[發明專利]空間相機場曲檢測裝置及檢測方法

有效

• 申請號: 201310180030.0
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103278179A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 鐘興;金光;張元;劉春雨;王天聰;孔令勝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C11/02
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王丹陽

技術領域

本發明涉及空間光學遙感技術領域，具體涉及一種空間相機場曲檢測裝置及檢測方法。

背景技術

在空間相機的研制中，光學元件的安裝位置誤差將引起場曲，場曲破壞像面清晰度的一致性，因此，場曲是空間相機研制過程中需要嚴格控制的像差。

目前在空間相機計算機輔助裝調和波像差檢驗過程中，最常采用的是基于干涉儀的自準直檢驗方法，由于空間相機光學系統的焦點和干涉儀標準鏡的焦點難以精確地重合，因此，波像差擬合過程中離焦一般作為系統誤差將被去除（各個視場均如此），這樣做帶來的問題是：即使每個視場波像差都很好，也無法證明這些視場的像點共面，也就是說，光學系統的場曲是無法有效檢測的，在空間相機的成像過程中，一旦光學系統中殘留場曲，將會出現局部的圖像不清晰現象，大大影響空間相機的使用性能，而在現有條件下，想要消除光學系統中的場曲，必須在焦平面安裝完成后，對各個位置的靜態傳函進行測試，若發現有場曲，必須先將焦平面拆卸再進行安裝，并重新調整反射鏡的位置，效率十分低下。

中國專利（公開號為102540751A，公開日為2012.07.04）公開了“一種檢測投影物鏡畸變和場曲的方法”，利用一9×9針孔掩模板、一波前傳感器和一干涉儀測量組件，對物鏡的場曲和畸變進行測量，這種方法利用波前探測器探測焦距為f的被測物鏡經一準直光路后的出射波的曲率半徑R，利用近似公式△z=-f²/R計算出場曲△z，這種方法主要存在的問題是：因為波前探測器測量出的曲率半徑R是擬合數據，不能夠剝離離焦造成的測量誤差，而計算場曲△z則利用的是近似公式△z=-f²/R，造成場曲的計算誤差，不能有效地擬合出空間相機的場曲曲線，這對于空間相機的場曲測量是絕對不允許的，因此該方法不能有效地解決空間相機的場曲檢測問題。

發明內容

為了解決現有一種檢測投影物鏡畸變和場曲的方法存在的不能有效地檢測空間相機場曲的問題，本發明提供一種測量誤差小、計算精度高空間相機場曲檢測裝置及其檢測方法。

本發明為解決技術問題所采用的技術方案如下：

空間相機場曲檢測裝置，包括：

大口徑標準鏡頭；

接收來自所述大口徑標準鏡頭的平行光且位于其下端的空間相機；

其下表面位于所述大口徑標準鏡頭焦面位置的光學引擎；

與所述光學引擎相連的Z方向微位移平臺；

與所述Z方向微位移平臺相連的數據處理顯示及同步控制系統；

與所述數據處理顯示及同步控制系統相連的30個光學探頭和XY方向微位移調節架，所述30個光學探頭安裝在所述XY方向微位移調節架上并以三行十列排布；

其上表面位于所述空間相機焦面位置的平板，所述30個光學探頭位于所述平板的下端；

分別固定在所述平板兩端的兩個Z方向調節支座。

所述數據處理顯示及同步控制系統主要由數據采集卡、中央處理計算機、顯示器和控制器組成，所述數據采集卡分別與所述30個光學探頭和中央處理計算機相連，所述中央處理計算機分別與所述XY方向微位移調節架、顯示器和控制器相連，所述控制器與所述Z方向微位移平臺相連。

所述Z方向微位移平臺主要由大理石平臺和PI促動器組成，位移精度<0.001mm，位移速度>0.5mm/s。

所述光學引擎選擇硅基液晶，最大亮度>3000lm，光學引擎頻率>120Hz，譜段為500nm～600nm，像素為1920×1028。

所述平板采用K9光學玻璃制成，尺寸為60mm×300mm×15mm，表面平面平行度優于30″，上表面為漫透射表面，透過率>50%；下表面為拋光表面，透過率>99％。

所述光學探頭主要由顯微鏡頭、CCD相機和微調整機構組成，視場范圍為20mm×20mm。

每個光學探頭與相鄰光學探頭的視場范圍在X方向上重疊5mm且在Y方向上也重疊5mm。

空間相機場曲檢測裝置的檢測方法，該方法的具體步驟如下：

步驟一、控制器接收中央處理計算機的指令控制Z方向微位移平臺移動，使光學引擎的下表面位于大口徑標準鏡頭的焦面位置，中央處理計算機記錄下此時Z方向微位移平臺的位置Z00；

步驟二、移動Z方向調節支座使平板的上表面位于空間相機的焦面位置，選取空間相機的30個視場點，計算出對應光學引擎上的30個像素Xij，控制器接收中央處理計算機的指令控制光學引擎點亮這30個像素Xij；