基于离轴抛物面镜的激光测距机性能测试光学系统

摘要

本发明提供了一种基于离轴抛物面镜的激光测距机性能测试光学系统，能同时收纳激光测距机发射光路、接收光路以及激光辐射器模拟出的激光回波光路。该系统包括光源部件、激光发射性能测量单元、激光接收性能测量单元和激光测距/照射组件性能测量单元；光源部件由离轴抛物镜、白光光源及分划板、析光镜1、析光镜2、靶板、小孔光阑折转镜和长焦CCD摄像机组成；激光发射性能测量单元包括全反镜、物镜组、分光镜、能量探测器、纳秒探测器和光分仪探测器，激光接收性能测量单元包括激光模拟光源和双光楔。

说明书

技术领域

本发明涉及激光测距仪性能测试，尤其涉及基于离轴抛物面镜的激光测距机性能测试 光学系统。

背景技术

目前国内对于激光测距机综合性能进行测试时所采用的光路系统多使用分离的双光 路方式；即测试激光测距机发射性能和激光测距机的光路是分离的，测量方法繁琐且可靠 性和重复性较差，并且无法完成从激光测距机的激光发射到激光接收的整体综合测试。此 外，由于整个光路系统没有统一的光学基准，这样在光路的对准过程中（激光光束中心和 光学基准重合）操作起来就比较复杂，而且由于是分离光路的光学系统，所以整个系统存 在光学失调的可能性。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供了一种基于离轴抛物面镜的激光测距机性能测试光学系 统，能同时收纳激光测距机发射光路、接收光路以及激光辐射器模拟出的激光回波光路。

该基于离轴抛物面镜的激光测距机性能测试光学系统，包括光源部件、激光发射性能 测量单元、激光接收性能测量单元和激光测距/照射组件性能测量单元；光源部件由离轴 抛物镜、白光光源及分划板、析光镜1、析光镜2、靶板、小孔光阑折转镜和长焦CCD摄 像机组成；激光发射性能测量单元包括全反镜、物镜组、分光镜、能量探测器、纳秒探测 器和光分仪探测器；激光接收性能测量单元包括激光模拟光源和双光楔；在测量激光发射 性能过程中，全反镜切入光路中，激光由激光辐射组件发射，激光经过发射天线扩束后再 由全反镜反射，然后通过物镜组，经过分光镜后，一部分激光进入能量探测器来测量激光 能量，另一部分进入光分仪探测器来测量激光光束质量；当全反镜移除光路时，激光通过 衰减器和离轴抛物面镜成像在分划板上，然后利用长焦CCD摄像机和折转镜观察激光光轴 偏差和光轴稳定性，白光光源在分划板上所呈十字线为基准；

在测量激光接收性能过程中，全反镜移除光路，激光模拟光源通过小孔光阑发射连续 模拟激光，该激光通过析光镜2和析光镜1再经离轴抛物面镜成为平行光束，最后通过双 光楔进入接收天线到达激光接收组件；

所述的激光测距/照射组件性能测量单元包括精密回波延时器和纳秒探测器；纳秒探 测器接收激光辐射组件发出的激光并通过精密回报延时器来触发激光模拟器来产生模拟 激光，经过延迟的模拟激光将被激光接收组件接收，实现激光测距仪测距能力的模拟测试。

上述光学系统以离轴抛物面镜的焦点为光学基准，并由两个析光镜1、2来构建两个 共轭焦点；一个用来放置接收激光的靶板，另一个用于放置激光模拟光源。

本发明的有益效果：

通过该光路系统不仅可以对测距机部件静态参数(如发射能量、脉冲宽度、束散角和 多光轴平行性等)进行测试。此外，还可以检测测距机整机性能，如测距功能、测距精度 以及有效束散角等参数。该技术可为激光测距机性能测试仪或其它激光性能测试系统提供 光路，便于高精度、高稳定和高可靠地测试相关激光设备各项参数。

附图说明

图1为本发明光学系统组成示意图；

其中1-离轴抛物面镜、2-折转镜、3-长焦CCD摄像机、4-双光楔、5-产品安装调试台、 6-激光接收组件接收天线、7-激光辐射组件发射天线、8-衰减器、9-全反镜、10-激光模 拟光源、11-析光镜2、12析光镜1、13小孔光阑、14-靶板、15-白光光源及分划板、16- 物镜组、17-分光镜、18-光分探测器、19-精密回波延时器、20-纳秒探测器、21-能量探 测器、22-光学平台；

图2为本发明光学系统实施具体流程图。

具体实施方式

根据激光测距机性能测试仪光学测试要求和实际的工作需要，结合实际应用，确定了 基于离轴抛物面镜的光学系统；

a)大口径、高精度离轴抛物面的设计及加工，可以适应多光轴间距达300mm的多光 轴系统的精度调校。

b)使用内调焦平行光管与CCD摄像系统分别粗调与精调激光器光轴与发射天线光轴 同轴度；

c)使用计算机控制光学衰减器的衰减量变化，取消了人工手动操作，提高调校设备 的自动化水平；所设计开发的光轴平行性调校系统软件具有图像采集与处理功能，又具有 仪器控制功能，操作简便，界面友好。

如图1所示，光学安装调试平台用来把被测产品正确安装在按照特殊要求设计的性能 测试光路中，进行产品性能检测，采集检测数据并发送至测控和显示装置。主要由光源部 件、产品安装平台、激光发射性能测量单元、激光接收性能测量单元、激光测距/照射组 件性能测量单元。用于安装激光测距/照射组件各组成部分，如激光辐射器组件，激光接 收组件，激光发射天线、激光接收天线和电子组件等。光源部件由离轴抛物镜、白光光源 及分划板、析光镜1、析光镜2、靶板、小孔光阑折转镜和长焦CCD摄像机组成；激光发 射性能测量单元包括全反镜、物镜组、分光镜、能量探测器、纳秒探测器和光分仪探测器； 激光接收性能测量单元包括激光模拟光源和双光楔；

系统的工作流程如图2示。其主要步骤如下：

步骤一、设备检测基准的建立

利用校准设备，使白光光源十字线严格位于离轴抛物面镜的焦点F处，激光模拟器的 小孔光阑位于共轭焦点F"处，靶板位于共轭焦点F"′处，光路示意图如图1示。

调整产品的校靶镜使F″处之白光分划中心与校靶镜分划板中心重合。

步骤二、激光发射性能检测

激光发射性能检测包括激光辐射器与发射天线同轴度调试和检测和激光发射脉冲性 能检测。

步骤三、激光接收性能检测

接收视场的检测和调校，使用激光模拟光源、离轴抛物面镜、双光楔等进行。

步骤四、激光测距照射组件系统性能测试

激光测距照射组件的系统性能检测使用长焦CCD摄像机、离轴抛物面镜、激光模拟光 源、白光光源、析光镜、靶板、全反镜、物镜组、纳秒探测器、精密回波延时器等进行。