CN109781392B - 一种大视场光学系统检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大视场光学系统检测装置及检测方法，解决了现有检测装置仅能对光学系统中心视场的成像质量进行检测，检测范围局限、准确度较低的问题。该检测装置包括圆弧导轨、自准直平行光管和至少一个平行光管；所述自准直平行光管设置在圆弧导轨外侧，其底部设置有第一两维调节台；所述至少一个平行光管通过第二两维调节台滑动设置在圆弧导轨上，即可根据需要调节视场范围，进行大视场范围的检测；所述自准直平行光管和至少一个平行光管发出的平行光束的光轴位于同一水平面上，并相交于圆弧导轨的圆心处。利用上述检测装置实现了对光学系统大视场成像质量的检测，操作简单，检测精度高。

Description

一种大视场光学系统检测装置及检测方法

技术领域

本发明属于光学系统检测技术，涉及一种大视场光学系统检测装置及检测方法。

背景技术

随着光学系统应用的日益扩展，对光学系统性能测试和评价的需求也在不断增加，尤其是红外光学系统。光学系统的视场会影响系统的作用距离和精度，大视场光学系统能够获取更多的信息，提高使用效率，是目前光学系统的发展方向之一；且随着目前红外焦平面技术的发展，无论线阵还是面阵红外焦平面器件尺寸都越来越大，因此也迫切需要大视场的红外光学系统与之匹配。

由于某些特殊的应用环境，要求全视场范围内的成像质量都要达到一定的要求，因此就需要对各个视场的成像质量进行检测，且随着大视场光学系统的发展，检测技术也必须与之适应。

平行光管是对目前大多数光学系统各项性能指标检测的有效设备，利用平行光管对准待测光学系统，使平行光管与待测光学系统光轴一致，通过考察一个标准图形经过待测光学系统所成像的变化来评价待测光学系统的各项指标，一般利用待测光学系统自身的计算机控制及图像采集分析系统采集到该光学系统的输出图像，并进行分析计算，评估出待测光学系统的各项性能指标。但是这种方法仅限于检测光学系统的中心视场，中心视场的检测结果仅仅能够表示极小的邻近中心视场区域内的结果，检测范围局限，不能代表大视场范围内的结果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有检测装置仅能对光学系统中心视场的成像质量进行检测，检测范围局限的不足之处，而提供了一种大视场光学系统检测装置及检测方法，实现了大视场成像质量的检测，提高了检测准确度。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种大视场光学系统检测装置，其特殊之处在于，包括圆弧导轨、自准直平行光管和至少一个平行光管；所述自准直平行光管设置在圆弧导轨外侧，其底部设置有第一两维调节台；所述至少一个平行光管通过第二两维调节台滑动设置在圆弧导轨上；所述自准直平行光管和至少一个平行光管发出的平行光束的光轴位于同一水平面上，并相交于圆弧导轨的圆心处。

进一步地，为了对待测光学系统的中心视场和大视场同时进行检测，所述平行光管为两个；所述自准直平行光管位于圆弧导轨中部的外侧；两个平行光管分别位于自准直平行光管的两侧。

进一步地，所述第一两维调节台的底部设置有可调底座，可对自准直平行光管的高度进行微调，使之与其他平行光管的高度一致；所述第二两维调节台底面设置有与圆弧导轨相适配的滑块，该滑块具有锁紧功能，在导轨中滑动，可在滑动至所需位置后，进行锁紧，将平行光管的视场位置固定。

进一步地，所述圆弧导轨通过螺钉固定设置在导轨固定座上；

所述导轨固定座上设置有与圆弧导轨同心的刻度尺，所述第二两维调节台的底部设置有与刻度尺配合使用的指针。

进一步地，所述圆弧导轨的圆心角为120°；圆弧导轨的半径为1000mm；两个平行光管之间的夹角至少可在15°～100°范围内调节。当然，圆弧导轨半径、圆心角以及平行光管之间的夹角范围值，可根据测量需求更改、调整，以配合不同视场大小及平行光管尺寸。

进一步地，所述自准直平行光管包括自准直切换组件和平行光管，可根据需要在自准直功能和检测功能之间进行切换；所述平行光管采用离轴反射式平行光管，其包括光源、靶标、第一折转反射镜、第二折转反射镜和离轴抛物面反射镜；所述光源发出的光经靶标透射后，先后经第一折转反射镜和第二折转反射镜折转反射至离轴抛物面反射镜上，最终经离轴抛物面反射镜反射后水平射出平行光束；所述靶标位于所述离轴抛物面反射镜的焦平面上；所述第一折转反射镜和第二折转反射镜位于离轴抛物面反射镜的反射光路上；

