CN104581146B - 一种ccd成像系统定标调校装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光感器件性能测试领域，特别涉及一种CCD成像系统定标调校装置。包括积分球光源和平行光管，所述平行光管为沿前后方向设置的壳体，壳体的前端设置有出口光栏；所述平行光管壳体一侧设置有靶标，所述靶标位置靠近所述出口光栏并与所述出口光栏呈90度设置，所述平行光管内设置有平面次镜、抛物主镜以及一个以上的挡屏；所述挡屏上设置有通光孔，所述抛物主镜位于所述平行光管内远离所述出口光栏的一端。本发明采用多层挡屏遮挡散光，避免散光对CCD成像系统的影响，同时利用挡屏上的通光孔修正光线方向，最大程度避免了人为操作的影响，测量准确度高，可通过换取不同的靶标就实现各个参数的采集，操作简便、自动化程度高。

Description

一种CCD成像系统定标调校装置

技术领域

本发明涉及光感器件性能测试领域，特别涉及一种CCD成像系统定标调校装置。

背景技术

电荷藕合器件(Charge Coupled Device，简写CCD，又名CCD图像传感器、图像控制器)，是一种光能转换器件，它使用高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷并存储。CCD已被广泛应用于摄像、图像采集、扫描仪以及工业测量等领域。

CCD成像系统是指包含有光学镜头和CCD等主要器件的光学成像系统(通常还包含有驱动器、滤波器等外围器件)；CCD成像系统的特性优劣由系统光学同轴度、系统调制传递函数(MTF)、系统畸变、视场角(FOV)与焦距、系统分辨率等参数决定，目前CCD出厂前必须对包含该CCD的CCD成像系统的相关参数进行测量并定标调校，以确保出厂的CCD传感器的具有良好的性能。

目前对CCD成像系统参数定标调校的方式是目视观测和人工分析处理，由于人为因素带来的影响，造成测量复现性差，导致测量准确度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种受人为因素影响小、测量准确度高的CCD成像系统定标调校装置。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：本发明采用的技术一种CCD成像系统定标调校装置，包括平行光管，所述平行光管前端设置有出口光栏，所述平行光管后端设置有抛物主镜，所述平行光管一侧设置有靶标，所述靶标位置靠近所述出口光栏并与所述出口光栏呈90度设置，所述平行光管内设置有平面次镜、抛物主镜以及一个以上的挡屏；所述挡屏上设置有通光孔，挡屏用于阻挡散射的光线，而通过挡屏上的通光孔修正光线路径可减少人员操作对光线均匀性的影响；

所述靶标将接收到的光束照射至所述平面次镜，所述平面次镜用于将光束通过所述挡屏上的通光孔反射至所述抛物主镜，所述抛物主镜用于将光束通过所述挡屏上的通光孔反射至所述出口光栏。

优选的，所述CCD成像系统定标调校装置中的平行光管设置有5个挡屏，所述5个挡屏从靠近所述平面次镜一端开始，间隔依次增大的平行设置在所属平面次镜与所述抛物主镜之间，挡屏的数量越多，越有利与散光的阻拦，使得最终照射到CCD成像系统的光线均匀性更好，但挡屏数量的增多会增加设备的成本，且挡屏数量的增多也会对挡屏上通光孔设置的复杂度要求增大。

进一步的，所述挡屏由金属制成，其表面涂成黑色，涂成黑色的金属挡屏更有利于散光的阻拦并防止生成新的反射散光。

进一步的，所述抛物主镜和所述平面次镜的角度和位置均为可调的；其中，所述抛物主镜的俯仰角度和所述平面次镜的俯仰角度均可在其预设角度的正负2度内调节；

进一步的，所述靶标中心设置有小孔，其用于测量所述CCD定标调校系统的光学同轴度。

与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供的一种CCD成像系统定标调校装置采用多层挡屏遮挡散光，避免散光对CCD成像系统的影响，同时利用挡屏上的通光孔修正光线方向，最大程度避免了人为操作的影响，测量准确度高，可通过换取不同的靶标就实现各个参数的采集，操作简便。

