一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法及装置

本发明属于光学系统辅助，尤其是一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法及装置。

背景技术：

1、短焦投影系统主要采用的是折射反射式光路，通过折射光路到自由曲面反射镜，而自由曲面反射镜往往是离轴安装，因此对系统的装调带来了很大的难度。反射镜很难有统一的加工、装调和检测基准，装调时误差传递环节比较多，导致装调位置的精度低。反射镜存在沿垂直光轴方向的离轴和倾斜，使得装调本身的误差也很大。同时，在自由曲面加工过程中，加工设备和工艺限制，加工基准，设计基准和装调基准间存在较大偏差，无法依据加工基准进行装调，容易引起较大的误差。

2、现有的各种装调方法大多针对小视场系统，大视场系统测量波像差较为困难，对于短焦投影系统这种大视场，对光学像差没有太高要求的系统而言，测量大视场波像差过于冗余。此外，现有的技术大多依赖于主观评价，而通过评价结果反馈装调过程对于装调人员而言费时费力。因此，设计一种客观评价方法反馈装调机构，实现装调，实现像质优化具有重要的应用价值和实际意义

技术实现思路

1、发明目的：提供一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法及装置，以解决现有技术存在的上述问题。

2、技术方案：

3、本公开实施例的第一方面提供了一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法及装置，包括：

4、s1、对屏幕、光机、自由曲面反射镜、多自由度调整机构与相机进行初始测量位置设置；

5、s2、利用所述相机采集标准品在屏幕上的投影画面作为第一投影画面；

6、s3、根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到图像转换关系；

7、s4、根据图像转换关系得到标准测量位置下的投影画面作为标准投影画面；

8、s5、对标准投影画面进行评估处理得到标准投影画面的评估结果；

9、s6、根据评估结果完成自由曲面反射镜的自动装调。

10、优选的，对屏幕、光机、自由曲面反射镜、多自由度调整机构与相机进行初始测量位置设置包括：

11、在所述屏幕的一侧对应设置相机，并作为初始相机位置；

12、根据所述初始测量位置设置多自由度调整机构的初始平移台位置；

13、根据多自由度调整机构的平移台位置设置光机的初始光机位置；

14、根据多自由度调整机构的平移台位置设置自由曲面反射镜的初始反射镜位置；

15、其中，所述多自由度调整机构与光机的中心水平高度一致。

16、优选的，所述根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到图像转换关系包括：

17、根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到第二投影画面；

18、分别获取第一投影画面与第二投影画面对应的图像像素与图像尺寸；

19、根据第一投影画面与第二投影画面对应的图像像素与图像尺寸的差值作为第一投影画面与第二投影画面的图像转换关系。

20、进一步的，所述根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到第二投影画面包括：

21、根据第一投影画面的成像大小和成像质量得到标准光机位置；

22、根据第一投影画面对初始测量位置中相机的初始相机位置进行调整处理得到标准相机位置；

23、利用第一投影画面根据标准方格成像的图像标准对相机角度进行旋转调整得到标准相机角度；

24、获取所述标准光机位置、标准相机位置与标准相机角度对应的投影画面作为第二投影画面；

25、其中，标准光机位置为当第一投影画面成像质量最高时对应的成像大小最大状态下的光机位置，标准相机位置为标定物图像的中心和屏幕上投影画面的中心重合对应的相机位置。

26、优选的，所述根据图像转换关系得到标准测量位置下的投影画面作为标准投影画面包括：

27、根据图像转换关系得到标准测量位置；

28、根据标准测量位置对屏幕、光机、自由曲面反射镜、多自由度调整机构与相机的位置进行调整处理，并获取调整处理后的投影画面作为标准投影画面；

29、其中，调整处理后的投影画面的图像像素和图像尺寸分别与第二投影画面的图像像素和图像尺寸一致。

30、优选的，所述对标准投影画面进行评估处理得到标准投影画面的评估结果包括：

31、对标准投影画面对应的投影区域进行分割处理得到投影外框；

32、根据投影外框得到标准投影画面的四角坐标；

33、利用所述四角坐标得到标准投影画面的区域长度l、倾斜系数tilt、梯形形变系数trapezoid、扇形形变系数flabellate、画幅尺寸系数framesize；

