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本发明公开了一种光学镜头综合性能参数测试装置及方法。该装置包括目标源模拟单元、支撑调节单元、二维移动平台和数据处理单元;将不同类型光学镜头放置在该测试装置上,可实现光学镜头的多个参数性能的测试;目标源模拟单元可提供可见光和红外光,同时配合平行光管及多维调节的支撑调节单元使测试结果达到更高的精度;利用数据处理单元处理图像,通过分析计算得到所需的测试结果,测试过程更具数字化,便于测试结果的处理和传输,整个测试过程的可操作性强,并且通过切换发光源可实现可见光和红外光的测试。
The present invention discloses an optical lens comprehensive performance parameter test device and method. The device includes a target source simulation unit, a support adjustment unit, a two-dimensional mobile platform and a data processing unit; Different types of optical lenses are placed on this test device, which can realize the testing of multiple parameters of optical lenses; The target source simulation unit can provide visible light and infrared light, and at the same time cooperate with the parallel light tube and multi-dimensional adjustment support adjustment unit to achieve higher accuracy of the test results; The use of data processing unit to process the image, through the analysis and calculation to obtain the required test results, the test process is more digital, convenient for the processing and transmission of test results, the whole test process is operable, and by switching the light source can achieve visible light and infrared light testing.
| 测量实验 | 测试设备 | 测试装置 |
| 技术功效句 | 降低了测试成本; 测试精度高; 便于测试结果的处理和传输; 不仅大大提高了测试效率; 整个测试过程的可操作性强; 同时可以满足不同类型镜头的大视场参数测试; 同时也能满足可见光和红外光的测试需求; 同时测试范围和测试效果也有了明显的提升 |
| 技术功效短语 | 降低测试成本; 测试高; 传输; 提高测试效率; 过程可操作性强; 满足参数测试; 满足测试需求; 范围提升 |
| 技术功效1级 | 成本; 测试性; 传递; 效率; 可操作性; 范围 |
| 技术功效2级 | 成本降低; 测试性提高; 传递; 效率提高; 可操作性提高; 测试性; 范围提高 |
| 技术功效3级 | 测试成本降低; 测试性提高; 传递; 测试效率提高; 过程可操作性提高; 满足参数测试性; 满足需求测试性; 范围提高 |
| 技术功效TRIZ参数 | 39-生产率;37-控制与测量的复杂性;33-操作流程的方便性;35-适应性、通用性; |
| 主分类号 |
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| IPC分类号 |
| 代理机构 | 西安智邦专利商标代理有限公司 61211 |
| 代理人 | 唐沛 |
| 申请语言 | 汉语 |
| 审查员 | 冯玮 |
1.一种光学镜头综合性能参数测试装置,其特征在于:包括目标源模拟单元、支撑调节单元、二维移动平台和数据处理单元;
目标源模拟单元包括平行光管、发光源、靶标组件以及平移导轨;
