[發(fā)明專利]光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面位置關(guān)系檢測裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010460990.2
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111707450B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉尚闊;周艷;趙建科;李晶;曹昆;田留德;李坤;薛勛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王凱敏

為了克服現(xiàn)有的相機(jī)光電對接方案效率低、精度差、成本高、調(diào)整復(fù)雜以及對相機(jī)探測器反光面反射率有較高要求的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面位置關(guān)系檢測裝置及方法。本發(fā)明結(jié)合平行光管、二維轉(zhuǎn)臺、三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)，能夠?qū)鈱W(xué)鏡頭任意視場的能量集中度、點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)或調(diào)制傳遞函數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行過焦測試，從而確定光學(xué)鏡頭的焦平面位置；同時(shí)利用三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)可檢測光學(xué)鏡頭機(jī)械安裝面位置；由此，最終實(shí)現(xiàn)了對光學(xué)鏡頭安裝面和焦平面位置關(guān)系的檢測，為相機(jī)光電對接工作提供數(shù)據(jù)支撐，從而可以提高被測光學(xué)鏡頭在光電對接階段的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)精密測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面位置關(guān)系的檢測裝置。

背景技術(shù)

光學(xué)鏡頭是相機(jī)的重要組成部分，在其裝配完成后與探測器進(jìn)行光電對接，即形成最終相機(jī)產(chǎn)品，以各類航空、航天飛行器為搭載平臺，相機(jī)可以輸出目標(biāo)區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)，完成偵查、測繪、農(nóng)林業(yè)管理、環(huán)境監(jiān)測等任務(wù)。相機(jī)光電對接是光機(jī)裝配的最后一步，需要準(zhǔn)確地將探測器同鏡頭的焦面位置進(jìn)行對接，光電對接精度關(guān)乎相機(jī)成像質(zhì)量。傳統(tǒng)光電對接方法通過反復(fù)修改連接光學(xué)鏡頭機(jī)械安裝面和探測器的墊片厚度，直至找到像面位置，此方法效率低、精度差、耗時(shí)耗力。

針對相機(jī)光電對接的問題，公開號為CN103278934B的專利文獻(xiàn)中提出了一種基于平行光管和二維調(diào)整架精密標(biāo)定相機(jī)不同視場調(diào)制傳遞函數(shù)，進(jìn)而完成光電對接的方法，但該方法實(shí)施過程中光學(xué)系統(tǒng)與機(jī)械系統(tǒng)未緊密連接，緊固螺釘安裝、銷釘安裝等步驟引起較大的不確定性。公開號為CN108680154A的專利文獻(xiàn)中提出了基于多個(gè)單星模擬器測量相機(jī)不同視場彌散斑，據(jù)此完成光電對接的方案，該方案需同時(shí)使用9個(gè)單星模擬器，成本高，調(diào)整復(fù)雜，尤其對于大口徑相機(jī)而言，幾乎不現(xiàn)實(shí)。公開號為CN103309147B的專利文獻(xiàn)中公開了利用探測器感光面反光特性構(gòu)建自準(zhǔn)直焦面對接光路的方法實(shí)現(xiàn)光電對接，其要求相機(jī)探測器的反光面必須有較高的反射率，且難以保證相機(jī)探測器與其光學(xué)系統(tǒng)光軸的垂直度。公開號為CN103402114B的專利文獻(xiàn)中公開了采用高精度雙軸車床保證焦面對接的調(diào)整目標(biāo)和調(diào)整精度，該方案需依次調(diào)整光學(xué)鏡頭、探測器姿態(tài)使其與相應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸對準(zhǔn)，加工成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的相機(jī)光電對接方案效率低、精度差、成本高、調(diào)整復(fù)雜以及對相機(jī)探測器反光面反射率有較高要求的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面位置關(guān)系檢測裝置及方法。本發(fā)明能夠檢測光學(xué)鏡頭不同視場的過焦像差特性，從而確定光學(xué)鏡頭的焦平面，同時(shí)可以檢測光學(xué)鏡頭機(jī)械安裝面的位置，能對光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面的相對位置進(jìn)行高精度測量，為相機(jī)光電對接工作提供數(shù)據(jù)支撐。

本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案如下：

光學(xué)鏡頭焦平面與機(jī)械安裝面位置關(guān)系檢測裝置，其特殊之處在于：包括積分球光源、平行光管、二維轉(zhuǎn)臺和三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)；

積分球光源位于平行光管焦面后方，用于均勻照明平行光管焦面靶標(biāo)；

二維轉(zhuǎn)臺位于平行光管出光口正前方，其臺面用于安裝被測光學(xué)鏡頭和三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)；

三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)包括三維平移臺和設(shè)置在三維平移臺上的光學(xué)鏡頭像質(zhì)顯微測量系統(tǒng)；

光學(xué)鏡頭像質(zhì)顯微測量系統(tǒng)包括沿同一光軸依次設(shè)置的物鏡、中繼鏡和探測器；物鏡與中繼鏡之間的距離可調(diào)；中繼鏡和探測器位置固定，探測器感光面與中繼鏡對無窮遠(yuǎn)物成像時(shí)的焦面位置重合。

進(jìn)一步地，三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)由Z方向平移臺、X方向平移臺和Y方向平移臺構(gòu)成；Z方向平移臺的移動方向垂直于二維轉(zhuǎn)臺方位和俯仰旋轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的平面；以Z方向平移臺為基準(zhǔn)，X方向平移臺和Y方向平移臺依次固定安裝在Z方向平移臺上；X方向平移臺移動范圍的中心固定安裝于Z方向平移臺的安裝臺面上，Y方向平移臺通過L形板固定安裝于X方向平移臺的安裝臺面上；所述光學(xué)鏡頭像質(zhì)顯微測量系統(tǒng)固定安裝于Y方向平移臺的安裝臺面上，且其光軸與Z方向平移臺的移動方向平行。