度校正儀的工作示意圖，其中，(a)為正視圖，(b)為(a)的側(cè)視圖；圖3為平行光管自身光軸校準(zhǔn)的示意圖；圖4為可見光平行光管的結(jié)構(gòu)及自身光軸校正原理示意圖；圖5為紅外熱成像平行光管結(jié)構(gòu)及自身光軸校正原理不意圖；圖6為激光光軸接收管結(jié)構(gòu)及自身光軸校正原理示意圖；圖7為平行光管及定位塊安裝示意圖；圖8為調(diào)節(jié)平行光管光軸垂直于標(biāo)定反射平面的示意圖；圖9為結(jié)合光電自準(zhǔn)直儀檢測原理的微晶玻璃反射平面標(biāo)定示意圖；其中(a)為理想情況，(b)為偏差角度的示意圖；圖10為本實用新型多功能校正儀光軸平行性標(biāo)定示意圖。
具體實施方式
本實用新型技術(shù)方案主要有以下特點(diǎn)I.對待校正多光軸系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)的光軸的測量采用各自獨(dú)立對應(yīng)的平行光管。2.通過組合臺將所需的平行光管按照待校正多光軸系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)的光軸之間的跨距、位置，對應(yīng)地組裝在一起。3.可以采用常用的精密標(biāo)定附件校準(zhǔn)測量平行光管的光軸平行度，使組合后的校正儀達(dá)到高精度平行性檢測和校準(zhǔn)的要求。通過標(biāo)定后的校正儀就可以用來檢測和校正待校正多光軸系統(tǒng)的光軸平行度，實現(xiàn)了傳統(tǒng)測試用的大口徑離軸拋物面反射式平行光管的功能并避免了其缺點(diǎn)，同時多功能光軸平行性校正儀中的平行光管還可以用于其它光學(xué)參數(shù)的測量，具有通用性和靈活性的優(yōu)點(diǎn)。以下以待校正多光軸系統(tǒng)包含激光測距系統(tǒng)、電視跟蹤系統(tǒng)(可見光)、紅外熱成像系統(tǒng)為例，即以光學(xué)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中激光測距系統(tǒng)的發(fā)射光軸、電視跟蹤系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)光軸和熱成像系統(tǒng)的熱成像光軸之間的平行度檢測及校正為例，對本實用新型的技術(shù)方案的具體實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。 多功能光軸平行度校正儀中相應(yīng)的平行光管為可見光平行光管、激光光軸接收管、熱成像平行光管，如圖2所示。圖2中，I-待校正多光軸系統(tǒng)，5-平行光管，6-組合臺，7-升降機(jī)構(gòu)，8-衰減片；若待校正多光軸系統(tǒng)還涉及其他子系統(tǒng)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)待校正多光軸系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的要求選擇相應(yīng)的平行光管的種類規(guī)格等。圖3中，9-角錐棱鏡，10-物鏡，11-觀測目鏡，12-十字絲分劃板，13-毛玻璃，14-紅外光源。通過調(diào)整觀測目鏡的位置，使平行光管光源發(fā)射的光經(jīng)角錐棱鏡反射回后成的像和目鏡中觀測到的分劃板上的十字絲相重合即校準(zhǔn)了平行光管自身的光軸，其中自準(zhǔn)直分劃板為校正平行光管光軸平行性提供無窮遠(yuǎn)目標(biāo)。圖4中，10-物鏡，11-觀測目鏡，12-十字絲分劃板，13-毛玻璃，15-可見光光源?？梢姽馄叫泄夤艿淖詼?zhǔn)直分劃板為可見光瞄準(zhǔn)系統(tǒng)校正光軸平行性提供無窮遠(yuǎn)目標(biāo)。圖5中，10-物鏡，12-十字絲分劃板，13-毛玻璃，16-觀測裝置，17-紅外光源。紅外熱成像平行光管用于為紅外熱成像系統(tǒng)提供無窮遠(yuǎn)目標(biāo)，目標(biāo)光源可使用標(biāo)準(zhǔn)黑體或者電爐絲等熱源體。圖6中，18-可變衰減片，19-準(zhǔn)直物鏡，20-分光鏡，21-光源，22-四象限探測器，23-處理電路。激光光軸接收管用于測量激光光軸。激光測距通常采用的是不可見的脈沖激光，激光光軸接收管通過分光鏡將激光成像在四象限探測器上，轉(zhuǎn)換為四路接收電信號，通過處理電路，可以檢測出激光能量中心的偏差，可變衰減片用來調(diào)節(jié)激光的能量，使電信號不飽和，使四路信號可以進(jìn)行大小比較。