一種大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光電測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]平行光管是一種用于在實(shí)驗(yàn)室模擬無(wú)窮遠(yuǎn)目標(biāo)，發(fā)射平行光束，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)或相機(jī)成像質(zhì)量和性能參數(shù)的光學(xué)精密測(cè)量設(shè)備。
[0003]近些年來(lái)，由于我國(guó)航天、航空技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是高分工程的實(shí)施對(duì)空間相機(jī)的成像質(zhì)量和地面分辨率要求越來(lái)越高，相機(jī)的焦距和口徑也隨之越來(lái)越大，因此要求檢測(cè)長(zhǎng)焦距、大口徑相機(jī)成像質(zhì)量和性能參數(shù)的光學(xué)精密測(cè)量設(shè)備一一平行光管的口徑和焦距也隨之變長(zhǎng)變大，其成像質(zhì)量要求也大幅提高，因此對(duì)于平行光管本身的成象質(zhì)量，即出射波前和焦面位置準(zhǔn)確性(即出射光束平行性)的檢測(cè)提出了更高的要求。
[0004]一般平行光管常用的方法是采用自準(zhǔn)直測(cè)試法，利用大口徑平面反射鏡和干涉儀測(cè)量光管波前，利用五棱鏡和經(jīng)瑋儀測(cè)量光束準(zhǔn)直性。其存在問(wèn)題是光管口徑加大時(shí)反射鏡的口徑隨之也要加大，反射鏡本身的面型無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量，另外反射鏡材料和加工成本也成倍上升，測(cè)量方法受環(huán)境和人為主觀性影響而導(dǎo)致較大的測(cè)量誤差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為了解決【背景技術(shù)】中所存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種用于大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，可實(shí)現(xiàn)光管波前和焦面位置的準(zhǔn)確測(cè)試。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:
[0007]一種大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:包括光纖激光器，二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌，CCD相機(jī)以及控制單元；
[0008]所述CCD相機(jī)安裝在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌上；所述二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌包括水平導(dǎo)軌以及安裝在水平導(dǎo)軌上的垂直導(dǎo)軌；所述CCD相機(jī)能夠沿二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌在水平方向和垂直方向移動(dòng)；所述光纖激光器位于CCD相機(jī)的正前方；所述控制單元分別與二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌和CXD相機(jī)連接。
[0009]上述控制單元為計(jì)算機(jī)。
[0010]上述CXD相機(jī)由光學(xué)鏡頭和CXD探測(cè)器連接組成。
[0011]上述光學(xué)鏡頭包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡。
[0012]上述光纖激光器的光纖頭為單模光纖頭。
[0013]本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)如下:
[0014]1、本實(shí)用新型利用小口徑CCD相機(jī)多點(diǎn)掃描技術(shù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大口徑平行光管波前和焦面位置的測(cè)量；
[0015]2、本實(shí)用新型采用相對(duì)位置定位拼接技術(shù)，完成了在同一平面內(nèi)不同位置上多幅圖像目標(biāo)坐標(biāo)位置的高精度拼接，對(duì)此平面內(nèi)的數(shù)據(jù)采用二維線性最小二乘法擬合計(jì)算線性項(xiàng)，去掉線性項(xiàng)，利用分區(qū)梯度積分算法或索斯維爾算法或波面多項(xiàng)式擬合算法復(fù)原出了平行光管波前；利用中心圖像位置為基準(zhǔn)，通過(guò)非線性多項(xiàng)式擬合算法，可實(shí)現(xiàn)光管不同口徑光束平行性的測(cè)量。
[0016]3、本實(shí)用新型中的光學(xué)鏡頭采用兩片透鏡，一片球面和一片非球面，大F數(shù)(口徑5?110mm，焦距300?500mm)大焦深的形式，消除了色差，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的超衍射現(xiàn)象，解決了導(dǎo)軌在不同位置上相機(jī)離焦和像差對(duì)彌散斑的影響，提高了判讀精度；
[0017]4、本實(shí)用新型利用單模光纖頭做點(diǎn)光源，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)球面波，采用不同距離模擬可實(shí)現(xiàn)任意口徑和焦距的平行光管波前和焦面位置的標(biāo)定。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1本實(shí)用新型標(biāo)定裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]I一光纖激光器、2—光學(xué)鏡頭、3 —(XD探測(cè)器、4一二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌、5—計(jì)算機(jī)。
