一種大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于光電測試領域，涉及一種大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置。
【背景技術】
[0002]平行光管是一種用于在實驗室模擬無窮遠目標，發射平行光束，測量光學系統或相機成像質量和性能參數的光學精密測量設備。
[0003]近些年來，由于我國航天、航空技術的快速發展，尤其是高分工程的實施對空間相機的成像質量和地面分辨率要求越來越高，相機的焦距和口徑也隨之越來越大，因此要求檢測長焦距、大口徑相機成像質量和性能參數的光學精密測量設備一一平行光管的口徑和焦距也隨之變長變大，其成像質量要求也大幅提高，因此對于平行光管本身的成象質量，即出射波前和焦面位置準確性(即出射光束平行性)的檢測提出了更高的要求。
[0004]一般平行光管常用的方法是采用自準直測試法，利用大口徑平面反射鏡和干涉儀測量光管波前，利用五棱鏡和經瑋儀測量光束準直性。其存在問題是光管口徑加大時反射鏡的口徑隨之也要加大，反射鏡本身的面型無法準確測量，另外反射鏡材料和加工成本也成倍上升，測量方法受環境和人為主觀性影響而導致較大的測量誤差。
【實用新型內容】
[0005]為了解決【背景技術】中所存在的問題，本實用新型提出了一種用于大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，可實現光管波前和焦面位置的準確測試。
[0006]本實用新型的技術解決方案是:
[0007]一種大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:包括光纖激光器，二維精密長導軌，CCD相機以及控制單元；
[0008]所述CCD相機安裝在二維精密長導軌上；所述二維精密長導軌包括水平導軌以及安裝在水平導軌上的垂直導軌；所述CCD相機能夠沿二維精密長導軌在水平方向和垂直方向移動；所述光纖激光器位于CCD相機的正前方；所述控制單元分別與二維精密長導軌和CXD相機連接。
[0009]上述控制單元為計算機。
[0010]上述CXD相機由光學鏡頭和CXD探測器連接組成。
[0011]上述光學鏡頭包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡。
[0012]上述光纖激光器的光纖頭為單模光纖頭。
[0013]本實用新型優點如下:
[0014]1、本實用新型利用小口徑CCD相機多點掃描技術，同時實現了大口徑平行光管波前和焦面位置的測量；
[0015]2、本實用新型采用相對位置定位拼接技術，完成了在同一平面內不同位置上多幅圖像目標坐標位置的高精度拼接，對此平面內的數據采用二維線性最小二乘法擬合計算線性項，去掉線性項，利用分區梯度積分算法或索斯維爾算法或波面多項式擬合算法復原出了平行光管波前；利用中心圖像位置為基準，通過非線性多項式擬合算法，可實現光管不同口徑光束平行性的測量。
[0016]3、本實用新型中的光學鏡頭采用兩片透鏡，一片球面和一片非球面，大F數(口徑5?110mm，焦距300?500mm)大焦深的形式，消除了色差，實現了目標的超衍射現象，解決了導軌在不同位置上相機離焦和像差對彌散斑的影響，提高了判讀精度；
[0017]4、本實用新型利用單模光纖頭做點光源，產生標準球面波，采用不同距離模擬可實現任意口徑和焦距的平行光管波前和焦面位置的標定。
【附圖說明】
[0018]圖1本實用新型標定裝置的結構示意圖。
[0019]I一光纖激光器、2—光學鏡頭、3 —(XD探測器、4一二維精密長導軌、5—計算機。
[0020]圖2本實用新型對待平行光管波前標定與焦面位置測量的結構示意圖。
[0021]I 一待標定平行光管、2—光學鏡頭、3 — C⑶探測器、4 一二維精密長導軌、5—計算機、6-光纖激光器。
【具體實施方式】
[0022]本文提出一種新型的檢測裝置和方法來解決大口徑平行光管的波前和焦面位置準確性的檢測。
[0023]如圖1所示:該裝置包括光纖激光器1，二維精密長導軌4，光學鏡頭2、(XD探測器3以及計算機5 ;
[0024]光學鏡頭2、CXD探測器3精密連接組成CXD相機。
[0025]CXD相機安裝在二維精密長導軌4上；二維精密長導軌4包括水平導軌以及安裝在水平導軌上的垂直導軌；CCD相機能夠沿二維精密長導軌4在水平方向和垂直方向移動；光纖激光器I位于CCD相機的正前方；控制單元分別與二維精密長導軌4和CCD相機連接。
[0026]本裝置中采用的控制單元為計算機5 ;計算機5作用是控制二維精密長導軌4運動，存儲CCD相機采集的圖像并提取出圖像點的中心位置作數據判讀處理和計算。
[0027]光學鏡頭2為大F數(口徑5?110mm，焦距300?500mm)大焦深的形式，光學鏡頭2包括為超衍射光學鏡頭，包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡，消除了色差，實現了目標的超衍射現象；解決了導軌在不同位置上相機離焦和像差對彌散斑的影響，提高了判讀精度；
[0028]CXD探測器3用來采集通過光學鏡頭2的圖像；
