光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置及方法与流程

文档序号:22336094发布日期:2020-09-25 18:08阅读:411来源:国知局
技术特征:

1.光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置,其特征在于:包括积分球光源(1)、平行光管(2)、二维转台(4)和三维坐标测量系统(5);

积分球光源(1)位于平行光管(2)焦面后方,用于均匀照明平行光管(2)焦面靶标;

二维转台(4)位于平行光管(2)出光口正前方,其台面用于安装被测光学镜头(3)和三维坐标测量系统(5);

三维坐标测量系统(5)包括三维平移台和设置在三维平移台上的光学镜头像质显微测量系统(9);

光学镜头像质显微测量系统(9)包括沿同一光轴依次设置的物镜(10)、中继镜(11)和探测器(13);物镜(10)与中继镜(11)之间的距离可调;中继镜(11)和探测器(13)位置固定,探测器(13)感光面与中继镜(11)对无穷远物成像时的焦面位置重合。

2.根据权利要求1所述的光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置,其特征在于:三维坐标测量系统(5)由z方向平移台(6)、x方向平移台(7)和y方向平移台(8)构成;z方向平移台(6)的移动方向垂直于二维转台(4)方位和俯仰旋转轴所构成的平面;以z方向平移台(6)为基准,x方向平移台(7)和y方向平移台(8)依次固定安装在z方向平移台(6)上;x方向平移台(7)移动范围的中心固定安装于z方向平移台(6)的安装台面上,y方向平移台(8)通过l形板固定安装于x方向平移台(7)的安装台面上;所述光学镜头像质显微测量系统(9)固定安装于y方向平移台(8)的安装台面上,且其光轴与z方向平移台(6)的移动方向平行。

3.根据权利要求2所述的光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置,其特征在于:积分球光源(1)的出光口口径大于平行光管(2)焦面尺寸;平行光管(2)光轴垂直于二维转台(4)方位和俯仰旋转轴所构成的平面。

4.根据权利要求3所述的光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置,其特征在于:光学镜头像质显微测量系统(9)与平行光管(2)的光轴高度相等。

5.根据权利要求4所述的光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置,其特征在于:物镜(10)选择出射光束为平行光的物镜。

6.基于权利要求1-5任一所述的光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置检测光学镜头焦平面与机械安装面位置关系的方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1,将被测光学镜头(3)安装在二维转台(4)上,调整其位置使得平行光管(2)、被测光学镜头(3)和三维坐标测量系统(5)中的光学镜头像质显微测量系统(9)三者光轴相互平行,同时使被测光学镜头(3)与平行光管(2)的光轴高度相等;

步骤2,利用积分球光源(1)照射平行光管(2)焦面处的靶标,模拟无穷远目标;

步骤3,通过二维转台(4)、三维平移台和光学镜头像质显微测量系统(9),依次完成被测光学镜头(3)多个视场能量集中度、点扩散函数或调制传递函数的过焦测试,实现被测光学镜头(3)焦平面位置的检测;

步骤4,利用三维坐标测量系统(5)检测被测光学镜头(3)机械安装面位置;

步骤5,根据步骤3得到的被测光学镜头(3)焦平面位置和步骤4得到被测光学镜头机械安装面位置,得到被测光学镜头焦平面与机械安装面位置关系。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于:

所述步骤3具体为:

3.1)对被测光学镜头(3)多个视场位置处能量集中度、点扩散函数或调制传递函数进行过焦测试,第i个视场位置测试时的三维平移台读数为(xi,yi,zij),相应的像质评价指标为iij;由于单个视场过焦测试时xi,yi坐标保持不变,因此,对zij和iij进行最小二乘拟合即可得到该视场的最佳焦面位置,拟合公式如下:

i=aiz2+biz+ci

3.2)按下式计算光学镜头(3)第i个视场位置处的最佳焦面位置:

zi=-bi/(2ai);

3.3)依次对被测光学镜头(3)视场内多个视场位置进行检测,并按步骤3.2)中的公式进行处理,得到相应的最佳焦面位置(xi,yi,zi),据此即可得到被测光学镜头(3)的场曲特性,从而根据需要确定光学镜头(3)的焦平面位置。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于:

步骤3.3)中,采用平面拟合的方法,对最佳焦面位置(xi,yi,zi)进行拟合,得到如下式所示的焦平面方程:

px+qy+wz+m=0。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:

步骤4具体为:

4.1)利用三维坐标测量系统(5)分别对被测光学镜头(3)机械安装面上各安装孔进行成像,对所得图像进行处理,得到各安装孔中心位置(xk,yk,zk);

4.2)对各安装孔中心位置(xk,yk,zk)进行平面拟合,得到如下式所示的平面方程:

αx+βy+γz+σ=0

4.3)若检测光学镜头机械安装面位置时,光学镜头像质显微测量系统(9)中使用了不同筒距的套筒(12),将筒距变化量记为δ,则被测光学镜头(3)机械安装面方程为:

αx+βy+γ(z-δ)+σ=0。

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:

步骤5具体为:

根据步骤3.3)得到的被测光学镜头(3)焦平面方程和4.3)得到的被测光学镜头(3)机械安装面方程,获取被测光学镜头焦平面与机械安装面位置关系。


技术总结
为了克服现有的相机光电对接方案效率低、精度差、成本高、调整复杂以及对相机探测器反光面反射率有较高要求的技术问题,本发明提出了一种光学镜头焦平面与机械安装面位置关系检测装置及方法。本发明结合平行光管、二维转台、三维坐标测量系统,能够对光学镜头任意视场的能量集中度、点扩散函数或调制传递函数等指标进行过焦测试,从而确定光学镜头的焦平面位置;同时利用三维坐标测量系统可检测光学镜头机械安装面位置;由此,最终实现了对光学镜头安装面和焦平面位置关系的检测,为相机光电对接工作提供数据支撑,从而可以提高被测光学镜头在光电对接阶段的效率。

技术研发人员:刘尚阔;周艳;赵建科;李晶;曹昆;田留德;李坤;薛勋
受保护的技术使用者:中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日:2020.05.27
技术公布日:2020.09.25
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