专利名称：紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统的制作方法
技术领域：
紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统技术领域[0001]本实用新型属于光学检测领域，涉及一种紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，尤其涉及一种对紫外或可见光光学系统畸变、弥散斑直径进行自动测量的检测系统。
背景技术：
[0002]在舰船光学系统、靶场光电测量设备、武器控制系统以及激光通讯系统中，超宽视场光学系统作为其重要的组成部分起到了极其重要的作用。而光学系统的畸变直接影响着成像的几何位置精度，且误差随视场的加大而陡升。为了得到准确的几何位置图像，在进行光学设计时不仅要尽可能对畸变进行校正，而且要对生产的实际光学系统需要仔细地进行畸变测量，以便提供在使用中的修正值。[0003]在空间定位、导航光学系统中，能量集中度由于其直接影响其空间姿态测量精度，也作为一个非常关键的指标被提上了任务书。[0004]光学系统装调过程中的控制，尤其是对成像质量、畸变、弥散斑直径等指标的测量就显得尤为必要了。光学镜头的成像质量将直接影响整机的性能，那么测试必不可少。[0005]传统的光学系统焦距、视场角、畸变、弥散斑直径等指标的测量，需要花费测试人员大量的时间和精力，而且由于测试人员的不同，引入的人为误差将对结果的判别造成很大程度的影响。人员的限制，将成为镜头批量化生产的瓶颈。[0006]因此，必须将测试的自动化、智能化作为先进乃至以后测试设备构建的宗旨。一方面，设备代替人工来进行测试可以有效的节省人力资源、减轻劳动强度，另一方面，智能化设备可以提高测试结果的稳定性、准确度，同时也为测试领域吹入一阵清新的智能风。实用新型内容[0007]为了解决背景技术中存在的例如对光学系统指标测试的效率低下、测试重复性高以及认为误差大等的技术问题，本实用新型提供了一种可同时完成对光学系统畸变及弥散斑直径的自动测量、可有效提高工作效率以及可剔除由人为因素引入的测量误差的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统。[0008]本实用新型的技术解决方案是:本实用新型提供了一种紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特殊之处在于:所述紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统包括光源系统、目标系统、准直系统、显微摄像系统、控制系统、数据处理单元以及显示单元；所述目标系统、准直系统以及显微摄像系统依次设置在光源系统的出射光路上；待测光学系统设置在准直系统以及显微摄像系统之间；所述控制系统分别与显微摄像系统、光源系统、数据处理单元以及显示单元相连。[0009]上述光源系统包括标准积分球、卤钨灯以及氙灯；所述卤钨灯以及氙灯设置在标准积分球的内壁上；所述控制系统与卤钨灯以及氙灯相连；所述卤钨灯以及氙灯配比得到的光的波段范围是180 lOOOnm。[0010]上述准直系统离轴反射光学系统；所述离轴反射光学系统包括主镜、第一折轴镜、第二折轴镜以及可变光阑；所述第一折轴镜、第二折轴镜以及主镜依次设置在光源系统经目标系统后的出射光路上；所述待测空间光学系统设置在经主镜反射后的出射光路上；所述可变光阑设置在主镜与待测空间光学系统之间；所述可变光阑是消杂散光光阑；所述离轴反射光学系统是口径是Φ500mm以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。[0011]上述目标系统包括多目标自动替换旋转台以及设置在多目标自动替换旋转台上的多组目标板；所述多组目标板包括波罗板、鉴别率板以及星点板；所述鉴别率板是五组；所述星点板是多组。[0012]上述紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统还包括显微系统支架，所述显微摄像系统设置在显微系统支架上并与控制系统相连；所述显微系统支架包括沿光轴方向运动的Z向电控平移台、水平方向运动的X向电控平移台以及高低运动方向的Y向电控平移台；所述Z向电控平移台、X向电控平移台以及Y向电控平移台之间两两相互垂直。[0013]上述显微摄像系统包括显微物镜、中继镜、紫外C⑶探测器以及60°倾角目镜；所述显微物镜、中继镜以及紫外CCD探测器依次设置在经待测光学系统后的出射光路上；所述60°倾角目镜设置在紫外C⑶探测器上。[0014]上述控制系统包括:[0015]用于负责信息的显示和对系统内电控运动系统的运动控制命令的参数输入及发送，实现用户和计算机之间进行交换的人机界面模块；[0016]对整个检测系统进行系统参数设置的系统配置模块；[0017]用于控制CXD相机的工作状态的CXD控制模块；[0018]用于对CXD图像帧数据进行计算并获取图像星点位置的数据处理模块；以及，[0019]按照运动控制指令对应的数据格式，组织命令数据帧，通过串口的异步通信机制，并将这些命令帧数据发送给底层步进电机控制模块，以及处理底层模块通过串口上报数据的运动控制模块；[0020]所述人机界面模块分别与运动控制模块、数据处理模块、CCD控制模块以及系统配置模块相连；所述CCD控制模块以及系统配置模块分别通过数据处理模块接入人机界面模块。