专利摘要

本发明公开了一种多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶，其主要技术特点是，将多根光纤棒、光纤距离模拟器中的四根长度不等的单模光纤的两个端头、数根高导热棒均紧密排列在靶壳的腔体内并使各端面构成靶面；在靶面的中心区域，四对单模光纤端面构成以一根光纤棒端面为中心的十字线，数根高导热棒分布在十字线周围，靶面上的缝隙处填充显示粉。本发明既能够进行多光轴的校轴，又能对激光测距机的测距性能进行评价，同时与振动组件配合使用，还可用于考核被测光电系统的动态性能。本发明的优点是，抗激光损伤阈值高，光斑扩散小，校轴精度高。

权利要求

1.一种多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶，包括靶壳[1]、显示粉[18]、用于调整靶壳[1]方位和俯仰位置的微调支架[8]，所述靶壳[1]固连在微调支架[8]上，其特征在于：还包括若干根光纤棒[14]，所述靶壳[1]带有形状规则的通透腔体且腔体端面大于激光在其上的照射范围；所述的光纤棒[14]为单模光纤棒并沿光轴方向紧密排列在靶壳[1]的腔体内，所有光纤棒[14]的前端面均处在同一个平面内且径向紧邻，以此构成靶面[11]，在远离靶面[11]一端各光纤棒[14]之间的缝隙中填充所述的显示粉[18]。

2.根据权利要求1所述的多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶，其特征在于：还包括一个光纤距离模拟器[13]，所述的光纤距离模拟器[13]由四根长度不相等的单模光纤绕制而成，单模光纤的长度根据被测光电系统[3]的测试要求而定；所述四根单模光纤的两个端头段去掉表面胶层并排列在位于靶壳[1]腔体中心处[19]光纤棒[14]的四周，四对单模光纤的端面位于所述的靶面[11]上并构成了一个空心十字线。

3.根据权利要求1或2所述的多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶，其特征在于：还包括数根与所述光纤棒直径相同的高导热棒[15]，所述的微调支架[8]带有起热沉作用的底座；所述的数根高导热棒[15]均匀排列在所述靶壳[1]腔体中且位于所述四根单模光纤的外围，数根高导热棒[15]的一个端面均位于所述的靶面[11]上，其另一端均与所述的微调支架[8]的底座相连，由所述数根高导热棒[15]端面在靶面[11]上构成的靶心区域等于或略大于所述四根单模光纤端面在靶面[11]上构成的靶心区域。

4.根据权利要求3所述的多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶，其特征在于：还包括一个振动组件[9]，所述的振动组件[9]放置在所述靶壳[1]与所述微调支架[8]之间，且所述振动组件[9]可以带动靶壳[1]在一个铅垂平面内按一定频率振动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种光轴调校使用的校轴靶，主要涉及一种多波段多光轴光电系统各波段光轴校准使用的校轴靶，尤其涉及一种可对带有高峰值功率密度激光发射机的光电系统进行光轴校准与检测的校轴靶。

技术背景

随着现代光电技术的迅猛发展，光电系统在军事和民用产品中的应用越来越多，尤其是集激光、红外、可见光、电视、微光于一体的多波段多光轴的光电探测系统和光电跟踪系统在各类武器平台上得到了广泛的应用，而且这类光电系统对于提高武器系统的综合作战效能起到了重要作用。对于多波段多光轴的光电系统而言，其各光轴的同轴度将直接影响到系统的最大作用距离，因此它也是重要的战技指标之一，而对各光轴的同轴度能否进行客观而准确的评价，则是关系到这类光电系统能否调校到满足其同轴度战技指标的前提。

