基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置

摘要

本发明属于光学精密测量技术领域，涉及一种基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置，包括：离轴抛物面反射镜、液晶空间光调制器、积分球、可见光源、光纤a、激光延时模块、光纤b、耦合器；所述液晶空间光调制器置于离轴抛物面反射镜的焦面上；所述液晶空间光调制器、积分球、光纤a、激光延时模块、光纤b、耦合器依次放置在焦面后，耦合器与激光发射器连接；所述可见光源与积分球连接。此检测装置利用液晶进行光电调制生成面目标进行光电扫描，测量成功率高，其可用于激光测距机瞄准轴与接收轴平行性在室内、室外环境下的快速检测，具有精度高和可便携的优点。

说明书

技术领域

本发明是一种基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置，其可用于激光测距机瞄准轴与接收轴平行性在室内、室外环境下的快速检测，属于光学精密测量技术领域。

技术背景

脉冲激光测距机测量精度高、作用距离远、抗干扰能力强，已经大量用于多种领域中。对于激光测距机，其主要性能参数有发散角、能量、脉冲宽度、发射频率(对于重频激光器)、准测率、虚警率、角分辨率、距离分辨率和三轴(瞄准光轴、发射光轴、接收光轴)平行性等。其中发散角、能量、脉冲宽度等性能指标一般情况下不会有比较大的变动，而且目前对这些参数有很好的、通用的测试方法。但是三轴平行性不同，激光测距机在运输和野战条件下使用中，经常造成光轴失调；且在研制和鉴定中经历高低温、振动、冲击等环境的试验也有可能引起变化。光轴不平行直接影响准测率和测距精度等性能参数，进而影响测距机的测距能力，严重时不能测距。因此，三轴平行性是衡量激光测距机性能的一个非常重要的参数。

据了解，到目前为止，无论是研制方、生产工厂还是对产品进行试验检测和实际使用者，对于激光测距机三轴平行性的测试都没有找到令人满意的解决办法。其中，对于接收轴和瞄准轴平行性的测试，通常有以下三种方法。

在工厂进行产品装调时，通常采用如下方法：在被测激光测距机前方放置一个前置镜，首先要将被测测距机上盖打开，移开接收探测器，用小灯泡照明接收视场前方的小孔光阑，然后通过前置镜透过被测测距机物镜观察瞄准光路中的分划十字线和照明的小孔，看两者是否重合，测量瞄准轴与接收轴之间的二维偏差。由于小孔的焦面位置是由近红外波长光学设计的，与瞄准光路中的分划刻线不在同一焦面上，因此在前置镜观测的小孔成弥散斑，影响测量准确性。并且测距机只能由专业技术人员拆卸后进行调整，特别是对已经过高体温和淋雨试验的测距机拆开上盖再进行测试十分不便，难以保证出厂测距机良好的状态，在非生产厂的环境下不能进行这项检验。

在产品出厂检验和靶场试验中，通常采用在1000米处设置T形靶的多次测测距方法进行检测。这种方法受外界环境干扰影响较大，精度也不高。

在不拆卸测距机的前提下，为了提高测试精度与速度，北京理工大学设计提出“利用光纤测量激光测距机接收轴与瞄准轴平行性的装置”(中国专利，授权号：ZL200410087249.7)。但是由于这种方法使用点目标进行二维扫描，而被测测距机接收轴在焦面上的对应点也很小，两者很难重合，因此测量过程较复杂。并且由于此装置采用了机电扫描，机械部件的精度在受震动的环境下很难保证。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置，按程序改变液晶空间光调制器显示的图像的像素坐标，在离轴抛物面镜的焦面实现扫描图形的位置变化。此检测装置光学系统中没有机械移动部件，可实现快速的光电扫描，受外界环境影响很小，另外，此检测装置采用面目标代替点目标进行扫描，测量成功率高，在不拆卸激光测距机的情况下，可实现激光测距机瞄准轴与接收轴平行性在室内、室外环境下的快速检测。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明的基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置包括离轴抛物面反射镜，以及位于焦面的液晶空间光调制器，还包括依次连接的积分球、光纤a、激光延时模块、光纤b、耦合器，还包括与积分球连接的可见光源。

其中的可见光源可以是LED，也可以是普通光源。

其中液晶空间光调制器由偏振片a、液晶盒、偏振片b组成，其中偏振片a、偏振片b是工作光谱范围从可见光到近红外光的偏振片。

本发明的基于液晶空间光调制器测量激光测距机瞄准轴与接收轴平行性方法的步骤为：首先液晶空间光调制器以一定程序控制其每个像素的灰度，在积分球出口处的激光面光源照明下按程序改变液晶空间光调制器显示的边界扫描图形的像素坐标，实现坐标位置不同的边界扫描图形序列；然后激光边界扫描图形经离轴抛物面反射镜反射后，由激光测距机的激光接收器接收，通过分析激光测距机的测距结果，生成对应扫描边界位置坐标的测量结果序列；最后根据测量结果序列进行计算，求出激光测距机接收轴当前位置坐标，与激光测距机瞄准轴位置坐标比较求出接收轴与瞄准轴的平行性偏差。

