[发明专利]一种无光源光轴校准装置及方法

说明书

本发明公开了一种无光源光轴校准装置及方法，包括设置在激光器出射光路上的平行光管和位于平行光管后方采用红外上转换材料的靶板，激光光束经平行光管成像汇聚于靶板，一部分被靶板吸收引起局部温度升高形成中波红外光斑，一部分经红外上转换材料的反斯托克斯效应转换为可见光光斑，供中波红外热像仪、可见光/近红外电视观察，最终实现激光通道为可见光/近红外电视和中波红外热像仪提供光源、可见光/近红外电视和中波红外热像仪探测激光光斑位置。

技术领域

本发明涉及包含激光的多波段光轴校准技术领域，具体涉及一种无光源光轴校准装置，以及光轴校准方法。

背景技术

光电设备通常具有可见光/近红外(400m～900m)、中波红外(3.7μm～4.8μm)、激光(850nm、1064nm、1533/1553nm)等多个工作波段。光电设备多个工作波段的通道之间的光轴一致性是一个重要性能指标。虽然可以通过设计尽量消除光轴偏离，但由于通道中存在运动组件、载体的剧烈震动、光学通道热膨胀不一致等各种因素的存在，导致各个通道之间的光轴仍然可能相互偏离。因此在使用过程中需要对工作在不同波段的多个光学通道的光轴一致性进行校准，确保光轴的夹角在可接受的范围内。

现有的光轴校准装置通常为有源工作的技术方案，设置有平行光管(或大焦距球面镜)、可见光/近红外照明光源、中波红外照明光源(热源)以及激光光斑位置探测器，其工作原理一般为：激光光斑探测光路与可见光/近红外和中波红外光路的光轴一致性已经过校准。通过可见光、中波红外光源照明的靶板位于平行光管焦面处，成像到无穷远。激光光斑探测器的靶面也位于平行光管焦面处。不同波段光路通过分光镜进行耦合和分光。

现有光轴校准装置有源工作的技术方案可以实现较高的校轴精度，但也存在以下缺点：需要照明光源、激光探测器等有源部件及相应驱动控制电路，成本较高、体积和重量较大、可靠性较低；光轴校准装置自身内部各波段之间的光轴一致性存在一定误差，且该误差随温度变化、振动等环境因素影响而逐渐变大。

发明内容

针对现有技术中的上述缺点，本发明的目的之一是提供一种无光源光轴校准装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无光源光轴校准装置，包括设置在激光器出射光路上的平行光管和位于平行光管后方的靶板，所述的靶板采用红外上转换材料，激光光束经平行光管成像汇聚于靶板，一部分被靶板吸收引起局部温度升高形成中波红外光斑，一部分经红外上转换材料的反斯托克斯效应转换为可见光光斑。

进一步，所述的红外上转换材料为稀土的硫化物或氟化物。

本发明的目的之二是提供一种无光源光轴校准方法，包括如下步骤：

将从可见光/近红外成像通道看到的可见光光斑与图像正中心的偏移作为偏离脱靶量大小Δx_TV、Δy_TV，该脱靶量与可见光/近红外成像通道与激光通道的光轴一致性误差成正比，根据像元尺寸d_TV、可见光/近红外成像通道焦距f_TV，通过如下公式计算出可见光/近红外成像通道与激光通道的光轴一致性误差θ_xTV、θ_yTV：

将从中波红外成像通道看到的中波红外光斑与图像正中心的偏移作为偏离脱靶量大小Δx_IR、Δy_IR，该脱靶量与中波红外成像通道与激光通道的光轴一致性误差成正比，根据像元尺寸d_IR、中波红外成像通道焦距f，通过如下公式计算出中波红外成像通道与激光通道的光轴一致性误差θ_xIR、θ_yIR：