专利名称：一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，属于激光测量技 术领域。
背景技术：
近年来随着激光制导、激光测距等产品的问世，激光远距离目标漫反射回波能量 的检测也提到日程上来，它要求测量的激光能量最小量值都在几个fj/cm2量级。并且，随 着对动目标检测的需求，要求激光能量计具有自动跟踪功能。目前已有的脉冲激光微能量计最小可测量的能量是800fJ/cm2，是中国计量科学 研究院于近年研制的产品。该能量计由探测器和信号处理及显示系统组成，没有光学系统 和自动跟踪系统，不具备观察、瞄准和自动跟踪功能。国际上，根据美国国家标准研究院的报道，在其国家标准实验室内通过扩大基准 激光束的口径以及光楔分束的方法，建立了最小能量标准为2. 6fJ/cm2的系统，该系统的能 量接收器采用了雪崩光电二极管探测器(APD)，它的灵敏度高，需要在400V的工作电压和 恒温的环境下进行工作，故不适用作通用的脉冲激光微能量计，它也没有观察、瞄准装置， 不能对远距离目标的激光漫反射回波信号进行检测，也不能在室外使用，其也不具备自动 足艮^宗會邑。专利号为ZL 200910089555. 7的专利中，提出了一种飞焦级激光微能量计，可以 精确测量2. 2fJ/cm2 5 X 105fJ/cm2的激光能量，并在该系统中加入了观测系统，具有观察 和瞄准功能。但此专利中的飞焦级激光微能量计不能同时进行激光能量的测量和对目标的 观察、瞄准，它是利用旋转平面反射镜进行激光测量通路和观察、瞄准通路之间的切换。因 此，此专利只能对目标进行静态测量，不能实现对动目标的跟踪测量。本实用新型在上述飞焦级激光微能量计中引入了激光分束镜和CCD观瞄系统，可 实现激光能量测量和对目标观察、瞄准的同步进行，同时利用图像采集卡采集CCD输出的 视频图像传入图像跟踪系统处理，从而达到对动目标的自动跟踪测量的目的。
实用新型内容本实用新型的目的是为了解决现有的飞焦级激光微能量计不能对动目标进行自 动跟踪测量的问题，提出一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计。本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。本实用新型的一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，包括第一凸透镜、 第二凸透镜、凹透镜、分束镜、CXD摄像机、探测器、信号处理及显示系统、图像自动跟踪系统 和电控转台系统；第一凸透镜、第二凸透镜和凹透镜组成光学系统，三块透镜是共轴的；三块透镜与 分束镜的排列顺序为第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜和分束镜；分束镜的中心在并排的三 块透镜的光轴上；[0011]第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜、分束镜和探测器组成探测系统，对目标物的激 光回波能量进行测量；第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜、分束镜和C⑶摄像机组成观察瞄准系统，对目 标物进行观察和瞄准，观察目标的距离为Im ⑴；其中第一凸透镜的直径为252mm及以上；探测器与三块透镜和分束镜是共轴的，并可相对移动，探测器的光敏面中心位于 三块透镜的聚焦点上，由于被测目标与飞焦级激光微能量计的距离不同，三块透镜对能量 的聚焦点就会不同，可通过三块透镜与探测器的相对移动，使探测器的光敏面中心位于三 块透镜组的聚焦点上，从而确保来自目标的激光能量都能被探测器接收，最小可测激光能 量密度为1. 96fJ/cm2 ；CXD摄像机的光敏面到分束镜中心的距离与探测器的光敏面到分束镜中心的距离 相等；CXD摄像机、分束镜和探测器为一个整体，可以相对于三块透镜整体移动，达到同步 调焦的目的。分束镜采用真空镀膜工艺，对可见光具有高透射性能，对激光具有高反射性能，且 透过率与反射率均可达95%以上，从而能够满足在获得清晰的可见光观瞄图像的同时，对 于激光能量的损失也很小；因此，可实现激光能量测量和对目标观察、瞄准的同步进行；激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系统后经过分束镜反射到探测 器的光敏面上，探测器把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统进行处理和 显不；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后透过分束镜聚焦到CCD摄 像机的光敏面上，CCD摄像机输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像自动跟踪系统可 根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控转台系统中的 电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，可根据图像自动跟踪系统输出的误差信号进行 方位和俯仰的自动调整，保证目标始终位于视场中心，从而达到对动目标自动跟踪测量的 目的。