激光是多波段、多光轴光电系统的主动作用部分。目前对多波段多光轴光电系统进行光轴同轴度调校时，一般都是将激光光轴作为基准轴，即用激光照射位于焦平面上的校轴靶并根据激光光斑位置调校其它光轴。最传统的校轴方法所用的校轴靶为光敏相纸，也就是用单次激光在光敏相纸上打出斑点，然后根据激光光斑的分布重心来评价激光光轴的位置并将其调整到理想位置；之后，再用可见光电视、红外热像仪瞄准该斑点逐一调校直到可见光光轴和红外光轴均与激光光轴同轴。随着激光技术的发展，高能激光器和重频激光器越来越多地应用于光电探测和光电跟踪类武器系统。对于采用高能激光器的光电系统来说，若采用光敏相纸打点法进行光轴校正，常会因光敏相纸的低均匀性和低激光损伤阈值出现严重烧蚀现象，这将影响到激光光斑的形状和大小，最终影响到各光轴的调校精度。而对于采用重频激光器的光电系统而言，由于连续发射的激光相对光轴方向存在一定的漂移，因而在光敏相纸上打出的激光光斑成散斑状，降低了光轴的校正精度。

美国专利US6734448B2(Methedandapparatusforboresightingalaserwithaforwardlookinginfrareddevice)公开了一种用于激光器与前视红外仪光轴校准的方法与校轴靶。该校轴靶由多种波段荧光光谱转换材料制作，校轴时，将光电仪器发射的激光经高倍率衰减后聚焦在靶心上并通过荧光光谱转换材料转换成多波段荧光，然后，用光电系统中其它各波段的探测器同时探测荧光信号，依据探测信号的质心位置来调校各光轴。该校轴靶存在的主要问题是，由于荧光光谱转换材料的侧向二次发射造成光斑扩散，而且激光经衰减器表面多次反射也会造成光斑变形，最终导致校轴精度降低。

美国专利US5838014(Laserbeamboresightingapparatus)公开了一种由热靶材料制作的激光校轴靶。该校轴靶的靶面由两层材料构成，第一层材料为各向异性的低热导率光谱转换材料，第二层材料为起热沉作用的高热导率吸收材料。由于靶面第一层材料在垂直于靶面方向具有较高的热导率而在靶平而上具有较低的热导率，因而该靶具有较小的侧向热扩散；而由激光产生的热量大部分被第二层材料吸收，使得光点与靶面之间形成一定温差，该光点可被可见光传感器和红外传感器接收，从而实现多光轴的调校。该校轴靶存在的主要缺陷是：靶面为整块材料，其热扩散后导致光斑增大；光谱转换材料的热导率较低，不能实现快速的温度变化，当用重频激光脉冲打点时，会出现多个光点无法区分的现象，影响到自动校轴基准点的计算精度。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是，为进行多波段多光轴光电系统的多光轴校正提供一种采用光纤棒构成的具有高激光损伤阈值的校轴靶。

本发明要解决的第二个技术问题是，所提供的校轴靶不仅能够解决重频激光的校轴问题，而且还可以评价光电系统激光测距机作用距离的准确度。

为解决上述技术问题，本发明包括靶壳、若干根光纤棒、显示粉、微调支架；所述靶壳带有形状规则的通透腔体且腔体端面大于激光在靶面上的照射范围；所述的光纤棒为单模光纤棒并沿光轴方向紧密排列在靶壳的腔体内，所有光纤棒的前端面均处在同一个平面内且径向紧邻，以此构成靶面，在远离靶面一端各光纤棒之间的缝隙中填充所述的显示粉，所述靶壳固连在微调支架上，微调支架可以调整靶壳的方位和俯仰位置。

本发明还包括一个光纤距离模拟器，所述的光纤距离模拟器由四根长度不相等的单模光纤绕制而成，单模光纤的长度根据被测光电系统的测试要求而定；所述四根单模光纤的两个端头段去掉表面胶层并排列在位于靶壳腔体中心处光纤棒的四周，四对单模光纤的端面位于所述的靶面上并构成了一个空心十字线。

根据本发明，还包括数根与所述光纤棒直径相同的高导热棒，所述的微调支架带有起热沉作用的底座；所述的数根高导热棒均匀排列在所述靶壳腔体中且位于所述四根单模光纤的外围，数根高导热棒的一个端面均位于所述的靶面上，其另一端均与所述的微调支架的底座相连，由所述数根高导热棒端面在靶面上构成的靶心区域等于或略大于所述四根单模光纤端面在靶面上构成的靶心区域。