平行光管采用离轴反射式结构,发光源位于平行光管的入光口外部,发光源包括均设置在平移导轨上的积分球和黑体,通过使积分球和黑体在平移导轨上移动,用于为平行光管提供可见光和红外光;
所述平行光管包括主反射镜、折叠反射镜、分光镜及自准相机;
主反射镜为离轴抛物面反射镜;
折叠反射镜位于主反射镜的反射光路上,用于折转光路;
分光镜为半透半反镜,位于折叠反射镜的反射光路上,用于实现自准直功能;
自准相机位于平行光管的共轭焦平面上,用于将自准直图像输出;
靶标组件设置在平行光管的入光口和发光源之间,用于提供不同模拟的发光图案;所述靶标组件采用插拔式,靶标通过压圈固定在靶标座内,整体呈T字型;
支撑调节单元位于平行光管出光口外部,用于提供被测光学镜头沿上下、前后、左右的移动,以及水平、俯仰方向的转动;
二维移动平台在对被测光学镜头进行齐焦测量时,用于放置被测光学镜头的相机以及调节相机沿光轴方向的运动;
所述数据处理单元与所述被测光学镜头的相机电连接。
2.根据权利要求1所述的光学镜头综合性能参数测试装置,其特征在于:所述靶标组件中靶标采用星点靶或USAF1951靶或四杆靶或十字靶。
3.根据权利要求1所述的光学镜头综合性能参数测试装置,其特征在于:所述数据处理单元包括机柜、电源、测试计算机以及监视器;电源、测试计算机以及监视器均安装在机柜里;测试计算机与被测光学镜头的相机相互通讯,内设置测试软件,用于配合硬件系统进行硬件调试,数据采集,数据处理,数据分析以及数据结果的生成及保存等工作,实现光学镜头的综合性能参数测试功能;监视器与测试计算机相连,用于对测试过程中画面的显示与监控;电源用于向测试计算机及监视器供电。
4.根据权利要求1所述的光学镜头综合性能参数测试装置,其特征在于:所述支撑调节单元包括用于给被测光学镜头提供水平、俯仰旋转的二维转台,用于给被测光学镜头提供上下、前后、左右移动的三维移动台。
5.根据权利要求1所述的光学镜头综合性能参数测试装置,其特征在于:所述目标源模拟单元的离轴抛物面主反射镜、折叠反射镜、分光镜、自准相机、积分球、黑体和靶标均通过各自的调整镜架或底座固定在光学平台上,光学平台安装阻尼减震器,且高度可调。
6.一种光学镜头综合性能参数测试方法,其特征在于,采用如权利要求1所述的光学镜头综合性能参数测试装置,实现了被测光学镜头的分辨率、视场、焦距、畸变、齐焦、光轴一致性以及弥散斑的测试;
A、所述被测光学镜头的分辨率测试过程为:
步骤A1:将被测光学镜头放置在支撑调节单元上,对测试装置与被测光学镜头之间进行穿轴调校,使平行光管光轴与被测光学镜头光轴重合;
步骤A2:靶标使用USAF1951靶或四杆靶,调节靶标图案至被测光学镜头视场中央;所述USAF1951靶用于积分球发出可见光时使用,USAF1951靶上包括十组靶标图案,十组靶标图案按由大到小、由外向里、层层套叠的次序排列,各组靶标图案又由六个靶标单元组成,每组靶标单元均由三条水平靶线和三条垂直靶线构成;
所述四杆靶用于黑体发出红外光时使用,四杆靶上包括7个条纹,四个黑条纹,三个白条纹,七个条纹具有相同的尺寸,且高宽比为7:1;
步骤A3:利用被测光学镜头的相机对靶标图案进行调焦、采集;
若采用USAF1951靶进行可见光测试时,执行步骤A4和步骤A5:若采用四杆靶进行红外光测试时,执行步骤A6和步骤A7:
步骤A4:从靶线宽度大的靶标单元向靶线宽度小的靶标单元顺序观察,观察到任意靶标单元两个方向的靶线恰好能够分辨开,记录该靶标单元的单元号,按单元号和分辨率板号给出的基本参数,查找该靶标单元对应的靶线宽度或每毫米的线对数;
步骤A5:利用数据处理单元结合测量用平行光管焦距给出被测光学镜头的实际分辨率:其中,α—被测光学镜头的实际分辨率;
fc′—平行光管焦距;
P—单元号对应的靶线宽度(mm);
步骤A6:更换不同空间频率的四杆靶,当观察到某一空间频率的四杆靶上四个亮暗条纹恰好能够分辨开,获取该空间频率下的四杆靶对应的亮暗条纹宽度;
步骤A7:利用数据处理单元结合测量用平行光管焦距给出被测光学镜头的实际分辨率:其中,α—被测光学镜头的实际分辨率;
fc′—平行光管焦距;
P—该空间频率下的四杆靶的黑白条纹宽度(mm);
B、所述被测光学镜头的视场测试过程为:
步骤B1:将被测光学镜头放置在支撑调节单元上,对测试装置与被测光学镜头之间进行穿轴调校,使平行光管光轴与被测光学镜头光轴重合;
步骤B2:靶标使用十字靶,保证靶标与被测光学镜头光轴垂直;
步骤B3:对被测光学镜头的相机进行调焦、对准,使十字丝清晰成像;
步骤B4:支撑调节单元水平方向旋转,使十字丝刚好离开被测光学镜头视场,将支撑调节单元的水平方向清零;
步骤B5:反向旋转支撑调节单元,再次使十字丝刚好离开被测光学镜头视场,记录此时支撑调节单元的水平方向读数,即为被测光学镜头的水平方向视场角;