圖7中，24-定位面，25-光軸，5_平行光管(涉及激光測距系統(tǒng)、電視跟蹤系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng))；右邊為其側(cè)視圖。各平行光管安裝在方形定位塊中，定位塊中有微調(diào)和鎖緊裝置，用來調(diào)整平行光管光軸與定位塊基面間的角位置并鎖緊固定。如圖2所示，以組合臺的形式將安裝于定位塊中的平行光管組合在一起。各平行光管光軸之間的距離及位置依據(jù)被校正系統(tǒng)各光軸的距離與位置確定，通過拼接塊或其它方式固定與調(diào)節(jié)各平行光管的位置。也可以根據(jù)待校正多光軸系統(tǒng)的需要加工適配的固定
>J-U裝直。圖8為調(diào)節(jié)平行光管光軸垂直于反射平面示意圖，10-物鏡，11-觀測目鏡，12-十字絲分劃板，13-毛玻璃，27-微晶玻璃，28-反射面，29-光源。通過各平行光管上的接收裝置觀測反射光形成的像，調(diào)節(jié)光管微調(diào)裝置使各平行光管光軸都垂直于標(biāo)定反射平面，使多功能光軸平行度校正儀中的測量用可見光平行光管，激光光軸接收平行光管，熱成像平行光管之間的光軸相互平行。光電自準(zhǔn)直儀主焦點(diǎn)處光源0發(fā)出的光線經(jīng)過物鏡折射后形成一束平行光。當(dāng)反射鏡面垂直于系統(tǒng)光軸時，平行光經(jīng)鏡面反射后將沿原路線返回，在同一位置0處形成一個影像，見圖9(a)。當(dāng)反射鏡面被傾斜角度a時，反射光將偏轉(zhuǎn)2a。進(jìn)入物鏡后會成像于0'處，見圖9(b)。出射光軸與回射光軸夾角亦是2a，F(xiàn)為焦距。00' = F tg 2 a由于被標(biāo)定的平行光管光軸之間的距離大，且各光管的波長不同，要制作加工一個能覆蓋所有被標(biāo)定平行光管光軸并適應(yīng)不同光波長的大反射平面比較困難。為了解決這個問題，采用對應(yīng)于不同光管的標(biāo)定反射平面的組合，即針對不同的平行光管系統(tǒng)采用不同的反射平面進(jìn)行標(biāo)定，這些反射平面組合起來，可視為一個大的標(biāo)定反射平面。可見光、紅外、激光反射平面都采用微晶玻璃經(jīng)精密加工而成，如圖9所示，35-參考面，36-(可見光、紅外或激光)標(biāo)定反射面，27-微晶玻璃。在每塊微晶玻璃27上加工兩 個高精度平面作為標(biāo)定反射面36和參考面35，二者相互平行。標(biāo)定反射面36按反射可見光、紅外或激光的需要鍍不同的膜，參考面只需反射可見光。圖10為標(biāo)定示意圖，30-標(biāo)定反射平面，31、32、33_微晶玻璃，34-多功能校正儀。通過三塊微晶玻璃來校正多功能校正儀的三個平行光管的光軸平行度。將三塊微晶玻璃組合安裝在組合框內(nèi)，采用自準(zhǔn)直儀校正各微晶玻璃的參考面，使各參考面相互平行，因為每個微晶玻璃的參考面和標(biāo)定反射平面平行，因此可以使各個微晶玻璃的標(biāo)定反射平面相互平行，校正精度高于10"。綜上，該多功能光軸平行性校正儀的標(biāo)定方法，包括以下步驟(I)分別校正各平行光管的自身光軸在平行光管的準(zhǔn)直物鏡的前方設(shè)置角錐棱鏡，十字絲分劃板或分光鏡位于準(zhǔn)直物鏡與設(shè)置的光源之間，光源發(fā)出的光經(jīng)角錐棱鏡反射回平行光管內(nèi)，經(jīng)十字絲分劃板或分光鏡后成像，觀測或探測該成像；通過調(diào)整觀測裝置中目鏡的位置，完成該平行光管的自身光軸的校正；(2)針對待校正多光軸系統(tǒng)組裝平行光管將各平行光管通過定位塊安裝固定，并組合安裝于組合臺上，使得各平行光管位置與待校正多光軸系統(tǒng)的各子系統(tǒng)相對應(yīng)，各平行光管光軸之間的距離及位置依據(jù)待校正多光軸系統(tǒng)的各光軸的距離及位置確定；(3)標(biāo)定各平行光管光軸之間平行度所有的標(biāo)定反射鏡的反射面調(diào)整至共面或者平行，并分別與待校正多光軸系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的位置對應(yīng)，形成一個組合式標(biāo)定反射鏡組；各光源發(fā)射的光經(jīng)相應(yīng)的標(biāo)定反射鏡反射回平行光管內(nèi)，經(jīng)十字絲分劃板或分光鏡后成像，通過觀測或探測該成像，調(diào)節(jié)微調(diào)-鎖緊裝置使各平行光管的光軸垂直于相應(yīng)的標(biāo)定反射鏡的反射面，從而實現(xiàn)各平行光管光軸之間相互平行，完成多功能光軸平行性校正儀的標(biāo)定。檢測及校正工作時，使各平行光管對準(zhǔn)待校正多光軸系統(tǒng)中相應(yīng)的子系統(tǒng)的光軸，這樣，通過標(biāo)定后的校正儀就可以用來檢測及校正待校正多光軸系統(tǒng)的光軸平行度。