[0029]其中，光纖激光器I的用于在不同位置出射標準球面波，用于標定波前及焦面位置標定裝置的基準；光纖激光器的光纖頭選用單模光纖頭做點光源，產生標準球面波，采用不同距離模擬可實現任意口徑平行光管波前裝置的標定。
[0030]根據上述裝置結構的描述，現對大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置的標定方法進行闡述，具體包括以下步驟:
[0031]步驟I)將CCD相機固定在二維精密長導軌上，調節CCD相機光軸和水平導軌、垂直導軌運動軸線互相垂直；
[0032]步驟2)在CCD相機前處放置光纖激光器，并使光纖激光器的光纖頭對準CCD相機，光纖調整激光器功率，直到CXD相機能接收到光纖激光器光強為止；
[0033]步驟3)CCD相機在二維精密長導軌不同位置上獲取光纖激光器發出圖像點的質心坐標(Xi, Yj)；
[0034]以二維精密長導軌中心(Χ(ι，％)為基準，控制二維精密長導軌帶動C⑶相機在水平和垂直兩個方向上移動；移動范圍為待標定平行光管的口徑，移動步距為移動范圍除以要采樣的點數，計算機記錄二維導軌不同位置坐標(Μ，Ν);同時CCD相機采集每個位置上的圖像并判讀出每幅圖像點的質心坐標位置(Xi，Yj);所述二維精密長導軌的中心為水平導軌中心和垂直導軌中心的交點；
[0035]步驟4)CCD相機在二維精密長導軌不同位置上獲取待標定平行光管發出圖像點的質心坐標(Xi'，y/ );
[0036]步驟4.1)在CCD相機前安裝待標定平行光管，將光纖激光器進行位置調整，使得光纖激光器的光纖頭位于平行光管焦面上；
[0037]步驟4.2)以二維精密長導軌中心為基準，控制控制二維精密長導軌帶動CCD相機在水平和垂直兩個方向上帶動移動，按步驟3)導軌移動的相同位置對待標定平行光管全口徑進行采樣，同時CCD相機采集每個位置上的圖像并判讀出每幅圖像點的質心坐標位置Ui'，y/ );
[0038]步驟5)確定待標定平行光管波前位置；
[0039]步驟5.1)計算步驟3)和步驟4.2)兩次判讀的圖像點質心坐標位置(Xi，Yj)和(Xi'，y/ )的差值坐標(Axi, Ayj)；
[0040]步驟5.2)在待標定平行光管全口徑內將導軌每個位置按步驟5.1)求得的差值坐標(AXi，Ayj);規劃在一個平面內，采用二維線性最小二乘法擬合計算線性項，去掉線性項；
[0041]步驟5.3)再采用分區梯度積分法或索斯維爾算法或波面多項式擬合算法計算待標定平行光管波前位置；
[0042]步驟6)確定待標定平行光管像面位置；
[0043]步驟6.1)將步驟4.2)得到的圖像質心坐標(x/，y/ )和二維精密長導軌在中心時得到的圖像質心坐標做差值，得到差值坐標(Δχ/，Ay/ )；
[0044]步驟6.2)將得到的差值坐標(Axi' , Ay/ )用二維多項式進行擬合可得到待標定平行光管全口徑內光束的平行性誤差，利用高斯公式可計算出像面位置誤差。
[0045]步驟6.3)利用步驟6.2)獲取的像面位置誤差，確定待標定平行光管像面位置。
【主權項】
1.一種大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:包括光纖激光器，二維精密長導軌，CCD相機以及控制單元； 所述CCD相機安裝在二維精密長導軌上；所述二維精密長導軌包括水平導軌以及安裝在水平導軌上的垂直導軌；所述CCD相機能夠沿二維精密長導軌在水平方向和垂直方向移動；所述光纖激光器位于CCD相機的正前方；所述控制單元分別與二維精密長導軌和CCD相機連接。
2.根據權利要求1所述的大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:所述控制單元為計算機。
3.根據權利要求2所述的大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:所述CCD相機由光學鏡頭和CCD探測器連接組成。
4.根據權利要求3所述的大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:所述光學鏡頭包括兩片透鏡，一片為球面鏡，一片為非球面鏡。
5.根據權利要求4所述大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置，其特征在于:所述光纖激光器的光纖頭為單模光纖頭。
【專利摘要】本實用新型屬于光電測試領域，涉及一種大口徑平行光管波前及像面位置標定裝置。該裝置包括光纖激光器，二維精密長導軌，CCD相機以及控制單元；CCD相機安裝在二維精密長導軌上；二維精密長導軌包括水平導軌以及安裝在水平導軌上的垂直導軌；CCD相機能夠沿二維精密長導軌在水平方向和垂直方向移動；光纖激光器位于CCD相機的正前方；控制單元分別與二維精密長導軌和CCD相機連接本實用新型可實現大口徑平行光管波前和焦面位置的準確測試。
【IPC分類】G01M11-02
【公開號】CN204359512
【申請號】CN201420824062
【發明人】趙建科, 周艷, 李霞, 徐亮, 陳永權
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年12月20日