按照步骤B4、B5的方式,使支撑调节单元俯仰方向转动,测出被测光学镜头的俯仰方向视场角;
C、所述被测光学镜头的焦距测试过程为:
步骤C1:靶标使用星点靶,使平行光管光轴与被测光学镜头光轴重合;
步骤C2:调节被测光学镜头,直至能清楚看到星点靶所成的像,且位于被测光学镜头的相机靶面中心,固定被测光学镜头的相机,并以此为零点,记录此时被测光学镜头的相机像素坐标;
步骤C3:支撑调节单元水平方向旋转,记录支撑调节单元旋转的角度值及旋转后星点像的中心像素坐标值;
步骤C4:利用数据处理单元,计算星点像中心像素坐标与零点坐标的距离,结合支撑调节单元旋转的角度值,求解出被测光学镜头的焦距;
步骤C5:重复上述步骤C3和步骤C4多次,按照取平均的方式获取准确的焦距值;
D、所述被测光学镜头的畸变测试过程为:
步骤D1:靶标使用星点靶,保证靶标与被测光学镜头的光轴垂直;
步骤D2:对被测光学镜头进行调焦、对准,使整个光路处于0°视场,星点清晰成像且位于被测光学镜头的相机靶面中心,记录此时星点像的弥散圆中心的像素坐标作为起始位置;
步骤D3:支撑调节单元水平方向旋转,沿水平方向按视场角等角度间隔取点测量,记录支撑调节单元旋转的角度值与每次旋转后星点像的弥散圆中心像素坐标值;
步骤D4:计算不同视场下星点像的弥散圆中心像素坐标值与起始位置星点像的弥散圆中心的像素坐标之间的距离,结合被测光学镜头的相机像元尺寸,得到实际测量像高值;
步骤D5:使用全视场畸变和最小的方法计算理论焦距:式中,yi′为实际测量得到像高值;
f′为理论焦距;
ωi为支撑调节单元旋转的角度值;
步骤D6:结合理论焦距,代入畸变表达式求解出被测光学镜头不同视场角下的绝对畸变值Di:
Di=yi′‑f′tanωiE、所述被测光学镜头的齐焦测试过程为:
步骤E1:将被测光学镜头放置在支撑调节单元上,将被测光学镜头的相机放置在二维移动平台上;
步骤E2:靶标使用十字靶,对测试装置与被测光学镜头及相机进行穿轴调校;
步骤E3:测定被测光学镜头长焦的最佳像面位置,以其为零位,按长焦到短焦,再由短焦到长焦顺序对被测光学镜头进行焦距调整,依次测定各焦距下的最佳像面位置相对于零位的轴向位移值,轴向位移值沿入射光线方向取值为正,反之为负,其最大位移值与最小位移值之差即为步骤E3的测回的最大相对位移量;
步骤E4:测定被测光学镜头短焦的最佳像面位置为零位,按短焦到长焦,再由长焦到短焦顺序对被测光学镜头进行焦距调整,依次测定各焦距下的最佳像面位置相对于零位的轴向位移值,轴向位移值沿入射光线方向取值为正,反之为负,其最大位移值与最小位移值之差即为步骤E4的测回的最大相对位移量;
步骤E5:比较步骤E3和步骤E4两个测回中相对位移量的较大者作为被测光学镜头的齐焦量;
F、所述被测光学镜头的光轴一致性测试过程为:
步骤F1:靶标使用十字靶,先测定被测光学镜头长焦的最佳像面位置,记录十字丝目标像在被测光学镜头的相机靶面中心的像素坐标,作为零位坐标;
步骤F2:按长焦到短焦,再由短焦到长焦顺序,对被测光学镜头进行焦距调整,依次采集记录各焦距下的十字丝目标像的中心像素坐标值;
步骤F3:利用数据处理单元,计算各焦距下的十字丝目标像的中心像素坐标值与零点坐标距离,得到不同焦距下光轴晃动所引起的被测光学镜头的相机像元尺寸变化,结合相机像元尺寸及被测光学镜头的焦距,得到最大光轴晃动量θ1:式中:D—十字丝目标像与零点坐标距离(像素单位);
P—相机像元尺寸;
f′——被测光学镜头焦距;
步骤F4:以短焦的最佳像面位置为零位坐标,按短焦到长焦,再由长焦到短焦的顺序进行焦距调整,依次采集记录各焦距下的十字丝目标像的中心像素坐标值,之后按照步骤F3,测得其最大光轴晃动量θ2;
步骤F5:比较θ1和θ2的大小,取较大者为被测光学镜头光轴一致性误差;
G、所述被测光学镜头的弥散斑测试过程为:
步骤G1:在平行光管焦面安装星点靶,作为目标源;
步骤G2:光源前加滤光片照亮平行光管焦面上的星点靶;
步骤G3:对测试装置与被测光学镜头之间进行穿轴调校,使平行光管光轴与被测光学镜头光轴基本重合;
步骤G4:被测光学镜头的相机对星点衍射像进行采集,之后发送至数据处理单元进行处理得到弥散斑的测试结果。
7.根据权利要求6所述的光学镜头综合性能参数测试方法,其特征在于:所述被测光学镜头的焦距测试时满足以下:
条件1:平行光管的物镜像差不影响被测镜头焦距的测量值;
条件2:平行光管的物镜口径应大于被测光学镜头的镜头口径;
条件3:平行光管焦距为被测光学镜头焦距的5倍以上。
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