一种含前置望远红外会聚系统自准直方法与流程

1.本发明属于机载光电瞄准系统精密光机装调技术领域，具体涉及一种含前置望远红外会聚系统自准直方法。


背景技术：

2.机载光电瞄准系统是一种集瞄准、跟踪、测量、成像为一体的光电设备。该光电系统可同时搭载不同类型光学传感器，可对目标物体的几何、物理特性进行感知及识别，进而实现对目标物体的瞄准和跟踪。一般光电瞄准系统为了适应全天候的观测，多会携带红外热像仪、电视观瞄具及激光测距机等不同类型的光学载荷，进而形成多传感器、多谱段及多光路融合的光电设备系统。随着航空事业的发展，对机载光电瞄准系统的分辨率要求越来越高，促使机载光电系统朝着大口径、长焦距、宽波段的方向发展。该系统通过前置共孔径反射式望远系统实现可见光与红外波段光路的高度集成，具备长焦距、多波段、高分辨率、结构紧凑等诸多优点。
3.其中共孔径机载光电瞄准系统主要由前置望远部件1、精稳镜2、分光镜3、红外调焦会聚部件4、电视观瞄具5、红外热像仪6等组成，上述组部件装配于平台框架7上，光路示意图详见附图1所示。其中由序号1、2、3、4组成含前置望远红外会聚系统。由于序号3—分光镜会使原入射光束发生偏移，因此望远出射光到达会聚系统时会产生拦光现象。一般光学系统的前后准直多采用光学穿轴技术，即通过调整前后两块分化板的自准像及分化像达到准直目的。对于该光学系统，传统光学穿轴技术存在两处局限性。第一，分光镜为半反半透镜，反射可见光，透射红外波段光束，在系统前方无法观测会聚系统的分化板；第二，前置望远系统出射为平行光，无法精确确定其光束中心位置。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题：
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种含前置望远红外会聚系统自准直方法，通过分化板和可见光平行的设计辅助穿轴装置，借助激光干涉仪、平面镜、经纬仪、内调焦光管等设备装置，实现了前置无焦望远系统与后置调焦会聚系统的精密穿轴及可见光波段下红外系统的穿轴。
6.本发明的技术方案是：一种含前置望远红外会聚系统自准直方法，具体步骤如下：
7.步骤1：望远部件中心视场找准；
8.a)调整激光干涉仪和标准平面镜准直，使其干涉条纹最少；
9.b)将望远部件装配至平台框架上，平台框架放置于三维调整台上；
10.c)将三维调整台置于激光干涉仪与标准平面镜中间位置，使其上的望远部件整体移至激光干涉仪平行光入射包络内；
11.d)通过调整三维调整台的方位俯仰角度找准望远部件中心视场；
12.步骤2：望远光路穿轴基准建立；
13.a)在望远部件的目镜组出射光束后方安装多维可调分化板，通过激光干涉仪发出的光束经望远部件后缩束投射到多维可调分化板上；
14.b)在多维可调分化板和标准平面镜之间架设经纬仪；
15.c)通过调整经纬仪的位置和角度完成可调分化板自准像调整及基准建立；
16.步骤3：望远部件出射光束中心及角偏标定；
17.a)调整多维可调分化板与经纬仪准直，使得激光干涉仪出射光束位于多维可调分化板的中心位置；
18.b)将望远部件通过销钉定位于平台框架；
19.步骤4：内调焦光管与多维可调分化板的自准；
20.a)将望远部件移除；
21.b)在多维可调分化板的前方架设内调焦光管；
22.c)通过调整内调焦光管的位置角度，完成内调焦光管与多维可调分化板的自准，
23.并锁止内调焦光管；
24.步骤5：可见光光路的穿轴；
25.a)移除多维可调分化板，沿光路安装精稳镜、可见光平行平板、会聚系统的镜筒，其中可见光平行平板替代原光路的分光镜；
26.b)在会聚系统的镜筒内安装定心车分化板；
27.c)调整定心车分化板自准，完成可见光光路的穿轴；
28.步骤6：含前置望远红外会聚系统穿轴准直；
29.a)移除可见光平行平板，更换为分光镜；
