CN104136902B - 光学装置、光学测试台及光学测试方法 - Google Patents

光学装置、光学测试台及光学测试方法 Download PDF

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Abstract

一种光学系统，包括：称为准直光波(OLcol)的平面光波的生成装置(106)，和准直光波偏置装置(114)，用于提供称为测试光波(OLtest)的光波，所述偏置装置(114)呈现可调的焦距。

Description

光学装置、光学测试台及光学测试方法
技术领域
本发明涉及一种光学装置、光学测试台及光学测试方法。
背景技术
为了测试光学或光电监测系统，以下称为待测试的单元，已知使用包括光学装置的光学测试台，光学装置用于提供可变聚散度的测试光波，即可提供被会聚、发散或准直的光波。
已知的光学装置包括提供被称为源光波的光波的光源、接收源光波并遮蔽一部分以提供称为测试图光波的光波的屏幕、以及聚光光学透镜(或等同的)，用于接收测试图光波和在光源和屏幕侧呈现焦点。
更具体地，可用凹面镜代替透镜。
在已知的光学装置中，光源和屏幕相对于透镜一起移动，以将屏幕放置在透镜或凹面镜的焦点之后、之上或在之前，以使光学装置分别提供发散、准直或会聚的测试光波。
测试光波用于由待测试的单元接收，待测试的单元因此观察由屏幕形成的测试图，比如该测试图沿测试光波的会聚而所处的距离包括在小于五公里的值和无限远(大于五公里的距离)之间。
待测试的单元用于聚焦在测试图上和将该测试图的图像供应给信息处理装置。信息处理装置然后可对图像实施不同的测试，更具体地，估计由待测试的单元实施的聚焦品质。
前面已知的光学装置呈现的问题为，较难将测试图准确地重新放置在透镜或凹面镜的焦点上。该重新放置需要对测试图的位置进行多种操作和检验。另外，能够将测试图相对透镜或凹面镜放置的机械系统是复杂和昂贵的。
然而，这种重新放置是必要的。例如，为了确定待测试的单元的机械参考轴，已知要实施通过使用反射准直测试波的镜的自动准直。然而，如果屏幕相对透镜 或凹面镜的焦点不准确，视频或光学可视系统不再能够监测到反射波。
而且，希望安置有一种光学系统，用于容易地提供可变聚散度的测试图的光波。
发明内容
为达此目的，提供一种光学系统包括：
-称为准直光波的平面光波的生成装置，和
-准直光波偏置装置，用于提供称为测试光波的光波，所述偏置装置呈现有可调节的焦距。
以可选的方式，偏置装置的焦距是可调节的，更具体地可调至无穷大。
以可选的方式，焦距在从无穷大延伸到预定值的区间中是可调节的。
以可选的方式，预定值是负的。
以可选的方式，预定值是正的。
以可选的方式，所述偏置装置包括：
-第一光学透镜，用于接收准直光波且将其偏置，以提供称为中间光波的光波；
-第二光学透镜，用于接收所述中间光波且将其偏置，以提供测试光波；
-支撑所述两个光学透镜的间隔装置，用于使得能够调节两个光学透镜之间的间隔，该间隔取决于偏置装置的焦距；和其中所述两个光学透镜呈现有相对立的焦距。
以可选的方式，所述第一光学透镜是发散的和所述第二光学透镜是会聚的。
以可选的方式，所述两个光学透镜的焦距的绝对值之比不等于1。
以可选的方式，所述两个光学透镜的材料相同。
以可选的方式，所述第一透镜焦距的绝对值与所述第二透镜焦距的绝对值之比包含于0.992和0.995之间。
以可选的方式，准直光波生成装置包括：-发射源光波的光源；-部分透明且呈现一定图案的屏幕，所述屏幕被安置穿过源光波，以遮掩一部分源光波和使得另一部分源光波通过；-准直仪，被配置用于接收并准直所述测试图光波，用于提供准直光波。
另外，提供光学测试台，包括：-根据本发明的光学系统；-称为待测试的单元的光学或光电监测系统，用于接收测试光波和提供来自于测试光波的图像；-信息处理装置，用于对图像实施一种或多种处理。
-另外，提供称为待测试的单元的光学或光电监测系统的测试方法，包括：-调节偏置装置的焦距，-提供被称为准直光波的平面光波给偏置装置，-由偏置装置对准直光波进行偏置，以提供被称为测试光波的光波；-提供测试光波给待测试的单元，通过每次将偏置装置的焦距调节到不同值，这些步骤被实施多次。
以可选的方式，对准直光波进行偏置包括：-提供准直光波给第一光学透镜以将其偏置，用于提供称为中间光波的光波；-提供中间光波给第二光学透镜以将其偏置，用于提供测试光波；和其中调节所述偏置装置的焦距包括：-调节在所述两个光学透镜之间的间隔，该间隔取决于偏置装置的焦距。
附图说明
在参考附图的详细描述中将呈现本发明的实施方式，其中：