上述的分束镜还可以为对可见光具有高反射性能，对激光具有高透射性能，且透 过率与反射率均可达95 %以上；此时，激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系 统后透过分束镜到探测器的光敏面上，探测器把光信号转换为电信号，然后进入信号处理 及显示系统进行处理和显示；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后经过分束镜反射后聚焦到 CCD摄像机的光敏面上，CCD摄像机输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像自动跟踪 系统可根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控转台系 统中的电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，可根据图像自动跟踪系统输出的误差信 号进行方位和俯仰的自动调整，保证目标始终位于视场中心，从而达到对动目标自动跟踪 测量的目的。有益效果(1)本实用新型最小可测激光能量密度为1. 96fJ/cm2 ；(2)三块透镜沿着光轴可以与探测器相对移动，使探测器光敏面始终位于三块透 镜的聚焦点上，确保来自目标的激光能量都能被探测器光敏面接收；[0024](3)观察瞄准系统可对目标物进行观察和瞄准，观察目标的距离为Im ⑴；摄像机、分束镜和探测器为一个整体，沿着光轴可以相对于三块透镜整体 移动，通过同步调焦，使得观瞄点与测量点始终保持一致，从而达到精确测量目标能量的目 的；(5)分束镜对激光具有高反射率，对可见光具有高透过率，或者相反，因此，可实现 激光能量测量和对目标观察、瞄准的同步进行；(6) CXD摄像机将目标图像输入图像自动跟踪系统，进行实时处理得目标的方位 信息，控制伺服转台运动，从而达到对动目标进行自动跟踪测量的目的。
图1为实施例1的光学部分结构简图；图2为实施例1的光学部分结构示意图；图3为实施例2的光学部分结构简图；图4为实施例2的光学部分结构示意图；其中，1-第一凸透镜，2-第二凸透镜，3-凹透镜，4-分束镜，5-C⑶摄像机，6-探测器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明。实施例1一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，包括第一凸透镜1、第二凸透镜 2、凹透镜3、分束镜4、CXD摄像机5、探测器6、信号处理及显示系统、图像自动跟踪系统和 电控转台系统；其中光学部分包括第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3、分束镜4、CXD摄 像机5和探测器6，如图1和图2所示；第一凸透镜1、第二凸透镜2和凹透镜3组成光学系统，三块透镜是共轴的；三块 透镜与分束镜4的排列顺序为第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3和分束镜4 ；分束镜4 的中心在并排的三块透镜的光轴上；第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3、分束镜4和探测器6组成探测系统，对目标 物的激光回波能量进行测量；第一凸透镜1、第二凸透镜2、凹透镜3、分束镜4和CXD摄像机5组成观察瞄准系 统，对目标进行观察和瞄准，观察目标的距离为Im ⑴；探测器6与三块透镜和分束镜4是共轴的，并可相对移动，探测器6的光敏面中心 位于三块透镜的聚焦点上；CXD摄像机5的光敏面到分束镜4中心的距离与探测器6的光敏面到分束镜4中 心的距离相等；CXD摄像机5、分束镜4和探测器6为一个整体，可以相对于三块透镜整体移 动，达到同步调焦的目的。第一凸透镜1与第二凸透镜2之间的距离为130mm，第二凸透镜2和凹透镜3之 间的距离为0. 15mm,凹透镜3与分束镜4之间的距离为136mm，其中第一凸透镜1直径为 252mm,厚度为40mm，焦距为437. 68mm,第二凸透镜2直径为154mm，厚度为38mm，焦距为233. 9mm,凹透镜3直径为136mm，厚度为20mm，焦距为494. 9mm ；并排的三块透镜的组合焦 距为341mm ；激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系统后经过分束镜4反射到探测 器6的光敏面上，探测器6把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统进行处理 禾口显不；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后透过分束镜4聚焦到CCD摄 像机5的光敏面上，CCD摄像机5输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像自动跟踪系 统可根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控转台系统 中的电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，可根据图像自动跟踪系统输出的误差信号 进行方位和俯仰的自动调整，保证目标始终位于视场中心，从而达到对动目标自动跟踪测 量的目的。上述的分束镜4采用真空镀多层膜工艺做成，使其对激光具有高反射性能，对可 见光具有高透射性能，且透过率与反射率均可达95%以上。