[發明專利]雙曲面反射鏡的多維全場光學校驗裝置

無效

• 申請號: 200710072553.8
• 申請日: 2007-07-24
• 公開（公告）號: CN101113890A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 孫偉民;朱齊丹;耿濤;夏桂華;張濤;戴強;張志林;王立輝;郭明磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/24;G01M11/02;G02B17/08;G02B27/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

(一)技術領域

本發明涉及的是一種光學校驗系統，特別是一種雙曲面反射鏡的多維全場光學校驗系統。

(二)背景技術

光學全方位視覺技術近年來在國內外獲得了廣泛地關注，應用領域包括機器人視覺、火點監測、靶場監控、貨車后視、月球車、火星車、安全防護等很多軍事及民用領域。在軍事上可以將此系統放置在靶船上監視來襲導彈的軌跡，可以應用于機器人或戰車上作為環境觀測手段，在民用領域可以作為箱式貨車的后部觀察系統，或者作為公共場所安全監控、重要場所火點監控的核心部件。這種技術的優點在于可以利用一個CCD鏡頭進行360度視場監測，與傳統的多攝像頭或旋轉相機的方法相比，系統集成度更高、穩定性更好。

光學全方位視覺系統的核心部件是一個高反射率的反射鏡，將周圍360度的圖像成像在CCD中心點附近。目前可供選擇的反射鏡形狀有金字塔形、圓錐形、半球形、旋轉拋物面形、橢球面形和旋轉雙曲面形。經過分析比較各種形狀的反射鏡，旋轉雙曲面形反射鏡(以下簡稱雙曲面鏡)由于可以將周圍大尺度的圖像成像于很小的范圍內，便于利用數字CCD拍攝與記錄，使用更為方便。

在光學全方位視覺系統中，反射鏡的反射率及表面形貌對成像效果至關重要，因此對反射鏡進行精細測量非常重要。如果加工獲得的反射鏡形狀偏離理想形狀或反射率不均勻，則會影響對應位置物體的觀察與測量。目前，雙曲面等非球面反射鏡的光學測量是一個難題，沒有現成的儀器可以對不同尺度的高反射率雙曲面鏡的反射率及表面形貌進行測量。

傳統的表面測量方法要求被測面具有一定的漫反射性質，不符合雙曲面反射鏡的測試要求；球面反射鏡的測試可以采用泰曼-格林干涉儀，但對雙曲面反射鏡不合適；如果單對某一固定尺寸的反射鏡而言，也有利用一塊非球面透鏡(補償器)進行被測鏡的全場測量的(參考文獻：郭培基，余景池，用校正法提高補償器檢測法的精度，光學精密過程，14卷2期202-206頁，2006年)，但這種補償器檢測法不能作為系列雙曲面反射鏡的測試手段，而且該非球面鏡(補償器)的加工也是十分困難的。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠對不同尺度、高反射率的雙曲面反射鏡表面形貌及反射率參數進行測量的雙曲面反射鏡的多維全場光學校驗裝置。

本發明的目的是這樣實現的：它包括準直光源、分束鏡、參考光路、測量光路和接收裝置；準直光源發出的準直光束射入分束鏡，分束鏡將準直光束分成透射與反射兩路，一路作為參考光，參考光路上設置有反射鏡II組成參考臂，經反射鏡II反射后再透過分束鏡；另一路作為檢測光，檢測光路上設置有由匯聚透鏡、被測雙曲面鏡和標準球面反射鏡組成的測量臂，檢測光經匯聚透鏡匯聚到被測雙曲面鏡的部分鏡面上，匯聚光線延長線相交于被測雙曲面鏡的一個焦點上，經被測雙曲面鏡反射后，匯聚到一個標準球面反射鏡上，光線的延長線匯聚于球面反射鏡的球心，經球面反射鏡反射后，沿原路返回，再經過被測雙曲面鏡和匯聚透鏡和半反射鏡反射，作為測試光；參考光和檢測光匯集到接收裝置。

本發明還可以包括這樣一些結構特征：

1、分束鏡的透射光作為檢測光、反射光作為參考光。

2、分束鏡的反射光作為檢測光、透射光作為參考光。

3、所述的被測雙曲面鏡安裝在兩維旋轉機構上，其中的一維為沿被測雙曲面軸線旋轉的轉軸，另一旋轉方向的轉軸垂直于被測雙曲面的軸線。

4、所述的反射鏡II安裝在可以沿光線方向前后移動的移動機構上。

5、所述的接收裝置由成像透鏡和CCD構成。

6、所述的準直光源由激光器、擴束鏡、準直透鏡和反射鏡I組成，反射鏡I將準直光束射入分束鏡。

7、所述的分束鏡的透射、反射比應接近50％。

本發明采用變形泰曼-格林干涉儀，激光束經過濾波擴束、準直之后進入干涉儀。經過分束鏡分成兩束，反射部分作為參考光路，經反射鏡II反射后，再透過分束鏡作為參考光，反射鏡II可以沿光線方向前后移動，使接收到的干涉圖像對比度最高。透射部分作為測量光路，經匯聚透鏡匯聚到被測雙曲面鏡的部分鏡面上，匯聚光線延長線相交于被測雙曲面鏡的一個焦點上，經被測雙曲面鏡反射后，匯聚到一個標準球面反射鏡上，光線的延長線匯聚于球面反射鏡的球心；經球面反射鏡反射后，沿原路返回，再經過被測雙曲面鏡和匯聚透鏡和半反射鏡反射，作為測試光。最后，參考光和匯聚光在接收裝置處發生干涉，得到帶有被測雙曲面鏡信息的干涉條紋。