无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器及其方法技术

本发明专利技术属于光电测试技术领域，涉及一种集光、机、电、算及自动控制为一体的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器及其实现方法，是光电测试装备的基本构成单元之一。本发明专利技术是通过透射光路的高精度差动共焦定焦实现反射光路目标图像的清晰采集与定焦，通过光电像分析器测量物镜的加入实现有限共轭光学系统参数的测试，通过光电像分析器的平移及旋转实现光学系统轴上、轴外视场和折轴系统光学参数的测量，最终实现无限兼有限共轭目标光学成像系统轴上和轴外视场光学参数的高精度综合测试。本无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器通过相应测量方法和软件控制，可对光学系统所成的图像进行高精度快速自动采集、分析与处理，进而获得无限兼有限共轭光电仪器的性能参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，属于光电测试
技术背景光电像分析器是光电测试装备的基本组成单元，其性能直接决定光电测试装备的集成化程度和高可靠性能等。光电像分析器是集光、机、电、算及自动控制为一体的综合光电测试装置，其用于对被测光学系统所成的目标图像进行采集和处理，以期获得被测光学系统的各种性能参数的模块组件。在复杂光电成像系统中，存在众多无限共轭光学成像系统和有限共轭光学成像系统，而实现这些复杂光学参数综合测量的关键在于如何突破能兼顾有限远目标和无限远目标像面清晰定焦采集的技术瓶颈，如何实现光电像分析器无限兼有限目标的准确定焦。特别是复杂光电装备的外场测试和靠前保障测试，要求光电测试装备必须具备高可靠性、高集成化和高稳定性，因而亟待攻克构成光电测试系统的光电像分析技术这一共性技术与器件，以期满足光电测试装备的高可靠性、高集成度的迫切需求。目前，与光电像分析器相近的产品有美国Optikos公司的Video MTF Image Analysis System的光电像分析器测头，用于测量光学成像系统的光学传递函数、焦距等光学参数。其不足之处为：1)不能对无限共轭光学系统进行调焦测试，不能实现多视度测试；2)不能测试折轴光学系统；3)可测光学参数种类少。为了弥补上述不足，北京理工大学申报了中国专利“无限兼有限共轭光电像分析器”(ZL200410090673.7)，其通过组合多个平移台及旋转台，使像分析器通过多维调整能够实现对光学系统轴上和轴外视场的光学参数测量；通过更换像分析器光学系统物方不同视度的准直物镜，实现对不同视度望远光学系统的测试；通过接口加显微物镜，实现对有限共轭光学系统的测试等。该专利技术专利不但实现了多维调整以及折轴测试，而且实现 了对无限与有限共轭光学系统多参数测试，例如：放大率、视场、像倾斜和分划倾斜、出瞳直径、出瞳距离、视度、可见光分辨率、畸变、双目仪器光轴一致性等。但无限兼有限共轭光电像分析器在像面的定焦方面由于仍采用常规的图像定焦方法，因而在图像定焦精度、定焦速度等方面存在诸多不足，像面的定焦精度限制了无限兼有限共轭光电像成像仪器检测精度的进一步提高，像面的定焦速度限制了光电像成像仪器性能参数测试的自动化能力及效率。针对此问题，本专利技术提出将光电像分析器像方光路分为两路，反射光路用于图像采集，透射光路用于高精度差动共焦探测寻焦，通过透射光路的高精度差动共焦探测寻焦进而实现反射光路图像的清晰采集，其优点在于可大幅提高像面的定焦精度和速度外，还可以对有限共轭光学系统内部几何结构进行层析定焦，进而扩展光电成像系统参数的检测范围等。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述已有技术存在的问题，提出了一种无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器及其方法。本专利技术通过透射光路的高精度差动共焦探测寻焦实现反射光路目标图像的清晰采集与定焦，实现光学成像系统参数的高精度测试；通过光电像分析器测量物镜的选配加入与轴向寻焦清晰图像采集器的位移，可实现有限共轭光学系统参数的测试；通过光电像分析器的平移及旋转，实现光学系统轴上、轴外视场和折轴系统光学参数的综合测量等。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，包括：零视度准直镜、准直镜支撑机构、五自由度x-y-z-α-θ调整工作台、像分析器支撑机构、x向寻焦移动导轨、x向寻焦导轨位移监测系统、寻焦清晰图像采集器、测量物镜和计算机测控系统。其中像分析器支撑机构位于五自由度x-y-z-α-θ调整工作台上，而零视度准直镜、准直镜支撑机构、x向寻焦移动导轨、x向寻焦导轨位移监测系统、寻焦清晰图像采集器位于像分析器支撑机构，并随像分析器支撑机构一起通过五自由度x-y-z-α-θ调整工作台调节无限远共轭目标光学系统和有限远共轭目标光学系统测试时的相对位置。