-图1为根据本发明的光学测试台的简化视图，
-图2为图1的光学测试台的偏置装置的剖面图，
-图3为图2的偏置装置的简化视图，其中表示出由偏置装置提供的测试光波，用于第一次调节偏置装置，
-图4与图3相似，用于第二次调节偏置装置，和
-图5为由图1的光学测试台实施的根据本发明测试方法的方框图。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的光学测试台100包括用于提供测试光波OLtest的光学系统102和称为待测试的单元104的光学或光电监测系统，用于接收测试光波OLtest。
光学系统102首先包括称为准直光波并标记为OLcol的平面光波生成装置106。
生成装置106首先包括发射称为源光波并标记为OLSource的非零值会聚光波的光源108。光源108例如为激光器或电致发光二极管阵列。
生成装置106还包括部分透明且呈现特定图案的屏幕110。穿过源光波OLsource安置屏幕110，以遮掩一部分和使另一部分称为测试图光波并标记为OLobjet的光 波通过。屏幕110形成待测试的单元104要对准即聚焦的测试图。因此以下将屏幕称为“测试图”。
生成装置106还包括准直仪112，被配置用于接收测试图光波OLobjet和用于将其准直，以提供准直光波OLcol。
光学系统102还包括准直光波OLcol的偏置装置114，用于提供测试光波OLtest。如接下来要解释的，偏置装置114呈现标记为F的焦距，其是可改变的。
优先地，待测试的单元104相距偏置装置114至少1米。
光学系统102还包括镜116，被配置于待测试的监测系统104的一侧，以接收一部分准直光波OLcol，但是没有掩蔽待测试的监测系统104。镜116被垂直于准直光波OLcol定向，以在准直光波到达方向上将其向准直仪112反射。镜116被固定于待测试的监测系统104，以能够被用于如前所解释的通过自动准直来确定待测试的单元104的机械参考轴线。
待测试的单元104首先包括聚焦装置118，用于接收测试光波OLtest。
待测试的单元104还包括图像记录部件120，其中聚焦装置118用于聚焦测试光波OLtest，以在其上形成测试图的图像。图像记录部件120用于记录该图像。
光学系统102还包括连接到图像记录部件的信息处理装置122，以接收图像记录部件120存储的图像。信息处理装置122用于在该图像上实施不同的测试，更具体地，用于估计图像的模糊度。该估计使能够估计由待测试的单元104的聚焦装置118实施的聚焦的准确度。
参考图2，偏置装置114首先包括第一光学透镜202，用于接收准直光波OLcol并将其偏置成称为中间光波OLint的光波。
偏置装置114还包括第二光学透镜204，用于接收中间光波OLint和将其偏置成测试光波OLtest。
两个光学透镜202，204沿它们的标记为A的主光轴对齐(沿该轴的光线没有被偏置)。
在接下来的详细描述中，如前面、后面、内部、外部等的位置形容词均参考在测试图光波OLobjet到达的方向上取向的主光轴A。
两个光学透镜202，204呈现相反的分别标记为F1和F2的焦距。在所描述的实施例中，第一光学透镜202是发散的(负焦距F1)，而第二光学透镜204是会 聚的(正焦距F2)。更确切地，在所描述的实施例中，第一透镜202为平凸透镜(在光通过的方向上)，而第二透镜204为平凹透镜(在光通过的方向上)。
另外，在所描述的实施例中，两个透镜的材料相同，例如为玻璃。优选地，透镜设置有防反射处理。事实上，偏置装置114包括四个空气/玻璃界面。然而，没有防反射处理，由待测试的单元104可感知的潜在干扰图像将形成于各个界面。待测试的单元104因此将受到干扰。
偏置装置114还包括支撑两个光学透镜202，204的间隔装置206，用于使得能够调节在两个光学透镜202，204之间的间隔e。偏置装置114的焦距F取决于该间隔e，以便通过改变该间隔e而可能调节焦距F。
在所描述的实施例中，间隔装置206首先包括内套筒208，第一光学透镜202被固定于内套筒208上。
间隔装置206还包括装配于内套筒208上的外套筒210，第二光学透镜204固定于外套筒210上。外套筒210被设置有外螺纹210A。内套筒208用于在外套筒210中沿主光轴A的方向滑动，以便沿主光轴A使第一光学透镜202和第二光学透镜204相互离开或接近。
间隔装置206还包括弹簧212，沿主光轴A在两个套筒208、210之间被压缩和用于补偿零件之间的间隙。
