专利名称：数字视差测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光学精密测量技术领域，是一种数字视差测量装 置，可用于光学系统分划板的检测与装配过程中的高精度视差测量。
背景技术：
光学系统结构如图1所示，其中分划板3很难保证准确地装在望 远物镜2(或等值物镜)的像方焦面4上，距焦面有一定线视差6，则无 穷远目标的平行光线1经望远物镜2所成的像就不会会聚在分划板3 上，因此人眼不能同时看清目标与分划板3，影响对目标的观测；由 于线视差6的影响，通过光学系统的目镜5观察，人眼在目镜5垂轴
方向移动时，视场中无穷远物体的像与分划线会相互错动，在物方产 生全视差角7，影响瞄准。
针对各种光学仪器特别是带有分划板的可见光成像系统，经常由 于分划板没有精确地调整到望远物镜的焦平面而产生视差，严重地影 响了对目标的观测和瞄准。长期以来望远系统在装配时分划板是要靠 人眼目视方法实现视差调整。光学系统经过目视视差调整后，全视差 角在4' ~ 6'左右，只有高精度和大倍率的光学系统才可调整到^1 '。随着光电仪器的快速发展，各种先进的光电观瞄系统急需高精度 的视差测量与调整手段。
有关国内外视差测量技术的检索有《红外与激光工程》的《一种 视差的自动检测方法》；《半导体光电》的《利用CCD实现望远系统视 差自动测试的研究》及《光学仪器》的《光学仪器视差自动检测研究》。 这些视差测量技术尽管加入CCD摄像和图像采集模块，但是仍然沿用 了传统的目视测量方法，沿用了分体式光路，需要由平行光管提供无 限远目标，光路调整复杂，引入了较多系统误差，未能实现真正的高 精度视差测量。
发明内容
本实用新型的目的是为了提高视差测量精度、改进视差测量方法而提供一种数字视差测量装置，可用于光学系统的检测与装配过程中 的高精度视差测量。
本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的。 一种数字视差测量装置包括包括光源、被测光学系统、物镜、 图像采集模块、计算机和机电平移台，其中物镜装卡于机电平移台上; 被测光学系统包括目镜、分划板和望远物镜；以光路走向表述连接关 系被测光学系统在光源和物镜之间，光源通过目镜照明被测光学系 统的分划板，光线透过望远物镜后进入物镜并在图像采集模块上成像， 图像采集模块将所成图像传送给计算机，计算机控制机电平移台实现 机电平移，机电平移台向计算机返回机电平移数据。
在进行测量前的粗瞄对准时，还可以包括分光系统、粗瞄摄像机、 监视器，其光路走向为，光线透过望远物镜后，经分光系统进行光路 切换，进入粗瞄摄像机，将采集到的视频信号传输给监视器上；粗瞄 对准完成后，分光系统再次切换光路，将望远物镜的透射光线传给物 镜，并在图像采集模块上成像，图像采集模块将所成图像传送给计算 机，计算机控制机电平移台实现机电平移，机电平移台向计算机返回 机电平移数据。
在完成视差测量后，还可以包括环境监测模块与机壳，其中环境监 测模块置于机壳内部，将机壳内的环境参数传送给计算机，计算机修 正由环境变化引起的测量误差。
数字视差测量仪的测量方法是首先将数字视差测量仪的物镜对 准望远物镜，然后用光源照明被测光学系统的分划板，分划板依次通 过望远物镜、分光系统、物镜后在图像采集模块上成像。而后计算机 控制机电平移台带动物镜轴向移动，从而改变了离焦量，实现图像采 集模块相对物镜焦点的离焦扫描。在离焦扫描过程中，计算机获取一 组不同轴向位置对应分划板的数字图像，并通过软件计算图像清晰度 值最高的轴向位置，以此轴向位置的离焦量计算出被测光学系统的线 视差及全视差角。
测量进行前，还可以使用分光系统将望远物镜透射出的光线折转， 并在粗瞄摄像机上成像，粗瞄摄像机将采集到的视频信号传输给监视 器上，调整人员可根据监视器的图像进行测量前的快速粗瞄对准。