面阵探测CCD的探测面位于像方汇聚光束被第一分光镜反射的反射像方汇聚光束的焦面位置；第一针孔位于透射像方汇聚光束经第二分光镜透射的像方汇聚透射光束焦点的远焦位置-M处，第一光电探测器位于第一针孔之后；第二针孔位于经第二分光镜反射的像方汇聚反射光束焦点的近焦位置M处，第二光电探测器位于第二针孔之后。本专利技术的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，包括准直镜支撑机构前端配做连接结口，使零视度准直镜与测量物镜组合使用，以满足有限远共轭目标光学系统参数的测试。本专利技术的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析方法，包括：1)利用第一分光镜将像方汇聚光束分成透射像方汇聚光束和反射像方汇聚光束两路，通过对第一分光镜透射的透射像方汇聚光束进行高精度差动共焦定焦达到对第一分光镜反射的反射像方汇聚光束的精确定焦，实现无限远共轭目标光学系统像方汇聚光束焦面图像的清晰采集与位置测定，最终实现无限远共轭目标光学系统参数的高精度测试；2)在零视度准直镜中通过测量物镜的选配加入，再利用寻焦清晰图像采集器对像方汇聚光束焦点变化位置的测定，来实现有限远共轭目标光学系统光学参数的测试；3)通过五自由度x-y-z-α-θ调整工作台的平移及旋转，实现无限远共轭目标光学系统和有限远共轭目标光学系统轴上、轴外视场和折轴系统光学参数的综合测量。本专利技术的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析方法，实现无限远共轭目标光学系统参数的高精度测试的特征包括以下步骤：步骤一：调整五自由度x-y-z-α-θ调整工作台，使无限远共轭目标光学系统发出的无限远共轭目标物方光束，进入零视度准直镜；步骤二：利用寻焦清晰图像采集器对经零视度准直镜汇聚的像方汇聚光束的焦面图像进行清晰采集；步骤三：利用第一分光镜将像方汇聚光束分成透射像方汇聚光束和反射像方汇聚光束，计算机测控系统控制x向寻焦移动导轨沿x向进行扫描往复运动；步骤四：计算机测控系统通过第一光电探测器、第二光电探测器及x向寻焦导轨位移监测系统同时检测x向寻焦移动导轨沿x向进行扫描往复 运动时的第一共焦轴向响应曲线、第二共焦轴向响应曲线和x向寻焦移动导轨的位置；步骤五：计算机测控系统将第一光电探测器探测的第一共焦轴向响应曲线和第二光电探测器探测到的第二共焦轴向响应曲线差动相减得到差动共焦探测曲线；计算机测控系统对差动相减得到的差动共焦探测曲线和x向寻焦移动导轨的位置进行处理，求得差动共焦探测曲线零点对应的x向寻焦移动导轨的位置N；步骤六：计算机测控系统控制x向寻焦移动导轨运动到位置N，此时面阵探测CCD就可采集到无限远共轭目标光学系统的清晰像。步骤七：计算机测控系统利用采集到的无限远共轭目标光学系统的清晰像及其位置N，即可计算无限远共轭目标光学系统的参数。所述的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析方法，实现有限远共轭目标光学系统光学参数的测试的特征包括以下步骤：步骤一：调整五自由度x-y-z-α-θ调整工作台，使有限远共轭目标光学系统，发出的有限远共轭目标物方光束，经测量物镜，进入零视度准直镜；步骤二：利用寻焦清晰图像采集器对经零视度准直镜汇聚的像方汇聚光束的焦面图像进行清晰采集；步骤三：利用第一分光镜将像方汇聚光束分成透射像方汇聚光束和反射像方汇聚光束，计算机测控系统控制x向寻焦移动导轨沿x向进行扫描往复运动；步骤四：计算机测控系统通过第一光电探测器、第二光电探测器及本文档来自技高网...

【技术保护点】
无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，其特征在于，包括：零视度准直镜(1)、准直镜支撑机构(13)、五自由度x‑y‑z‑α‑θ调整工作台(3)、像分析器支撑机构(4)、x向寻焦移动导轨(5)、x向寻焦导轨位移监测系统(6)、寻焦清晰图像采集器(7)、测量物镜(14)和计算机测控系统(22)，其特征在于：寻焦清晰图像采集器(7)包括第一分光镜(8)、面阵探测CCD(9)、第二分光镜(23)、第一针孔(10)、第一光电探测器(11)、第二针孔(26)、第二光电探测器(27)、计算机测控系统(22)；其中像分析器支撑机构(4)位于五自由度x‑y‑z‑α‑θ调整工作台(3)上，而零视度准直镜(1)、准直镜支撑机构(13)、x向寻焦移动导轨(5)、x向寻焦导轨位移监测系统(6)、寻焦清晰图像采集器(7)位于像分析器支撑机构(4)，并随像分析器支撑机构(4)一起通过五自由度x‑y‑z‑α‑θ调整工作台(3)调节无限远共轭目标光学系统(12)和有限远共轭目标光学系统(15)测试时的相对位置；面阵探测CCD(9)的探测面位于像方汇聚光束(2)被第一分光镜(8)反射的反射像方汇聚光束(17)的焦面位置；第一针孔(10)位于透射像方汇聚光束(17)经第二分光镜(23)透射的像方汇聚透射光束(25)焦点的远焦位置‑M处，第一光电探测器(11)位于第一针孔(10)之后；第二针孔(26)位于经第二分光镜(23)反射的像方汇聚反射光束(24)焦点的近焦位置M处，第二光电探测器(27)位于第二针孔(26)之后。...

