[發(fā)明專利]一種光學(xué)鏡頭焦距測量裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710879447.4
• 申請(qǐng)日: 2017-09-26
• 公開（公告）號(hào): CN107764518B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃陽;王春雨;王聰;牛錦川;張生杰;賈馨;宗肖穎;張建國;趙英龍;岳鵬遠(yuǎn);趙希婷;冀翼
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京空間機(jī)電研究所
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種大口徑長焦光學(xué)鏡頭焦距的測量裝置及方法，裝置包括干涉儀、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡、光電自準(zhǔn)直儀、激光跟蹤儀及數(shù)據(jù)處理單元。調(diào)整測試光路使光學(xué)鏡頭的光軸與干涉儀出射的平行光平行，在像方焦點(diǎn)理論位置放置一個(gè)小口徑的標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，將標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡調(diào)整到像方焦點(diǎn)實(shí)際位置，激光跟蹤儀測量標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的空間位置。干涉儀偏轉(zhuǎn)，測量偏轉(zhuǎn)角度，將標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡調(diào)整到像方焦點(diǎn)實(shí)際位置，用激光跟蹤儀測量此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡空間位置。數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)干涉儀偏轉(zhuǎn)角度和標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的空間位置變化量計(jì)算獲得光學(xué)鏡頭的焦距。本發(fā)明可用于不同波段大口徑長焦光學(xué)鏡頭的焦距測量，在空間光學(xué)遙感器的裝調(diào)和測試中有著十分重要的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大口徑長焦光學(xué)鏡頭焦距的測量裝置及方法，屬于航天光學(xué)遙感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在光學(xué)測量和遙感測繪等技術(shù)領(lǐng)域中，都離不開高精度的光學(xué)鏡頭。焦距作為光學(xué)鏡頭最重要的參數(shù)之一，參與圖像獲取后對(duì)目標(biāo)尺寸、距離等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的計(jì)算處理，因此保證焦距測量的準(zhǔn)確度十分重要。

目前國內(nèi)外光學(xué)鏡頭的焦距測量主要采用放大率法、精密測角法、傅立葉頻譜分析法和泰伯莫爾法。放大率法對(duì)玻羅板刻線精度和平行光管焦距準(zhǔn)確度要求較高，用于長焦光學(xué)鏡頭焦距測量的誤差較大，具體可參見文獻(xiàn)CN201520125766.2一種焦距測量儀。通過五棱鏡和分劃板相結(jié)合的精密測角法，測量精度受到人眼瞄準(zhǔn)誤差、分劃板刻線精度和分劃板擺放位置的限制，測量結(jié)果引入的主觀因素較多，即便采用多次測量取平均值的方法，測量誤差最多控制到±1％，具體可參見文獻(xiàn)CN201010179464.5一種提高長焦距平行光管焦距檢測精度的方法。傅立葉頻譜分析法是利用頻譜面上的干涉條紋間距的測量值計(jì)算鏡頭焦距，對(duì)物和像的尺寸測量精度要求非常高，并且焦平面位置的確定有一定難度，具體可參見文獻(xiàn)董永綿，對(duì)稱雙圓孔傅立葉變換干涉條紋法測焦距[J]，激光技術(shù)，2001,25(1)：70-72。泰伯莫爾法是利用泰伯自成像和莫爾條紋圖的放大特性，通過放入被測鏡頭前后的莫爾條紋變化情況計(jì)算出焦距，在焦距測量過程中對(duì)光柵間距和柵線夾角的標(biāo)定精度要求非常高，并且測試過程中需要頻繁挪動(dòng)被測鏡頭，應(yīng)用在大口徑長焦光學(xué)鏡頭操作繁瑣，具體可參見文獻(xiàn)CN201310001055.X一種基于莫爾條紋匹配的長焦距透鏡焦距測量方法。在紅外和紫外光學(xué)鏡頭的焦距測量中，還需采用相應(yīng)的光電探測器采集圖像并處理，但受制于現(xiàn)有紅外和紫外光電探測器的像元尺寸和感光性能，傳統(tǒng)測量方法更難以實(shí)現(xiàn)焦距的高精度測量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種光學(xué)鏡頭焦距測量裝置及方法，解決了現(xiàn)有的大口徑長焦光學(xué)鏡頭焦距測量方法操作繁瑣、測量精度難以保證等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種光學(xué)鏡頭焦距測量裝置，包括干涉儀、標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡、光電自準(zhǔn)直儀、激光跟蹤儀及數(shù)據(jù)處理單元；標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的直徑范圍為5mm到20mm，標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡放置在光學(xué)鏡頭像方焦點(diǎn)理論位置，干涉儀向光學(xué)鏡頭發(fā)射平行光，光學(xué)鏡頭將平行光匯聚在像方焦點(diǎn)位置，標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡將匯聚的光線反射，干涉儀接收被標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡反射且經(jīng)過光學(xué)鏡頭的光線；光電自準(zhǔn)直儀測量干涉儀的出射光角度值，激光跟蹤儀測量標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡球心的空間位置；數(shù)據(jù)處理單元根據(jù)干涉儀偏轉(zhuǎn)前后激光跟蹤儀測量的標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡球心的空間位置和光電自準(zhǔn)直儀測量的干涉儀的出射光角度值，計(jì)算獲得光學(xué)鏡頭焦距。

該測量裝置還包括激光擴(kuò)束裝置，激光擴(kuò)束裝置放置于干涉儀和待測試光學(xué)鏡頭之間；從干涉儀出射的激光經(jīng)激光擴(kuò)束裝置擴(kuò)束后出射的平行光覆蓋光學(xué)鏡頭的通光口徑。干涉儀和激光擴(kuò)束裝置均安裝在帶有水平及俯仰角度調(diào)節(jié)功能的底座上。

使用該裝置測量光學(xué)鏡頭焦距的方法包括下列步驟：

1)調(diào)試測試光路，調(diào)整待測試光學(xué)鏡頭使其光軸與干涉儀出射的平行光平行，根據(jù)干涉儀上的干涉條紋調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡，使標(biāo)準(zhǔn)球面反射鏡的球心位置和光學(xué)鏡頭像方焦點(diǎn)實(shí)際位置重合。