测量完成后，还可以使用计算机通过环境监测模块获取机壳内部的环境参数，而后计算机根据环境参数修正被测光学系统的视差测量 结果。
测量完成后，还可以使用计算机计算物镜的像差，而后计算机根 据物镜的像差值修正被测光学系统的视差测量结果。 有益效果
1) 改进测量光路，无需使用平行光管提供无限远目标，光路调整
方便，测量速度快；
2) 实现计算机控制的自动化视差测量，测量速度快；
3) 软件修正测量过程中的系统误差，测量精度高；
4) 具有粗瞄功能，测前调整速度快。
图1为传统视差测量方法原理图； 图2为本实用新型实施例的系统结构示意图； 图3为本实用新型实施例的光路图； 图4为本实用新型实施例的实际测试数据图； 图5为本实用新型实施例的实际测试数据的统计直方图； 其中1-平行光线、2-望远物镜、3-分划板、4-像方焦面、5-目 镜、6-线视差、7-全视差角、8-光源、9-被测光学系统、10-分光系统、 ll-物镜、12-图像采集模块、13-计算机、14-环境监测模块、15-机电平移台、16-粗瞄摄像机、17-监视器、18-机壳、19-物镜焦点、 20-离焦量。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。 如图2所示，本实用新型的一种数字视差测量装置，包括光源8、 物镜11、图像采集模块12、计算机13、机电平移台15;所述光源8 为直流LED光源，通过目镜5照明被测光学系统9的分划板3，光线 透过焦距为164. 99mm的望远物镜2后，透过焦距为201. 4咖的物镜 11，并在图像采集模块12上成像。图像采集模块12采用数字CCD摄 像机，并将所成图像传送给计算机13，计算机13控制机电平移台15实现机电平移，机电平移台15通过串口向计算机13返回机电平移数 据；所述物镜11装卡于机电平移台15上。
还包括分光系统10、粗瞄摄像机16、监视器17，其中粗瞄摄像 机16为具有16mm焦距镜头的CCD摄像机，分光系统10为可旋转45° 的反射镜，反射镜将望远物镜2出射光线折转90°，并由粗瞄摄像机 16接收，摄像机的视频图像在CRT监视器17上显示，用于测量前的 快速粗瞄调整。
还包括环境监测模块14，其采用PT100温度传感器，使用串口与 计算机连接，可将实时温度参数传送给计算机13，计算机13根据机 电平移台15的温度膨胀系数乘以温度变化量得到温度膨胀量，而后在 视差测量结果中减去修正膨胀量，修正由温度变化引起的测量误差。
实施例中的物镜11在设计与加工过程中存在其固有的场曲像差， 计算机13的软件可以通过物镜11的场曲特征方程计算出场曲值，而 后在视察测量结果中减去修正物镜11的场曲值，修正由于物镜11的 场曲引起的视差测量误差。
实施例中的机电平移台15通过串口与计算机连接，利用具有 0.5拜分辨率的光栅尺构建闭环，机电平移台15的可移动距离为 35mra,可实现高精度闭环机电平移。
实施例中的分光系统10采用旋转反射镜，在粗瞄调整完成后，分 光系统10的反射镜旋转出光路，此时数字视差测量仪测量光路如图3 所示，视差测量方法是
首先，将数字视差测量仪的物镜11对准望远物镜2,然后用光源8 照明被测光学系统9的分划板3，分划板3的光线依次通过望远物镜2、 分光系统IO、物镜11后在图像采集模块12上成像。
而后，计算机13控制机电平移台15带动物镜11轴向移动，从而 改变了离焦量20，实现图像采集模块12相对物镜焦点19的离焦扫描。 在离焦扫描过程中，计算机13获取一组不同轴向位置对应分划板3的 数字图像，并通过图像处理软件使用环境计算清晰度值最高的轴向位 置，以此轴向位置的离焦量20计算出被测光学系统的线视差6及全视 差角7。