间隔装置206还包括安装在内套筒208上的调节环214，以能够在内套筒208上围绕主光轴A转动。调节环214止挡抵靠在内套筒208的前面。调节环214包括与外套筒210的外螺纹210A相啮合的内螺纹214A。在调节环214的外表面上还设置有标记(图中不可见)。
间隔装置206还包括被安置在内套筒208上的保持环216，保持环216止挡抵靠在调节环214的后面，以使调节环214被紧固在保持环216和内套筒208之间，以阻止其沿主光轴A相对内套筒208的平移。
而且，借助于螺纹210A和214A的啮合和由于阻止了平移，转动调节环214使得内套筒208沿主光轴A的移动以及在第一和第二光学透镜202，204之间间隔的调节。
间隔装置206还包括安置外套筒210上的定位环218，以能够在外套筒210上围绕主光轴A转动。设置螺钉218A以将定位环218相对外套筒210固定在期 望位置上。定位环218在其外表面上被设置有刻度，以与调节环214的标记建立关系，进而能够相对定位环218定位调节环214。
优选地，两个光学透镜202，204的焦距F1，F2的绝对值比不等于1。在所描述的实施例中，焦距F1与焦距F2的绝对值比为0.994。以通常的方式，焦距F1与焦距F2的绝对值比为在0.992和0.995之间。因此，对于称为中立间隔e0的非零间隔值，可能得到偏置装置114的焦距F为零值(即偏置装置114不偏置准直光波OLcol，以使测试光波OLtest与准直光波OLcol相同，且因此是平面的)。因此，在间隔e小于中立间隔e0时，偏置装置114的焦距F是负值且偏置装置114是发散的(图3)，同时在间隔e大于中立间隔e0时，焦距F是正值且偏置装置114是会聚的(图4)。
另外，用这样的焦距F1和F2比值，几何误差和色彩误差相对可忽略。
优选地，可调节间隔e，以将焦距F从-50米改变成+50米，并通过无穷大，即在两个区间上：[-∞；-50米]和[+50米；+∞]。
优选地，螺纹210A、214A仅比标记环210多一圈以便能够覆盖期望区间。
参考图5，将描述光学或光电监测系统104呈现的根据本发明的测试方法500。
在步骤502中，光源108生成源光波OLsource。
在步骤504中，源光波OLsource穿过测试图，以提供测试图光波OLobjet。
在步骤506中，准直仪112接收测试图光波OLobjet并对其进行准直，以提供准直光波OLcol。
在步骤508中，偏置装置114接收准直光波OLcol并依据焦距F对其进行偏置，以提供测试光波OLtest。
在步骤510中，转动调节环214以借助于镜116将偏置装置114的焦距F调节到无穷大。
在步骤512中，转动定位环218以将刻度之一置于调节环214的标记的对面和借助于螺钉218A固定定位环218。该刻度被称为中立刻度，因此指示调节环的中立位置，其中测试光波被准直。优选地，以屈光度标刻其它刻度，以指示对应于调节环214相对其中立位置的的角度的偏置装置114屈光度。
在步骤514中，转动调节环214以借助于标记和刻度将偏置装置114的焦距F调节到期望值。
在步骤516中，光源108生成源光波OLsource。
在步骤518中，源光波OLsource穿过测试图以提供测试图光波OLobjet。
在步骤520中，准直仪112接收测试图光波OLobjet并将其准直，以提供准直光波OLcol。
在步骤522中，偏置装置114接收准直光波OLcol并依据焦距F对其进行偏置，以提供测试光波OLtest。
在步骤524中，待测试的单元104的聚焦装置118接收测试光波OLtest并在记录部件120上对测试光波OLtest进行聚焦。
在步骤526中，记录部件120根据由聚焦装置118聚焦的光波形成图像并将该图像传送给信息处理装置122。
接着，装置122接收由记录部件120形成的图像并实施对该图像的一种或多种处理，以导出表征由聚焦装置实施的聚焦的品质的指数。
通过每次将间隔e调节成不同值(及因此通过每次将偏置装置114的焦距F调节成不同值)，多次连续实施步骤514到526。相继调节到的间隔e值优选地至少包括：小于e0的值(负焦距F)、值e0(无限焦距F)、和大于e0的值(正焦距F)。
本发明不限于前面描述的实施例，但是由接下来的权利要求限定。
对本领域的技术人员显而易见的是，鉴于所揭示的本发明，可对该实施例进行各种变化形式的修改。
更具体地，本发明可被应用于如前描述的实施例情况下的可见光领域，或红外领域。
而且，在接下来的权利要求中，所使用的术语不被解释为将权利要求限制于前面描述的实施例的元件，而是被解释为包括在本领域技术人员应用其常识可预期的所有等同。