附图说明：

图1为本发明实施例中平行光管内部结构示意图。

图中标记：1-靶标，2-平面次镜，3-抛物主镜，4-挡屏，5-出口光栏。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1:如图1所示，本实施例提供一种受人为因素影响小、测量准确度高、自动化程度高的CCD成像系统定标调校装置，包括平行光管(图中未显出)，平行光管的前端设置有出口光栏5，平行光管的后端设置有抛物主镜3；所述平行光管一侧设置有靶标1(所述靶标1可根据所需测试参数的不同而任意更换)，所述靶标1位置靠近所述出口光栏5并与所述出口光栏呈90度设置，所述平行光管内设置有平面次镜2、抛物主镜3以及一个以上的挡屏4；所述挡屏4上设置有通光孔。平面次镜2位于平行光管内前端部分并位于出口光栏5之后，抛物主镜3位于平行光管内后端部分并位于抛物主镜3之前，挡屏4位于平面次镜2和抛物主镜3之间，挡屏用于阻挡散射的光线，而通过挡屏上的通光孔修正光线路径可减少人员操作对光线均匀性的影响。

使用时，所述靶标外设置有积分球光源，所述积分球光源用于产生光束并通过所述靶标1将光束照射至所述平面次镜2，所述平面次镜2用于将经过靶标1照射过来的光束通过所述挡屏4上的通光孔反射至所述抛物主镜3，所述抛物主镜3用于将平面次镜2反射过来的光束通过所述挡屏4上的通光孔反射至所述出口光栏5，所述待测CCD成像系统设置在出口光栏5处。一般认为CCD成像系统就在所述出口光栏5处，其和出口光栏5之间的实际距离可以忽略。

优选的，所述CCD成像系统定标调校装置中的平行光管包含5个挡屏，所述5个挡屏从靠近所述平面次镜2一端开始，间隔依次增大的平行设置在所属平面次镜2与所述抛物主镜3之间，挡屏的数量越多，越有利与散光的阻拦，可使得最终照射到CCD成像系统的光线均匀性更好，但挡屏数量的增多会增加设备的成本，且挡屏数量的增多也会对挡屏上通光孔设置的复杂度要求增大。

进一步的，所述挡屏4由金属制成，其表面涂成黑色，涂成黑色的金属挡屏更有利于散光的阻拦，同时可防止新的散光的出现。

进一步的，所述抛物主镜3和所述平面次镜2的角度和位置均为可调的；其中，所述抛物主镜3的俯仰角度和所述平面次镜2的俯仰角度均可在其预设角度的正负2度内调节。

进一步的，所述靶标1中心设置有小孔，其用于测量所述CCD定标调校系统的光学同轴度。

将待测CCD成像系统固定在所述出口光栏处，在测量其他参数前，首先应调整所述CCD成像系统定标调校装置的系统光学同轴度(指调整所述CCD成像系统中的光学镜头与CCD对准一个共同的观察点时,处于系统视场中的同一位置,即光学镜头的光轴与CCD的光轴重合)，调整方式如下：

采用对中方式，即将CCD成像系统中光学镜头的光轴与CCD的几何中心调整到同轴。采用激光准直仪(要求激光为单膜)作为对中的工具，将激光准直仪放置在靶标前(可以认为所述激光准直仪取代了积分球光源的位置或者位于积分球光源和靶标之间)，在保证CCD成像系统的几何位置绝对牢固的条件下，安装好成像光学系统(所述成像光学系统包括光学镜头和CCD以及其外围器件)，并调焦达到最佳状态，通过图像采集判断光斑中心是否偏离CCD的几何中心，以测出系统是否同轴，最终调整激光准直仪使光斑中心落在CCD的中心。

进一步的，在调整好所述CCD成像系统定标调校装置的系统光学同轴度后进一步测量待测CCD成像系统的视场角、焦距、调制传递函数、系统分辨率、系统畸变等参数，测试时，CCD应工作在其线性特性区域内(即积分球光源的光照度在待测CCD的饱和照度以下)，其原理如下：