而后，计算机13通过物镜11的场曲特征方程与环境监测模块14 传送的温度数据计算视差结果的修正值，完成对视差测量结果的修正。最后，将修正后的视差测量结果在计算机上显示。
实施例中被测光学系统9采用164. 99mm焦距的望远物镜2，数字 视差测量仪采用201.4min焦距的物镜11，重复测量视差100次，软件 测试数据如图4所示，被测望远系统线视差6的平均值为53. 8 li m。 对数据进行误差分析后得出，线视差6的扩展不确定度为1.82um， 换算为全视差角7的扩展不确定度为0.32"，直方统计数据图如图5 所示。
通过实际检测此实施例通过一系列的措施提高了视差测量的精 度，实现了数字化视差测量，数字视差测量仪与常规测量方法相比， 测量精度提高了一个数量级以上。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式
作了说明，但这些说 明不能被理解为限制了本实用新型的范围，本实用新型的保护范围由 随附的权利要求书限定，任何在本实用新型权利要求基础上的改动都 是本发明的保护范围。
权利要求1数字视差测量装置，其特征在于包括光源(8)、被测光学系统(9)、物镜(11)、图像采集模块(12)、计算机(13)和机电平移台(15)，其中物镜(11)装卡于机电平移台(15)上；被测光学系统(9)包括目镜(5)、分划板(3)和望远物镜(2)；以光路走向表述连接关系被测光学系统(9)在光源(8)和物镜(11)之间，光源(8)通过目镜(5)照明被测光学系统(9)的分划板(3)，光线透过望远物镜(2)后进入物镜(11)并在图像采集模块(12)上成像，图像采集模块(12)将所成图像传送给计算机(13)，计算机(13)控制机电平移台(15)实现机电平移，机电平移台(15)向计算机(13)返回机电平移数据。
2. 根据权利要求1所述的数字视差测量装置，其特征在于在 进行测量前的粗瞄对准时，还可以包括分光系统(IO)、粗瞄摄像机 (16)、监视器(17)，其光路走向为，光线透过望远物镜(2)后，经分 光系统(IO)进行光路切换，进入粗瞄摄像机(16),将采集到的视频 信号传输给监视器(17)上；粗瞄对准完成后，分光系统(10)再次切换 光路，将望远物镜(2)的透射光线传给物镜(11),并在图像采集模块(12) 上成像，图像采集模块(12)将所成图像传送给计算机(13)，计算 机(13)控制机电平移台(15)实现机电平移，机电平移台(15)向计算机(13) 返回机电平移数据。
3. 根据权利要求1所述的数字视差测量装置，其特征在于在 完成视差测量后，还可以包括环境监测模块(14)与机壳(18),其中环 境监测模块(14)置于机壳(18)内部，将机壳(18)内的环境参数传送给 计算机(13)，计算机(13)修正由环境变化引起的测量误差。
专利摘要本实用新型属于光学精密测量技术领域，涉及一种数字视差测量装置。包括光源、物镜、图像采集模块、计算机、机电平移台。光源通过目镜照明被测光学系统的分划板，光线透过望远物镜后进入物镜并在图像采集模块上成像，图像采集模块将所成图像传送给计算机，计算机控制机电平移台实现机电平移，机电平移台向计算机返回机电平移数据；物镜装卡于机电平移台上。本实用新型还可以包括分光系统，光线通过分光系统进入粗瞄摄像机，将采集到的视频信号传输给监视器，用于测量前的粗瞄对准。本实用新型用计算机来修正由环境变化引起的测量误差，具有精度高、速度快、客观性好的优点，可用于光学系统的检测与装配过程中的高精度视差测量。
文档编号G01M11/02GK201255687SQ20082013631
公开日2009年6月10日 申请日期2008年9月19日 优先权日2008年9月19日
发明者任建荣, 川 何, 周桃庚, 孙若端, 张旭升, 林家明, 沙定国, 赵维谦, 陈凌峰 申请人:北京理工大学