權(quán)利要求1.多功能光軸平行性校正儀，其特征在于包括分立的多個平行光管，所述多個平行光管與待校正多光軸系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)一一對應(yīng)；所述多個平行光管分別通過定位塊固定安裝于組合臺上，定位塊中設(shè)置有微調(diào)-鎖緊裝置； 每個平行光管均包括(I)準(zhǔn)直物鏡、(2)根據(jù)對應(yīng)的子系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)而選定的十字絲分劃板或分光鏡、以及觀測裝置； 對應(yīng)于每個平行光管還分別配置有光源、角錐棱鏡和標(biāo)定反射鏡，作為多功能光軸平行性校正儀的一組標(biāo)定附件；其中，光源也是根據(jù)對應(yīng)的子系統(tǒng)的光學(xué)性質(zhì)而選定； 當(dāng)標(biāo)定校正各平行光管的自身光軸時，角錐棱鏡設(shè)置于準(zhǔn)直物鏡的前方，光源設(shè)置于十字絲分劃板或分光鏡的后方； 當(dāng)標(biāo)定各平行光管光軸之間平行度時，標(biāo)定反射鏡設(shè)置于準(zhǔn)直物鏡的前方，光源設(shè)置于十字絲分劃板或分光鏡的后方； 當(dāng)多功能光軸平行性校正儀標(biāo)定后進(jìn)行校正工作時，對應(yīng)的子系統(tǒng)位于準(zhǔn)直物鏡的前方，使得該子系統(tǒng)發(fā)出的光進(jìn)入平行光管內(nèi)依次經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板或分光鏡后成像，能夠由觀測裝置觀測或探測該成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的多功能光軸平行性校正儀，其特征在于 所述待校正多光軸系統(tǒng)中包含有電視跟蹤系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、激光測距系統(tǒng)；則對應(yīng)于電視跟蹤系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板、毛玻璃和可見光光源、以及設(shè)置于十字絲分劃板反射光路上的觀測目鏡； 對應(yīng)于紅外熱成像系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的準(zhǔn)直物鏡、十字絲分劃板、毛玻璃和紅外光源、以及設(shè)置于十字絲分劃板反射光路上的觀測裝置； 對應(yīng)于激光測距系統(tǒng)的平行光管，包括在平行光管光軸上依次設(shè)置的可變衰減片、準(zhǔn)直物鏡、分光鏡和光源、以及設(shè)置于分光鏡反射光路上的四象限探測器和用以根據(jù)四象限探測器的輸出信號計算激光能量中心的偏差的處理電路。
專利摘要本實用新型提供了一種多功能光軸平行性校正儀以及標(biāo)定該校正儀的方法，極大地降低了校正設(shè)備的制作安裝成本，且可以靈活配置以適應(yīng)不同的待校正多光軸系統(tǒng)的需求。該多功能光軸平行性校正儀包括分立的多個平行光管，所述多個平行光管與待校正多光軸系統(tǒng)的多個子系統(tǒng)一一對應(yīng)；所述多個平行光管分別通過定位塊固定安裝于組合臺上，定位塊中設(shè)置有微調(diào)-鎖緊裝置。本實用新型避免了大口徑非球面反射鏡的加工風(fēng)險和高額的費(fèi)用，可以滿足大光軸跨度的平行性校正的需求；可以采用針對性的光源和觀測設(shè)備，因此在校正過程中不需要更換功能模塊，操作簡單有序，不需要反復(fù)調(diào)節(jié)。
文檔編號G01B11/26GK202522207SQ20122011450
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者劉愛敏, 吳易明, 李春艷, 肖茂森, 陸衛(wèi)國 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所