30.b)按步骤3的销钉位置装配前置望远部件；
31.c)移除定心车分化板，在会聚系统的镜筒内安装会聚镜组，完成红外会聚系统的穿轴准直。
32.本发明的进一步技术方案是：所述步骤1中，调整三维调整台的方位俯仰角度使望远部件波前rms值最小，泽尼克系数像散、彗差项趋于归零，此时即为望远部件中心视场位置。
33.本发明的进一步技术方案是：所述步骤2中，经纬仪的调整方法：首先调整经纬仪的左右与高度位姿，大致与多维可调分化板相同；再调整经纬仪使其与标准平面镜准直，记录此时经纬仪显示俯仰角度θ1，清零方位角度；再绕垂直大地基准轴旋转经纬仪同时观测多维可调分化板，方位旋转180
°
，俯仰旋转至θ2，其中θ1+θ2＝180
°
；最后，锁止经纬仪。
34.本发明的进一步技术方案是：所述步骤3中，通过调整多维可调分化板的方位俯仰角度使其与经纬仪准直；再通过调整多维可调分化板的平移使得激光干涉仪出射光束正好位于标尺刻度分化板的中心位置，即光束左右上下对称。
35.本发明的进一步技术方案是：所述步骤4中，调整内调焦光管的平移位置及角度，将多维可调分化板自准像偏差调整至10
″
之内，分化像偏差调整至0.01mm之内。
36.本发明的进一步技术方案是：所述步骤5中，通过内调焦光管观测会聚系统分化板自准像及分化像，通过精稳镜、会聚系统的平移及角度调整，将定心车分化板自准像偏差调整至10
″
之内，分化像偏差调整至0.01mm之内。
37.本发明的进一步技术方案是：所述多维可调分化板包括分化板和分化板座，所述
分化板为透射式分化板，在十字刻线上有标准刻度，能精确判定入射光束的偏心程度；所述分化板座用于将分化板转接安装于望远部件后方的平台框架上，其上设计有顶丝孔，通过顶丝实现分化板的倾斜及平移调整。
38.本发明的进一步技术方案是：所述分光镜的材质为区熔单晶硅，a面镀分光膜，b面镀增透膜，在波长3.7μm附近平均透过率≥97％。
39.本发明的进一步技术方案是：所述内调焦光管工作波段为550nm。
40.本发明的进一步技术方案是：所述可见光平行平板的材质为hk9l光学玻璃，其厚度为6.68mm。
41.有益效果
42.本发明的有益效果在于：本发明设计一种可多维调节带标尺分化板，能够实现无焦望远系统的中心视场出射光束中心及角偏标定，以此作为红外会聚系统的穿轴基准，同时提出一种平行平板可见光设计方法，能够代替原光路红外分光镜实现可见光波段的光学系统穿轴。
43.本发明方法首先利用激光干涉仪将前置望远部件调整至中心视场，在目镜组出射光路处调整带标尺可调节分化板，通过经纬仪监测调整其自准像倾斜角度，通过出光光束在分化板位置调整其分化像平移居中。更换可见光平行平板，实现前置望远系统与后置调焦会聚系统的穿轴。该方法可实现望远光路与会聚系统的自准直，消除光束拦光问题，客观量化、精度较高，适用于同类型红外系统光路自准直，通用性强。
附图说明
44.图1为共孔径机载光电瞄准系统光路示意图。
45.图2为多维可调带刻度分化板结构图。
46.图3为红外会聚系统分光镜光学设计图。
47.图4为可见光穿轴平行平板光学设计图。
48.图5为含前置望远红外会聚系统穿轴流程图。
49.图6为前置望远部件中心视场找准原理图。
50.图7为前置望远光路穿轴基准建立原理图。
51.图8为含前置望远红外会聚系统穿轴准直原理图。
52.附图标记说明：1—望远部件、2—精稳镜、3—分光镜、4—红外调焦会聚部件、5—电视观瞄具、6—红外热像仪，7—平台框架，8—分化板，9—分化板座，10—激光干涉仪,11—标准平面镜，12—三维调整台，13—多维可调分化板，14—经纬仪，15—内调焦光管，16—可见光平行平板，17—会聚系统分化板，18—会聚系统的镜筒。
具体实施方式
53.下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
