一种收发合置光学设备的光轴校准装置和方法与流程

1.本发明涉及激光技术领域，具体是一种收发合置光学设备的光轴校准装置和方法。


背景技术：

2.在很多激光技术应用中，通过向目标发射激光、接收并分析其激光回波来对目标特性进行分析测量，比如激光测距机、激光雷达以及一些利用“猫眼效应”的激光主动侦察设备等。这些光学设备既有发射光学系统，又有接收光学系统，是收发合置的设备。发射的激光通过发射光学系统进行准直以减小发散角，接收光学系统一般包括聚焦透镜和光电探测器，激光回波被聚焦透镜汇聚在光电探测器的光敏面上以提供足够大的光功率密度。在装配时，需要保证发射光轴和接收光轴相互平行，如果不一致，则会造成接收光学系统聚焦能力不足、设备测量误差加大、技术指标下降等问题。
3.现有的光轴一致性校准方法是在设计、加工和安装保证的基础上，先用一只反射镜将激光反射回接收光学系统，观察聚焦光斑，反复调节接收光轴寻找最佳聚焦位置，从而校准光轴。由于光斑很小(mm量级)，光斑的变化更小(μm量级)，肉眼判断起来误差很大。另外，由于接收光学系统和光电探测器表面是不发光的，因此对利用成像方法校准光轴也带来了较大困难，类似的一些校准装置和方法使用的仪器较为精密、方法较为复杂，应用受到一定的限制。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种收发合置光学设备的光轴校准装置和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种收发合置光学设备的光轴校准装置，包括聚焦系统，所述聚焦系统后方设有靶，靶远离所述聚焦系统的一侧设有相机，所述聚焦系统远离所述靶的一侧设有主动照明光源，所述主动照明光源位于收发合置光学设备的接收光学系统与聚焦系统之间。
7.作为本发明进一步的方案：所述收发合置光学系统包括发射光学系统、接收光学系统。
8.作为本发明进一步的方案：所述发射光学系统包括激光器、发射镜，所述接收光学系统包括光电探测器、接收镜。
9.作为本发明进一步的方案：所述主动照明光源为环形光源，所述主动照明光源为中空环形结构，所述主动照明光源与所述接收光学系统同轴布置。
10.作为本发明进一步的方案：所述主动照明光源包括发光光源、均化器，发光光源为led光源，所述均化器为光束均化装置。
11.作为本发明进一步的方案：所述聚焦系统采用平行光管。
12.作为本发明进一步的方案：所述相机靠近所述靶的一端设有窄带滤光镜，所述激
光器(2)的波长在所述窄带滤光片的通带内。
13.一种收发合置光学设备的光轴校准方法，包括以下步骤：
14.s1、将待测光学设备对准聚焦系统，将靶放置在聚焦系统的前焦平面处，相机对准靶；
15.s2、开启发射光学系统内的激光器，激光器发射激光，激光通过聚焦系统汇聚在靶上，调节靶的位置使得激光器发射的激光在靶上汇聚成一个点或光斑，并记录汇聚点或光斑中心的位置；
16.s3、关闭发射光学系统的激光器，开启主动照明光源，主动照明光源发出照明光照亮光电探测器；
17.s4、光电探测器反射照明光并通过聚焦系统汇聚在靶上，然后调整接收光学系统的光电探测器或接收镜，使得光电探测器反射的照明光在靶上汇聚成一个点或光斑并且与激光器发射的激光在靶上汇聚的点或光斑中心重合，表明待测光学设备的发射光轴和接收光轴相互平行；
18.s5、固定光电探测器和接收镜。
19.作为本发明进一步的方案：所述靶上刻有十字叉丝，所述s2中上下、左右调整靶使得激光器发射的激光汇聚在靶十字叉丝的中心处，调整相机使得十字叉丝成像清晰并固定靶和相机，所述s4中调整光电探测器或接收镜使得光电探测器反射光汇聚在靶的十字叉丝处。