根据本发明，还包括一个振动组件，所述的振动组件放置在所述靶壳与所述微调支架之间，且所述振动组件可以带动靶壳在一个铅垂平面内按一定频率振动。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明的靶面主要由多根单模光纤棒的端面构成，由于单模光纤棒的直径小，因而其单模光纤端面所能接收到的激光能量也小，而且单模光纤棒的纤芯直径远小于包层直径，纤芯折射率大于包层折射率。这样，照射到单模光纤棒的纤芯上的激光只能在纤芯中传输，照射到单模光纤棒的包层上的激光大部分只能在包层中传输，使激光不能聚焦到一点，有效的降低了局部激光能量密度，由此提高了校轴靶的激光损伤阈值。

(二)本发明采用了光纤距离模拟器，并将其单模光纤的端面在靶心上形成十字线，激光脉冲经过光纤距离模拟器延迟输出后，扩束逆向沿着输入激光方向传输，触发激光接收系统，以进行激光接收轴的调校；此外，对光纤距离模拟器中单模光纤的在激光波长的模拟距离进行严格标定，还可以实现光电系统作用距离的准确度校准。

(三)本发明中的单模光纤和显示粉为光的快速响应材料，高热导棒为热的快速响应材料，因此对重频激光斑点在靶面上的滞留时间远小于光电系统各传感器采集光斑信号的积分时间，使得斑点能够有效区分，提高了带有重频激光的光电系统的光轴调校精度。

(四)在本发明中，光纤棒、单模光纤、高热导棒、显示粉在结构上相互独立，且照射激光无需衰减，有效地阻止了激光光斑的热扩散和光斑的变形，从而减少了靶面上光斑扩散，即减小了靶面上基准点的尺寸，使光电系统的调校精度得到提高。

(五)本发明采用的多根单模光纤的包层直径为0.125+/-0.001mm，纤芯直径0.01mm，纤芯和包层的同轴度0.5μm，包层的不圆度0.3％，而且各光纤棒径向紧邻，因而在靶面上就为激光光斑提供了一个平而坐标尺，依据靶面上激光光斑覆盖的光纤个数和位置，可评价激光光束的质量；根据光电系统各传感器接收的图像，可评价光电系统的像质。

(六)本发明通过振动组件使校准靶在焦平面内按一定频率振动，使得经过光纤距离模拟器后的激光输出位置偏离激光输入位置，相当于提供了一个动目标靶，因此，本发明可用对于光电系统的动态性能进行评价。

附图说明

图1是本发明校轴靶的结构组成示意图。

图2是本发明校轴靶的靶面示意图。

图3是含有本发明的一个多波段、多光轴校轴与检测系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

根据图1所示，本发明的优选实施例包括靶壳1、压片21、多根光纤棒14、四根高导热棒15、显示粉18、石英防护玻璃12、光纤距离模拟器13、微调支架8、振动组件9。靶壳1外形为圆柱体，沿其上轴向设有横截面为正方形的通透腔体且正方形的端面应大于被测光电系统的激光在靶面上的照射范围，本优选实施例为4×4mm；在靶壳1上还设有一个与通透腔体方向一致的方形通槽，该通槽位于靶壳的水平直径上且与正方形腔体的一个侧面连通，在与正方形腔体正对的通槽侧壁上设有螺孔。压片21装在通槽中并与螺孔紧邻。光纤棒14为单模光纤棒，光纤棒14的长度为6mm，直径为Ф0.125mm，光纤棒14沿靶壳1的轴向紧密排列在靶壳1的腔体和通槽内，光纤棒14的前端面均处在同一个平面内以此构成本发明的靶面11(参见图2)。光纤距离模拟器13由绕在光纤盘上的四根长度不等的单模光纤构成，四根单模光纤的模拟距离分别是500m、1km、2km、5km；；通常这四根单模光纤的模拟距离是根据被测光电系统的测试要求而定；四根单模光纤的两个端头段去掉表面胶层后排列在位于腔体中心处19单模光纤棒14的四周；四对单模光纤的端面16、17位于靶面11上并构成了一个空心十字线。四根高导热棒15为铜棒，其直径与光纤棒14的直径相同，其长度为30mm；四根高导热棒15也排列在靶壳1的腔体内，四根高导热棒15的一个端面位于由空心十字线确定的正方形靶心区域的四个顶角上；通常可以根据被测光电系统激光照射到靶面11上的光斑大小来确定高导热棒的位置，总的原则是，由高导热棒15构成的靶心区域比由空心十字靶确定的靶心区域略大或相同。光纤棒14、高导热棒15、单模光纤排成靶面之后，相互之间的缝隙填充显示粉18；将螺钉20拧在靶壳1通槽上的螺孔中并使压片21顶紧光纤棒14；为了防止光纤棒14等沿轴向移动，在靶壳1的后端面上固连石英防护玻璃12。微调支架8的底座采用导热系数大的材料制作，振动组件9固连在微调支架8上，靶壳1则安装在振动组件9上且高导热棒15的另一端接在微调支架8的底座上。振动组件可以带动靶壳在一个铅锤平面内按一定频率振动，其振动位移量和振动频率依据被测光电系统的技术指标而定。微调支架8可对靶面11的位置进行方位和俯仰方向上的微调。