【技术特征摘要】
1.无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，其特征在于，包括：零视度准直镜(1)、准直镜支撑机构(13)、五自由度x-y-z-α-θ调整工作台(3)、像分析器支撑机构(4)、x向寻焦移动导轨(5)、x向寻焦导轨位移监测系统(6)、寻焦清晰图像采集器(7)、测量物镜(14)和计算机测控系统(22)，其特征在于：寻焦清晰图像采集器(7)包括第一分光镜(8)、面阵探测CCD(9)、第二分光镜(23)、第一针孔(10)、第一光电探测器(11)、第二针孔(26)、第二光电探测器(27)、计算机测控系统(22)；其中像分析器支撑机构(4)位于五自由度x-y-z-α-θ调整工作台(3)上，而零视度准直镜(1)、准直镜支撑机构(13)、x向寻焦移动导轨(5)、x向寻焦导轨位移监测系统(6)、寻焦清晰图像采集器(7)位于像分析器支撑机构(4)，并随像分析器支撑机构(4)一起通过五自由度x-y-z-α-θ调整工作台(3)调节无限远共轭目标光学系统(12)和有限远共轭目标光学系统(15)测试时的相对位置；面阵探测CCD(9)的探测面位于像方汇聚光束(2)被第一分光镜(8)反射的反射像方汇聚光束(17)的焦面位置；第一针孔(10)位于透射像方汇聚光束(17)经第二分光镜(23)透射的像方汇聚透射光束(25)焦点的远焦位置-M处，第一光电探测器(11)位于第一针孔(10)之后；第二针孔(26)位于经第二分光镜(23)反射的像方汇聚反射光束(24)焦点的近焦位置M处，第二光电探测器(27)位于第二针孔(26)之后。2.根据权利要求1所述的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析器，其特征在于：准直镜支撑机构(13)前端配做连接结口，使零视度准直镜(1)与测量物镜(14)组合使用，以满足有限远共轭目标光学系统(15)光电系统参数的测试。3.无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析方法，其特征在于：1)利用第一分光镜(8)将像方汇聚光束(2)分成透射像方汇聚光束(17)和反射像方汇聚光束(16)两路，通过对第一分光镜(8)透射的透射像方汇聚光束(17)进行高精度差动共焦定焦达到对第一分光镜(8)反射的反射像方汇聚光束(16)的精确定焦，实现无限远共轭目标光学系统(12)像方汇聚光束(2)焦面图像的清晰采集与位置测定，最终实现无限远共轭目标光学系统(12)参数的高精度测试；2)在零视度准直镜(1)中通过测量物镜(14)的选配加入，再利用寻焦清晰图像采集器(7)对像方汇聚光束(2)焦点变化位置的测定，来实现有限远共轭目标光学系统(15)光学参数的测试；3)通过五自由度x-y-z-α-θ调整工作台(3)的平移及旋转，实现无限远共轭目标光学系统(12)和有限远共轭目标光学系统(15)轴上、轴外视场和折轴系统光学参数的综合测量。4.根据权利要求3所述的无限兼有限共轭差动探测寻焦光电像分析方法，实现无限远共轭目标光学系统(12)参数的高精度测试的特征包括以下步骤：步骤一：调整五自由度x-y-z-α-θ调整工作台(3)，使无限远共轭目标光学系统(12)发出的无限远共轭目标物方光束(18)，进入零视度准直镜(1)；步骤二：利用寻焦清晰图像采集器(7)对经零视度准直镜(1)汇聚的像方汇聚光束(2)的焦面图像进行清晰采集；步骤三：利用第一分光镜(8)将像方汇聚光束(2)分成透射像方汇聚光束(17)和反射像方汇聚光束(16)，计算机测控系统(22)控制x向寻焦移动导轨(5)沿x向进行扫描往复运动；步骤四：计算机测控系统(22)通过第一光电探测器(11)、第二光电探测器(27)及x向寻焦导轨位移监测系统(6)同时检测x向寻焦移动导轨(5)沿x向进行扫描往复运动时的第一共焦轴向响应曲线(20)、第二共焦轴向响应曲线(28)和x向寻焦移动导轨(5)的位置；步骤五：计算机测控系统(22)将第一光电探测器(11)探测到的第一共焦轴向响应曲线(20)和第二光电探测器(27)探测到的第二共焦轴向响应曲线(28)差动相减得到差动共焦探测曲线(29)；计算机测控...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵维谦，邱丽荣，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11