强激光与红外传感器光轴平行性测量仪器的研制

　　1 引 言

　　目前在大多数光电跟踪测量设备上,通常同时配有可见光、中波红外、长波红外及激光测距等多个光学系统,目的是使光电跟踪测量设备具备多谱段的探测能力和更强大的功能。

　　完成对目标的探测和测量任务,关键的条件之一是使各类成像光学系统与激光测距系统的光轴严格平行,保持相同的指向,从而保证光电跟踪测量设备的各系统间测量的一致性与准确性。然而,用于外场的光电跟踪测量设备常因使用环境恶劣,各传感器光轴平行性难以保证而影响光电跟踪测量设备总体性能的发挥,因此研制一种可在野外使用的光轴平行性测量仪器极其重要。

　　由于激光测距机和可见光、红外传感器在能量和光谱谱段方面存在着巨大差异,因此这种不同谱段光轴之间平行性检测仪器的研制一直是光电设备检测领域的难题之一。长春光学精密机械与物理研究所研制成功一种可测量25MW强激光器发射光轴与红外传感器光轴平行性的仪器,该仪器测量精度达到10’’,并可在-30°C~+60°C条件下保持精度≤10’’。此检测仪器不仅能在光电跟踪测量设备的生产装配过程中使用,而且能在外场调试和设备使用期间,随时提供平行性检测能力,如今这种仪器已成功用于外场测量。

　　2 测量方法与仪器结构

　　2.1 工作原理

　　强激光与红外传感器光轴平行性测量仪器的光路如图1所示。仪器从功能上可分为4个部分。第一部分为激光能量衰减器,由减光片和半反半透镜组成,能对激光的能量进行衰减;第二部分为准直光路系统,用于激光准直光束聚焦;第三部分为热靶转换系统,由光源、热靶及热靶移动机构组成,热靶位于卡塞格林准直光路系统的焦面上;第四部分为光束折转系统,它由半反半透镜及3块平面反射镜组成,几个反射镜均与准直光路系统光轴成45°角安装,且镜面之间相互平行。

　　仪器的测量过程是:被测设备激光测距机发出的激光光束经减光片和半反半透镜进入准直光路系统,在准直光路系统的焦面上,放置一块热靶,激光束聚焦在热靶上使热靶产生热量,形成一个热斑,这个热斑又作为红外目标源,再经准直光路系统及平面反射镜的反射进入被测仪器的红外光学系统,从被测仪器红外光学系统的监视器上可观察到这个热斑的像,热斑像的位置偏离视场中心的量即为激光测距机发射光轴与红外传感器光轴的平行性误差。这种测量方法的关键是首先要通过热靶将激光谱段(1.06Lm)转换成可被中波和长波红外传感器所接收的红外谱段(3~14Lm),然后再通过折转光路系统,将经过谱段转换产生的红外谱段光束引入到被测设备的红外光学系统,从而测量出被测设备的激光发射系统光轴与红外传感器光轴之间的平行性。