实施例2同实施例1，其中不同的是分束镜4采用真空镀多层膜工艺做成，使其对激光具有 高透射性能，对可见光具有高反射性能，且透过率与反射率均可达95 %以上；其中光学部 分的结构示意图如图2和图3所示；激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系统后透过分束镜4到探测器6 的光敏面上，探测器6把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统进行处理和 显不；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后经过分束镜4反射后聚焦 到CCD摄像机5的光敏面上，CCD摄像机5输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像自 动跟踪系统可根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控 转台系统中的电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，可根据图像自动跟踪系统输出的 误差信号进行方位和俯仰的自动调整，保证目标始终位于视场中心，从而达到对动目标自 动跟踪测量的目的。
权利要求1.一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，其特征在于包括第一凸透镜(1)、 第二凸透镜O)、凹透镜(3)、分束镜0)、CCD摄像机(5)、探测器(6)、信号处理及显示系 统、图像自动跟踪系统和电控转台系统；第一凸透镜(1)、第二凸透镜( 和凹透镜C3)组成光学系统，三块透镜共轴；三块透 镜与分束镜的排列顺序为第一凸透镜(1)、第二凸透镜O)、凹透镜C3)和分束镜； 分束镜的中心在并排的三块透镜的光轴上；第一凸透镜(1)、第二凸透镜O)、凹透镜C3)、分束镜(4)和探测器(6)组成探测系统；第一凸透镜(1)、第二凸透镜O)、凹透镜(3)、分束镜(4)和CCD摄像机( 组成观察 瞄准系统；探测器(6)与三块透镜和分束镜(4)共轴，并可相对移动，探测器(6)的光敏面中心位 于三块透镜的聚焦点上；CCD摄像机(5)的光敏面到分束镜⑷中心的距离与探测器(6)的光敏面到分束镜⑷ 中心的距离相等；CCD摄像机(5)、分束镜(4)和探测器(6)为一个整体，可以相对于三块透 镜整体移动；激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系统后经过分束镜(4)反射到探测器 (6)的光敏面上，探测器(6)把光信号转换为电信号，然后进入信号处理及显示系统；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后透过分束镜(4)聚焦到CCD摄像 机(5)的光敏面上，CCD摄像机(5)输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像自动跟踪 系统根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控转台系统 中的电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，根据图像自动跟踪系统输出的误差信号进 行方位和俯仰的自动调整；分束镜(4)采用真空镀膜工艺。
2.根据权利要求1所述的一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，其特征在 于分束镜(4)用对可见光具有高反射性能，对激光具有高透射性能的分束镜代替，且透过 率与反射率均达95%以上；激光能量照射到目标之后，反射的能量通过光学系统后透过分 束镜⑷到探测器(6)的光敏面上，探测器(6)把光信号转换为电信号，然后进入信号处理 及显示系统进行处理和显示；可见光照射到目标之后反射的可见光通过光学系统后经过分束镜(4)反射后聚焦到 CCD摄像机(5)的光敏面上，CCD摄像机( 输出目标图像后进入图像自动跟踪系统，图像 自动跟踪系统根据事先锁定的目标，自动判断目标偏离视场中心的方位和角度，控制电控 转台系统中的电控转台运动；电控转台由伺服电机带动，可根据图像自动跟踪系统输出的 误差信号进行方位和俯仰的自动调整。
3.根据权利要求1所述的一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，其特征在 于第一凸透镜(1)的直径为252mm及以上。
专利摘要本实用新型涉及一种具有自动跟踪功能的飞焦级激光微能量计，属于激光测量技术领域。包括第一凸透镜、第二凸透镜、凹透镜、分束镜、CCD摄像机、探测器、信号处理及显示系统、图像自动跟踪系统和电控转台系统；三块透镜是共轴的；分束镜的中心在并排的三块透镜的光轴上；探测器与三块透镜和分束镜是共轴的，并可相对移动。本实用新型最小可测激光能量密度为1.96fJ/cm2；观察目标的距离为1m～∞；观瞄点与测量点始终保持一致，可实现激光能量测量和对目标观察、瞄准的同步进行；CCD摄像机将获得的目标图像输入图像自动跟踪系统，由其进行实时处理得到目标的方位信息，控制伺服转台运动，达到对动目标进行自动跟踪测量的目的。
文档编号G01J1/04GK201926506SQ20102068157
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者崔小虹, 彭中, 林幼娜, 王茜蒨 申请人:北京理工大学