[0021]上述控制系统还包括按照用户设置预览并打印数据报表的报表输出模块；所述人机界面模块与报表输出模块相连。[0022]上述人机界面模块包括:[0023]用于实现CXD相机状态初始化配置、数据采集以及将采集到的图像数据实时显示在界面上功能的CCD相机控制模块界面子模块；[0024]用于通过控制电控平移台和精密电控转台的驱动电机模块，实现对运动系统内的硬件的操作、运动系统状态初始化自动配置的运动控制模块界面子模块；[0025]用于实现弥散斑和畸变计算所涉及到的各项参数的配置，主要包括计算合成帧数、正常灰度区间范围以及数据的存储以及其自动测量所需配置的参数设置的计算控制模块界面子模块；[0026]用于完成弥散斑、畸变计算的参数配置以及配置完成后软件自动对参数进行保存的测试输入参数模块界面子模块。[0027]本实用新型的优点是:[0028]本实用新型首次利用外部同步信号源，触发控制系统，并在相应时序下，控制平移台移动、转台转动、CCD采集图像三个步骤的配合，完美的完成了光学系统畸变、弥散斑直径的自动测量，在国内实属首创。[0029]本实用新型能完成对光学系统畸变、弥散斑直径的自动测量，可以极大的节省人力资源，提高工作效率，剔除由人为因素引入的测量误差。[0030]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，还能完成光学系统焦距、视场角、鉴别率、相对孔径的基本光学指标的检测。[0031]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，可以覆盖光谱范围从180 IOOOnm范围内，光学系统参数的测量。[0032]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，在自动测量过程中设置了完备的控制流程，保证了测试的准确性。[0033]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，在自动测量过程中，转台与平移台是同时运动的，节省了测试的时间。[0034]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，在自动测量过程中，CCD是等待至转台与平移台停止运动后，并根据反馈信号确认，才开始对图像进行采集的，这样可以保证采集图像的稳定性，最终提高了测试精度。[0035]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，光源选用积分球光源，提高了测试的稳定性。[0036]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，光源选用卤钨灯、氙灯混合灯，可以实现宽波段的光谱能量配比以及多种色温组合。[0037]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，目标系统选用多目标自动替换旋转台，可快速对目标靶板进行替换，极大的节省了测试时间。通过驱动电路，带动靶轮的转动，实现目标的更换，在每一个目标同轴方向有三个光电开关，用于编码检测，并将编码信息返回主控系统，如图16所示。[0038]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，准直系统选用5000mm离轴平行光管，几乎不引入像差，大大提高测试精度。[0039]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，在准直系统出射窗口处安装有可变光阑，可根据不同光学系统的通光口径大小调整准直系统出射光束的口径，以满足不同相机测试的需要。[0040]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，在准直系统出射窗口处安装有可变光阑，可以有效的遮挡杂散光，提高测试精度。[0041]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，平移台定位精度I μ m，可以大大提高测试精度。[0042]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，转台定位精度±1"，可以大大提高测试精度。[0043]本实用新型的紫外、可见光学系统参数自动检测系统，CCD选用制冷型科学级紫外、可见光波段CCD，热噪声几乎为零，极大的提高了弥散斑直径测量的精度，并能涵盖180nm IOOOnm光学波段。