[0020]圖2本實(shí)用新型對(duì)待平行光管波前標(biāo)定與焦面位置測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]I 一待標(biāo)定平行光管、2—光學(xué)鏡頭、3 — C⑶探測(cè)器、4 一二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌、5—計(jì)算機(jī)、6-光纖激光器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本文提出一種新型的檢測(cè)裝置和方法來(lái)解決大口徑平行光管的波前和焦面位置準(zhǔn)確性的檢測(cè)。
[0023]如圖1所示:該裝置包括光纖激光器1，二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4，光學(xué)鏡頭2、(XD探測(cè)器3以及計(jì)算機(jī)5 ;
[0024]光學(xué)鏡頭2、CXD探測(cè)器3精密連接組成CXD相機(jī)。
[0025]CXD相機(jī)安裝在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4上；二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4包括水平導(dǎo)軌以及安裝在水平導(dǎo)軌上的垂直導(dǎo)軌；CCD相機(jī)能夠沿二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4在水平方向和垂直方向移動(dòng)；光纖激光器I位于CCD相機(jī)的正前方；控制單元分別與二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4和CCD相機(jī)連接。
[0026]本裝置中采用的控制單元為計(jì)算機(jī)5 ;計(jì)算機(jī)5作用是控制二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌4運(yùn)動(dòng)，存儲(chǔ)CCD相機(jī)采集的圖像并提取出圖像點(diǎn)的中心位置作數(shù)據(jù)判讀處理和計(jì)算。
[0027]光學(xué)鏡頭2為大F數(shù)(口徑5?110mm，焦距300?500mm)大焦深的形式，光學(xué)鏡頭2包括為超衍射光學(xué)鏡頭，包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡，消除了色差，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的超衍射現(xiàn)象；解決了導(dǎo)軌在不同位置上相機(jī)離焦和像差對(duì)彌散斑的影響，提高了判讀精度；
[0028]CXD探測(cè)器3用來(lái)采集通過(guò)光學(xué)鏡頭2的圖像；
[0029]其中，光纖激光器I的用于在不同位置出射標(biāo)準(zhǔn)球面波，用于標(biāo)定波前及焦面位置標(biāo)定裝置的基準(zhǔn)；光纖激光器的光纖頭選用單模光纖頭做點(diǎn)光源，產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)球面波，采用不同距離模擬可實(shí)現(xiàn)任意口徑平行光管波前裝置的標(biāo)定。
[0030]根據(jù)上述裝置結(jié)構(gòu)的描述，現(xiàn)對(duì)大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置的標(biāo)定方法進(jìn)行闡述，具體包括以下步驟:
[0031]步驟I)將CCD相機(jī)固定在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)CCD相機(jī)光軸和水平導(dǎo)軌、垂直導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軸線互相垂直；
[0032]步驟2)在CCD相機(jī)前處放置光纖激光器，并使光纖激光器的光纖頭對(duì)準(zhǔn)CCD相機(jī)，光纖調(diào)整激光器功率，直到CXD相機(jī)能接收到光纖激光器光強(qiáng)為止；
[0033]步驟3)CCD相機(jī)在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌不同位置上獲取光纖激光器發(fā)出圖像點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)(Xi, Yj)；
[0034]以二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌中心(Χ(ι，％)為基準(zhǔn)，控制二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌帶動(dòng)C⑶相機(jī)在水平和垂直兩個(gè)方向上移動(dòng)；移動(dòng)范圍為待標(biāo)定平行光管的口徑，移動(dòng)步距為移動(dòng)范圍除以要采樣的點(diǎn)數(shù)，計(jì)算機(jī)記錄二維導(dǎo)軌不同位置坐標(biāo)(Μ，Ν);同時(shí)CCD相機(jī)采集每個(gè)位置上的圖像并判讀出每幅圖像點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)位置(Xi，Yj);所述二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌的中心為水平導(dǎo)軌中心和垂直導(dǎo)軌中心的交點(diǎn)；
[0035]步驟4)CCD相機(jī)在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌不同位置上獲取待標(biāo)定平行光管發(fā)出圖像點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)(Xi'，y/ );
