高能脉冲激光测距机光轴检测系统及其检测方法与流程

本发明涉及激光测距应用技术领域，具体涉及一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统及其检测方法。

背景技术：

激光测距系统是目前军用光电设备中重要的组成部分，激光测距机的测距精度与激光测距机的激光发射轴、激光接收轴和观察瞄准轴的平行性有着至关重要的联系，只有保证了三光轴的平行性才能保证激光测距机的测距精度，实现其快速、准确地测量目标距离。

目前，高能脉冲激光测距机光轴的检测一般采用“激光打点法”，即专业人员根据激光测距机所采用的校正调整方式，每调整一次，调整镜就通过“激光打点法”观察激光斑点与瞄准光轴十字分划中心是否重合来检查一次调整效果，直到激光斑点与分划中心符合要求为止。由于光轴校正涉及的问题比较多，一般都是在工厂或修理所由经验丰富的专业人员根据经验操作。伴随着武器科技含量的不断提高，武器装备变得越来越复杂，对装备的维护保养和性能检测提出了更高的要求，数字智能化检测已成为各类新型武器装备的发展趋势。而对激光测距机光轴的校正仍然存在智能化程度不高等问题。

因此，如何精确地可视化地定位高能脉冲激光测距机光轴位置，就成了亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统及其检测方法，其可对高能激光测距机轴线位置进行高精度自动化检测，其检测系统重量轻，结构紧凑。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统，其特征在于：包括脉冲激光器、扩束镜组、衰减片、光吸收装置、可调光衰减器、ccd和数据处理系统；

所述的脉冲激光器、扩束镜组、衰减片、可调光衰减器和ccd依次沿光轴方向设置，光吸收装置设置于衰减片的下方，数据接收系统设置于ccd后端用于接收ccd光斑进行数据处理；

所述的光吸收装置包括蓝宝石片、tec和散热片；所述的蓝宝石片、tec和散热片依次粘接于一体；

所述的衰减片为反射式衰减片，衰减片基底为100晶向gaas衬底，衬底表面设置若干层反射薄膜，反射薄膜的高低折射率材料为sio2/hfo2，生长的对数为12对；

所述的光吸收装置为亚波长金属光栅，金属光栅材料为金属au，光栅周期小于入射的光波波长，金属光栅光栅条的方向与激光的偏振方向完全相同，所述的蓝宝石片的衬底片大小与激光束尺寸相等。

所述的脉冲激光器为发射半导体激光器。

一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统的检测方法，其特征在于：所述的检测方法为：脉冲激光器输出的高能量脉冲激光依次通过扩束镜，反射式衰减片，经过反射式衰减片后分成两束光，其中透射的光为待测光束，待测光束入射到可调光衰减器，通过连续地调节可调光衰减器的衰减倍数，不同衰减倍数的激光束最终被ccd接收，数据处理系统对ccd采集的激光光斑进行分析与处理，得到精确的光斑质心的位置；另一束经衰减片反射回去的光，入射到光吸收装置，光吸收装置吸收光后将产生热量，产生的热量通过热传导传递给tec，tec将热量传递给另一侧的散热片从而将废热进行处理。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明所设计激光测距机轴线位置标定装置，可以对高脉冲能量激光测距机的轴线进行标定，整体结构简单、紧凑。

2）本发明采用亚波长金属光栅对反射光进行处理，可以最大限度的吸收反射光波，抗激光损伤阈值高，结构简单，成本低。

附图说明

图1为高能激光脉冲激光测距机光轴检测原理框图；

图2为高能激光脉冲激光测距机光轴检测原理图；

101-高能脉冲激光器，102-扩束镜组，103-衰减片，104-光吸收装置，105-蓝宝石片，106-tec，107-散热片，108-可调光衰减器，109-ccd，110-数据处理系统。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的基本设计原理：首先将高能脉冲激光进行有效的衰减和后向反射处理，然后在激光发射窗口前某处通过ccd采集激光光斑，进而在上位机实时地对采集的激光光斑进行数据处理，利用算法确定激光光轴的精确指向。

