CN105716831B - 一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器*** - Google Patents

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Abstract

本发明属于光学测试技术领域，尤其涉及一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，包括物镜组件、分划板组件、照明组件、测微头和机械支撑结构，还包括像质补偿镜，该***通过在物镜组件的焦平面前增加像质补偿镜，实现了0.5m至无穷远景物目标的模拟功能，解决了传统景物模拟只能模拟100倍焦距至无穷远物距景物模拟的缺点，并且本发明具较大视场，填补了国内外在大视场超大动态范围物距的景物模拟***的空白，本发明可以模拟0.5m至无穷远距离的景物目标，其物镜模拟精度可以达到1％。

Description

一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***
技术领域
本发明属于光学测试技术领域，尤其涉及一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***。
背景技术
景物模拟器是一种在地面上模拟测试目标，以便对被测相机的识别算法、成像质量进行功能和性能测试的检测设备。目前，国内外通用的无穷远景物模拟器为平行光管，通过在光学***焦平面上安装静态分划板或者动态目标模拟器模拟无穷远目标，对被测相机进行成像质量测试与评价；而对于有限远目标的模拟，方法有两种，第一种是通过对平行光管焦面上安装的目标板进行离焦，来模拟有限远的景物目标，第二种是定制有限远的景物模拟器。
对于测试设备而言，首先必须保证的是其性能指标应高于被测相机的技术一个量级，其次是其应具有高的性价比和较强的通用性，而上述两种有限远景物模拟器均存在一定的缺陷：第一种景物模拟器可以模拟器无穷远目标至有限远目标，其实现原理是通过对焦面上安装的分划板进行一定量的离焦来实现，但由于光学***光学特性(景深)本身的限制，为了保证其模拟的景物具有很高的像质保证测试精度，其模拟的物距一般不能小于100倍的焦距，所以，对于一个1m焦距的平行光管而言，其模拟的最近距离景物目标为100m，且其模拟景物的视场很小，一般为“分”级；而对于上述提到的第二种景物模拟器，为定制景物模拟器，这种景物模拟器可以根据被测相机观测距离进行定制，可以模拟超近距离目标，但是这种景物模拟器同样受到光学特性(景深)的限制，只能模拟一定距离范围内的景物，如3m～5m等，不能实现大动态范围景物目标的模拟，只能使用与特定的相机，不具备通用性，性价比较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，达到提供一种大视场，可模拟超近距离至无穷远距离，且在模拟各种不物距景物目标时，成像质量达到衍射极限的目的。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，包括物镜组件、分划板组件、照明组件、测微头和机械支撑结构，其特殊之处在于：还包括像质补偿镜；物镜组件、像质补偿镜、分划板组件、照明组件设置在机械支撑结构内部；像质补偿镜设置在物镜组件的焦平面前；分划板组件设置在物镜组件的焦平面上；照明组件设置在分划板组件的正后方；测微头设置在***的机械支撑结构外壁上，用来调整分划板组件及像质补偿镜与物镜组件的间距，像质补偿镜和分划板组件的相对位置不变。
照明组件为一个均匀面光源。
本发明实现超大动态范围物镜景物模拟的原理如下：
由于光学***受到光学像差的影响，当设计的光学***最佳成像物距为无穷远时，当通过简单的焦面组件离焦实现不同距离景物模拟时，由于光学***像差的存在，导致焦面组件在离焦过程中，光学***的像差会随着离焦量的增大而增大，一般情况下，对于最佳成像距离为无穷远的光学***，当模拟有限远景物目标是时，作为测试设备，可以接受的像差限制景物模拟***的最近模拟景物目标距离为100倍的焦距长度，因此，对于一个焦距为1m的景物模拟器，可以模拟100m至无穷远的景物目标，而对于100m以内的景物目标，由于其离焦量过大，光学***像差已经超过了作为测试设备所允许的范围。为了解决此问题，本发明通过在分划板组件前，增加一块像质补偿镜，像质补偿镜和分划板组件作为一个整体，当模拟不同距离景物目标时，像质补偿镜和分划板组件在***模拟不同物距景物目标时是相对静止的，通过像质补偿镜产生的像差补偿物镜组件产生的像差，从而使整个***实现从0.5m至无穷远距离景物目标的模拟，且本发明提出的光学结构在模拟0.5m至无穷远景物目标时，各个位置的成像质量均能达到衍射极限。
根据几何光学高斯公式，可以得出***模拟不同距离l景物目标时，景物模拟器焦 面组件的离焦量x为：
式中：x为景物模拟器焦面组件的离焦，单位：mm；
f为景物模拟的焦距，单位：mm；
l为景物模拟器需要模拟的景物距离，单位：mm。
本发明的有益效果是：该***通过在物镜组件的焦平面前增加像质补偿镜，实现了0.5m至无穷远景物目标的模拟功能，解决了传统景物模拟只能模拟100倍焦距至无穷远物距景物模拟的缺点，并且本发明具较大视场，填补了国内外在大视场超大动态范围物距的景物模拟***的空白，本发明可以模拟0.5m至无穷远距离的景物目标，其物镜模拟精度可以达到1％。
附图说明
图1是本发明光路图；
图2是本发明结构设计图；
图3是本发明在模拟0.5m、5m、50m和无穷远距离景物目标时的传递函数曲线图；
其中：1-物镜组件；2-像质补偿镜；3-分划板组件；4-照明组件；5-测微头；6-机械支撑结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明提供一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，包括物镜组件1、分划板组件3、照明组件4、测微头5和机械支撑结构6，还包括像质补偿镜2；物镜组件1、像质补偿镜2、分划板组件3、照明组件4设置在机械支撑结构6内部；像质补偿镜2设置在物镜组件1的焦平面前；分划板组件3设置在物镜组件1的焦平面上；照明组件4设置在分划板组件3的正后方；测微头5设置在***的机械支撑结构6外壁上；照明组件4为一个均匀面光源。
如图1所示，本发明的工作原理是：通过安装在机械支撑结构6上的照明组件4照亮分划板组件3，分划板组件3上刻有特定的景物图像。从分划板组件3上输出的光束首先经过像质补偿镜2后再经过物镜组件1出射，物镜组件1将分划板组件3成像到无穷远位置，像质补偿镜2的作用是补偿物镜组件1在模拟不同物距景物目标时产生的剩余像差；测微头5安装在***外侧的机械结构上，测微头5是用来调整分划板组件3及像质补偿镜2与物镜组件1的间距，从而实现不同物距景物目标的模拟功能。上述***中像质补偿镜2和分划板组件3的位置是相对固定的，在进行不同距离景物模拟时，像质补偿镜2和分划板组件3的相对位置不变。
由图3可以清晰看出，本发明所提供的景物模拟器在模拟0.5m至无穷远目标时，其调制传递函数(MTF)均接近衍射极限，即可证明本发明的***在0.5m至无穷远景物目标模拟时均具有良好的成像质量。

Claims (2)

1.一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，包括物镜组件、分划板组件、照明组件、测微头和机械支撑结构，其特征在于：还包括像质补偿镜；
所述物镜组件、像质补偿镜、分划板组件、照明组件设置在机械支撑结构内部；所述像质补偿镜设置在物镜组件的焦平面前；所述分划板组件设置在物镜组件的焦平面上；所述照明组件设置在分划板组件的正后方；所述测微头设置在***的机械支撑结构外壁上，用来调整分划板组件及像质补偿镜与物镜组件的间距，像质补偿镜和分划板组件的相对位置不变。
2.根据权利要求1所述的一种大视场超大动态范围物距的景物模拟器***，其特征在于：所述照明组件为一个均匀面光源。
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