所述自准直切换组件包括CCD相机和分光镜；所述分光镜设置在靶标与第一折转反射镜之间；当处于自准直功能时，在平行光管出光口增设标准反射镜，标准反射镜反射回来的光经分光镜一分为二，一路透射而过，另一路反射至CCD相机，所述CCD相机位于离轴抛物面反射镜的共轭焦平面上。

进一步地，所述靶标采用星点靶、满天星靶或十字丝靶，可根据需求选择不同靶标图案；所述光源采用卤素灯，卤素灯丝所发出的光作为可见光源，灯泡被加热后产生的红外光作为红外光源，光源投射至靶标，靶标被照明后形成模拟的无穷远目标，由于光源同时包含可见光及红外光波段，因此该装置同样既能对可见光学系统进行检测，也能对红外光学系统进行检测。

进一步地，所述自准直平行光管、平行光管均旋转90°放置，使得光路沿竖直方向铺展；有利于检测装置检测到更小的视场。

同时，本发明还提供了一种大视场光学系统检测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1)搭建大视场光学系统检测装置

所述大视场光学系统检测装置包括圆弧导轨、自准直平行光管和至少一个平行光管；所述自准直平行光管设置在圆弧导轨外侧，其底部设置有第一两维调节台；所述至少一个平行光管通过第二两维调节台滑动设置在圆弧导轨上；所述自准直平行光管和至少一个平行光管发出的平行光束的光轴位于同一水平面上，并相交于圆弧导轨的圆心处；

步骤2)校准

根据测量需求，使用经纬仪对步骤1)搭建的检测装置进行校准；

步骤3)检测

将待测光学系统置于自准直平行光管和平行光管出射光束的相交处(即圆弧导轨的圆心处)，分别测量待测光学系统不同视场处的成像质量。

进一步地，所述步骤1)中搭建的大视场光学系统检测装置中的平行光管为两个；所述自准直平行光管位于圆弧导轨中部的外侧；两个平行光管分别位于自准直平行光管的两侧；

所述第一两维调节台的底部设置有可调底座；所述第二两维调节台底面设置有与圆弧导轨相适配的滑块；

所述圆弧导轨设置在导轨固定座上；所述导轨固定座上设置有与圆弧导轨同心的刻度尺，所述第二两维调节台的底部设置有与刻度尺配合的指针；

步骤2)的具体步骤如下：

2.1)将经纬仪放置在检测装置圆弧导轨的圆心处，以自准直平行光管为基准，调节经纬仪，使其与自准直平行光管同轴，即光轴一致；

2.2)根据测量需求，结合刻度尺和指针，移动两个平行光管在圆弧导轨上的位置；

2.3)将经纬仪依次对准两个平行光管，调节平行光管下方的第二两维调节台，使得平行光管与经纬仪同轴；

2.4)移出经纬仪。

进一步地，步骤3)的具体步骤为：

3.1)将待测光学系统置于自准直平行光管和平行光管出射光束的相交处；

3.2)将自准直平行光管切换至自准直功能状态(即将自准直切换组件的分光镜插入至平行光管的靶标与第一折转反射镜之间，并在平行光管出光口增设标准反射镜)，调整待测光学系统，使其与自准直平行光管同轴；

3.3)将自准直平行光管中的自准直切换组件取出，使自准直平行光管切换为检测状态；

3.4)通过待测光学系统自身的计算机控制及图像采集分析系统，依次测量出中心视场及大视场处的成像质量。

在待测光学系统装调过程中，利用本发明对系统各视场成像质量进行检测，检测结果能够对装调过程进行实时指导，从而达到最佳装配效果，由此完成大视场光学系统的检测、装调辅助指导。

本发明的优点是：

本发明利用多个平行光管相互配合对大视场光学系统进行检测，结构简单，并采用圆弧导轨，将平行光管移至待测光学系统的不同视场位置，通过两维调节台，对平行光管的方位俯仰位置进行精确调节，实现了对待测光学系统大视场甚至全视场成像质量的检测，操作简单，检测精度高。

同时，能够辅助大视场光学系统的装调工作，在实际研制过程中，由于装调引起的误差较大，在对大视场光学系统调试过程中，利用本发明检测装置对各个视场进行监测，根据监测结果，能够实时地指导装调过程，达到最佳装配效果。

因此，采用本发明的检测装置可同时完成光学系统在不同视场范围内成像质量的检测，以及不同视场下系统的装调工作，为大视场光学系统的成像质量检测及装调提供了一种有效的装置和方法。