Claims (16)

1.一种光学系统，其特征在于，所述光学系统包括：
-称为准直光波(OLcol)的平面光波的生成装置(106)，
-准直光波偏置装置(114)，用于提供称为测试光波(OLtest)的光波，所述偏置装置(114)呈现出可调节的焦距，和
-镜(116)，被配置于待测试的单元(104)的一侧，以接收一部分准直光波(OLcol)，而不掩蔽待测试的单元(104)，
其中所述准直光波(OLcol)的生成装置(106)包括部分透明且呈现一定图案的屏幕(110)，所述屏幕(110)被安置穿过源光波(OLsource)以遮掩一部分源光波和使称为测试图光波的另一部分源光波通过。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述偏置装置(114)的焦距是可调节的。
3.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述偏置装置(114)的焦距可调节到无穷大。
4.根据权利要求2所述的光学系统，其中所述焦距在从无穷大延伸到预定值的区间中是可调节的。
5.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述预定值是负的。
6.根据权利要求4所述的光学系统，其中所述预定值是正的。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的光学系统，其中所述偏置装置包括：
-第一光学透镜(202)，用于接收准直光波(OLcol)且将其偏置，以提供被称为中间光波(OLint)的光波；
-第二光学透镜(204)，用于接收所述中间光波(OLint)且将其偏置，以提供测试光波(OLtest)；
-支撑两个所述光学透镜(202，204)的间隔装置(206)，用于使得能够调节两个所述光学透镜(202，204)之间的间隔(e)，所述偏置装置(114)的焦距取决于该间隔(e)；
以及其中两个所述光学透镜(202，204)呈现有相反的焦距。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述第一光学透镜(202)是发散的和所述第二光学透镜(204)是会聚的。
9.根据权利要求7所述的光学系统，其中两个所述光学透镜(202，204)的焦距的绝对值之比不等于1。
10.根据权利要求7所述的光学系统，两个所述光学透镜的材料相同。
11.根据权利要求9所述的光学系统，所述第一光学透镜(202)的焦距的绝对值与所述第二光学透镜(204)的焦距的绝对值之比包含在0.992和0.995之间。
12.根据权利要求9所述的光学系统，所述第一光学透镜(202)的焦距的绝对值与所述第二光学透镜(204)的焦距的绝对值之比为0.994。
13.根据权利要求1所述的光学系统，其中所述准直光波(OLcol)的生成装置(106)还包括：
-发射源光波(OLsource)的光源(108)；以及
-准直仪(112)，被配置用于接收所述测试图光波，并对所述测试图光波进行准直以用于提供准直光波(OLcol)。
14.一种光学测试台，包括：
-根据权利要求1到13中任一项所述的光学系统(102)，
-称为待测试的单元(104)的光学或光电监测系统，用于接收测试光波(OLtest)和提供来自于测试光波(OLtest)的图像，和
-信息处理装置，用于对所述图像实施一种或多种处理。
15.一种称为待测试的单元(104)的光学或光电监测系统的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
-调节(514)偏置装置(114)的焦距；
-提供穿过(518)部分透明的屏幕(110)的测试图光波；
-接收(520)所述测试图光波并且提供称为准直光波(OLcol)的平面光波给偏置装置(114)；
-由偏置装置(114)对准直光波(OLcol)进行偏置(522)，以提供称为测试光波(OLtest)的光波；以及
-提供(522)测试光波(OLtest)给待测试的单元(104)，其中在待测试的单元(104)的一侧配置镜(116)以接收一部分准直光波(OLcol)，而不掩蔽待测试的单元(104)，
通过每次将偏置装置(114)的焦距调节到不同值，这些步骤被实施多次。
16.根据权利要求15所述的测试方法，其中对准直光波(OLcol)进行偏置(522)包括：
-提供准直光波给第一光学透镜(202)以将其偏置，以用于提供称为中间光波(OLint)的光波，
-提供中间光波(OLint)给第二光学透镜(204)以将其偏置，以用于提供测试光波(OLtest)，
并且其中调节所述偏置装置(114)的焦距包括：
-调节在两个所述光学透镜(202，204)之间的间隔(e)，偏置装置(114)的焦距取决于该间隔(e)。
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