本发明的检测原理：激光器输出的高能量脉冲光经过扩束系统后，对激光进行准直；为防止损坏ccd感光元件，准直后的光束必须经过衰减器衰减，由于激光脉冲能量太高，本发明采用抗损伤阈值更高的反射式衰减；后向反射的大部分激光由光吸收系统进行处理；通过反射式光衰减器后，入射到一个可调光衰减器上，对光进行不同程度的衰减；透过可调光衰减器的激光被ccd所接收；后端处理器将ccd接收到的光斑进行数据处理，然后利用算法精确定位质心位置，从而可以确定激光束轴线的位置。

本实施例提供一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统（参见图1和图2），包括脉冲激光器101、扩束镜组102、衰减片103、光吸收装置104、可调光衰减器108、ccd109和数据处理系统110；

上述脉冲激光器101、扩束镜组102、衰减片103、可调光衰减器108和ccd109依次沿光轴方向设置，光吸收装置104设置于衰减片103的下方，数据接收系统110设置于ccd109后端用于接收ccd109光斑进行数据处理；

上述衰减片103为反射式衰减片，衰减片基底为100晶向gaas衬底，衬底表面设置若干层反射薄膜，反射薄膜的高低折射率材料为sio2/hfo2，生长的对数为12对。

上述各模块的功能：

激光器101为半导体激光器泵浦方式，泵浦源半导体激光器为面发射半导体激光器。

衰减片103由于高能脉冲激光器的脉冲能量超过大部分中性密度衰减片的阈值，因此本发明利用反射式衰减片对激光器的光强进行衰减。

光吸收装置104目的是将反射的激光尽可能多的吸收，防止多余的光反射到光探测器上，以免影响测距的精度。

蓝宝石105的导热系数非常的优异，而且蓝宝石光滑的表面适合制作光吸收结构。

tec106为减小测试设备的体积，方便与蓝宝石界面贴合，本发明利用尺寸大小与光束尺寸相匹配的半导体制冷片，作为温度控制装置，制冷量与光能吸收量相当。

散热片107与半导体制冷片的热端贴合，将后向反射的激光转化的热量散掉。

可调光衰减器108，通过可调光衰减器，可以连续的调节进入到ccd的激光能量。

数据处理系统110，数据处理系统通过算法，将ccd采集到的激光光斑的质心位置标出，从而确定激光测距机的具体轴线方位。

上述光吸收装置104为亚波长金属光栅，金属光栅材料为金属au，光栅周期小于入射的光波波长，亚波长金属光栅有非常独特的效应，当入射的光波偏振方向平行于光栅金属条时，入射光会被金属光栅所吸收。金属光栅104通过电子书蒸发工艺生长在高导热系数的蓝宝石衬底片上，然后通过光刻腐蚀工艺制作亚波长金属光栅104。金属光栅104光栅条的方向与激光的偏振方向完全相同以保证激光被亚波长金属光栅104完全吸收，蓝宝石衬底片粘合在tec（半导体制冷器）106上，tec（半导体制冷器）106尺寸与蓝宝石片105衬底片大小相当。所述半导体制冷器106与散热片107粘合在一起。

一种高能脉冲激光测距机光轴检测系统的检测方法为：脉冲激光器101输出的高能量脉冲激光依次通过扩束镜102，反射式衰减片103，经过反射式衰减片103后分成两束光，其中透射的光为待测光束，待测光束入射到可调光衰减器108，通过连续地调节可调光衰减器108的衰减倍数，不同衰减倍数的激光束最终被ccd109接收，数据处理系统110对ccd采集的激光光斑进行分析与处理，得到精确的光斑质心的位置；另一束经衰减片103反射回去的光，入射到光吸收装置104，光吸收装置104吸收光后将产生热量，产生的热量通过热传导传递给tec106，tec106将热量传递给另一侧的散热片107从而将废热进行处理。

数据处理系统110主要的任务是对ccd采集的激光光斑进行分析与处理，目的是得到精确的光斑质心的位置。在ccd接收激光光斑图像时，传感器在探测激光光斑时，不可避免的带来噪声信号，本发明在ccd前端放置一个可调衰减片，可调衰减片可以连续地调节进入到ccd的激光能量，在调节衰减片的过程中，通过采集不同激光光斑获得连续的光斑图像，然后通过对相邻帧的图像做差分运算，获得差分图像，由传感器所带来的噪声可以通过差分运算消除掉。