CN104483099B - 一种大视场光学系统像面一致性的检测方法 - Google Patents

一种大视场光学系统像面一致性的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大视场光学系统像面一致性的检测方法,该检测方法包括以下步骤:在平行光管焦面安装星点,打开光管光源,将被测光学系统安放在平行光管出光口处;将像面检测单元安装在五维调整台上,调整五维调整台,通过图像处理单元实时计算,自动判读,使五维调整台调整在焦面位置,记录当前的位置值;改变平行光管的角度,使其作为轴外点发出平行光;调整五维调整台直到像面位置;记录此时调整台位置值;该数值与上一数值相同则在同一像面上,不同则说明像面一致性差。本发明解决了大视场光学系统像面一致性的检测问题,克服了以往人眼主观观察误差大等缺陷,利用差分成像技术、图像技术提高了检验的准确度。

Description

一种大视场光学系统像面一致性的检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于光电测试技术领域,特别涉及一种大视场光学系统像面一致性的检测 方法。

背景技术

[0002] 光学系统是光学相机成像的重要组成部分。随着科技的进步,我国空间相机、航空 相机及地面光测设备对成像质量的要求越来越高,视场也越来越大,这对光学系统像面一 致性提出了更高要求。光学系统像面一致性是指光学系统轴上点与轴外点入射的平行光均 应在光学系统的焦面上成像。大视场光学系统结构复杂,产品加工时很可能造成轴上点与 轴外点成像焦面不一致,从而导致像差,影响成像质量,对测绘类相机影响较大。

[0003] 目前大多数大视场光学系统常规检验时,只是通过显微镜对星点像进行目视观 察,通过观察轴上与轴外点像的清晰程度来判断像面一致性。受光学系统本身的焦深、像 差、照明条件等因素的影响,仅仅靠显微镜目视观察这种人为主观方法,往往很不准确,重 复性差。再加上操作人员的主观判断差异、疲劳状态等因素,都会造成目视观察精度较低。

[0004] 根据现状,需要针对大视场光学系统,设计一种不依赖人眼主观判断的像面一致 性检测方法。

发明内容

[0005] 为了解决检测大口径光学系统像面一致性问题,避免主观影响,本发明提供了一 种大视场光学系统像面一致性的检测方法。

[0006] 为了解决上述技术问题,本发明的技术方案具体如下:

[0007] —种大视场光学系统像面一致性的检测方法,其检测装置包括:平行光管、像面检 测单元、图像处理单元以及五维调整台;

[0008] 所述像面检测单元包括:显微物镜、分束镜以及两个C⑶探测器;

[0009] 所述图像处理单元可以采集两路CCD探测器图像,并进行实时处理,计算是否处于 焦面位置;

[0010] 所述像面检测单元固定在所述五维调整台上,所述五维调整台可进行X、Y、Z三方 向调整及偏摆、俯仰方向角度调整,并带位置输出;

[0011] 该检测方法包括以下步骤:

[0012] 第一步,在平行光管焦面安装星点,打开光管光源,将被测光学系统安放在平行光 管出光口处;

[0013] 第二步,将像面检测单元安装在五维调整台上,调整五维调整台,通过图像处理单 元实时计算,自动判读,使五维调整台调整在焦面位置,记录当前的位置值;

[0014] 第三步,改变平行光管的角度,使其作为轴外点发出平行光;调整五维调整台直到 像面位置;记录此时调整台位置值;该数值与上一数值相同则在同一像面上,不同则说明像 面一致性差。

[0015] 在上述技术方案中,所述五维调整台可通过X、Y、Z及偏摆、俯仰方向的调整使像面 检测单元中的CCD探测器能找到平行光管所成的像,然后再沿光轴方向前后位移调整,直到 两个CCD探测器接收到的图像一致,并由图像处理单元实时处理判断处于焦面位置时完成 调整;

[0016] 所述五维调整台可以输出当前位置信息,记录位置信息用于和轴外成像位置值进 行比对。

[0017] 在上述技术方案中,所述图像处理单元包括计算机和图像采集卡。

[0018] 本发明具有以下的有益效果:

[0019] 本发明的大视场光学系统像面一致性的检测方法,解决了大视场光学系统像面一 致性的检测问题,克服了以往人眼主观观察误差大等缺陷,利用差分成像技术、图像技术提 高了检验的准确度。为大视场光学系统的检测提供了一条可借鉴的方法。

附图说明

[0020] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

[0021] 图1为像面一致性检测示意图。

[0022] 图2为信号输出特性曲线示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图对本发明做以详细说明。

[0024] 本发明涉及检测装置主要由平行光管、像面检测单元、图像处理单元、五维调整台 组成。

[0025] 平行光管可根据实际要测的光学系统的焦距、口径选择适当的平行光管。

[0026] 像面检测单元见图1,它主要包括有显微物镜、分束镜、CCD探测器UCCD探测器2组 成。像面检测单元工作原理是:在平行光管焦面处安放星点孔目标,平行光管发出平行光, 经被测光学系统后,光线汇聚,经显微物镜后,通过分束镜,分成两束光,一束折转90°方向 投射到探测器1上,另外一束沿原方向投射到探测器2上。探测器1和探测器2的位置分别对 称地位于焦平面之前和焦平面之后。当沿光轴向光学系统方向整体移动像面检测单元时, 焦面1会远离探测器1,焦面2会靠近探测器2。反之,则焦面1会靠近探测器1,焦面2会远离探 测器2。

[0027] 设探测器轴向偏离焦面微小位移土 △ Z时,根据差动共焦原理,取两探测器输出的 差值为信号输出,则信号为:

