CN110460839A - 一种光学测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种光学测试系统，包括光学设备，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备包括平行光管、置于所述平行光管的焦面位置的可见光目标发生器、置于所述焦面位置的积分球光源，其中，所述积分球光源由积分球和照明灯组成；三综合试验箱，用于为所述待测成像设备供所需的测试环境。本申请光学测试系统可以使待测成像设备在模拟出的真实工作环境下，对待测成像设备的成像质量进行测试，由光学设备提供待采集的目标，以供待测成像设备采集，三综合试验箱为待测成像设备模拟真实工作环境。此外，本申请还提供一种具有上述优点的测试方法。

Description

一种光学测试系统及测试方法

技术领域

本申请涉及光学测试技术领域，特别是涉及一种光学测试系统及测试方法。

背景技术

光电成像设备的光学指标，如焦距、像差、成像分辨率、MTF(Modulation TransferFunction，调制传递函数)等的测试结果，可以反应出光电成像设备成像质量的优劣。对于某些特殊光电成像设备，例如军用光电成像设备，通常要求在特殊环境下依然能够正常工作，如高低温、振动、各种环境湿度等特殊环境，因此，为了确定光电成像设备在特殊环境下能否正常工作，需要模拟出特殊环境并对光电成像设备进行光学测试，以保证光电成像设备在实际使用过程中正常工作。

目前，对光电成像设备进行测试时，都是在实验室环境下(常压，20℃±2℃，相对湿度30％～70％)进行测试，环境试验只能实现高低温存储，而在高低温测试时，只是进行诸如光电成像设备能否正常开机、调焦机构能否正常工作等功能性测试。而决定光电成像设备性能的各类光学指标如焦距、MTF、像差、成像分辨率等还无法在真实工作条件下检验，极大地制约了光电成像设备在实际工作环境下的性能考核。

因此，如何在实际工作环境下对光电成像设备进行光学指标的测试，是本领域技术人员应重点关注的。

发明内容

本申请的目的是提供一种光学测试系统及测试方法，以模拟出实际工作环境，对成像设备进行测试。

为解决上述技术问题，本申请提供一种光学测试系统，包括：

光学设备，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备包括平行光管、置于所述平行光管的焦面位置的可见光目标发生器、置于所述焦面位置的积分球光源，其中，所述积分球光源由积分球和照明灯组成；

三综合试验箱，用于为所述待测成像设备提供所需的测试环境。

可选的，所述平行光管的主反射镜为改进型压框式主反射镜。

可选的，所述照明灯为卤素灯。

可选的，所述照明灯的数量为4个。

可选的，还包括：

可变光阑，位于所述照明灯和所述积分球的连接处。

可选的，还包括：

与所述照明灯相连的移动装置，用于调整所述照明灯的位置。

可选的，所述平行光管为Cassegrain式平行光管。

本申请还提供一种光学测试方法，包括：

将待测成像设备置于三综合试验箱中；

将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处，并开启所述积分球光源，以产生待采集的目标；

将所述待测成像设备对准所述平行光管的出光口；

开启所述三综合试验箱，得到所述待测成像设备所需的测试环境；

所述待测成像设备采集所述目标的图像，并根据所述图像确定所述待测成像设备的光学测试结果。

可选的，当光学测试为静态分辨率测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将分辨率板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处。

可选的，当光学测试为MTF测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将目标板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处，所述目标板具有黑白等间隔条纹。

本申请所提供的光学测试系统，包括：光学设备，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备包括平行光管、置于所述平行光管的焦面位置的可见光目标发生器、置于所述焦面位置的积分球光源，其中，所述积分球光源由积分球和照明灯组成；三综合试验箱，用于为所述待测成像设备提供所需的测试环境。本申请光学测试系统中，光学设备提供待采集的目标，以供待测成像设备采集，三综合试验箱可以为待测成像设备模拟真实工作环境，即待测成像设备可以在模拟的真实工作环境中采集目标的图像，进而根据采集的图像对待测成像设备进行评价。此外，本申请还提供一种具有上述优点的测试方法。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例所提供的一种光学测试系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的改进型压框式主反射镜的侧面结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的改进型压框式主反射镜的剖面结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种光学测试方法的流程图；

图5为本申请实施例所提供的平行光管装调原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，目前对光电成像设备进行测试时，都是在实验室环境下(常压，20℃±2℃，相对湿度30％～70％)进行测试，环境试验只能实现高低温存储，而在高低温测试时，只是进行诸如光电成像设备能否正常开机、调焦机构能否正常工作等功能性测试。而决定光电成像设备性能的各类光学指标如焦距、MTF、像差、成像分辨率等还无法在真实工作条件下检验，极大地制约了光电成像设备在实际工作环境下的性能考核。

有鉴于此，本申请提供了一种光学测试系统，请参考图1，图1为本申请实施例所提供的一种光学测试系统的结构示意图，该测试系统包括：

光学设备1，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备1包括平行光管11、置于所述平行光管11的焦面位置的可见光目标发生器13、置于所述焦面位置的积分球光源12，其中，所述积分球光源12由积分球和照明灯组成；

