基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置的制作方法

本实用新型涉及大口径红外准直系统领域，特别是基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置。

背景技术：

近年来，随着空间科技、国防军事等领域的发展，大口径光学元件的制造技术水平有了长足的进步，特别是在大口径光学加工设备与工艺技术方面取得了较大的进展，使大口径光学元件向着更高精度，更大口径方向发展，达到了提高空间分辨率、增大视场等要求。对大口径红外准直系统的校准精度和可靠性提出了更高的要求，研究大口径红外准直系统校准装置就成为了一种必然的趋势。

目前常用的方法有哈特曼检验法、夏克—哈特曼法、子孔径波面拼接法及传统的五棱镜大口径红外准直系统检测技术，哈特曼检验法对平面波束的标定原理简单、操作方便、非常可靠，但当被测系统口径大时，哈特曼光阑制作难度大造价高。而夏克—哈特曼法只适用于会聚波面的检测，不能用于检测准直出射波面。子孔径波面拼接法本质是哈特曼检验法的一种拓展，它针对常规波面斜率测量方法工作距离长，精度难以进一步提高的情况，将被测区域划分为有限个子孔径，利用塔尔博特效应产生莫尔条纹，平移测量每一个子孔径上波面斜率，根据所测量子孔径上的波面斜率来拟合被测波面。数字波面干涉仪法是一种高精度检测设备，但目前传统的技术无法满足检测大口径光学准直系统的要求，用干涉仪检测高精度光学准直系统波面的光学质量时，需要有一块与被测系统口径相同或更大尺寸的标准平板，这在检测大口径光学准直系统时，往往是很难办到的。所以，利用一般干涉仪全口径检测光学准直系统无法满足现实需求。

五棱镜法利用五棱镜对入射光线折转90°后出射的特性，将准直过程中的纵向调焦转化为横向对准，可将准直精度相对于自准直法进一步提高，该方法需要一个质量较好的五棱镜和平行性高的导轨，此方法适用于大口径红外准直仪。五棱镜法由于其本身固有的特性使得所需设备简单、检测精度较高从而得到广泛应用。

目前采用的传统五棱镜大口径红外准直系统检测技术，其中包括导轨，固定在导轨上的五棱镜及经纬仪组成。传统的大口径红外准直系统校准方法如下：

1、先调整大口径红外准直系统校准装置光轴，使大口径红外准直系统初始位置轴心与大口径红外准直系统校准装置轴心重合；

2、然后在导轨上移动五棱镜，目视观察准直仪中待测系统靶标像，记录待测系统靶标像在水平方向上的最大偏移量；

3、该偏移量为待测大口径红外准直系统的准直性误差。

目前传统五棱镜大口径红外准直系统检测技术存在以下不足：

1、精度、重复性差：自准直经纬仪的十字分化像的对准，主要依赖于人眼，目测读数人为影响因素较大，从而导致测试精度和重复性不高；

2、只能测量一种状态下的波前参数；

3、无法测试红外准直系统的PV、RMS等波前参数，特别是波前三维特征参量的测量；

4、无法定量给出红外准直系统的出射光束准直性误差；

5、无法修正导轨的线性误差。

技术实现要素：

本发明针对所述的现有技术的不足，提供一种基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置。

一种基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置，其特征在于该装置包括光源、聚光透镜、分划板、准直透镜、平面反射镜、直角反射镜以及五棱镜，光源设置在聚光透镜前方, 用于照亮分划板, 分划板设置在聚光透镜和准直透镜之间,且位于聚光透镜和准直透镜的焦面上, 光源、聚光透镜、分划板、准直透镜组成光电自准直管，直角反射镜设置在平面反射镜下方，五棱镜放置在直角反射镜一侧且位于光电自准直管下方，五棱镜正对直角反射镜的一个面上的左右两侧均涂有反射膜，两反射膜之间的五棱镜面上形成一条竖直狭缝。

所述的五棱镜固定在滑块上，滑块下设置有一条直线导轨，滑块沿直线导轨滑动，通过滑块移动，实现待测大口径红外准直系统波前校准。

所述的校准装置还包括有分光镜、光电探测器、图像采集装置和计算机，分光镜设置在平面反射镜与光源之间，光电探测器、图像采集装置和计算机顺序连接，平面反射镜反射回来光线经过分光镜进入光电探测器，通过光电探测器传输至图像采集装置，通过计算机运行计算。

所述的直角反射镜固定在二维调整架上，通过二维调整架调整直角反射镜的光轴与系统光轴平行。

所述的校准装置安装在一个旋转台上，校准装置随旋转台做360°旋转，通过旋转台即可对待测大口径红外准直系统做360°的旋转扫描，实现待测大口径红外准直系统波前三维特征参量的测量。

进行大口径红外准直系统校准时，利用以上所述装置结构，进行如下测量步骤：

1）选择被测系统靶标并使系统初始复位，移动滑块并且转动旋转台以调整五棱镜的位置及角度；

2）光源发出的光经过聚光透镜、分划板、分光镜、准直透镜、平面反射镜、直角反射镜进入五棱镜狭缝形成待测准直波前，利用五棱镜使光线折转90°的特性，采用五棱镜光束转向系统使光束精确转向，五棱镜按扫描路径依次扫描各波面采样点，用光电自准直仪对扫描光斑探测，进行采集计算，得到光斑质心坐标，通过采集卡对数据进行采集，把质心坐标输入计算机。利用VC#编制程序界面，通过计算机分析处理后得到测量结果，显示PV、RMS等波面参数及出射光束准直性误差；