54.本发明设计的多维可调分化板13见附图2所示，其主要由分化板8及分化板座9组成。其中分化板8为透射式分化板，在十字刻线上有标准刻度，能精确判定入射光束的偏心程度。分化板座9可转接安装至望远系统后方平台框架上，设计有顶丝孔，通过顶丝可实现
分化板的倾斜及平移调整。
55.该红外会聚系统分光镜设计如附图3所示，材质为区熔单晶硅，a面镀分光膜，b面镀增透膜，在波长3.7μm附近平均透过率≥97％。为了使仪器工作波段光束透过分光镜且平移量与红外工作波段相同，本发明设计可替代平行平板，已知穿轴仪器内调焦光管工作波段为550nm，采用材质为hk9l光学玻璃，平行平板厚度设计为6.68mm，可代替原光路红外分光镜实现可见光波段的光学系统穿轴，设计图见附图4。
56.通过上述两种设计的辅助穿轴装置，借助激光干涉仪、平面镜、经纬仪、内调焦光管等设备装置，可完成含前置望远红外会聚系统的自准直穿轴，该方法流程图见附图5。具体步骤如下：
57.步骤1：参照附图6所示，将激光干涉仪10与标准平面镜11准直，使其干涉条纹最少；将望远部件1装配至平台框架7上，然后将上述装配体放置于三维调整台12上，三维调整台12置于激光干涉仪10与标准平面镜11中间位置。将望远部件1整体移至激光干涉仪10平行光入射包络内，调整三维调整台12的方位俯仰角度，使望远部件1波前rms值最小，泽尼克系数像散、彗差项趋于归零，此时即为望远部件中心视场位置。
58.步骤2：参照附图7所示，在望远部件1目镜组出射光束后方，平台框架7上对应位置装配维可调分化板13，此时通过激光干涉仪10发出的光束经望远部件1后缩束投射到多维可调分化板13上，在平台框架7与标准平面镜11之间架设经纬仪14，调整经纬仪14左右与高度位姿，大致与多维可调分化板13相同，调整经纬仪14使其自身十字丝与标准平面镜11准直，记录此时经纬仪14显示俯仰角度θ1，清零方位角度。绕垂直大地基准轴旋转经纬仪14观测多维可调分化板13，方位旋转180
°
，俯仰旋转至θ2，其中θ1+θ2＝180
°
。锁止经纬仪14，完成多维可调分化板13自准像调整基准建立。
59.步骤3：通过调整多维可调分化板13方位俯仰角度使其分化板8与经纬仪14电十字丝准直，调整多维可调分化板13的平移(在垂直于光轴的平面内平移)使得激光干涉仪10出射光束正好位于标尺刻度分化板8的中心位置，即光束左右上下对称。位置调整与角度调整可同时进行，调整完毕后针对望远部件1配打销钉定位。
60.步骤4：参照附图8所示对红外会聚系统进行光学穿轴，该系统主要由内调焦光管15、多维可调分化板13、精稳镜2、可见光平行平板16、会聚系统分化板17、会聚系统镜筒18及平台框架7组成。经步骤3将多维可调分化板13已调整完毕且装配至平台框架7之上，移除望远部件1，在多维可调分化板13前方架设内调焦光管15，调整内调焦光管15平移及角度，使多维可调分化板13自准像偏差调整至10
″
之内，分化像偏差调整至0.01mm之内。锁止内调焦光管15。
61.步骤5：移除多维可调分化板13，更换本发明设计可见光平行平板16代替原光路分光镜3，在会聚系统镜筒18内装配定心车分化板，通过内调焦光管15观测聚系统分化板17自准像及分化像，通过精稳镜2、会聚系统镜筒18的平移及角度调整，将会聚系统分化板17自准像偏差调整至10
″
之内，分化像偏差调整至0.01mm之内。
62.步骤6：移除可见光平行平板16，更换为正式分光镜3，按销钉位置装配前置望远部件1，移除会聚系统分化板17，更换为会聚镜组，完成红外会聚系统的准直穿轴。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨
的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。