[發明專利]一種無光源光軸校準裝置及方法

在審

• 申請號: 202111433960.3
• 申請日: 2021-11-29
• 公開（公告）號: CN114326136A
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 余永朝;王海濤;孫鋼波;黃經偉
• 申請（專利權）人: 武漢華中天經通視科技有限公司
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G02B27/34
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 劉念濤

本發明公開了一種無光源光軸校準裝置及方法，包括設置在激光器出射光路上的平行光管和位于平行光管后方采用紅外上轉換材料的靶板，激光光束經平行光管成像匯聚于靶板，一部分被靶板吸收引起局部溫度升高形成中波紅外光斑，一部分經紅外上轉換材料的反斯托克斯效應轉換為可見光光斑，供中波紅外熱像儀、可見光/近紅外電視觀察，最終實現激光通道為可見光/近紅外電視和中波紅外熱像儀提供光源、可見光/近紅外電視和中波紅外熱像儀探測激光光斑位置。

技術領域

本發明涉及包含激光的多波段光軸校準技術領域，具體涉及一種無光源光軸校準裝置，以及光軸校準方法。

背景技術

光電設備通常具有可見光/近紅外(400m～900m)、中波紅外(3.7μm～4.8μm)、激光(850nm、1064nm、1533/1553nm)等多個工作波段。光電設備多個工作波段的通道之間的光軸一致性是一個重要性能指標。雖然可以通過設計盡量消除光軸偏離，但由于通道中存在運動組件、載體的劇烈震動、光學通道熱膨脹不一致等各種因素的存在，導致各個通道之間的光軸仍然可能相互偏離。因此在使用過程中需要對工作在不同波段的多個光學通道的光軸一致性進行校準，確保光軸的夾角在可接受的范圍內。

現有的光軸校準裝置通常為有源工作的技術方案，設置有平行光管(或大焦距球面鏡)、可見光/近紅外照明光源、中波紅外照明光源(熱源)以及激光光斑位置探測器，其工作原理一般為：激光光斑探測光路與可見光/近紅外和中波紅外光路的光軸一致性已經過校準。通過可見光、中波紅外光源照明的靶板位于平行光管焦面處，成像到無窮遠。激光光斑探測器的靶面也位于平行光管焦面處。不同波段光路通過分光鏡進行耦合和分光。

現有光軸校準裝置有源工作的技術方案可以實現較高的校軸精度，但也存在以下缺點：需要照明光源、激光探測器等有源部件及相應驅動控制電路，成本較高、體積和重量較大、可靠性較低；光軸校準裝置自身內部各波段之間的光軸一致性存在一定誤差，且該誤差隨溫度變化、振動等環境因素影響而逐漸變大。

發明內容

針對現有技術中的上述缺點，本發明的目的之一是提供一種無光源光軸校準裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種無光源光軸校準裝置，包括設置在激光器出射光路上的平行光管和位于平行光管后方的靶板，所述的靶板采用紅外上轉換材料，激光光束經平行光管成像匯聚于靶板，一部分被靶板吸收引起局部溫度升高形成中波紅外光斑，一部分經紅外上轉換材料的反斯托克斯效應轉換為可見光光斑。

進一步，所述的紅外上轉換材料為稀土的硫化物或氟化物。

本發明的目的之二是提供一種無光源光軸校準方法，包括如下步驟：

將從可見光/近紅外成像通道看到的可見光光斑與圖像正中心的偏移作為偏離脫靶量大小Δx_TV、Δy_TV，該脫靶量與可見光/近紅外成像通道與激光通道的光軸一致性誤差成正比，根據像元尺寸d_TV、可見光/近紅外成像通道焦距f_TV，通過如下公式計算出可見光/近紅外成像通道與激光通道的光軸一致性誤差θ_xTV、θ_yTV：

將從中波紅外成像通道看到的中波紅外光斑與圖像正中心的偏移作為偏離脫靶量大小Δx_IR、Δy_IR，該脫靶量與中波紅外成像通道與激光通道的光軸一致性誤差成正比，根據像元尺寸d_IR、中波紅外成像通道焦距f，通過如下公式計算出中波紅外成像通道與激光通道的光軸一致性誤差θ_xIR、θ_yIR：