在第一优选实施例的基础上，本发明可以将靶壳10的通透腔体设计成截面为正六边形；光纤棒的长度也可以是5mm；靶面11上各棒体端面之间的缝隙也可以填充上转换材料。

图3是采用了本发明的一个多波段、多光轴的校轴与检测系统。下面以该校准系统的校准过程为例，进一步阐述本发明的工作原理。将本发明和离轴抛物镜4均放置一个测试平台7上，并使靶面11位于离轴抛物镜4的焦平面上，离轴抛物镜4的口径大于光电系统3的通光口径，用被测光电系统3的可见光瞄准镜瞄准腔体中心处19，通过调节微调支架8，使光纤距离模拟器13中的四根单模光纤的四对端面16、17构成的十字线与光电系统可见光瞄准镜的十字线重合；打开光电系统的可见光电视/热像仪/微光电视、激光接收机电源后，使光电系统中的激光发射器发射激光，激光经离轴抛物镜4聚焦在靶面11上。聚焦在靶面光纤棒14端面上的激光，大部分由光纤棒14的纤芯和包层之间的全反射而传输到靶面后方的空间，只有5％以下的激光能量作用在光纤棒14的端面上，其中一部分激光能量产生漫射可见光，而作用在空心十字靶心上的激光同样被单模光纤传输，这样在靶面11上就形成一个与中心和背景具有不同亮度的十字线，该十字线图像经离轴抛物镜4反射后分别被观瞄系统、电视传感器、微光传感器接收；作用在光纤棒14端面上的另一部分激光能量被光纤棒端面吸收，产生温升即热辐射，由于高导热棒15与其热沉作用的微调支架底座相连，散热较快，因此高导热棒15与靶心区域中的光纤棒14端面之间就会存在一定的温差，在靶面11上构成了一个热斑图像，该热斑图像经离轴抛物镜4反射后被热像仪接收。根据各传感器所接收到的光斑位置与相应传感器自身的分划十字之间的偏差量，就可对各传感器的光轴进行相应调整，最终使接收的光斑中心与各个传感器分划中心重合。激光脉冲入射光纤距离模拟器13的两个端头16、17后，经过光纤距离模拟器13传输后，又相应地由两个端头17、16输出，部分激光脉冲经离轴抛物镜4准直后射向被测光电系统，通过给光电系统的激光接收器设置不同的距离选通，来接收不同单模光纤传输的激光束，若激光接收器在四个选通位置上均未接收到激光回波，说明激光接收器的光轴与激光发射器的光轴未校准，可对其进行调整，直至激光接收器在四个选通位置上，都接收到激光回波，可就可认为激光接收器的光轴已位于十字靶的中心位置；此外，通过光纤模拟器中四根单模光纤经严格标定的不同模拟距离，还可以对被测光电系统的激光测距机在相应作用距离上的测距性能进行评价。通过振动组件9可以使靶面11在离轴抛物镜4的焦平面上以一定频率振动，当激光照射在靶而11时，由于靶面11沿铅锤而内上下运动，相当于靶面上的十字图像和热斑图像在运动，因此可将其作为模拟的运动目标而对被测光电系统的动态性能进行考核和评价。

多波段多光轴光电系统光轴校准用校轴靶专利购买费用说明

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4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

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