三综合试验箱2，用于为所述待测成像设备提供所需的测试环境。

其中：平行光管11，用于为光学测试提供平行光；

具体的，平行光管11由主反射镜、物镜、分化板等组成。

需要指出的是，根据光学测试的需求，平行光管11采用大口径、长焦距的平行光管11提供平行光，但是，本实施例中对平行光管11的具体种类不做限定，视情况而定。

优选地，在本申请的一个实施例中，所述平行光管11为Cassegrain式平行光管，Cassegrain式平行光管的光路结构紧凑、重量轻，在保证成像质量与使用条件下，可以充分提高光学测试系统的使用效率与易用性。

置于所述平行光管11的焦面位置的可见光目标发生器13，用于为待测成像设备提供无穷远静态标靶；

具体的，可见光目标发生器13由控制单元、目标切换装置、静态靶标组件、靶轮电机等组成，其中，静态靶标组件主要由空间频率板、旋转调整台、升降调整台、平移调整台、调焦调整台组成。其中，空间频率板组件安装在旋转调整台上，静态靶标有效尺寸要满足具体测试需求，可根据不同待测成像设备的技术参数制作不同型号的静态靶标。不同空间频率板分别安装在各自的靶板座内，便于安装更换。可以根据待测成像设备的焦距及焦面器件尺寸大小，设计相应的测试用静态黑白条纹靶标，可分别用于全色谱段和多光谱谱段的测试工作。

置于所述焦面位置的积分球光源12，用于为光学测试提供均匀照明，所述积分球光源12由积分球和照明灯组成；

需要说明的是，本实施例中积分球的尺寸不做具体限定，视情况而定，同理，本实施例中对照明灯的数量以及种类不做具体限定，只要能够使得积分球光源12为光学测试提供均匀照明即可，可自行设置。

具体的，三综合试验箱2提供的测试环境包括湿度测试环境、温度测试环境、振动测试环境，可以根据测试需求调整三综合试验箱2中的测试环境以及在具体测试环境中对温度、湿度以及振动具体要求。

待测成像设备置于三综合试验箱2中，以便模拟待测成像设备真实的工作环境，光学设备1提待采集的目标，平行光管11体积较大，三综合试验箱2的体积有限，不能容纳平行光管11，平行光管11须放置在三综合试验箱2外，光学设备1提供的目标通过光学窗口投射到三综合试验箱2内，以便被待测成像设备接收。由于在进行成像质量测试时光学窗口两侧的温差将达到数十度，因此对光学窗口自身的质量将要求很严格，应采用特殊结构材料以保证其在几十度的温差下，光程差及曲率变化量能够满足测试要求。

本实施例所提供的光学测试系统，包括：光学设备1，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备1包括平行光管11、置于所述平行光管11的焦面位置的可见光目标发生器13、置于所述焦面位置的积分球光源12，其中，所述积分球光源12由积分球和照明灯组成；三综合试验箱，用于为所述待测成像设备提供所需的测试环境。本实施例光学测试系统中，光学设备1提供待采集的目标，以供待测成像设备采集，三综合试验箱可以为待测成像设备模拟真实工作环境，即待测成像设备可以在模拟的真实工作环境中采集目标的图像，进而根据采集的图像对待测成像设备进行评价。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述平行光管11的主反射镜为改进型压框式主反射镜，请参考图2和图3，改进型压框式反射镜具有温度自适应功能，可以保证安装主反射镜时各向受力均匀，消除装配应力，同时可以保证平行光管11在大角度倾斜时主镜面的精度无较大变化。

需要指出的是，由于平行光管11将在不同环境条件下使用，为了保证其像质稳定性，可经受小量级振动，主反射镜的材料应具有较好的加工性，较高的比刚度，优良的热稳定性，本实施例中对主反射镜的材料不做具体限定，视情况而定。通常，主反射镜材料一般选用性能较好的光学玻璃，主要是K4、K9、微晶玻璃和石英。K4、K9光学玻璃价格相对较低，但主要缺点是弹性模量较低和热膨胀系数较大；石英玻璃各项性能较好，但是较大口径石英玻璃熔铸成本过高，大于300mm口径的一般仅用于透射系统中，因此，根据具体测试需求进行具体分析，选用合适的材料。

优选地，在本申请的一个实施例中，所述照明灯为卤素灯，以卤素灯为照明灯的积分球光源12为光学测试提供的光源具有可见光谱和近红外光谱的光谱特性。

具体的，卤素灯可以选用6333石英卤素灯，在400nm至1000nm范围内光谱输出较为平稳，能够满足光学测试的需要。

优选地，在本申请的一个实施例中，所述照明灯的数量为4个，不仅可以使积分球光源12提供均匀照明，而且还可以通过照度计探头对照明系统(即积分球光源12)的辐射特性变化进行实时监控，通过工控机给出辐射特性调整后的量化曲线。

优选地，光学测试系统还包括：与所述照明灯相连的移动装置，用于调整所述照明灯的位置。

具体的，照明灯安装在灯座上，移动装置通过灯座与照明灯相连，以调整照明灯的位置，确保通过狭缝口的光通量满足光学测试最大亮点需要。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，光学测试系统还包括：

