專利名稱：可見與紅外光波光軸平行度檢測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學檢測儀，特別涉及一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀。
背景技術：
由于光學檢測需要，某些光學儀器需要工作于可見與紅外復合波段；影響這些儀器性 能的一個主要技術指標就是可見與紅外光波光軸的平行度，為保證這些儀器正常工作需要 對可見與紅外光波光軸的平行度進行嚴格控制。目前對可見與紅外光波光軸的平行度指標 的控制手段是用一張白紙在可見光焦點處作標記為A，用紅外光在白紙上燒出一個黑斑標 記為B，測量A和B的距離再換算成可見與紅外光波光軸的平行度，這種檢測手段精度低、 風險大只適于粗控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對現(xiàn)有可見與紅外光波光軸的平行度檢測手段精度低、 風險大，只適于粗控制的缺點，提供一種高精度、低風險能實現(xiàn)精確控制的可見與紅外光 波光軸平行度檢測儀。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是 一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀， 其特征在于
可見光部分的光學組件包括主鏡8、紅外分光鏡9、次鏡IO、標準平面鏡ll、可見光組件 14;可見光組件14包含有可見光源14-1，十字分劃板14-2,分光鏡14-3，可見光CCD144; 可見光源14-1發(fā)出的可見光經(jīng)過十字分劃板14-2照亮十字絲，在可見光CCD14-4上形成出射 的可見十字絲像15-1，出射的可見光經(jīng)過紅外分光鏡9反射、再經(jīng)次鏡10反射、再經(jīng)主鏡8反 射后變成平行的可見光波出射，出射的平行光經(jīng)標準平面鏡ll反射后，依次經(jīng)過主鏡8反射、 再經(jīng)次鏡10反射、再經(jīng)紅外分光鏡9反射后回到可見光CCD14-4，形成返回的十字絲像15-2, 調(diào)整五維調(diào)整機構19使出射的可見十字絲像15-1與返回的十字絲像15-2完全重合，完成儀器 對準；
紅外光部分的光學組件包括紅外激光器l、可變光闌2、衰減片3、聚焦透鏡4、星點5、 反射鏡6、球面鏡7、主鏡8、紅外分光鏡9、次鏡IO、標準平面鏡ll、紅外CCD12、反射分光 鏡13;紅外激光器1發(fā)出的紅外激光經(jīng)過可變光闌2、衰減片3、聚焦透鏡4、星點5后成為點 光源出射，然后經(jīng)過反射鏡6反射、再經(jīng)反射分光鏡13反射到達球面鏡7;此時有50%的紅外激光被球面鏡7反射，反射光透過反射—分光鏡13到達紅外CCD12形成出射的紅外光 斑16-1;另外50%的紅外激光透過球面鏡7，紅外分光鏡9然后經(jīng)次鏡10和主鏡8準直后 成為平行紅外激光出射，經(jīng)過標準平面鏡11反射回來，依次經(jīng)過主鏡8反射、經(jīng)次鏡10 反射、經(jīng)紅外分光鏡9透射、經(jīng)球面鏡7透射、再經(jīng)反射分光鏡13透射最后到達紅外CCD12 形成返回的紅外光斑16-2;測量軟件提取紅外CCD12的圖像，并計算出出射的紅外光斑16-1 和返回的紅外光斑16-2的距離，根據(jù)如下公式計算出可見與紅外共光路系統(tǒng)后的可見與紅
外光波光軸平行度誤差^arctan(Zx^2 -," +(")2);式中L為紅外CCD12的像素
尺寸，義2為返回的紅外光斑16-2在紅外CCD12上的橫坐標位置，^為出射的紅外光斑16-1 在紅外CCD12上的橫坐標位置，g為返回的紅外光斑16-2在紅外CCD12上的縱坐標位置，
為出射的紅外光斑16-1在紅外CCD12上的縱坐標位置，Z為可見與紅外光波光軸平行度檢測
儀光學系統(tǒng)的焦距。
所述的可變光闌2的直徑為0》2mm，用于限制進行系統(tǒng)的紅外激光量。