附图说明

图1为本发明检测装置的主视图；

图2为本发明检测装置的俯视图；

图3为本发明中平行光管的光学系统示意图；

图4为本发明中自准直平行光管的光学系统示意图；

图5为待测红外光学系统的位置示意图；

图6为平行光管水平放置时本发明检测装置最小视场示意图；

图7为平行光管竖直放置时本发明检测装置最小视场示意图。

1-自准直平行光管；2-平行光管；3-第一两维调节台；4-第二两维调节台；5-圆弧导轨；6-刻度尺；7-导轨固定座；8-可调底座；9-指针；10-待测光学系统；11-离轴抛物面反射镜；12-第二折转反射镜；13-第一折转反射镜；14-自准直切换组件；141-CCD相机；142-分光镜；15-标准反射镜；16-靶标；17-光源。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步的详细描述：

如图1-图7所示，一种大视场光学系统检测装置，包括圆弧导轨5、自准直平行光管1和两个平行光管2。

其中，圆弧导轨5通过螺钉固定在导轨固定座7上，其半径为1000mm，圆心角为120°。

自准直平行光管1包括自准直切换组件14和平行光管2，可实现自准直功能与平行光管2检测功能之间的切换，使用不同功能时在平行光管2光路中的同一位置通过机械定位进行切换，通过在平行光管2的出光口增设标准反射镜15实现自准直功能。自准直平行光管1设置在圆弧导轨5中部的外侧，其底部设置有第一两维调节台3，第一两维调节台3通过螺钉设置在可调底座8上；两维调节台是对自准直平行光管1进行方位、俯仰调节，可调底座8是对自准直平行光管1中心高度进行调节，保证其与两个平行光管2高度一致。

另外，两个平行光管2分布在自准直平行光管1的两侧，并分别通过第二两维调节台4设置在圆弧导轨5上；第二两维调节平台的底部设置有与圆弧导轨5相适配的滑块，该滑块具有锁紧功能，其可沿圆弧导轨5滑动，也可固定平行光管2所处视场位置，以根据需求调节检测视场的大小，两个平行光管2之间的夹角范围为15°～100°。

导轨固定座7上设置有与圆弧导轨5同心度的刻度尺6，承载平行光管2的两个第二两维调节平台底部均设置有指针9，该刻度尺6与指针9配合，便于工作人员移动第二两维调节平台至所需的视场测量位置，满足检测需求。

上述平行光管2均采用离轴反射式平行光管2，其包括光源17、靶标16、第一折转反射镜13、第二折转反射镜12和离轴抛物面反射镜11。光源17照亮靶标16后形成模拟的发光图案，依次经第一折转反射镜13和第二折转反射镜12折转反射至离轴抛物面反射镜11上，最终经离轴抛物面反射镜11反射后水平射出平行光束，形成无穷远目标。一般常见的平行光管2光路是沿水平方向铺展，整个平行光管2结构宽度尺寸较大，大概为整个平行光管2结构高度尺寸的2倍，这样导致占用水平方向的空间较大，如果放在圆弧导轨5上为了不遮挡中部平行光管2的通光，两侧光管的最小夹角就比较大(如图6)，从而能检测到的最小视场就较大，因此，为了在同样半径的圆弧导轨5上检测到的最小视场较小，本发明中将各个水平光管均旋转90°放置(即高度尺寸大概为宽度尺寸的2倍)，使得光路沿竖直方向铺展，从而可使两侧光管夹角达到最小(如图7)，即可测得更小视场。靶标16采用星点靶、满天星靶或十字丝靶，可根据需求选择不同靶标16图案；光源17采用卤素灯。

如图4所示，自准直平行光管1中的自准直切换组件14包括CCD相机141和分光镜142；分光镜142设置在靶标16与第一折转反射镜13之间，当处于自准直功能时，在平行光管2出光口增设标准反射镜15，标准反射镜反射回来的光经分光镜142一分为二，一路透射而过，另一路反射至CCD相机141，通过显示器观察CCD相机141采集到的自准直像。光源17照亮靶标16形成模拟的发光图案，透过分光镜142，依次经第一折转反射镜13、第二折转反射镜12、离轴抛物面反射镜11出射平行光，然后经标准反射镜15反射回来，原路返回，经过分光镜142时，一分为二，一路反射到CCD相机141、一路透射过去(透射过去的这一路不用参考)，只分析CCD相机141采集到的这束反射光；相当于是光出射的时候只用分光镜142的透射功能，反射回来的时候只用分光镜142的反射功能。抛物面反射镜焦平面与共轭焦平面相对于分光镜142对称。