34、根据标准投影画面的区域长度l、倾斜系数tilt、梯形形变系数trapezoid、扇形形变系数flabellate、画幅尺寸系数framesize得到标准投影画面的评估结果。

35、优选的，所述根据评估结果完成自由曲面反射镜的自动装调包括：

36、根据评估结果建立标准投影画面的mf评价函数；

37、获取mf评价函数对应的最佳评估结果；

38、利用所述最佳评估结果完成对自由曲面反射镜的调整处理。

39、进一步的，所述根据评估结果得到标准投影画面的mf评价函数的计算公式如下：

40、mf＝∑α0(l/l0)2+α1tili2+α2trapezoid2+α3flabellate2+α4framesize2

41、其中，mf为评价函数，α0、α1、α2、α3、α4为权重系数，l为区域长度，l0为标准区域长度，tilt为倾斜系数，trapezoid为梯形形变系数，flabellate为扇形形变系数，framesize为画幅尺寸系数。

42、本公开实施例的另一方面提供了一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调装置，包括屏幕(1)、光机(2)、自由曲面反射镜(3)、多自由度调整机构(4)、计算机(5)和相机(6)，所述屏幕(1)、光机(2)分别位于标准件的两侧，所述光机(2)的另一侧设置有多自由度调整机构(4)，所述多自由度调整机构(4)上安装有自由曲面反射镜(3)，所述多自由度调整机构(4)的另一侧安装有与屏幕(1)相对设置的相机(6)，所述相机(6)的输出端连接所述计算机(5)。

43、有益效果：发明为短焦投影反射镜自动装调提供了一种新的思路，相同的产品只需要一次大型搜索即可完成大批量的快速装调；发明的评测装调由机器自动完成，具有较高的重复性和稳定性，省时省力同时能够提升短焦投影镜头的生产效率。

技术特征：

1.一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，对屏幕、光机、自由曲面反射镜、多自由度调整机构与相机进行初始测量位置设置包括：

3.根据权利要求1所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到图像转换关系包括：

4.根据权利要求3所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到第二投影画面包括：

5.根据权利要求4所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述根据图像转换关系得到标准测量位置下的投影画面作为标准投影画面包括：

6.根据权利要求5所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述对标准投影画面进行评估处理得到标准投影画面的评估结果包括：

7.根据权利要求6所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述根据评估结果完成自由曲面反射镜的自动装调包括：

8.根据权利要求7所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法，其特征在于，所述根据评估结果得到标准投影画面的mf评价函数的计算公式如下：

9.一种实现权利要求1-8中任一项权利要求所述的一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法的装置，其特征在于，包括屏幕(1)、光机(2)、自由曲面反射镜(3)、多自由度调整机构(4)、计算机(5)和相机(6)，所述屏幕(1)、光机(2)分别位于标准件的两侧，所述光机(2)的另一侧设置有多自由度调整机构(4)，所述多自由度调整机构(4)上安装有自由曲面反射镜(3)，所述多自由度调整机构(4)的另一侧安装有与屏幕(1)相对设置的相机(6)，所述相机(6)的输出端连接所述计算机(5)。

技术总结
本发明公开了一种短焦投影自由曲面反射镜的自动装调方法及装置，属于光学系统辅助技术领域。其中，光学系统辅助技术领域，包括利用所述相机采集标准品在屏幕上的投影画面作为第一投影画面；根据第一投影画面对初始测量位置进行调整处理得到图像转换关系；根据图像转换关系得到标准测量位置下的投影画面作为标准投影画面；对标准投影画面进行评估处理根据评估结果完成自由曲面反射镜的自动装调。发明为短焦投影反射镜自动装调提供了一种新的思路，相同的产品只需要一次大型搜索即可完成大批量的快速装调；发明的评测装调由机器自动完成，具有较高的重复性和稳定性，省时省力同时能够提升短焦投影镜头的生产效率。

技术研发人员：张效栋,霍润祥,李琛,肖仕彬,李泽骁
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15