正弦光強靶標光學信號發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光學信號發生裝置，特別是涉及一種正弦光強靶標光學信號發生裝置。
【背景技術】
[0002]現代光學儀器測量及測試，生物視覺認知測量，光學立體三維測量，一般需要正弦光強靶標。常使用空間頻率固定的面積型或密度型的正弦光柵，測試或測量中改變正弦光柵空間頻率相對比較麻煩，需要經常更換不同空間頻率的正弦光柵；或者利用菲涅爾雙鏡以及其他利用雙光束干涉產生正弦光強靶標等方法；或者利用計算機產生正弦光強靶標，使用DLP投影儀輸出；或者利用莫爾條紋產生的三角波近似；或者利用矩形光柵投影的矩形波圖形，再計算分析。
[0003]為了頻率填充，頻繁的更換正弦光柵，工作繁瑣性增加的同時，帶來測量精度以及重復性精度不容易控制等問題。
[0004]利用菲涅爾雙鏡以及其他雙光束干涉方法結合變倍率鏡頭，能夠解決頻率填充問題；但是，在利用高空間頻率測量時，由于背景輻射的持續增強，高空間頻率的正弦光強靶標對比度迅速降低。
[0005]利用計算機產生正弦光強靶標，使用DLP投影儀輸出正弦光強靶標，也能夠解決頻率填充問題；但是，在利用高空間頻率測量時，DLP投影儀自身的像素柵線結構，影響高空間頻率正弦光強靶標的精度。同時，由于DLP投影儀面向大眾使用的通用光學設計，在不同投影距離上，像差差別較大，像場曲率變化較大。隨之帶來的數據修正工作量較大，精度及重復性精度不容易控制。
[0006]專利號200510016796.0專利是最相近專利。該專利中，有四項關鍵技術未能解決。第一，對關鍵核心部件矩形光柵的選擇沒有針對性，單純利用矩形光柵的制作誤差，實現的二級光譜輸出，不具有可控性；第二，占有輸入能量70%以上的零級頻譜不能有效利用，且只能降低輸出正弦光強靶標的對比度；第三，傅立葉變換透鏡及變倍率鏡頭為通用設計，沒有針對單一波長光的針對性設計，輸出的正弦光強靶標像場像差較大，是測量精度提高的一大障礙；第四，平行光輸出，限制了測量的視場范圍，不利于大面積測量。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種正弦光強靶標光學信號發生裝置。本實用新型能夠解決【背景技術】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。
[0008]為實現上述目的，本實用新型正弦光強靶標光學信號發生裝置，其特征在于包括沿同軸等高光路依次配置的激光器、光束整形系統、矩形光柵或正弦光柵或其他透明的圖像靶標、單色傅立葉變換透鏡和頻譜選擇器及波片或者單色傅立葉變換透鏡和波片、單色變倍率鏡頭、前位全反射鏡、后位全反射鏡；用于輸出正弦光強靶標圖像的激光器、光束整形系統、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭依次配置在第一級精密絲杠和精密導軌上，用于接收并向外輸出所述正弦光強靶標圖像或者向外進行正弦光強靶標圖像視場掃描的前位全反射鏡、后位全反射鏡依次配置在第二級精密絲杠和精密導軌上。光束整形系統位于激光器的后面，對激光束擴束、準直、整形。是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學空間濾波器，進行空間分頻、合成，產生任意空間頻率正弦光強靶標輸出的裝置:在第一級精密絲杠和精密導軌上依次配置的激光器、光束整形系統、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭輸出正弦光強靶標圖像，在第二級精密絲杠和精密導軌上依次配置的前位全反射鏡、后位全反射鏡向外輸出正弦光強靶標圖像或者向外進行正弦光強靶標圖像視場掃描。本實用新型中矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標，此時，去掉頻譜選擇器即可。具有測量精度高，利于大面積測量的優點。
[0009]作為優化，所述矩形光柵位于光束整形系統的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上。
[0010]作為優化，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出。
[0011]若米用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出；
[0012]若采用非平行光輸出，則需要標定輸出的正弦光強靶標圖像波面，根據視場的范圍，確定正弦光強靶標圖像波面的面型及位置，輸入系統測量，并利用確定的正弦光強靶標圖像波面面型和位置，對輸出數據進行修正。
[0013]作為優化，透射系統測量的光路是正弦光強靶標圖像經由后位全反射鏡進入待測系統出射后，進入高清高速相機；待測系統及高清高速相機均位于第三級精密絲杠和精密導軌上；
[0014]反射系統測量的光路是正弦光強靶標圖像經由后位全反射鏡進入待測系統反射后，進入高清高速相機；待測系統置于第三級精密絲杠和精密導軌上；高清高速相機置于第二三間級精密絲杠和精密導軌上，根據反射光束出射方向，調整并設置第二三間級精密絲杠和精密導軌方向和位置。
[0015]本實用新型是利用光學空間濾波和光學傅里葉變換原理，產生正弦光強靶標輸出的系統，包括激光器、光束整形系統、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、第一級精密絲杠、精密導軌、全反射鏡、全反射鏡、第二級精密絲杠、精密導軌、待測系統、第三級精密絲杠、精密導軌、高清高速相機、第二三間級精密絲杠、精密導軌、計算機及軟件處理系統。
[0016]第三級精密絲杠和精密導軌供透射系統測量使用。第二三間級精密絲杠和精密導軌供反射系統測量使用。
[0017]使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉移到奇數次頻譜，提高高空間頻率正弦光強靶標的對比度，結合針對單一波長設計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標定，實現從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強靶標圖像連續輸出。
[0018]作為優化，所述高清高速相機連接帶軟件處理系統的計算機。對輸出的變形條紋進行視場拼接，和對掃描結果綜合整體分析。
[0019]作為優化，所述待測系統及高清高速相機分別通過固定及位置調整機構配置在第三級精密絲杠和精密導軌上。
[0020]作為優化，所述激光器為圓光斑輸出的單模激光器，并匹配單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭。
[0021]作為優化，所述光束整形系統采為激光擴束器型，其激光束腰位置的小孔圓度優于微米級的，且無毛刺。
[0022]作為優化，所述矩形光柵要求占空比大于或小于1:1 ;所述矩形光柵更換為正弦光柵或其他透明的圖像靶標時，去掉頻譜選擇器，單色傅立葉變換透鏡與波片直接相鄰。
[0023]作為優化，所述激光器、光束整形系統、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭分別通過各自的固定及位置調整機構依次配置在第一級精密絲杠和精密導軌上，所述前位全反射鏡、后位全反射鏡分別通過各自的固定及位置調整機構依次配置在第二級精密絲杠和精密導軌上。
[0024]通過如下方法測試:
[0025]透射系統測試:a.首先調整激光器、光束整形系統、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二精密絲杠和精密導軌上；待測系統、高清高速相機置于第三精密絲杠和精密導軌上；整個光路系統均按照同軸等高原則，安裝調試與高清高速相機相連的計算機及軟件處理系統；
[0026]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設計；當選擇不同波長的激光器時，需要對應設計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0027]c.光束整形系統采用激光擴束器設計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優于微米級的圓度，且無毛刺；
[0028]d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標，此時，去掉頻譜選擇器即可；
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