可变光阑，位于所述照明灯和所述积分球的连接处。

具体的，在每个照明灯与积分球的连接处均设置有可变光阑，不仅可以保证在改变积分球输出亮度时不改变其光谱特性(色温)，而且可保证光源输出亮度连续变化。可变光阑可以由小型直线电机驱动控制，电机通过计算机控制上下电，由计算机操作软件进行实时操作。

本申请还提供一种光学测试方法，请参考图4，图4为本申请实施例所提供的一种光学测试方法的流程图，该方法包括：

步骤S101：将待测成像设备置于三综合试验箱中；

步骤S102：将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处，并开启所述积分球光源，以产生待采集的目标；

步骤S103：将所述待测成像设备对准所述平行光管的出光口；

步骤S104：开启所述三综合试验箱，得到所述待测成像设备所需的测试环境；

步骤S105：所述待测成像设备采集所述目标的图像，并根据所述图像确定所述待测成像设备的光学测试结果。

需要指出的是，本实施例中对步骤S101和步骤S102的顺序不做具体限定，可互相调换。

需要说明的是，在对待测成像设备进行光学测试之前，需要对平行光管进行装调。使用大口径平面反射镜与待装调平行光管、干涉仪构成自准直装调系统，通过计算机对干涉条纹的实时处理得到平行光管0视场及±1视场的波像差信息，并利用ZAMEX光学设计软件，通过阻尼最小二乘法求解系统灵敏度矩阵，计算得到次镜失调量，逐渐逼近系统最佳波像差位置以完成平行光管的装调工作。装调原理如图5所示。

本实施例所提供的光学测试方法，通过将待测成像设备置于三综合试验箱中；将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处，并开启所述积分球光源，以产生待采集的目标，可见光目标发生器提供静态标靶，积分球光源开启后产生供待测成像设备采集的目标；将所述待测成像设备对准所述平行光管；开启所述三综合试验箱，得到待测成像设备所需的测试环境；所述待测成像设备采集目标的图像，并根据所述图像确定所述待测成像设备的光学测试结果，可见，本实施例所提供的光学测试方法，可以模拟出真实工作环境，对待测成像设备进行光学测试。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，当光学测试为静态分辨率测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将分辨率板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处。

具体的，光学测试为静态分辨率测试时，无穷远静态标靶即为分辨率板，待测成像设备采集的图像即为分辨率板的图像，通过下式可计算得到待测成像设备的实验室静态分辨率：

N＝N₀f′/f (1)

式中，N₀为分辨率板线宽，f′为待测成像设备的焦距，f为平行光管的焦距，N为待测成像设备的静态分辨率。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，当光学测试为MTF测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将目标板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处，所述目标板具有黑白等间隔条纹。

具体的，光学测试为MTF测试时，无穷远静态标靶即为具有黑白等间隔条纹的目标板，待测成像设备采集的图像即为目标板的图像，通过下式可计算得到待测成像设备的MTF：

式中，MTF(f’)为待测成像设备的MTF函数值，M(f’)为待测成像设备的调制度，M(f’)为平行光管的调制度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的光学测试系统及测试方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种光学测试系统，其特征在于，包括：

光学设备，用于为待测成像设备提供待采集的目标，所述光学设备包括平行光管、置于所述平行光管的焦面位置的可见光目标发生器、置于所述焦面位置的积分球光源，其中，所述积分球光源由积分球和照明灯组成；

三综合试验箱，用于为所述待测成像设备提供所需的测试环境。

2.如权利要求1所述的光学测试系统，其特征在于，所述平行光管的主反射镜为改进型压框式主反射镜。

3.如权利要求2所述的光学测试系统，其特征在于，所述照明灯为卤素灯。

4.如权利要求3所述的光学测试系统，其特征在于，所述照明灯的数量为4个。

5.如权利要求1至4任一项所述的光学测试系统，其特征在于，还包括：

可变光阑，位于所述照明灯和所述积分球的连接处。

6.如权利要求5所述的光学测试系统，其特征在于，还包括：

与所述照明灯相连的移动装置，用于调整所述照明灯的位置。

7.如权利要求6所述的光学测试系统，其特征在于，所述平行光管为Cassegrain式平行光管。

8.一种光学测试方法，其特征在于，包括：

将待测成像设备置于三综合试验箱中；

将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处，并开启所述积分球光源，以产生待采集的目标；

将所述待测成像设备对准所述平行光管的出光口；

开启所述三综合试验箱，得到所述待测成像设备所需的测试环境；

所述待测成像设备采集所述目标的图像，并根据所述图像确定所述待测成像设备的光学测试结果。

9.如权利要求8所述的光学测试方法，其特征在于，当光学测试为静态分辨率测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将分辨率板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处。

10.如权利要求8所述的光学测试方法，其特征在于，当光学测试为MTF测试时，所述将可见光目标发生器和积分球光源置于平行光管的焦面位置处包括：

将目标板和所述积分球光源置于所述平行光管的所述焦面位置处，所述目标板具有黑白等间隔条纹。