(1)待测CCD成像系统的视场角FOV与焦距f_sys：使用玻罗板做靶标,焦距f_sys的计算公式如下：

$f_{\mathrm{sys}}=f_{\mathrm{collimator}}\frac{l_{\mathrm{CCD}}}{l_{\mathrm{LinePair}}}$

式中，f_collimator为准直光管的焦距，这里约为2000mm；l_LivePair为选择的玻罗板线对间距，l_CCD为对应玻罗板线对间距在CCD上成像的大小；CCD成像系统放大倍数为

视场角在测得成像光学系统焦距f_sys和CCD有效光敏面的几何尺寸即可计算得到。视场角指成像系统所能观察到的最大垂直和水平角度，分别用下面的公式表示：

水平视场角: $H_{\mathrm{FOV}}=a\tan \frac{D_X}{f_{\mathrm{sys}}}$

垂直视场角: $V_{\mathrm{FOV}}=a\tan \frac{D_y}{f_{\mathrm{sys}}}$

式中，D_x,D_y分别为CCD器件水平和垂直方向的几何尺寸。

(2)待测CCD成像系统的调制传递函数MTF：选用“刀口靶”靶标；所述调制传递函数MTF是用于表征器件成像质量的特性参数，反映器件输出调制度与入射光空间频率的关系。其由在奈奎斯特频率范围内，各种正弦空间频率入射调制光作用下器件输出信号调制度M_o(ν)与入射光信号调制度M_i(ν)之比值决定，计算公式为：

MTF＝M_o(ν)/M_i(ν)

其中，ν是空间频率(cy/mrad)。

(3)待测CCD成像系统的系统分辨率Res：一般在测取待测CCD的调制传递函数MTF后，利用极限分辨率，MTF＝0.05时对应的空间频率为系统的分辨率。

(4)待测CCD成像系统的系统畸变q：选用畸变标准靶，系统畸变q用于表示待测CCD的中心放大率与离心处的放大率的不同，表示点或线与成像的理想位置的偏移程度，其定义为点源成像的实际位置与理想位置之间的极距除以视场值。畸变q由下式获得：

$q=\frac{D_{1_a}-D_{1b}}{V_{\mathrm{FOV}}}$

由于造成几何畸变的原因是成像的光学系统其中光轴中心的放大率M_o和边缘的放大率M_b不同而造成，因其畸变又用下式表示：

$q=\frac{M_b}{M_o}\×100\%$

当q>0称为枕形畸变，反之q<0称为桶形畸变。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

Claims (3)

1.一种CCD成像系统定标调校装置，包括平行光管，其特征在于，所述平行光管前端设置有出口光栏，所述平行光管后端设置有抛物主镜，所述平行光管一侧设置有靶标，所述靶标位置靠近所述出口光栏并与所述出口光栏呈90度设置，所述平行光管内设置有平面次镜、抛物主镜以及一个以上的挡屏；所述挡屏上设置有通光孔；

所述挡屏用于阻挡散光，光束通过所述靶标照射至所述平面次镜，所述平面次镜用于将光束通过所述挡屏上的通光孔反射至所述抛物主镜，所述抛物主镜用于将光束通过所述挡屏上的通光孔反射至所述出口光栏；

所述抛物主镜和所述平面次镜的角度和位置均为可调的；其中，所述抛物主镜的俯仰角度和所述平面次镜的俯仰角度均可在其预设角度的正负2度内调节；

所述靶标中心设置有小孔，其用于测量所述CCD定标调校系统的光学同轴度。

2.如权力要求1所述的一种CCD成像系统定标调校装置，其特征在于，所述平行光管内设置有5个挡屏，所述5个挡屏从靠近所述平面次镜一端开始，间隔依次增大的平行设置在所属平面次镜与所述抛物主镜之间。

3.如权力要求2所述的一种CCD成像系统定标调校装置，其特征在于，所述挡屏由金属制成，其表面涂成黑色，黑色金属挡屏用于防止新的反射散光产生。