[0036]步驟4.1)在CCD相機(jī)前安裝待標(biāo)定平行光管，將光纖激光器進(jìn)行位置調(diào)整，使得光纖激光器的光纖頭位于平行光管焦面上；
[0037]步驟4.2)以二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌中心為基準(zhǔn)，控制控制二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌帶動(dòng)CCD相機(jī)在水平和垂直兩個(gè)方向上帶動(dòng)移動(dòng)，按步驟3)導(dǎo)軌移動(dòng)的相同位置對(duì)待標(biāo)定平行光管全口徑進(jìn)行采樣，同時(shí)CCD相機(jī)采集每個(gè)位置上的圖像并判讀出每幅圖像點(diǎn)的質(zhì)心坐標(biāo)位置Ui'，y/ );
[0038]步驟5)確定待標(biāo)定平行光管波前位置；
[0039]步驟5.1)計(jì)算步驟3)和步驟4.2)兩次判讀的圖像點(diǎn)質(zhì)心坐標(biāo)位置(Xi，Yj)和(Xi'，y/ )的差值坐標(biāo)(Axi, Ayj)；
[0040]步驟5.2)在待標(biāo)定平行光管全口徑內(nèi)將導(dǎo)軌每個(gè)位置按步驟5.1)求得的差值坐標(biāo)(AXi，Ayj);規(guī)劃在一個(gè)平面內(nèi)，采用二維線性最小二乘法擬合計(jì)算線性項(xiàng)，去掉線性項(xiàng)；
[0041]步驟5.3)再采用分區(qū)梯度積分法或索斯維爾算法或波面多項(xiàng)式擬合算法計(jì)算待標(biāo)定平行光管波前位置；
[0042]步驟6)確定待標(biāo)定平行光管像面位置；
[0043]步驟6.1)將步驟4.2)得到的圖像質(zhì)心坐標(biāo)(x/，y/ )和二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌在中心時(shí)得到的圖像質(zhì)心坐標(biāo)做差值，得到差值坐標(biāo)(Δχ/，Ay/ )；
[0044]步驟6.2)將得到的差值坐標(biāo)(Axi' , Ay/ )用二維多項(xiàng)式進(jìn)行擬合可得到待標(biāo)定平行光管全口徑內(nèi)光束的平行性誤差，利用高斯公式可計(jì)算出像面位置誤差。
[0045]步驟6.3)利用步驟6.2)獲取的像面位置誤差，確定待標(biāo)定平行光管像面位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:包括光纖激光器，二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌，CCD相機(jī)以及控制單元； 所述CCD相機(jī)安裝在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌上；所述二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌包括水平導(dǎo)軌以及安裝在水平導(dǎo)軌上的垂直導(dǎo)軌；所述CCD相機(jī)能夠沿二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌在水平方向和垂直方向移動(dòng)；所述光纖激光器位于CCD相機(jī)的正前方；所述控制單元分別與二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌和CCD相機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:所述控制單元為計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:所述CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭和CCD探測(cè)器連接組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:所述光學(xué)鏡頭包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置，其特征在于:所述光纖激光器的光纖頭為單模光纖頭。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于光電測(cè)試領(lǐng)域，涉及一種大口徑平行光管波前及像面位置標(biāo)定裝置。該裝置包括光纖激光器，二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌，CCD相機(jī)以及控制單元；CCD相機(jī)安裝在二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌上；二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌包括水平導(dǎo)軌以及安裝在水平導(dǎo)軌上的垂直導(dǎo)軌；CCD相機(jī)能夠沿二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌在水平方向和垂直方向移動(dòng)；光纖激光器位于CCD相機(jī)的正前方；控制單元分別與二維精密長(zhǎng)導(dǎo)軌和CCD相機(jī)連接本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)大口徑平行光管波前和焦面位置的準(zhǔn)確測(cè)試。
【IPC分類】G01M11-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204359512
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420824062
【發(fā)明人】趙建科, 周艷, 李霞, 徐亮, 陳永權(quán)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2014年12月20日