上述自准直切换组件14和平行光管2中各组件均通过各自的调整架或底座固定在同一壳体上。第一折转反射镜13和第二折转反射镜12位于离轴抛物面反射镜11的反射光路上；靶标16位于离轴抛物面反射镜11的焦平面上；CCD相机141位于离轴抛物面反射镜11的共轭焦平面上。

自准直平行光管1的自准直功能用来调校自准直平行光管1与待测光学系统10共轴。自准直切换组件14设置有定位销，每次切换将定位销落入平行光管2结构上的凹槽位置，从而和主光路对接完成切换，使自准直平行光管1处于自准直状态，在自准直状态下，靶标16选择十字丝靶，在待测光学系统10前端面贴放一平面反射镜，十字丝像经反射镜反射回来被CCD相机141接收，通过显示器可对自准像进行观察，观察自准像与CCD相机141中心的偏移情况，调节自准直平行光管1下方的第一两维调节台3或者调节待测光学系统10使二者重合；此时自准直平行光管1与待测光学系统10共轴。在不需要进行自准直功能时，便将自准直切换组件14移出，与主光路分离，自准直平行光管1则变为平行光管2，进入测量状态。

在使用上述检测装置进行检测时，需将待测光学系统10置于圆弧导轨5的中心位置，使待测光学系统10的入瞳位置位于自准直平行光管1和平行光管2出射平行光束的相交区域，

使用上述检测装置对大视场光学系统成像质量进行检测，包括以下步骤：

步骤1)安装

按照上述结构进行安装，将检测装置的各组件安装到位，调节可调底座8，保证自准直平行光管1与其余两个平行光管2的高度一致；

步骤2)校准

2.1)将经纬仪放置在检测装置圆弧导轨5的圆心(即待测光学系统10位置)处，以中间的自准直平行光管1为基准，调节经纬仪，使其与自准直平行光管1同轴(经纬仪方位、俯仰记为零位)；

2.2)根据测量需求，并结合刻度尺6和指针9，移动两个平行光管2在圆弧导轨5上的位置；

2.3)将经纬仪依次对准两个平行光管2(此时，经纬仪俯仰保持零度)，调节平行光管2下方的第二两维调节台4，使得两个平行光管2与经纬仪同轴；

2.4)移出经纬仪。

在检测任一视场的成像质量时，均需先对检测装置进行校准。

步骤3)检测

3.1)将待测光学系统10置于自准直平行光管1和两个平行光管2出射光束的相交区域，即待测光学系统10的入瞳位置位于自准直平行光管1和两个平行光管2出射光束的相交区域；

3.2)将自准直平行光管1切换至自准直功能状态(即将自准直切换组件14的分光镜142插入至平行光管2的靶标16与第一折转反射镜13之间，并在平行光管2出光口增设标准反射镜15)，调整待测光学系统10，使其与自准直平行光管1同轴，此时自准直平行光管1、两个平行光管2以及待测光学系统10的光轴位于同一水平面；

3.3)将自准直平行光管1中的自准直切换组件14取出，使自准直平行光管1切换为测量状态；

3.4)通过待测光学系统10自身的计算机控制及图像采集分析系统，依次测量出中心视场及所需视场处的成像质量。

在待测光学系统装调过程中，利用本发明对系统各视场成像质量进行检测，检测结果能够对装调过程进行实时指导，从而达到最佳装配效果，由此完成大视场光学系统的检测、装调辅助指导。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种大视场光学系统检测装置，其特征在于：包括圆弧导轨(5)、自准直平行光管(1)和至少一个平行光管(2)；