所述的衰減片3是鍍10%、 25%、 50%、 75%衰減系數(shù)膜系的紅外材料片，用以對紅外激光
器發(fā)出紅外激光的能量進行衰減。
所述的反射鏡6材料為K9玻璃，用于將紅外激光折轉9(T 。
所述的主鏡8和次鏡10均為K9材料，表面鍍有銀膜，是可見與紅外復合系統(tǒng)的準直系統(tǒng)， 且主鏡8為中空結構。
所述的球面鏡7為ZnSe材料，在其凹面上鍍有50%的紅外反射膜，用于將50%的入射紅外 激光反射，將50%的入射紅外激光透射至后面的光路。
所述的紅外分光鏡9為ZnSe材料，用于透射紅外光，反射可見光。 所述的標準平面鏡11為K9材料，用于儀器自準定標。 所述的分光鏡13為ZnSe材料，表面鍍有R:T=1:1的分光膜。
所述可見光部分的光學組件固定在可見光機械部分18上，紅外光部分的光學組件固定 在紅外光部分的紅外機械部分17;而且紅外機械部分17和可見光機械部分18固定于五維調(diào)整 機構19上，用于檢測時對儀器進行調(diào)整。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點
1. 本發(fā)明的檢測儀為主動探測儀器，能主動提供可見與紅外共光路平行光波；
2. 本發(fā)明的檢測儀采用可見光對準，紅外探測平行度誤差的方法；降低了實驗風險， 同時提高了測量精度。


圖1可見與紅外光波光軸平行度檢測儀光^^統(tǒng)圖2可見與紅外CCD圖像；圖2a為可見CCD圖像；圖2b為紅外CCD圖像； 圖3可見與紅外光波光軸平行度檢測儀機械系統(tǒng)圖； 圖4可見與紅外光波光軸平行度檢測儀整體結構圖5可見光組件；圖5a可見光組件整體結構圖；圖5b十字分劃板
圖中l(wèi)為紅外激光器，2為可變光闌，3為衰減片，4為聚焦透鏡，5為星點，6為反射鏡， 7為球面鏡，8為主鏡，9為紅外分光鏡，IO為次鏡，ll為標準平面鏡，12為紅外CCD, 13為 反射分光鏡，14為可見光組件，14-1為可見光源，14-2為十字分劃板，14-3為分光鏡，14-4為 可見光CCD， 15為可見光圖像，15-1為出射的可見十字絲像，15-2為返回的十字絲像，16為 紅外圖像，16-1為出射的紅外光斑，16-2為返回的紅外光斑，17為紅外機械部分，18為可見光 機械部分，19為五維調(diào)整機構。
具體實施例方式
下面結合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發(fā)明。
如圖l所示，為可見與紅外光波光軸平行度檢測儀光學系統(tǒng)圖，包括紅外激光器l，可變 光闌2，衰減片3，聚焦透鏡4，星點5,反射鏡6，球面鏡7，主鏡8，紅外分光鏡9，次鏡10, 標準平面鏡U，紅外CCD12，反射分光鏡13，可見光組件14:可見光組件14包含有可見光源 14-1,十字分劃板14-2,分光鏡14-3,可見光CCD14-4;所述的紅外激光器1是一種紅外光源， 波長10.6um。所述的可變光闌2最小直徑為02mm,用于限制進行系統(tǒng)的紅外激光量。所述的 衰減片3是鍍10%、 25%、 50%、 75%衰減系數(shù)膜系的紅外材料片，用以對紅外激光器發(fā)出紅外 激光的能量進行衰減。所述的聚焦透鏡4用于將紅外激光聚焦于星點5上。所述的反射鏡6材 料為K9玻璃，用于將紅外激光折轉90。。所述的球面鏡7為ZnSe材料，在其凹面上鍍有50% 的紅外反射膜，用于將50。/o的入射紅外激光反射至紅外CCD12上，將50%的入射紅外激光透射 至后面的光路。所述的主鏡8和次鏡10均為K9材料，表面鍍有銀膜，是可見與紅外復合系統(tǒng) 的準直系統(tǒng)。所述的紅外分光鏡9為ZnSe材料，用于透射紅外光，反射可見光。所述的標準平 面鏡11為K9材料，用于儀器自準定標。所述的紅外CCD12，用于探測從球面鏡7反射回的紅 外光斑位置和從后面系統(tǒng)反射反射回的紅外光斑位置，供平行度誤差計算用。所述的分光鏡13 為ZnSe材料，表面鍍有R:T-1:1的分光膜，用于把從反射鏡6反射的紅外激光折轉90°和透射 從后面系統(tǒng)反射回的紅外激光。所述的可見光組件14用于提供可見光波和系統(tǒng)對準。
如圖3所示，為可見與紅外光波光軸平行度檢測儀機械系統(tǒng)圖，包括紅外機械部分17和可 見光機械部分18。所述的紅外機械部分17用于固定紅外光學元件，所述的可見光機械部分18 用于固定可見光光學元件。
6紅外機械部分17和可見光機械部分18圃定子五纟f調(diào)整機構19上，可見光與紅外光光軸平 行度檢測儀整體結構圖如圖4所示；所述的五維調(diào)整機構19用于檢測時對儀器進行調(diào)整，其具 體參數(shù)為X軸行程士200mm， Y軸行程土200mm， Z軸行程土100mm，傾斜行程±5 ° ，俯仰行程±5° 。
本發(fā)明的可見與紅外光波光軸平行度檢測儀的工作情況如下
如圖5所示，可見光源14-1發(fā)出的可見光經(jīng)過分光鏡14-3光路折轉90°后射向十字分劃 板14-2照亮十字絲，在可見光CCD14-4上形成出射的可見十字絲像15-1，如圖2a所示；出射 的可見光經(jīng)過紅外分光鏡9反射、次鏡10反射、主鏡8反射后變成平行的可見光波出射，出射 的平行光經(jīng)標準平面鏡ll反射后，依次經(jīng)過主鏡8反射，次鏡10反射，紅外分光鏡9反射后 回到可見光CCD14，光路示意圖如圖l所示；形成返回的十字絲像15-2，如圖2a所示,調(diào)整五 維調(diào)整機構19使出射的可見十字絲像15-1與返回的十字絲像15-2完全重合；對準操作完成， 此時出射的可見光光軸垂直于標準平面鏡11。
接著進行平行度檢測，紅外激光器1發(fā)出的紅外激光經(jīng)過可變光闌2、衰減片3、聚焦透鏡 4、星點5后成為點光源出射，然后經(jīng)過反射鏡6反射、再經(jīng)反射分光鏡13反射到達球面鏡7; 此時有50%的紅外激光被球面鏡7反射，反射光透過反射分光鏡13到達紅外CCD12形成出射 的紅外光斑16-1，如圖2b所示；另外50%的紅外激光透過球面鏡7,再經(jīng)紅外分光鏡9透射到 達次鏡IO，然后經(jīng)次鏡10和主鏡8準直后成為平行紅外激光出射，經(jīng)過標準平面鏡ll反射回 來，依次經(jīng)過主鏡8反射、經(jīng)次鏡10反射、經(jīng)紅外分光鏡9透射、經(jīng)球面鏡7透射、再經(jīng)反射 分光鏡13透射最后到達紅外CCD12形成返回的紅外光斑16-2，如圖2b所示。采用Matlab圖 像分析軟件提取紅外CCD12的圖像，并計算出出射的紅外光斑16-1和返回的紅外光斑16-2的 距離，根據(jù)如下公式計算出可見與紅外共光路系統(tǒng)后的可見與紅外光波光軸平行度誤差
。+ ,"V(X廣X!)2+(K P = arctan(-^-^-)
式中L為紅外CCD12的像素尺寸，&為返回的紅外光斑16-2在紅外CCD12上的橫坐標
位置，不為出射的紅外光斑16-1在紅外CCD12上的橫坐標位置，^為返回的紅外光斑16-2在
紅外CCD12上的縱坐標位置，^為出射的紅外光斑16-1在紅外CCD12上的縱坐標位置，,為 可見與紅外光波光軸平行度檢測儀光學系統(tǒng)的焦距。
本發(fā)明的檢測儀安裝在五維調(diào)整機構19上，可實現(xiàn)調(diào)整量為X軸行程土200mm， Y軸行 程士200mm， Z軸行程士100mm，傾斜行程±5° ，俯仰行程±5° 。
權利要求
1、一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于可見光部分的光學組件包括主鏡(8)、紅外分光鏡(9)、次鏡(10)、標準平面鏡(11)、可見光組件(14)；可見光組件(14)包含有可見光源(14-1)，十字分劃板(14-2)，分光鏡(14-3)，可見光CCD(14-4)；可見光源(14-1)發(fā)出的可見光經(jīng)過十字分劃板(14-2)照亮十字絲，在可見光CCD(14-4)上形成出射的可見十字絲像(15-1)，出射的可見光經(jīng)過紅外分光鏡(9)反射、再經(jīng)次鏡(10)反射、再經(jīng)主鏡(8)反射后變成平行的可見光波出射，出射的平行光經(jīng)標準平面鏡(11)反射后，依次經(jīng)過主鏡(8)反射、再經(jīng)次鏡(10)反射、再經(jīng)紅外分光鏡(9)反射后回到可見光CCD(14-4)，形成返回的十字絲像(15-2)，調(diào)整五維調(diào)整機構(19)使出射的可見十字絲像(15-1)與返回的十字絲像(15-2)完全重合，完成儀器對準；紅外光部分的光學組件包括紅外激光器(1)、可變光闌(2)、衰減片(3)、聚焦透鏡
