CN103033344B - 一种光学***焦距检测方法 - Google Patents

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Abstract

一种光学***焦距检测方法，属于光学技术领域，该方法包括如下步骤：光源的光线透过目标板后形成莫尔条纹，莫尔条纹经放平行光管后，将目标板的发散光变成平行光，被测镜头后，目标成在被测镜头的焦平面上；利用计算机对TDICCD进行配置，确定TDICCD行转移脉冲信号的驱动频率fT，由像移线速度可知，行转移脉冲信号驱动频率fT与像移线速度v成比例关系，计算机控制TDICCD从起始位置开始转动时，发出行转移脉冲信号，并开始记录图像，到达结束位置时，停止记录图像和发出行转移脉冲信号；该速度下驱动精密转台拍照4~5次，计算出被测镜头焦距。本发明方法检测精度高，广泛应用于光学仪器设备中光学***焦距的检测。

Description

一种光学***焦距检测方法
技术领域
本发明涉及一种光学***焦距检测方法，属于光学技术领域。
背景技术
光学***的焦距是光学仪器设备的主要的参数之一，其精度直接影响设备的成像质量。光学***装调后的焦距实际值与设计值有一定的偏差，一般采用放大率法和测角法测量光学***，放大率法测量标准差理论值为0.3%，测角法测量标准差理论值为0.06%，但实际测量中，被测***的焦距受环境因素、人为因素、技术装调水平、原理误差以及读数误差等等诸多因素的影响，使得这两种方法焦距的实测误差均不小于2%。该测量误差对短焦镜头的影响较小，但对于长焦距光学仪器的影响是显著的。对于超过1.5m焦距的镜头，2%的误差会造成图像质量下降的很快。因此，光学***焦距的检测是非常必要的。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种光学***焦距检测方法，具体步骤如下：
步骤一、选用亮度均匀的光源、对比度为1000：1的4#标准鉴别率板作为目标板，目标板上刻有25组不同空间频率的光栅条纹，光源发出的光线透过目标板后形成莫尔条纹，经放在气浮平台上的平行光管后，将目标板的发散光变成平行光，平行光通过被测镜头后，目标成像在被测镜头的焦平面上；
步骤二、将被测镜头与TDICCD放置在的精密转台上，被测镜头放置在精密转台中心处，TDICCD放置精密转台的边缘，且与被测镜头的焦平面重合，接通TDICCD电源，利用计算机对TDICCD进行配置，确定TDICCD行转移脉冲信号的驱动频率fT，由像移线速度可知，行转移脉冲信号驱动频率fT与像移线速度v成比例关系，
根据公式①、②和被测镜头的粗测焦距和误差范围Δf，估计出精密转台的转速范围；
步骤三、在精密转台的速度范围内设定一个速度值，在转台控制器上输入精密转台转动起始位置、结束位置和速度值，驱动精密转台从起始位置平稳旋转，到达结束位置时停止运动，并返回起始位置，计算机控制TDICCD从起始位置开始转动时，发出行转移脉冲信号，并开始记录图像，到达结束位置时，停止记录图像和发出行转移脉冲信号；
步骤四、以步骤三中设定的速度驱动精密转台，从起始位置平稳旋转开始拍照，到达结束位置时停止拍照，并返回起始位置，记录图像，该过程重复4~5次，以获得4~5幅图像；
步骤五、读取图像进行综合判读，判断图像在TDI方向上是否存在分辨衰减，若图像在TDI方向上无分辨衰减，可认为该速度与行频匹配，由公式②计算出被测镜头焦距；若图像在TDI方向上存在较大分辨衰减，根据衰减程度选择速度增加量，重复步骤三和步骤四；经过m次试验，最终获取最佳分辨图像，计算出被测镜头焦距。
本发明的有益效果：本发明利用像移速度匹配原理来检测焦距，通过确定TDICCD行转移脉冲信号的驱动频率fT，由像移线速度可知，行转移脉冲信号驱动频率fT与像移线速度v成比例关系，
根据公式①、②和被测镜头的粗测焦距和误差范围Δf，估计出精密转台的转速范围；计算机控制TDICCD从起始位置开始转动时，发出行转移脉冲信号，并开始记录图像，到达结束位置时，停止记录图像和发出行转移脉冲信号；该速度下驱动精密转台拍照4~5次，读取图像进行综合判读，经过m次试验，最终获取最佳分辨图像，计算出被测镜头焦距。该方法实现高精度的检测，解决了现有技术被测***的焦距受环境因素、人为因素、技术装调水平、原理误差以及读数误差等等诸多因素的影响带来精度低的问题。
附图说明
图1：本发明检测装置结构示意图。
图2：本发明一种光学***焦距检测方法流程图。