[0044]图1是本实用新型提供的光学系统参数的自动检测系统的结构示意图；[0045]图2是本实用新型所采用的控制系统的结构框图；[0046]图3是本实用新型所采用的畸变自动测量流程的示意图；[0047]图4是本实用新型所采用的弥散斑直径计算流程的示意图；[0048]其中:[0049]1-标准积分球；2_多组目标板；3_多目标自动替换转台；4-主镜；5_第一折轴镜；6-第二折轴镜；7_可变光阑；8_待测光学系统；9_精密电控转台；10_显微物镜；11_中继镜；12-紫外CXD探测器；13-60°倾角目镜；14-X向电控平移台；15_Y向电控平移台；16_Ζ向电控平移台；17_主控系统；18_数据处理单元；19_显示单元；20_控制箱体；21_准直系统；22_显微摄像系统；23_外触发信号源；24_显微系统支架。
具体实施方式
[0050]参见图1，本实用新型提供了一种紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，该紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统包括光源系统、目标系统、准直系统21、显微摄像系统22、控制系统17、数据处理单元18以及显示单元19 ；目标系统、准直系统21以及显微摄像系统22依次设置在光源系统的出射光路上；待测光学系统8设置在准直系统21以及显微摄像系统22之间；控制系统17分别与显微摄像系统22、光源系统、数据处理单元18以及显示单元19相连。[0051]光源系统包括标准积分球1、卤钨灯以及氙灯；卤钨灯以及氙灯设置在标准积分球I的内壁上；控制系统17与卤钨灯以及氙灯相连；卤钨灯以及氙灯配比得到的光的波段范围是180 lOOOnm。[0052]准直系统21离轴反射光学系统；离轴反射光学系统包括主镜4、第一折轴镜5、第二折轴镜6以及可变光阑7 ;第一折轴镜5、第二折轴镜6以及主镜4依次设置在光源系统经目标系统后的出射光路上；待测空间光学系统设置在经主镜4反射后的出射光路上；可变光阑7设置在主镜4与待测空间光学系统之间；可变光阑7是消杂散光光阑；离轴反射光学系统是口径是Φ500mm以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。[0053]目标系统包括多目标自动替换转台3以及设置在多目标自动替换转台3上的多组目标板2 ;多组目标板2包括波罗板、鉴别率板以及星点板；鉴别率板是五组；星点板是多组。[0054]紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统还包括显微系统支架24，显微摄像系统22设置在显微系统支架24上并与控制系统17相连；显微系统支架24包括沿光轴方向运动的Z向电控平移台16、水平方向运动的X向电控平移台14以及高低运动方向的Y向电控平移台15 ；Z向电控平移台16、X向电控平移台14以及Y向电控平移台15之间两两相互垂直。[0055]显微摄像系统22包括显微物镜10、中继镜11、紫外CXD探测器12以及60°倾角目镜13;显微物镜10、中继镜以及紫外CXD探测器12依次设置在经待测光学系统8后的出射光路上；60°倾角目镜13设置在紫外CXD探测器12上。[0056]参见图2，本实用新型所采用的控制系统17包括:[0057]用于负责信息的显示和对系统内电控运动系统的运动控制命令的参数输入及发送，实现用户和计算机之间进行交换的人机界面模块；[0058]对整个检测系统进行系统参数设置的系统配置模块；该模块由系统配置存档模块、CXD相机参数设置模块、平台基本参数设置模块三个模块组成。系统配置存档模块可以在关闭软件时自动保存当前设置，再次打开软件时自动加载。另外2个模块负责管理由操作人员配置生成的参加计算的参数集合，这些参数集合通过命名来区分，用户可以进行创建、删除、设置默认值等操作，打开软件时，会自动初始化当前的默认值。[0059]用于控制CXD相机的工作状态的CXD控制模块；包括设置增益、曝光时间、触发模式、区域背景、控制采集状态、切换单幅采集、连续采集、停止采集以及载入图像和保存图像等；通过数据采集卡控制CCD图像采集，获取图像帧数据，供算法模块进行处理。[0060]用于对CCD图像帧数据进行计算并根据目标自动跟踪和手动跟踪两种方式获取图像星点位置的数据处理模块；以及按照运动控制指令对应的数据格式，组织命令数据帧，通过串口的异步通信机制，并将这些命令帧数据发送给底层步进电机控制模块，以及处理底层模块通过串口上报数据的运动控制模块；目前平台软件操作的串口共3个，各自对应不同的功能。具体如表I所示。[0061]表I设备对应串口标识[0062]
权利要求1.一种紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统包括光源系统、目标系统、准直系统、显微摄像系统、控制系统、数据处理单元以及显示单元；所述目标系统、准直系统以及显微摄像系统依次设置在光源系统的出射光路上；待测光学系统设置在准直系统以及显微摄像系统之间；所述控制系统分别与显微摄像系统、光源系统、数据处理单元以及显示单元相连。