在五棱镜入射直角面镀制高反射膜，光电自准直仪产生的包含十字分划信息的平行光束入射到五棱镜后，导轨的线形误差引起五棱镜方位角变化，五棱镜有倾斜变化时，反射的十字分划像将和原十字分划像偏离，偏离量反应导轨的线形误差，五棱镜按扫描路径依次扫描各波面采样点，用光电自准直仪对扫描光斑探测，通过光电准直仪读出十字分划像的偏移量和大口径红外准直系统目标像的位置坐标，用大口径红外准直系统目标像的位置坐标减去十字分划像位置坐标，逐点计算，得到光斑质心坐标，通过采集卡对数据进行采集，把质心坐标输入计算机，可适时修正导轨误差，提高了测量精度；

（3）待测准直波前返回经狭缝、五棱镜、直角反射镜、平面反射镜，经过分光镜投射到光电探测器，经图像采集装置输入到计算机中，通过计算机分析处理后得到测量结果。

本发明的一种基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置，为生产、科研部门提供了高精度的红外准直系统出射光束PV、RMS及出射光束准直度等波面参数，为红外热像整机的装调提供了有效可靠的依据，测量过程中还具有以下有益效果：

1）采用基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统自动化测试技术，实现大口径红外准直系统自动测试，数据自动采集、分析、计算、存储和打印，系统运行稳定，操作使用方便；

2）数据采集的自动化，消除了人为干扰和误差，提高了测量的准确度，同时大大提高了测量效率；

3）通过在五棱镜入射直角面镀制反射膜，实现了对大口径红外准直系统的狭缝扫描功能及导轨误差的动态修正。

4）测试系统不但可以实现大口径红外准直系统的自动测量，而且降低了劳动强度，提高了测量效率和测量精度，从根本上克服了传统测量方法的缺陷，给出红外准直系统定量的出射光束准直度指标及波面参数指标，为红外热像整机的装调提供了有效可靠的依据。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图;

图2为本实用新型五棱镜狭缝示意图;

其中，光源1，光电自准直管2，旋转台3，平面反射镜4，直角反射镜5，二维调整架6，直线导轨7，滑块8，五棱镜9，狭缝10，镀膜11，分光镜12，光电探测器13，图像采集装置14，计算机15，聚光透镜16，分划板17，准直透镜18。

具体实施方式

实施例1：一种基于五棱镜扫描法的大口径红外准直系统校准装置，包括光源、聚光透镜、分划板、准直透镜、平面反射镜、直角反射镜以及五棱镜，光源设置在聚光透镜前方, 用于照亮分划板, 分划板设置在聚光透镜和准直透镜之间,且位于聚光透镜和准直透镜的焦面上, 光源、聚光透镜、分划板、准直透镜组成光电自准直管，直角反射镜设置在平面反射镜下方，五棱镜放置在直角反射镜一侧且位于光电自准直管下方，五棱镜正对直角反射镜的一个面上的左右两侧均涂有反射膜，两反射膜之间的五棱镜面上形成一条竖直狭缝。五棱镜固定在滑块上，滑块下设置有一条直线导轨，滑块沿直线导轨滑动，通过滑块移动，实现待测大口径红外准直系统波前校准。校准装置还包括有分光镜、光电探测器、图像采集装置和计算机，分光镜设置在平面反射镜与光源之间，光电探测器、图像采集装置和计算机顺序连接，平面反射镜反射回来光线经过分光镜进入光电探测器，通过光电探测器传输至图像采集装置，通过计算机运行计算。直角反射镜固定在二维调整架上，通过二维调整架调整直角反射镜的光轴与系统光轴平行。校准装置安装在一个旋转台上，校准装置随旋转台做360°旋转，通过旋转台即可对待测大口径红外准直系统做360°的旋转扫描，实现待测大口径红外准直系统波前三维特征参量的测量。

进行大口径红外准直系统校准时，利用以上所述装置结构，进行如下测量步骤：

1）选择被测系统靶标并使系统初始复位，移动滑块并且转动旋转台以调整五棱镜的位置及角度；

2）光源发出的光经过聚光透镜、分划板、分光镜、准直透镜、平面反射镜、直角反射镜进入五棱镜狭缝形成待测准直波前，利用五棱镜使光线折转90°的特性，采用五棱镜光束转向系统使光束精确转向，五棱镜按扫描路径依次扫描各波面采样点，用光电自准直仪对扫描光斑探测，进行采集计算，得到光斑质心坐标，通过采集卡对数据进行采集，把质心坐标输入计算机。利用VC#编制程序界面，通过计算机分析处理后得到测量结果，显示PV、RMS等波面参数及出射光束准直性误差；

在五棱镜入射直角面镀制高反射膜，光电自准直仪产生的包含十字分划信息的平行光束入射到五棱镜后，导轨的线形误差引起五棱镜方位角变化，五棱镜有倾斜变化时，反射的十字分划像将和原十字分划像偏离，偏离量反应导轨的线形误差，五棱镜按扫描路径依次扫描各波面采样点，用光电自准直仪对扫描光斑探测，通过光电准直仪读出十字分划像的偏移量和大口径红外准直系统目标像的位置坐标，用大口径红外准直系统目标像的位置坐标减去十字分划像位置坐标，逐点计算，得到光斑质心坐标，通过采集卡对数据进行采集，把质心坐标输入计算机，可适时修正导轨误差，提高了测量精度；

（3）待测准直波前返回经狭缝、五棱镜、直角反射镜、平面反射镜，经过分光镜投射到光电探测器，经图像采集装置输入到计算机中，通过计算机分析处理后得到测量结果。