20.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过设置主动照明光源、聚焦系统、靶和相机，主动照明光源为一环形光源，结构简单，布置容易，使用方便，能够发出各向散射光均匀照亮光电探测器表面，照明光被光电探测器表面反射后经过接收光学系统的透镜、再通过环形光源中间的孔射出，该照明光和光学设备发射的激光被聚焦系统汇聚于靶上，再利用相机观察靶上的光斑，调节透镜的安装方位使相机中的光斑像清晰且中心重合，则发射光轴与接收光轴平行，本技术解决了收发合置光学设备装配过程中发射光轴与接收光轴的一致性校准问题，装置简单、方法易行。
附图说明
21.图1为本实施例校准装置结构原理示意图；
22.图中：1-发射光学系统、2-激光器、3-发射镜、4-聚焦系统、5-靶、6-相机、7-接收光学系统、8-光电探测器、9-接收镜、10-主动照明光源。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1，本发明实施例中，一种收发合置光学设备的光轴校准装置，包括待测设备以及位于待测设备一侧的聚焦系统4，待测设备为收发合置光学系统，收发合置光学系统包括发射光学系统1、接收光学系统7，发射光学系统1包括激光器2、发射镜3，接收光学系
统7包括光电探测器8、接收镜9。
25.聚焦系统4采用平行光管，聚焦系统4的作用是将光束聚焦于靶上，聚焦系统4后方设有靶5，靶5上设有十字叉丝，靶5远离聚焦系统4的一侧设有相机6，相机6前应加装窄带滤光片以减少环境光的干扰和消除像差，使激光光斑和照明光光斑成像清晰，窄带滤光片的通带应包含激光和主动照明光的波长，靶5放置于聚焦系统4的焦平面处，激光和照明光在其上聚焦为激光光斑和照明光光斑，形状分别与激光出射面、光电探测器表面相同，聚焦系统4远离靶5的一侧设有主动照明光源10，主动照明光源10位于收发合置光学设备的接收光学系统7与聚焦系统4之间。主动照明光源10为环形光源，主动照明光源10为中空环形结构，接收光学系统7的轴线穿过主动照明光源10中部的环形通孔结构，在本实施例中，主动照明光源10与接收光学系统7同轴布置，主动照明光源10包括发光光源、均化器，发光光源为led光源，均化器为光束均化装置，器作用是将光源发出的方向性较强的光变成各向均匀散射光从而均匀照亮光电探测器表面。
26.一种收发合置光学设备的光轴校准方法，包括以下步骤：
27.s1、将待测光学设备对准聚焦系统4，将靶5放置在聚焦系统的前焦平面处，相机6对准靶5，待测光学设备、聚焦系统4、靶5和相机6依次放置，校准时若激光过强则应在光路中插入激光衰减片；
28.s2、开启发射光学系统1内的激光器2，激光器2发射激光，激光通过聚焦系统4汇聚在靶5上，调节靶的位置使得激光器2发射的激光在靶5上汇聚成一个点或光斑，并记录汇聚点或光斑中心的位置，在本实施例中，上下、左右调整靶5使得激光器2发射的激光汇聚在靶5十字叉丝的中心处，调整相机6使得十字叉丝成像清晰并固定靶5和相机6；
29.s3、关闭发射光学系统1的激光器2，主动照明光源的中间孔位于接收镜中央，开启主动照明光源10，主动照明光源发出光源照亮光电探测器8上；
30.s4、光电探测器8反射光源并通过聚焦系统4汇聚在靶5上，然后调整接收光学系统7的光电探测器8或接收镜9，使得光电探测器8反射光在靶5上汇聚成一个点或光斑，若该点或光斑与十字叉丝的中心处重合，则收发系统的光轴平行，若不重合，则调整调整光电探测器8或接收镜9使得光电探测器8反射光汇聚在靶5的十字叉丝处，使得收发系统的光轴处于平行状态；
31.s5、固定光电探测器8和接收镜9。
32.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
33.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。