2.根据权利要求1所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述光源系统包括标准积分球、齒钨灯以及氙灯；所述齒钨灯以及氙灯设置在标准积分球的内壁上；所述控制系统与卤钨灯以及氙灯相连；所述卤钨灯以及氙灯配比得到的光的波段范围是180 lOOOnm。
3.根据权利要求2所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述准直系统离轴反射光学系统；所述离轴反射光学系统包括主镜、第一折轴镜、第二折轴镜以及可变光阑；所述第一折轴镜、第二折轴镜以及主镜依次设置在光源系统经目标系统后的出射光路上；所述待测空间光学系统设置在经主镜反射后的出射光路上；所述可变光阑设置在主镜与待测空间光学系统之间；所述可变光阑是消杂散光光阑；所述离轴反射光学系统是口径是Φ500mm以及焦距是5000mm的离轴反射光学系统。
4.根据权利要求3所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述目标系统包括多目标自动替换旋转台以及设置在多目标自动替换旋转台上的多组目标板；所述多组目标板包括波罗板、鉴别率板以及星点板；所述鉴别率板是五组；所述星点板是多组。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统还包括显微系统支架，所述显微摄像系统设置在显微系统支架上并与控制系统相连；所述显微系统支架包括沿光轴方向运动的Z向电控平移台、水平方向运动的X向电控平移台以及高低运动方向的Y向电控平移台；所述Z向电控平移台、X向电控平移台以及Y向电控平移台之间两两相互垂直。
6.根据权利要求5所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述显微摄像系统包括显微物镜、中继镜、紫外CCD探测器以及60°倾角目镜；所述显微物镜、中继镜以及紫外CCD探测器依次设置在经待测光学系统后的出射光路上；所述60°倾角目镜设置在紫外CXD探测器上。
7.根据权利要求6所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述控制系统包括: 用于负责信息的显示和对系统内电控运动系统的运动控制命令的参数输入及发送，实现用户和计算机之间进行交换的人机界面模块； 对整个检测系统进行系统参数设置的系统配置模块； 用于控制CCD相机的工作状态的CCD控制模块； 用于对CXD图像帧数据进行计算并获取图像星点位置的数据处理模块；以及， 按照运动控制指令对应的数据格式，组织命令数据帧，通过串口的异步通信机制，并将这些命令帧数据发送给底层步进电机控制模块，以及处理底层模块通过串口上报数据的运动控制|吴块； 所述人机界面模块分别与运动控制模块、 数据处理模块、CCD控制模块以及系统配置模块相连；所述CXD控制模块以及系统配置模块分别通过数据处理模块接入人机界面模块。
8.根据权利要求7所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于:所述控制系统还包括按照用户设置预览并打印数据报表的报表输出模块；所述人机界面模块与报表输出模块相连。
9.根据权利要求8所述的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，其特征在于: 所述人机界面模块包括: 用于实现CCD相机状态初始化配置、数据采集以及将采集到的图像数据实时显示在界面上功能的CCD相机控制模块界面子模块； 用于通过控制电控平移台和精密电控转台的驱动电机模块，实现对运动系统内的硬件的操作、运动系统状态初始化自动配置的运动控制模块界面子模块； 用于实现弥散斑和畸变计算所涉及到的各项参数的配置，主要包括计算合成帧数、正常灰度区间范围以及数据的存储以及其自动测量所需配置的参数设置的计算控制模块界面子模块； 用于完成弥散斑、 畸变计算的参数配置以及配置完成后软件自动对参数进行保存的测试输入参数模块界面子模块。
专利摘要本实用新型涉及一种紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统，自动检测系统包括光源系统、目标系统、准直系统、显微摄像系统、控制系统、数据处理单元以及显示单元；目标系统、准直系统以及显微摄像系统依次设置在光源系统的出射光路上；待测光学系统设置在准直系统以及显微摄像系统之间；控制系统分别与显微摄像系统、光源系统、数据处理单元以及显示单元相连。本实用新型提供了一种可同时完成对光学系统畸变及弥散斑直径的自动测量、可有效提高工作效率以及可剔除由人为因素引入的测量误差的紫外或可见光光学系统参数的自动检测系统。
文档编号G01M11/02GK203011676SQ20122068582
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者薛勋, 龙江波, 赵建科, 刘峰, 赛建刚, 张洁, 胡丹丹 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所