图中：1、光源，2、目标板，3、平行光管，4、气浮平台，5、被测镜头，6、TDICCD，7、精密转台。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明一种光学***焦距检测方法，利用像移速度匹配原理来检测焦距，即必须保证无穷远处的运动目标在焦平面上的移动线速度与光电探测器的移动线速度一致。设像移动线速度为v，被测镜头焦距为f，像移线速度v与焦距f的比值为角速度。被测镜头的焦距是常数值，所以某一像点的转动角速度ωa仅对应一个像移线速度va，当且仅当光电探测器的移动线速度与像移线速度va相等时，图像清晰度才不会下降，因此，选定光电探测器的移动线速度va，通过成像试验的方法寻找出可清晰分辨光电探测器的极限分辨率的像点转动角速度ωa，从而计算出被测镜头的焦距 ：
f = v ω         ①
作为一种特殊的线阵CCD（光电耦合器件），TDICCD（时间延时积分光电耦合器件）通过移动行间的电荷包来完成对像点运动的跟踪，行转移脉冲信号每变化一个周期T，电荷包便在行间移动一个像素的位移D，则像移线速度（fT为行转移脉冲信号的频率），则①式变为②式：
f = D · f T ω         ②
为了实现上述测量方法，本发明的检测装置，如图1所示，包括光源1、目标板2、平行光管3、气浮平台4、被测镜头5、TDICCD6、精密转台7。
光源1采用特制钨光灯；目标板2采用标准4#分辨率板；采用13m焦距型号为K2497的平行光管3；采用型号为XZS34的气浮平台4；采用DALSA公司的TDICCD6，像素尺寸为8μm，最大积分级数为200级；精密转台7采用自制转台，转台速度平稳度0.00001°/s。
选择对比度为1000：1的4#标准鉴别率板作为目标板2，该目标板2上刻划着不同空间频率的条纹，每个频率都对应着4组两两正交方向的条纹，将目标板2放在平行光管3的焦平面上，通过平行光管3后，目标板2的发散光变为平行光，相当于目标板2处在无穷远处；平行光管3放置在气浮平台4上隔离地面振动；被测镜头5及TDICCD 6放置在精密转台上，被测镜头5放置在转台中心处，TDICCD 6放置在转台边缘。TDICCD 6的工作模式为对一个目标进行多次曝光，即对同一目标多次成像电荷包进行累加，根据被测镜头5的焦距，合理选择平行光管3的焦距，使目标板2的某一组的条纹宽度在焦平面上所成的像与TDICCD 6像元的空间频率及相位分布相同，即每一个像元行宽与目标板2上对应的一个亮或暗条纹所成像的宽度相同，目标板2的像每在TDI方向上移动一个像素的距离，行转移脉冲信号驱动TDICCD 6每一行的电荷包同时沿TDI方向平移一个像素，使相邻行的两个像素在像移动前后均对同一点成像，这样经过n次移动后，得到对同一目标n次曝光后的图像，如果n次移动过程中，像移速度与行转移脉冲信号频率均匹配，图像清晰且无衰减，通过该n次叠加后，公式②方法所测的焦距精度的均方根可提高倍。
接通TDICCD 6电源，利用计算机对TDICCD 6进行配置，确定TDICCD6行转移脉冲信号的驱动频率fT，操作转台控制箱驱动转台7从起始位置平稳旋转，到达结束位置时停止运动，利用计算机记录图像。
如图2所示，本发明一种光学***焦距检测方法，具体步骤如下：
步骤一、选用亮度均匀的光源1及对比度为1000：1的4#标准鉴别率板作为目标板2，目标板2上刻有25组不同空间频率的光栅条纹，光源1发出的光线透过目标板2后形成莫尔条纹，经放在气浮平台4上的平行光管3后，将目标板2的发散光变成平行光，对于被测镜头5而言，目标板变成无穷远处目标，通过被测镜头5后，目标板成像在被测镜头5的焦平面上；
步骤二、将被测镜头5与像素尺寸为8μm的TDICCD 6放置在的精密转台7上，被测镜头5放置在精密转台7中心处，TDICCD 6放置精密转台7的边缘，且与被测镜头5的焦平面重合，接通TDICCD 6电源，利用计算机对TDICCD 6进行配置，确定TDICCD 6行转移脉冲信号的驱动频率fT，由像移线速度可知，行转移脉冲信号驱动频率fT与像移线速度v成比例关系，
根据公式①、②和被测镜头的粗测焦距和误差范围Δf，估计出精密转台的转速范围；
步骤三、在精密转台7的转速范围内设定一个速度值，在转台控制器上输入精密转台7转动起始位置、结束位置和速度值，驱动精密转台7从起始位置平稳旋转，到达结束位置时停止运动，并返回起始位置，计算机控制TDICCD 6从起始位置开始转动时，发出行转移脉冲信号，并开始记录图像，到达结束位置时，停止记录图像和发出行转移脉冲信号；
步骤四、以步骤三中设定的速度驱动精密转台，从起始位置平稳旋转开始拍照，到达结束位置时停止拍照，并返回起始位置，记录图像，该过程重复4~5次，以获得4~5幅图像；
步骤五、读取图像进行综合判读，判断图像在TDI方向上是否存在分辨衰减，若图像在TDI方向上无分辨衰减，可认为该速度与行频匹配，由公式②计算出被测镜头焦距；若图像在TDI方向上存在较大分辨衰减，根据衰减程度选择速度增加量，重复步骤三和步骤四；经过m次试验，最终获取最佳分辨图像，计算出被测镜头焦距。