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述的可變光闌(2)的直徑為0》2mm，用于限制進行系統(tǒng)的紅外激光量。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的衰減片(3)是鍍10°/。、 25%、 50%、 75%衰減系數(shù)膜系的紅外材料片，用以對紅外激光器發(fā) 出紅外激光的能量進行衰減。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的反射鏡(6)材料為K9玻璃，用于將紅外激光折轉9(T 。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的主鏡(8)和次鏡(10)均為K9材料，表面鍍有銀膜，是可見與紅外復合系統(tǒng)的準直系統(tǒng)， 且主鏡(8)為中空結構。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的球面鏡(7)為ZnSe材料，在其凹面上鍍有50%的紅外反射膜，用于將50%的入射紅外激光 反射，將50%的入射紅外激光透射至后面的光路。
7、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的紅外分光鏡(9)為ZnSe材料，用于透射紅外光，反射可見光。
8、 根據(jù)權利要求l所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的標準平面鏡(11)為K9材料，用于儀器自準定標。
9、 根據(jù)權利要求l所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所述 的分光鏡(13)為ZnSe材料，表面鍍有R:T-1:1的分光膜。
10、 根據(jù)權利要求1所述的一種可見與紅外光波光軸平行度檢測儀，其特征在于所 述可見光部分的光學組件固定在可見光機械部分(18)上，紅外光部分的光學組件固定在 紅外光部分的紅外機械部分(17);而且紅外機械部分(17)和可見光機械部分(18)固定于 五維調(diào)整機構(19)上，用于檢測時對儀器進行調(diào)整。
全文摘要
一種可見與紅外光波光軸平行度檢測的檢測儀，包含紅外光部分和可見光部分；首先采用可見光進行對準操作，可見光源發(fā)出的可見光經(jīng)過十字分劃板照亮十字絲，在可見光CCD上形成出射的可見十字絲像，出射的可見光經(jīng)紅外分光鏡、次鏡、主鏡、標準平面鏡反射后，再經(jīng)上述光學器件又反回到可見光CCD形成返回的十字絲像，調(diào)整系統(tǒng)使出射的可見十字絲像與返回的十字絲像重合，完成儀器對準；然后利用紅外檢測，紅外激光器發(fā)出的紅外激光經(jīng)過一系列紅外光部分的光學元件，用測量軟件提取紅外CCD上的出射紅外光斑和返回的紅外光斑，采用公式計算便可得到平行度誤差值；本發(fā)明的檢測儀采用可見光對準，紅外探測平行度誤差的方法；降低了實驗風險，同時提高了測量精度。
文檔編號G01B11/26GK101446485SQ20081011912
公開日2009年6月3日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權日2008年8月27日
發(fā)明者吳時彬, 景洪偉, 曹學東, 楊文志 申請人:中國科學院光電技術研究所