Figure CN104483099BD00051

[0029] 得到输出特性曲线如图2所示。由输出曲线可以看出,其中有较大的线性段,且焦 平面过零。

[0030] 利用两路差动光电探测器来接收光信号,通过两路探测器信号的差值,给出焦面 检测信号。当物体处于焦平面时,两探测器检测到的光能量相同,差值信号为零,当物体处 于离焦状态时,两探测器检测到的光能量不同,差值信号不为零,或正或负。

[0031] 图像处理单元主要由计算机、图像采集卡组成,主要采集两路CCD探测器图像,并 进行实时处理,计算是否处于焦面位置。

[0032] 五维调整台可进行X、Y、Z三方向调整及偏摆、俯仰方向角度调整,并带位置输出。 五维调整台主要作用是将像面检测单元固定在五维调整台上,通过x、Y、z及偏摆、俯仰方向 的调整使像面检测单元中的CCD探测器能找到平行光管所成的像,然后再沿光轴方向前后 位移调整,直到CCD探测器1和CCD探测器2接收到的图像一致,并由图像处理单元实时处理 判断处于焦面位置时完成调整。此时五维调整台可以输出当前位置信息,记录位置信息用 于和轴外成像位置值进行比对。具体检测方法步骤为:

[0033] 第一步,在平行光管焦面安装星点,打开光管光源。将被测光学系统安放在平行光 管出光口处。

[0034] 第二步,将像面检测单元安装在五维调整台上,调整五维调整台,通过图像处理单 元实时计算,自动判读,使五维调整台调整在焦面位置。记录当前的位置值。

[0035] 第三步,改变平行光管的角度,使其作为轴外点发出平行光。调整五维调整台直到 像面位置。记录此时调整台位置值。该数值与上一数值相同则在同一像面上,不同说明像面 一致性差。

[0036] 本发明方法按图1所示搭建,平行光管为实验室现有光管,根据被测光学系统配相 应的平行光管;像面检测单元中的显微物镜选用奥林巴斯公司平场消色差显微物镜;分束 镜为Thorlabs公司的半反半透分束镜;CXD探测器1、2采用高灵敏度DALSA面阵相机;图像采 集卡采用Matron公司生产的图像采集卡;五维调整台采用赛凡光电技术有限公司生产的五 维电控数显调整台;计算机采用研华IPC-610工控机实现。

[0037] 显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对 于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或 变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或 变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (2)

1. 一种大视场光学系统像面一致性的检测方法,其检测装置包括:平行光管、像面检测 单元、图像处理单元以及五维调整台; 所述像面检测单元包括:显微物镜、分束镜、CCD探测器1以及CCD探测器2; 在平行光管焦面处安放星点孔目标,平行光管发出平行光,经被测光学系统后,光线汇 聚,经显微物镜后,通过分束镜,分成两束光,一束折转90°方向投射到CCD探测器1上,另外 一束沿原方向投射到CXD探测器2上;CXD探测器1和CXD探测器2的位置分别对称地位于焦平 面之前和焦平面之后;当沿光轴向光学系统方向整体移动像面检测单元时,焦面1会远离 CXD探测器1,焦面2会靠近CCD探测器2;反之,则焦面1会靠近CCD探测器1,焦面2会远离CCD 探测器2; 所述图像处理单元可以采集两路CCD探测器图像,并进行实时处理,计算是否处于焦面 位置; 设探测器轴向偏离焦面微小位移± A Z时,根据差动共焦原理,取两探测器输出的差值 为信号输出,则信号为:
Figure CN104483099BC00021
其中,Id表不两路光强分布之差; Io表不在几何焦点处的光强信号; k表示波数〇ί = 2π/λ),λ表示光波波长; I表不光强分布; z表示物体偏离焦平面的位移; α表示透镜的数值孔径角; 利用两路差动光电探测器来接收光信号,通过两路探测器信号的差值,给出焦面检测 信号;当物体处于焦平面时,两探测器检测到的光能量相同,差值信号为零,当物体处于离 焦状态时,两探测器检测到的光能量不同,差值信号不为零,或正或负; 所述像面检测单元固定在所述五维调整台上,所述五维调整台可进行Χ、Υ、Ζ三方向调 整及偏摆、俯仰方向角度调整,并带位置输出; 其特征在于,该检测方法包括以下步骤: 第一步,在平行光管焦面安装星点,打开光管光源,将被测光学系统安放在平行光管出 光口处; 第二步,将像面检测单元安装在五维调整台上,调整五维调整台,通过图像处理单元实 时计算,自动判读,使五维调整台调整在焦面位置,记录当前五维调整台的位置值; 第三步,改变平行光管的角度,使其作为轴外点发出平行光;调整五维调整台直到像面 位置;记录此时五维调整台位置值;该位置值与上一位置值相同则在同一像面上,不同则说 明像面一致性差; 所述调整五维调整台直到像面位置的具体步骤为: 所述调整五维调整台将像面检测单元固定在五维调整台上,通过Χ、Υ、Ζ及偏摆、俯仰方 向的调整使像面检测单元中的CCD探测器能找到平行光管所成的像,然后再沿光轴方向前 后位移调整,直到CCD探测器1和CCD探测器2接收到的图像一致,并由图像处理单元实时处 理判断处于焦面位置时完成调整;此时五维调整台可以输出当前位置信息,记录位置信息 用于和轴外成像位置值进行比对。
2.根据权利要求1所述的大视场光学系统像面一致性的检测方法,其特征在于,所述图 像处理单元包括计算机和图像采集卡。
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