[发明专利]非成像系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置及方法

权利要求书

1.非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征是，该装置由衰减系统(2)、望远系统(3)、四分之一波片(4)、偏振分光棱镜(5)、起偏器(6)、离轴全反射式光纤准直镜(7)、FC光纤接口(8)、宽光谱照明光源(9)、全介质干涉滤光片(10)、一次成像物镜(11)、裂像抽插装置(12)、平行平板(13)、裂像对焦屏(14)、二次成像镜组(15)、近红外探测器(16)和数据处理系统(17)构成；

所述衰减系统(2)设置在待测设备(1)的发射端后面，且在望远系统(3)接收口径的前方；

所述望远系统(3)、四分之一波片(4)、偏振分光棱镜(5)、一次成像物镜(11)、二次成像镜组(15)、近红外探测器(16)依次同轴设置；平行平板(13)和裂像对焦屏(14)安装在裂像抽插装置(12)上；所述裂像抽插装置(12)安装于一次成像物镜(11)像方焦面位置，在抽、插过程中，平行平板(13)和裂像对焦屏(14)分别位于上述同轴的光轴上；

所述起偏器(6)、离轴全反射式光纤准直镜(7)依次设置于偏振分光棱镜(5)的反射光路中；所述宽光谱照明光源(9)通过多模光纤与FC光纤接口(8)相连，所述全介质干涉滤光片(10)放置于照明光源(9)前端，FC光纤接口(8)设置于离轴全反射式光纤准直镜(7)的焦点位置处；所述数据处理系统(17)通过数据线与近红外探测器(16)相连；近红外探测器(16)位于二次成像镜组(15)的像方焦面处；

当待测设备(1)的发射端(1-1)发射激光，光束经过衰减系统(2)，衰减后的光束进入望远系统(3)内，通过其内部主、次镜反射后出射，出射光经过四分之一波片(4)，变成P波形式的线偏振光，然后P光依次通过偏振分光棱镜(5)、一次成像物镜(11)、裂像抽插装置(12)和二次成像镜组(15)，最终会聚于近红外探测器(16)；

当打开宽光谱照明光源(9)时，光束经全介质干涉滤光片(10)后，从FC光纤接口(8)出射，照射到离轴全反射式光纤准直镜(7)上，反射的平行光经过起偏器(6)后，变成S波，该S波在偏振分光棱镜(5)中反射，然后通过四分之一波片(4)变成圆偏振光，最后从望远系统出射，照射待测设备(1)的目视瞄准端(1-2)和接收端(1-3)的APD探测器；

待测设备(1)的接收端(1-3)的APD探测器漫反射的光又会再次经过望远系统(3)、该圆偏振光经过四分之一波片(4)后又会变成P光，P光能透过偏振分光棱镜(5)，再依次经过一次成像物镜(11)、裂像抽插装置(12)、二次成像镜组(15)，最后被近红外探测器(16)接收。

2.根据权利要求1所述的非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征在于，所述衰减系统(2)为可调整的衰减片组，是由衰减倍率分别为10、100、1000的三种衰减片构成；它们的型号分别为OD1、OD2、OD3。

3.根据权利要求1所述的非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征在于，所述望远系统(3)为卡塞格林反射式望远系统，其通光口径为280mm，焦距为1500mm。

4.根据权利要求1所述的非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征在于，所述全介质干涉滤光片(10)的透过光谱半带宽为±20nm。

5.根据权利要求1所述的非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征在于，所述裂像对焦屏(14)由两片相同大小的半圆型楔形平板胶合而成，任一平板的斜面倾斜角为12°，直径为20mm。

6.根据权利要求1所述的非成像光学系统的光轴一致性校准和裂像定焦装调装置，其特征在于，所述近红外探测器(16)的波长范围为950～1700nm，分辨率为640×512像素。

7.采用权利要求1所述装置的非成像系统的光轴一致性校准及裂像定焦装调方法，包括以下步骤：

步骤一、先打开宽光谱照明光源(9)，移开全介质干涉滤光片(10)，初步对准被测设备(1)与检测装置，在被测设备的目视瞄准端(1-2)观察，不断调节被测设备的位置，直到目视瞄准端(1-2)能够观测到照明光源发射出的光斑图像，并且调至视场中心位置，作为整个测试过程中的目视基准轴；

步骤二、关闭宽光谱照明光源(9)，在被测设备发射端(1-1)后放置衰减系统(2)，开启被测设备(1)的发射端(1-1)，调整衰减片组(2)，保证数据图像处理系统显示的光斑清晰，光强适中；

步骤三、打开被测设备发射端(1-1)开关之后，出射的激光经过衰减系统(2)，再经望远系统(3)，然后经过四分之一波片(4)、偏振分光棱镜(5)、一次成像物镜(11)、平行平板(13)、二次成像镜组(15)，光束最终会聚于近红外探测器(16)；近红外探测器(16)通过数据线与计算机相连，计算机的数据图像处理程序(17)会显示出光斑图像，并计算出发射端(1-1)光斑中心位置坐标一，即发射轴的位置坐标，以及该光斑位置与目视基准的偏差值A；

步骤四、关闭被测设备发射端(1-1)开关，打开宽光谱照明光源(9)开关，在照明光源前端放置全介质干涉滤光片(10)；光束经全介质干涉滤光片(10)滤光后，从离轴反射式光纤准直器(7)出射，再经过起偏器(6)后变成S光，S光在偏振分光棱镜(5)中反射后，通过四分之一波片(4)又变成圆偏振光，最后从望远系统(3)出射，照亮被测系统接收端(1-3)的APD探测器，其漫反射回来的光又进入望远系统(3)，再通过四分之一波片(4)后变成P光，P光透过偏振分光棱镜(5)进入后续光学系统，并最终成像于近红外探测器(16)，数据处理系统(17)处理近红外探测器接收的光斑图像，并且算出此时图像中心位置坐标，即接收轴的位置坐标，以及与目视基准的偏差值B，同时，算出接收轴位置坐标与步骤三中发射轴位置坐标的偏差值C；综上，利用发射端(1-1)和接收端(1-3)的像中心位置的偏差值C以及分别与目视基准的偏差值A、B，再结合系统焦距，便可以计算出发射轴、目视瞄准轴、接收轴之间的角度偏差，至此完成了对被测设备各光轴一致性的检测过程；

步骤五、保持步骤四中的被测设备发射端(1-1)关闭，宽光谱照明光源(9)打开；只调节裂像抽插装置(12)，使裂像对焦屏(14)处于公共光轴状态，待测设备接收端(1-3)的APD探测器漫反射回光时，只要成像有离焦量，图像都会在计算机中显示为错开圆斑或错开的APD探测器像，并且计算机数据处理系统(17)能够根据错开图像中心位置的偏差由裂像离焦关系式：

Δ₁＝0.02055D＝0.000411S

计算出离焦量的大小Δ₁，根据离焦量的大小Δ₁，前后移动被测设备接收端(1-3)APD探测器的位置，可保证待测设备探测器安装于理想像面位置，至此完成了裂像定焦装调的过程。