CN112304574B - 一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置及方法，其像质测试装置包括准直光学系统、含有光学消旋组件的光学系统、像方接收系统，所述准直光学系统，用于产生含有光学消旋组件的光学系统的像质测试所需的准直目标光束；所述含有光学消旋组件的光学系统位于准直光学系统的出射光路上，用于对所述准直光学系统成像；所述像方接收系统位于含有光学消旋组件的光学系统的成像光路上，用于接收所述含有光学消旋组件的光学系统的出射像并对其进行MTF测试。本发明通过观察和计算出射像的偏差进行针对性调整，解决了含有光学消旋组件的光学系统的像质测试的问题，保证了系统像质测试精度。
Description
技术领域
本发明涉及光学领域，涉及一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置及方法。
背景技术
受制于光学传函仪结构本身限制，传统的像质测试装置及方法无法进行含有光学消旋组件的光学系统像质测试，其像质的评估一直是一个技术难题。
发明内容
本发明针对含有光学消旋组件的光学系统的像质测试难的技术问题，提供了一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明的第一方面目的提供了一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，包括准直光学系统、含有光学消旋组件的光学系统、像方接收系统，所述准直光学系统，用于产生含有光学消旋组件的光学系统的像质测试所需的准直目标光束；所述含有光学消旋组件的光学系统包括前端接收光路组件、光学消旋组件、后端成像光路组件，其位于准直光学系统的出射光路上，用于对所述准直光学系统成像；
所述像方接收系统位于含有光学消旋组件的光学系统的成像光路上，用于接收所述含有光学消旋组件的光学系统的出射像并对其进行MTF测试。
在本发明的一些实施例中，所述准直光学系统沿光路依次包括靶标光源、抛物面准直镜、折转平面镜，所述折转平面镜安装在第一支架上，所述第一支架用于带动折转平面镜转动以提供所述含有光学消旋组件的光学系统所需的不同视场。
在本发明的一些实施例中，所述靶标光源上还设有滤光片，所述滤光片用于滤除准直光束中的非测试波段的光束。
在本发明的一些实施例中，所述光学消旋组件包括K镜、别汉棱镜或道威棱镜中的一种。
在本发明的一些实施例中，所述像方接收系统包括像分析仪、第二支架、转动工作台，所述像分析仪安装在第二支架上，用于接收含有光学消旋组件的光学系统的对其进行MTF测试；所述第二支架设于转动工作台上，所述转动工作台用于为第二支架提供支撑以及带动第二支架和像分析仪转动。
进一步的，所述含有光学消旋组件的光学系统安装在所述第二支架上。
在本发明的第二方面目的提供了含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法，包括本发明第一方面目的提供的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，包括如下步骤：
根据平面反射镜自准直方法初步确定含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的安装位置满足工作要求；
保持光学消旋组件静止，根据含有光学消旋组件的光学系统的物像关系，移动像方接收系统直至找到初始像点；
通过调整所述像方接收系统不断缩小所述准直光学系统的出射光轴、所述含有光学消旋组件的光学系统的光轴及所述像方接收系统的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件转动工作时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点。
在本发明的一些实施例中，所述通过调整所述像方接收系统不断缩小所述含有光学消旋组件的光学系统的入射光轴、所述光学消旋组件的光轴及所述像方接收系统的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件转动工作时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点包括如下步骤：
a.将光学消旋组件由静止状态旋转90°，调整像方接收系统以寻找第一像点，记录初始像点与第一像点的偏移量并将其作为第一偏移量；
b.将光学消旋组件旋转至原静止状态的位置，转动和记录像方接收系统的微量角度并寻找初始像点，并按照步骤a往复寻找第二像点，记录初始像点与第二像点的偏移量并将其作为第二偏移量；所述微量角度的取值范围为[-1°,1°]；
c.根据所述第一偏移量与所述第二偏移量的差值以及其对应的微量角度，调整所述准直光学系统与所述像方接收系统的相对位置；
d.循环步骤a至步骤c,直至光学消旋组件转动时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化。
在本发明的一些实施例中，根据所述基准测试像点所确定的准直光学系统、含有光学消旋组件的光学系统与像方接收系统之间的位置，调整准直目标光束的角度，实现所述含有光学消旋组件的光学系统在0w视场、0.7w及1.0w的像质测试。
本发明的有益效果是：
1.本发明搭建了含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，巧妙地解决了含有光学消旋组件的光学系统的像质测试的问题。
2.本发明提供的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法通过准直光路系统、含有光学消旋组件的光学系统、像方接收系统之间的光路关系，根据观察和计算初始像点的偏移量确定了基准测试点和基准测试视场，解决了含光学消旋组件的光学系统在0w、0.7w和1.0w视场的像质测试的问题，保证了测试精度。
附图说明
图1为本发明的一些实施例中的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的基本结构示意图之一；
图2为本发明的一些实施例中的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的的基本结构示意图之二；
图3为本发明的一些实施例中的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的光路原理图；
图4为本发明的一些实施例中的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法的基本流程图；
图5为本发明的一些实施例中经过装调后的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置在0w上的MTF测试结果；
图6为本发明的一些实施例中经过装调后的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置在0.7w上的MTF测试结果；
图7为本发明的一些实施例中经过装调后的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的1.0w的上MTF测试结果。
附图标记：
1、准直光学系统，11、靶标光源，111、滤光片，13、抛物面准直镜，14、折转平面镜，2、含有光学消旋组件的光学系统，21、光学消旋组件，3、像方接收系统，31、像分析仪，32、转动工作台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
参考图1，本发明的第一方面目的提供了一种含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试装置，包括准直光学系统1、含有光学消旋组件的光学系统2、像方接收系统3，所述准直光学系统1，用于产生含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试所需的准直目标光束；所述含有光学消旋组件的光学系统2包括前端接收光路组件、光学消旋组件21、后端成像光路组件，其位于准直光学系统1的出射光路上，用于对所述准直光学系统1成像；所述像方接收系统3位于含有光学消旋组件的光学系统2的成像光路上，用于接收含有光学消旋组件的光学系统2的出射像并对其进行MTF(Modulation Transfer Function，调制传递函数)测试。
参考图2，在本发明的一些实施例中，所述准直光学系统1沿光路依次包括靶标光源11、抛物面准直镜13、折转平面镜14，所述折转平面镜14安装在第一支架上，所述第一支架用于带动折转平面镜14转动以提供所述含有光学消旋组件的光学系统2所需的不同视场。
在本发明的一些实施例中，所述靶标光源11上还设有滤光片111，所述滤光片111用于滤除准直光束中的非测试波段的光束。优选的，所述的靶标光源11为内嵌圆孔靶或十字靶的多波段光源，靶面为黑色，可工作在可见光、中波红外或长波红外波段。
在本发明的一些实施例中，所述光学消旋组件21包括K镜、别汉棱镜或道威棱镜中的一种。
在本发明的一些实施例中，所述像方接收系统3包括像分析仪31、第二支架、转动工作台32，所述像分析仪31，所述像分析仪31安装在第二支架上，用于接收所述含有光学消旋组件的光学系统2的出射像并对其进行MTF测试；所述第二支架设于转动工作台32上，所述转动工作台32用于为第二支架提供支撑以及带动第二支架和像分析仪31旋转。所述的转动工作台32的旋转范围[-90°，90°]，即不小于-90°且不大于90°。
由于含有光学消旋组件的光学系统2以及像分析仪31的重量很大，为了便于调整含有光学消旋组件的光学系统2以及像分析仪31，进一步的，所述含有光学消旋组件的光学系统2安装在所述第二支架上。
参考图3与图4，在本发明的第二方面目的提供了含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试方法，包括本发明第一方面目的提供的含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试装置，其步骤如下：
S101.根据平面反射镜自准直方法初步确定含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试装置的安装位置满足工作要求；
S102.保持光学消旋组件21静止，根据含有光学消旋组件的光学系统2的物像关系，移动像方接收系统3直至找到初始像点；
S103.通过调整所述像方接收系统3不断缩小所述含有准直光学系统1的出射光轴、所述含有光学消旋组件的光学系统2的光轴及所述像方接收系统3的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件21转动工作时所述像方接收系统3的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点。
在本发明的一些实施例的步骤S101中，根据平面反射镜自准直方法初步确定含有光学消旋组件的光学系统2的像质测试装置的安装位置满足工作要求。具体地，将平面反射镜贴于所述含有光学消旋组件的光学系统2的镜框前端，通过自准直法观察靶标光源11的反射像与靶标自身是否重合来初步确定该光学系统是否满足工作要求。
在本发明的一些实施例的步骤S103中，所述通过调整所述像方接收系统3不断缩小所述准直光学系统1的出射光轴、所述含有光学消旋组件的光学系统2的光轴及所述像方接收系统3的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件21转动工作时所述像方接收系统3的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点包括如下步骤：
a.将光学消旋组件21由静止状态旋转90°，调整像方接收3系统以寻找第一像点，记录初始像点与第一像点的偏移量并将其作为第一偏移量；
b.将光学消旋组件21旋转至原静止状态的位置，转动和记录像方接收系统3的微量角度并寻找初始像点，并按照步骤a往复寻找第二像点，记录初始像点与第二像点的偏移量并将其作为第二偏移量；所述微量角度大于等于-1°，且小于等于1°，即转动范围在区间[-1°,1°]内；
c.根据所述第一偏移量与所述第二偏移量的差值以及其对应的微量角度，调整所述准直光学系统与所述像方接收系统的相对位置；
d.循环步骤a至步骤c,直至光学消旋组件21转动时所述像方接收系统3的接收的像点位置不再变化。具体地，直至光学消旋组件21转动时像分析仪31接收到的基准测试像点位置不再变化。此时无论别汉棱镜组件、K镜组件均可采用上述方法来确定像分析仪31的基准测试像点。
在本发明的一些实施例中根据上述基准测试像点所确定的准直光学系统1、含有光学消旋组件的光学系统2与像方接收系统3之间的位置，调整准直光学系统1的角度，实现0w视场、0.7w及1.0w的像质测试，测试结果单位为Lp/mm。具体地，参考图5、图6和图7，实线代表T-trace(子午面),虚线代表S-trace(弧矢面)；在16Lp/mm时，0w处MTF_T≥0.56，MTF_S≥0.57；0.7w处MTF_T≥0.51，MTF_S≥0.37；1.0w处MTF_T≥0.46，MTF_S≥0.23。经与设计指标比较，测试结果与设计值相符，说明测试结果的正确性和合理性，也证明系统成像质量满足使用要求。
需要说明的是，子午面：轴外物点的主光线与光学系统主轴所构成的平面，称为光学系统成像的子午面；弧矢面：过轴外物点的主光线，并与子午面垂直的平面，称为光学系统成像的弧矢面。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法，所述含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，包括准直光学系统、含有光学消旋组件的光学系统、像方接收系统，所述准直光学系统，用于产生含有光学消旋组件的光学系统的像质测试所需的准直目标光束；所述含有光学消旋组件的光学系统包括前端接收光路组件、光学消旋组件、后端成像光路组件，其位于准直光学系统的出射光路上，用于对所述准直光学系统成像；所述像方接收系统位于含有光学消旋组件的光学系统的成像光路上，用于接收所述含有光学消旋组件的光学系统的出射像并对其进行MTF测试,其特征在于，包括如下步骤：根据平面反射镜自准直方法初步确定含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置的安装位置满足工作要求；
保持光学消旋组件静止，根据含有光学消旋组件的光学系统的物像关系，移动像方接收系统直至找到初始像点；
通过调整所述像方接收系统不断缩小所述准直光学系统的出射光轴、所述含有光学消旋组件的光学系统的光轴及所述像方接收系统的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件转动工作时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点。
2.根据权利要求1所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，其特征在于，所述准直光学系统沿光路依次包括靶标光源、抛物面准直镜、折转平面镜，
所述折转平面镜安装在第一支架上，所述第一支架用于带动折转平面镜转动以提供所述含有光学消旋组件的光学系统所需的不同视场。
3.根据权利要求2所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，其特征在于，所述靶标光源上还设有滤光片，所述滤光片用于滤除准直光束中的非测试波段的光束。
4.根据权利要求1所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，其特征在于，所述光学消旋组件包括K镜、别汉棱镜或道威棱镜中的一种。
5.根据权利要求1所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，其特征在于，所述像方接收系统包括像分析仪、第二支架、转动工作台，所述像分析仪安装在第二支架上，用于接收所述含有光学消旋组件的光学系统的出射像并对其进行MTF测试；所述第二支架设于转动工作台上，所述转动工作台用于为第二支架提供支撑以及带动第二支架和像分析仪转动。
6.根据权利要求5所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试装置，其特征在于，所述含有光学消旋组件的光学系统安装在所述第二支架上。
7.根据权利要求1所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法，其特征在于，所述通过调整所述像方接收系统不断缩小所述含有光学消旋组件的光学系统的入射光轴、所述光学消旋组件的光轴及所述像方接收系统的光轴的位置偏差，直至所述光学消旋组件转动工作时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化，此时所述像点的位置所对应的视场即为中心视场，该像点为基准测试像点包括如下步骤：
a.将光学消旋组件由静止状态旋转90°，调整像方接收系统以寻找第一像点，记录初始像点与第一像点的偏移量并将其作为第一偏移量；
b.将光学消旋组件旋转至原静止状态的位置，转动和记录像方接收系统的微量角度并寻找初始像点，并按照步骤a往复寻找第二像点，记录初始像点与第二像点的偏移量并将其作为第二偏移量；所述微量角度的取值范围为[-1°,1°]；
c.根据所述第一偏移量与所述第二偏移量的差值以及其对应的微量角度，调整所述准直光学系统与所述像方接收系统的相对位置；
d.循环步骤a至步骤c,直至光学消旋组件转动时所述像方接收系统的接收的像点位置不再变化。
8.根据权利要求1所述的含有光学消旋组件的光学系统的像质测试方法，其特征在于，包括如下步骤：根据所述基准测试像点所确定的准直光学系统、含有光学消旋组件的光学系统与像方接收系统之间的位置，调整准直目标光束的角度，实现所述含有光学消旋组件的光学系统在0w视场、0.7w及1.0w的像质测试。
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