Claims (1)

1.一种光学***焦距检测方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一、选用亮度均匀的光源(1)、对比度为1000：1的4#标准鉴别率板作为目标板(2)，目标板(2)上刻有25组不同空间频率的光栅条纹，光源(1)发出的光线透过目标板(2)后形成莫尔条纹，莫尔条纹经放在气浮平台(4)上的平行光管(3)后，将目标板(2)的发散光变成平行光，平行光通过被测镜头(5)后，目标板(2)成像在被测镜头(5)的焦平面上；
步骤二、将被测镜头与TDICCD(6)放置在的精密转台(7)上，被测镜头(5)放置在精密转台(7)中心处，TDICCD(6)放置精密转台(7)的边缘，且与被测镜头(5)的焦平面重合，接通TDICCD(6)电源，利用计算机对TDICCD(6)进行配置，确定TDICCD(6)行转移脉冲信号的驱动频率fT，由像移线速度可知，行转移脉冲信号驱动频率fT与像移线速度v成比例关系，
根据公式①、②和被测镜头的粗测焦距和误差范围Δf，估计出精密转台(7)的转速范围其中，D表示电荷包在行间移动一个像素的位移；
步骤三、在精密转台(7)的转速范围内设定一个速度值，在转台控制器上输入精密转台(7)转动起始位置、结束位置和速度值，驱动精密转台(7)从起始位置平稳旋转，到达结束位置时停止运动，并返回起始位置，计算机控制TDICCD(6)从起始位置开始转动时，发出行转移脉冲信号，并开始记录图像，到达结束位置时，停止记录图像和发出行转移脉冲信号；
步骤四、以步骤三中设定的速度驱动精密转台，从起始位置平稳旋转开始拍照，到达结束位置时停止拍照，并返回起始位置，记录图像，该过程重复4～5次，以获得4～5幅图像；
步骤五：读取图像进行综合判读，判断图像在TDI方向上是否存在分辨衰减，若图像在TDI方向上无分辨衰减，可认为该速度与行频匹配，由公式②计算出被测镜头焦距；若图像在TDI方向上存在较大分辨衰减，根据衰减程度选择速度增加量，重复步骤三和步骤四；经过m次试验，最终获取最佳分辨图像，计算出被测镜头焦距。
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