所述自准直平行光管(1)设置在圆弧导轨(5)外侧，其底部设置有第一两维调节台(3)；

所述至少一个平行光管(2)通过第二两维调节台(4)滑动设置在圆弧导轨(5)上；

所述自准直平行光管(1)和至少一个平行光管(2)发出的平行光束的光轴位于同一水平面上，并相交于圆弧导轨(5)的圆心处；

所述平行光管(2)为两个；

所述自准直平行光管(1)位于圆弧导轨(5)中部的外侧；

两个平行光管(2)分别位于自准直平行光管(1)的两侧；

所述自准直平行光管(1)、平行光管(2)均旋转90°放置，使两侧光管夹角达到最小。

2.根据权利要求1所述的大视场光学系统检测装置，其特征在于：

所述第一两维调节台(3)的底部设置有可调底座(8)；

所述第二两维调节台(4)底面设置有与圆弧导轨(5)相适配的滑块。

3.根据权利要求2所述的大视场光学系统检测装置，其特征在于：所述圆弧导轨(5)设置在导轨固定座(7)上；

所述导轨固定座(7)上设置有与圆弧导轨(5)同心的刻度尺(6)，所述第二两维调节台(4)的底部设置有与刻度尺(6)配合的指针(9)。

4.根据权利要求3所述的大视场光学系统检测装置，其特征在于：

所述圆弧导轨(5)的圆心角为120°；圆弧导轨(5)的半径为1000mm。

5.根据权利要求4所述的大视场光学系统检测装置，其特征在于：

所述自准直平行光管(1)包括自准直切换组件(14)和平行光管(2)；

所述平行光管(2)采用离轴反射式平行光管，其包括光源(17)、靶标(16)、第一折转反射镜(13)、第二折转反射镜(12)和离轴抛物面反射镜(11)；所述光源(17)发出的光经靶标(16)透射后，先后经第一折转反射镜(13)和第二折转反射镜(12)折转反射至离轴抛物面反射镜(11)上，最终经离轴抛物面反射镜(11)反射后水平射出平行光束；所述靶标(16)位于所述离轴抛物面反射镜(11)的焦平面上；所述第一折转反射镜(13)和第二折转反射镜(12)位于离轴抛物面反射镜(11)的反射光路上；

所述自准直切换组件(14)包括CCD相机(141)和分光镜(142)；所述分光镜(142)设置在靶标(16)与第一折转反射镜(13)之间；当处于自准直功能时，在平行光管(2)出光口增设标准反射镜(15)，标准反射镜(15)反射回来的光经分光镜(142)一分为二，一路透射而过，另一路反射至CCD相机(141)，所述CCD相机(141)位于离轴抛物面反射镜(11)的共轭焦平面上；

所述靶标(16)采用星点靶、满天星靶或十字丝靶；

所述光源(17)采用卤素灯。

6.一种大视场光学系统检测方法，采用权利要求1-5任一所述的大视场光学系统检测装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)搭建大视场光学系统检测装置

所述大视场光学系统检测装置包括圆弧导轨(5)、自准直平行光管(1)和至少一个平行光管(2)；所述自准直平行光管(1)设置在圆弧导轨(5)外侧，其底部设置有第一两维调节台(3)；所述至少一个平行光管(2)通过第二两维调节台(4)滑动设置在圆弧导轨(5)上；所述自准直平行光管(1)和至少一个平行光管(2)发出的平行光束的光轴位于同一水平面上，并相交于圆弧导轨(5)的圆心处；

步骤2)校准

根据测量需求，使用经纬仪对步骤1)搭建的检测装置进行校准；

步骤3)检测

将待测光学系统(10)置于自准直平行光管(1)和平行光管(2)出射光束的相交处，分别测量待测光学系统(10)不同视场处的成像质量。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于，

所述步骤1)中搭建的大视场光学系统检测装置中的平行光管(2)为两个；所述自准直平行光管(1)位于圆弧导轨(5)中部的外侧；两个平行光管(2)分别位于自准直平行光管(1)的两侧；

所述第一两维调节台(3)的底部设置有可调底座(8)；所述第二两维调节台(4)底面设置有与圆弧导轨(5)相适配的滑块；

所述圆弧导轨(5)设置在导轨固定座(7)上；所述导轨固定座(7)上设置有与圆弧导轨(5)同心的刻度尺(6)，所述第二两维调节台(4)的底部设置有与刻度尺(6)配合的指针(9)；

所述步骤2)的具体步骤如下：

2.1)将经纬仪放置在检测装置圆弧导轨(5)的圆心处，以自准直平行光管(1)为基准，调节经纬仪，使其与自准直平行光管(1)同轴；

2.2)根据测量需求，结合刻度尺(6)和指针(9)，移动两个平行光管(2)在圆弧导轨(5)上的位置；

2.3)将经纬仪依次对准两个平行光管(2)，调节平行光管(2)下方的第二两维调节台(4)，使得平行光管(2)与经纬仪同轴；

2.4)移出经纬仪。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，步骤3)的具体步骤为：

3.1)将待测光学系统(10)置于自准直平行光管(1)和平行光管(2)出射光束的相交处；

3.2)将自准直平行光管(1)切换至自准直功能状态，调整待测光学系统(10)，使其与自准直平行光管(1)同轴；

3.3)将自准直平行光管(1)中的自准直切换组件(14)取出，使自准直平行光管(1)切换为测量状态；

3.4)通过待测光学系统(10)的计算机控制及图像采集分析系统，依次测量出中心视场及大视场处的成像质量。