本发明对比已有技术具有以下显著优点：

1.首次将液晶空间光调制器应用于激光测距机瞄准轴与接收轴平行性快速检测。

2.利用液晶空间光调制器在二维平面上通过面目标进行光电扫描，相比在二维平面上通过点目标的机电扫描方法更加快速准确。

3.检测装置光学系统中没有机械移动部件，显著提高了仪器的测量速度与使用寿命，降低了仪器使用时的外部环境要求。

4.测量过程可完全由计算机控制并计算结果，测试速度快客观性好。

附图说明

图1为基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置示意图；

图2为液晶空间光调制器的结构示意图；

图3为液晶空间光调制器进行水平搜索的示意图；

图4为激光接收轴在焦面上对应点的搜索算法示意图；

图中：1-离轴抛物面反射镜、2-液晶空间光调制器、3-焦面、4-积分球、5-可见光源、6-光纤a、7-激光延时模块、8-光纤b、9-耦合器、10-激光测距机、11-瞄准器、12-瞄准轴、13-激光接收轴、14-激光接收器、15-激光发射器、16-偏振片a、17-液晶盒、18-偏振片b、19-液晶扫描边界、20-接收轴中心对应点、21-搜索起始坐标、22-激光接收轴焦面坐标。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的基本思想是利用高分辨率、小像元尺寸的液晶进行快速的光电调制，在积分球的均匀激光照明下，形成测试用的序列的面目标，计算机根据序列面目标对应的图像及测距机的测距结果计算激光测距机瞄准轴与接收轴平行性。

测试的核心思路主要分两步，首先是获取激光测距机瞄准轴12在离轴抛物面反射镜1的焦面3上的对应位置，然后是获取激光接收轴13在焦面3上的对应位置，可通过比较这两者在焦面3上的位置直接计算出激光测距机瞄准轴12与接收轴13的平行性偏差。

实施例

如图1所示，本发明的基于液晶调制的激光测距机瞄准与接收轴平行性测量装置包括：离轴抛物面反射镜1、液晶空间光调制器2、积分球4、可见光源5、光纤a6、激光延时模块7、光纤b8、耦合器9。所述液晶空间光调制器2置于离轴抛物面反射镜1的焦面3上；所述液晶空间光调制器2、积分球4、光纤a6、激光延时模块7、光纤b8、耦合器9依次放置在焦面3后，耦合器9与激光发射器1 5连接；所述可见光源5与积分球4连接。

液晶空间光调制器2、积分球4、可见光源5，用于生成可见光图像，其中的可见光源5采用LED，形成液晶空间光调制器的可见光背光源。

积分球4、光纤a6、激光延时模块7、光纤b8、耦合器9，用于将经光纤传输来的激光点光源转换为均匀的激光面光源，形成液晶空间光调制器的激光背光源。

液晶空间光调制器2由偏振片a16、液晶盒17、偏振片b18组成，其中偏振片a16、偏振片b18是工作光谱范围从可见光到近红外光的偏振片。

其中还包括被测激光测距机10放置于离轴抛物面反射镜1正前方，在焦面3后依次放置液晶空间光调制器2、积分球4、光纤a6、激光延时模块7、光纤b8、耦合器9，耦合器9与激光发射器15连接，可见光源5与积分球4连接。

测试步骤如下：

首先是获取激光测距机瞄准轴12在焦面3上的对应位置：点亮可见光源5，积分球4形成均匀面光源，在液晶空间光调制器2上显示对准图像，对准图像经离轴抛物面反射镜1反射进入测距机瞄准器11，测距机瞄准器11进行对准，对准后可获得瞄准轴12在焦面上的对应像素坐标，像素坐标乘像素大小即可获得瞄准轴12在焦面上的对应位置。

然后是获取激光接收轴13在焦面3上的对应位置：搜索方法如图3所示，首先控制液晶空间光调制器2显示高对比的刀口图像，刀口图像经离轴抛物面反射镜1反射后，由激光测距机的激光接收器14接收，通过分析激光测距机的测距数据，可分析出接收轴中心对应点20在扫描边界19的哪一侧，而后根据此结果调节液晶刀口图像的扫描边界19的水平坐标，生成新坐标位置上的刀口图像。多次重复以上步骤，形成测量结果序列，根据测量结果序列不断调节扫描边界19的坐标，实现边界扫描，使接收轴中心对应点20与扫描边界19不断逼近直至重合，即得出了接收轴中心对应点20的水平坐标。具体的边界扫描算法如图4所示：假设边界的起始搜索起始坐标21为0，激光接收轴焦面坐标22为458，那么利用液晶生成的光电刀口遮挡积分球4的均匀激光面，使用二分法在整个液晶测量范围进行扫描，在分辨率为1024的情况下，不多于10次扫描就可以得出水平方向上激光接收轴对应的焦面坐标22，像素坐标乘像素大小即可获得接收轴13在焦面上对应的水平位置坐标。将水平刀口更换为垂直刀口，使用同样的方法在垂直方向上进行扫描即可获得接收轴13在焦面上对应的垂直位置坐标。并且由于瞄准轴12与接收轴13的偏差一般很小，因此只需要在瞄准轴12的位置坐标附近搜寻接收轴13在焦面3上的对应点，由此减小了搜寻范围，扫描次数也可以大大减少。

当分别获得瞄准轴12与接收轴13的位置坐标后，两者相减，再根据光学系统参数即可计算出激光测距机瞄准轴12与接收轴13的平行性。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何外在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。