精确校正激光测距仪三光轴平行的理论计算方法研究

　　1　引　言

　　与普通光相比,激光具有方向性好、单色性好、能量可以在时间上高度集中等特点,使激光测距与以往的光学测距相比有精度高、测得快、测得远、测距 误差与距离无关等优点,与雷达测距相比有抗干扰能力强、隐蔽性好等优点[1_2],这使激光测距仪在现代武器控制系统中发挥着日益重要的作用。为保障给武 器控制系统提供准确可靠的距离数据,要求激光测距仪的三光轴(即激光发射光轴、激光接收光轴、瞄准光轴)平行度误差小于0·3mrad(毫弧度)。在小型 化激光测距仪中,光轴平行的精确校正一般通过拨转光学系统的偏心环(框)实现。鉴于激光测距仪是集现代光学、电子、机械工艺为一体,结构精密、造价昂贵的 光电仪器,院校的维修性实践不能在实物上开展,所以本文拟通过研究利用偏心环(框)结构精确校正光轴的基本原理和规律,获得适用于计算机仿真模拟 [3_4]的理论计算方法。

　　2　精确校正光轴的基本原理和规律

　　实际激光测距仪中,用于精确校正光轴平行的偏心环(框)结构,有的位于瞄准系统、即瞄准物镜上,也有的位于发射系统、即发射目镜上,还有的位于 接收系统、即小孔光栏上;其共同特点是通过径向(垂直于光轴的方向)移动光学零件,改变相应的光轴方向,使之与其它光轴相平行。鉴于基本原理相同,所以本 文以某型激光测距仪的瞄准物镜具有偏心物镜框和偏心环这种常见双偏心结构为例,研究精确校正瞄准光轴与激光发射光轴平行的理论计算方法。

　　图1是检验瞄准与激光发射两光轴平行度的装置,其原理为:由激光测距仪发射的准直激光束被平行光管的物镜会聚于焦面上一点,在焦面放置的黑相纸 上打出一个斑点(图中的BD点),斑点的反射光线经平行光管准直后的出射方向与激光束方向平行;如果激光测距仪的瞄准光轴与激光发射光轴平行,那么通过瞄 准系统应该观察到斑点在瞄准系统中所成的像与瞄准分划十字中心重合(因为激光测距仪的瞄准光轴方向是瞄准物镜的主点与瞄准分划板十字中心连线的方向),若 两光轴不平行则斑点像与分划中心不重合。可以证明:当两光轴不平行时,从分划板上读取的斑点与分划十字中心的偏差量角度值就是两光轴的平行度误差量 [5_6]。

　　从图2看,当两光轴不平行时,黑相纸上的斑点(图中的BD点)在瞄准光学系统中看来是位于无限远的轴外物点,它发出的通过瞄准物镜主点(图中的 W点)的光线与瞄准光轴的夹角就是两轴的角度偏差量。若要使两光轴平行,必须使物镜的主点产生径向移动(移至图中的W′点)[2],实现瞄准光轴方向的改 变,使黑相纸上斑点与瞄准物镜主点的连线能够和分划十字中心与瞄准物镜主点的连线位于一条直线上。由于瞄准系统中加有转像系统,所以分划板位置上所成的无 限远物体的像是正像,因此当激光发射光轴与瞄准光轴不平行时,激光在黑相纸上打出的斑点(BD点)在瞄准系统分划板位置上所成的像(图中分划板上的BD′ 点)相对于分划+十字中心在水平和竖直方向上的角度偏差量(图中的Δα角,Δβ角)就反映了激光发射光轴在水平和竖直方向上与瞄准光轴的平行度误差量。因 此,为校正两光轴平行,就必须使瞄准光轴在水平和竖直方向上向激光发射光轴方向分别转过Δα、Δβ角,即要使瞄准物镜的主点沿径向在水平方向(设为x方 向)和竖直方向(设为y方向)分别变化: