CN112747904A - 红外传递函数测量仪的装调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外传递函数测量仪的装调方法包括干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜；所述干涉仪产生口径为9mm的平面波，经干涉仪球面标准镜变成球面波，球面波汇聚点调试到被测非球面镜焦点处，球面波经折转镜、非球面镜以平面波的方式出射到标准平面镜上，平面波按原路返回，经非球面镜、折转镜、干涉仪系统成像到干涉仪探测器上，最后分析计算探测器处的干涉图，可以得到红外传递函数测量仪光学系统的成像质量及焦点的准确位置。此时，将目标发生器靶板放置到非球面镜的焦点上，将像分析器放置到非球面镜出射光光轴上。

Description

红外传递函数测量仪的装调方法

技术领域

本发明属于光电测试仪器装调技术领域，尤其涉及一种红外传递函数测量仪的装调方法。

背景技术

红外光学利用一切物体都可以辐射红外线的特点，紧紧跟随红外探测器、红外光学材料、系统设计、微型制冷器和电子技术的发展，发展出一大批优良的红外光电系统，不断地扩展人类的视觉，广泛应用于天文观测、航空航天遥感、国防安全、灾害预警、夜间监控、医疗、工业数码、汽车安全、汽车夜视及自动驾驶等领域。

光学传递函数OTF(Optical Transfer Function)是以谐波分析和频率滤波的观点来进行光学系统的像质评价的，它具有检测准确、客观、快速等优点，故80年代开始，光学传递函数已广泛应用于成像系统的检测和评价等领域。传递函数测量的理论和实践是人们在频率域寻求和探索评价光学成像质量的方法，它加深了人们对传统像质评价方法的认识。光学传递函数是一种理论严密，灵敏而又定量的像质评价方法。它能够对成像过程的各环节进行测量和评价；光学传递函数的内容非常丰富，信息量大。调制传递函数MTF(ModuleTransfer Function)是光学传递函数的模量，是国际公认的实际测试过程中光学系统成像性能核心评价指标。MTF的高低直接关系到光学系统研制过程的成本高低和成像质量的优劣。它能把衍射、像差及杂散光等影响成像质量的各种因素综合在一起反映，客观的评定光学系统像质。它既适用于光学系统的设计阶段，也适用于光学仪器的装调、检验阶段，且具有普遍适用性。

红外传递函数测试仪主要解决的问题就是，完成红外光学系统传递函数测试，验证红外光学系统的成像性能。因此，红外光学传递函数测试仪自身各部分的精密装调非常重要。目前国内红外传递函数测量仪装调方法未见报道，类似系统的装调方法有自准直高斯目镜法和五棱镜扫描法等，其中自准直高斯目镜法需要人眼判断自准直靶标像的清晰度，受主观因素影响，不同人测量结果会有差别；五棱镜扫描法同样需要人眼判读靶标像变动的角度，并且需要被装调的系统在加工时事先加工辅助光轴工装，这不仅对加工带来了难度，同时增加了每套系统的加工费用。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种红外传递函数测量仪的装调方采用的装调设备包括干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜；所述干涉仪产生口径为9mm的平面波，经干涉仪球面标准镜变成球面波，球面波汇聚点调试到被测非球面镜焦点处，球面波经折转镜、非球面镜以平面波的方式出射到标准平面镜上，平面波按原路返回，经非球面镜、折转镜、干涉仪系统成像到干涉仪探测器上，最后分析计算探测器处的干涉图，可以得到红外传递函数测量仪光学系统的成像质量及焦点的准确位置。此时，将目标发生器靶板放置到非球面镜的焦点上，将像分析器放置到非球面镜出射光光轴上。

一种红外传递函数测量仪的装调方法，包括如下步骤：

S1将干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜、非球面镜、折转镜装调为自准直光路；

S2粗调所述干涉仪主体的空间位置、所述标准平面镜俯仰及偏摆的两维角度，所述干涉仪测试所述非球面镜的MTF和波像差；

S3精调所述折转镜俯仰及偏摆的两维角度、所述干涉仪高低及左右位置；

S4将目标发生器安装到所述干涉仪焦点位置；

S5精确调整所述目标发生器位置，所述目标靶板干涉图中的离焦距不高于0.01λ，其中λ＝632.8nm；

S6将像分析器放入所述自准直光路中，调整所述像分析器位置使所述像分析器对所述非球面镜发出的平行光束进行成像；

S7将目标靶板安装在所述球面标准镜的焦点处；

S8计算自准直光路的装调偏差，计算公式如下：

ε_z＝8(F^#)²×ΔW_defous (2)

其中，F^#为非球面镜的相对口径的倒数，D为非球面镜的口径，f′为非球面镜的焦距，ΔW_defous为干涉仪主体测得的非球面镜的离焦量，ε_z为红外传递函数测量仪焦面的装调偏差；

S9输出非球面镜的MTF和波像差、红外传递函数测量仪焦面的装调偏差，作为干涉仪主体工作时的计量校准数据。

优选的，干涉仪主体产生口径为9mm的平面波。

优选的，所述自准直光路为设置在所述干涉仪正下方的球面标准镜、所述球面标准镜正下方设有与水平面呈一定角度的折返镜、所述折返镜与所述球面标准镜之间设有用于接收所述折返镜发出光束非球面镜、所述非球面镜的同等高度上设有用于接收其发出的光线的标准平面镜。

优选的，所述像分析器设置在所述非球面镜出射光光轴上。

优选的，所述像分析器设置在所述非球面镜和所述标准平面镜之间。

优选的，所述标准平面镜接收到光束之后会将光束按原路返回，所述原路返回为光束依次经过所述非球面镜、折返镜、球面标准镜、干涉仪主题，所述干涉仪主体中的探测器进行成像。

有益效果：本发明开展的红外传递函数测量仪的装调方法是基于以往自准直法的一种改进方法，此种方法能够得到红外传递函数测量仪焦面的装调偏差，本发明能够得到红外传递函数测量仪的真实的成像质量，包括红外传递函数测量仪的从零频率到截止频率MTF；红外传递函数测量仪的波像差，这两个结果对红外传递函数测量仪自身的计量校准十分重要。本发明能够得到红外传递函数测量仪像质的同时，能够为目标发生器的安装提供实际的装调位置。本发明能够为红外传递函数测量仪的像分析器安装提供精确的光轴指向，装调简单、精度高。

附图说明

图1为本发明一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，本文使用术语第一、第二、第三等来描述各种部件或零件，但这些部件或零件不受这些术语的限制。这些术语仅用来区别一个部件或零件与另一部件或零件。术语诸如“第一”、“第二”和其他数值项在本文使用时不是暗示次序或顺序，除非由上下文清楚地指出。为了便于描述，本文使用空间相对术语，诸如“内部”、“外部”、“上端”、“下端”、“左侧”、“右侧”、“上部的”、“左”、“右”等，以描述本实施例中部件或零件的方位关系，但这些空间相对术语并不对技术特征在实际应用中的方位构成限制。

如图1所示，一种红外传递函数测量仪的装调方法，包括如下步骤：

S1将干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜、非球面镜、折转镜装调为自准直光路；

S2粗调所述干涉仪主体的空间位置、所述标准平面镜俯仰及偏摆的两维角度，所述干涉仪测试所述非球面镜的MTF和波像差；

S3精调所述折转镜俯仰及偏摆的两维角度、所述干涉仪高低及左右位置；

S4将目标发生器安装到所述干涉仪焦点位置；

S5精确调整所述目标发生器位置，所述目标靶板干涉图中的离焦距不高于0.01λ，其中λ＝632.8nm；

S6将像分析器放入所述自准直光路中，调整所述像分析器位置使所述像分析器对所述非球面镜发出的平行光束进行成像；

S7将目标靶板安装在所述球面标准镜的焦点处；

S8计算自准直光路的装调偏差ε_z，计算公式如下：

ε_z＝8(F^#)²×ΔW_defous (2)

其中，F^#为非球面镜的相对口径的倒数，D为非球面镜的口径，f′为非球面镜的焦距，ΔW_defous为干涉仪主体测得的非球面镜的离焦量，ε_z为红外传递函数测量仪焦面的装调偏差；

S9输出非球面镜的MTF和波像差、红外传递函数测量仪焦面的装调偏差，作为干涉仪主体工作时的计量校准数据。

本方法中的具体操作为：首先，用干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜与非球面镜、折转镜形成自准直光路，调整干涉仪的高低、左右、前后三维平移及标准平面镜的俯仰及偏摆两维角度，完成非球面镜MTF、波像差的测量，其中MTF和波像差的测量为本领域人员的常规操作，不做赘述。其次，调整折转镜俯仰及偏摆两维角度及干涉仪高低、左右平移，完成焦面位置的调整，此时完成折转镜相对非球面镜位置的精确装调。然后，将目标发生器安装到干涉仪焦点附近，通过目标发生器中目标靶板与干涉仪形成自准直光路，精确调整目标发生器位置，使目标靶板干涉图中离焦不高于0.01λ(λ＝632.8nm)，此时完成目标发生器的装调。通过以上操作完成了红外传递函数测量仪中非球面镜、折转镜、目标发生器、像分析器全部部件的安装与调试，最后计算目标靶板安装完成后离焦量，根据公式1和公式2得出目标靶板安装完成后离焦量ε_z，根据ε_z、MTF、波像差等数据，可以得出该干涉仪的自身计量校准的标准数据，在测量其他镜头时进行数据分析，本数据可以提供理论支撑和如何调试的理论基础。

优选的一种实施方式，干涉仪主体产生口径为9mm的平面波。

优选的一种实施方式，所述自准直光路为设置在所述干涉仪正下方的球面标准镜、所述球面标准镜正下方设有与水平面呈一定角度的折返镜、所述折返镜与所述球面标准镜之间设有用于接收所述折返镜发出光束非球面镜、所述非球面镜的同等高度上设有用于接收其发出的光线的标准平面镜。

自准直光路的具体结构为：包括干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜；所述干涉仪产生口径为9mm的平面波，经干涉仪球面标准镜变成球面波，球面波汇聚点调试到被测非球面镜焦点处，球面波经折转镜、非球面镜以平面波的方式出射到标准平面镜上，平面波按原路返回，经非球面镜、折转镜、干涉仪系统成像到干涉仪探测器上，最后分析计算探测器处的干涉图，可以得到红外传递函数测量仪光学系统的成像质量及焦点的准确位置。此时，将目标发生器靶板放置到非球面镜的焦点上，将像分析器放置到非球面镜出射光光轴上。

其中具体的结构解释为，折返镜的镜面朝向非球面镜，非球面镜设置在折返镜和球面标准镜之间，具体的相关位置可见图1中非球面镜的位置。所述像分析器设置在所述非球面镜和所述标准平面镜之间。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1将干涉仪主体、球面标准镜、标准平面镜、非球面镜、折转镜装调为自准直光路；

S2粗调所述干涉仪主体的空间位置、所述标准平面镜俯仰及偏摆的两维角度，所述干涉仪测试所述非球面镜的MTF和波像差；

S3精调所述折转镜俯仰及偏摆的两维角度、所述干涉仪高低及左右位置；

S4将目标发生器安装到所述干涉仪焦点位置；

S5精确调整所述目标发生器位置，所述目标靶板干涉图中的离焦距不高于0.01λ，其中λ＝632.8nm；

S6将像分析器放入所述自准直光路中，调整所述像分析器位置使所述像分析器对所述非球面镜发出的平行光束进行成像；

S7将目标靶板安装在所述球面标准镜的焦点处；

S8计算自准直光路的装调偏差，计算公式如下：

ε_z＝8(F^#)²×ΔW_defous (2)

其中，F^#为非球面镜的相对口径的倒数，D为非球面镜的口径，f′为非球面镜的焦距，ΔW_defous为干涉仪主体测得的非球面镜的离焦量，ε_z为红外传递函数测量仪焦面的装调偏差；

S9输出非球面镜的MTF和波像差、红外传递函数测量仪焦面的装调偏差，作为干涉仪主体工作时的计量校准数据。

2.根据权利要求1所述的红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，干涉仪主体产生口径为9mm的平面波。

3.根据权利要求1所述的红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，

所述自准直光路为设置在所述干涉仪正下方的球面标准镜、所述球面标准镜正下方设有与水平面呈一定角度的折返镜、所述折返镜与所述球面标准镜之间设有用于接收所述折返镜发出光束非球面镜、所述非球面镜的同等高度上设有用于接收其发出的光线的标准平面镜。

4.根据权利要求3所述的红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，所述像分析器设置在所述非球面镜出射光光轴上。

5.根据权利要求4所述的红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，所述像分析器设置在所述非球面镜和所述标准平面镜之间。

6.根据权利要求3所述的红外传递函数测量仪的装调方法，其特征在于，所述标准平面镜接收到光束之后会将光束按原路返回，所述原路返回为光束依次经过所述非球面镜、折返镜、球面标准镜、干涉仪主题，所述干涉仪主体中的探测器进行成像。

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