一種目標模擬方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種目標模擬方法及裝置，解決了現有光學系統或者相機在可變物距條件下，不能連續提供目標對其成像質量精確標定的難題。該方法包括1】形成模擬所需要的最終目標；2】將模擬物鏡放置于被測物體與最終目標之間，調節最終目標至模擬物鏡的焦平面位置，可以模擬無窮遠目標，調節目標向靠近物鏡方向移動時，模擬的就是有限距離目標。僅采用一套設備，就可以給出空間任意位置的目標，即可以連續提供近距離目標和對無窮遠目標的模擬，不需要重新搭建平臺，同時模擬的距離精度在毫米量級，工作效率大幅度提高，適用于批量化檢驗，節省了成本和時間，解決了實驗室內無法對任意物距的有限共軛成像系統進行像質標定的難題。
【專利說明】一種目標模擬方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種目標模擬方法及裝置，尤其是一種用于測試光學系統或者相機成像質量的目標模擬方法及裝置。
【背景技術】
[0002]隨著載人航天計劃的逐步實施，飛船之間以及飛船與空間艙之間的交會對接會變得越來越普遍，這就要求用于對接的光學系統能夠觀察的不僅僅是無窮遠的目標，其物距范圍變得越來越寬，可以同時看清幾米直到無窮遠的目標；同時飛船內外使用的攝像裝置，也是用來觀察有限距離目標的。目前有限距離成像的光學系統被廣泛的應用于航天領域，并且使用范圍越來越廣泛。為了測試光學系統的這種成像能力，在實驗室必須能夠提供用于成像質量測試的目標模擬裝置用以驗證。傳統用來模擬目標的方法有兩種:一種是使用平行光管模擬無窮遠目標，只能對無限共軛成像光學系統進行標定，平行光管分劃板的制作比較復雜，并且不同的被測系統需要不同尺寸的分劃板，制作周期長且費用高。另外一種就是在近距離處擺放目標，模擬有限距離目標，此方法弊端較多:目標需要臨時搭建，費時費力；穩定性、重復性均不好；無法保證與被測光學系統同軸；每變換一個物距就要重新搭建一次；給出的物距準確度低，一般在幾十毫米；并且受實驗室條件限制，不能夠提供十幾米以上物距的目標。
【發明內容】
[0003]本發明提出了一種能連續提供近距離到無窮遠目標模擬的方法及裝置，解決了現有光學系統或者相機在可變物距條件下，不能連續提供目標對其成像質量精確標定的難題。
[0004]本發明采用的技術解決方案如下:
[0005]一種目標模擬方法，包括以下步驟:
[0006]I】形成模擬所需要的最終目標；
[0007]2】將模擬物鏡放置于被測系統與最終目標之間，調節最終目標至模擬物鏡的焦平面位置，此時從模擬物鏡出光口發出的是平行光，可以模擬無窮遠目標，將此時最終目標的位置記為零點；調節目標向靠近物鏡方向移動時，模擬的就是有限距離目標，模擬的距離由
公式L = H-/得到，其中L是所需要模擬的有限距離，單位mm ;f是模擬物鏡焦距，單位
Δ
mm ； Δ是目標相對于零點移動的距離,單位mm。
[0008]形成模擬所需要的最終目標的方法可以是:光源照亮分劃板形成最終目標；
[0009]也可以是:由目標發生器產生原始目標，經分光棱鏡透射到投影屏上，分光棱鏡同時將光源發出的光反射到投影屏上，形成模擬所需要的最終目標。
[0010]一種目標模擬裝置，包括模擬物鏡、投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源，所述模擬物鏡、投影屏、分光棱鏡、目標發生器依次同軸設置，所述分光棱鏡將光源發出的光反射到投影屏上，并將目標發生器產生的目標透射到投影屏上，所述投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源均固定于平移臺上，所述平移臺可相對于模擬物鏡運動。
[0011]分光棱鏡和目標發生器之間還同軸設置有變倍物鏡。
[0012]投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源均固定于第二鏡筒內，第二鏡筒固定在可移動的平移臺上。
[0013]模擬物鏡固定于第一鏡筒內，所述第一鏡筒和平移臺均設置于二維轉臺上。
[0014]目標發生器由計算機控制生成原始目標。
[0015]二維轉臺和平移臺的位置移動由計算機控制。
[0016]本發明的優點在于:
[0017]1、僅采用一套設備，就可以給出空間任意位置的目標，即可以連續提供近距離目標和對無窮遠目標的模擬，不需要重新搭建平臺，同時模擬的距離精度在毫米量級，工作效率大幅度提高，適用于批量化檢驗，節省了成本和時間，解決了實驗室內無法對任意物距的有限共軛成像系統進行像質標定的難題。
[0018]2、本裝置可以用于標定光學系統或者相機在可變物距條件下的成像質量；采用該裝置模擬有限距離目標時，穩定性高、重復性好，可以提供任意距離的目標； [0019]3、該裝置可以通過計算機控制目標發生器繪制任何形狀、任何大小的圖形在投影屏上顯示，進行目標模擬，并且目標可以根據需要實時更換，省去制作各種分劃板的繁瑣事且。
[0020]4、使用本裝置，目標發生器可以實時產生任意形狀目標，配合變倍物鏡使得目標的生成既方便精度又高，比如尺寸太小的星孔是很難制作的，我們就可以使用用于成像質量測試的目標模擬裝置先產生一個較大的星孔，再通過變倍物鏡縮小來得到一個較小的星孔。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的原理圖；
[0022]其中:1一被測系統；2—模擬物鏡；3—第一鏡筒；4一第二鏡筒；5—投影屏；6—分光棱鏡；7—變倍物鏡；8—目標發生器；9一二維轉臺；10—光源；11一平移臺；12—計算機。
【具體實施方式】
[0023]一種用于成像質量測試的目標模擬方法，包括以下步驟:
[0024]I】形成模擬所需要的最終目標；包括但不限于以下兩種方法:
[0025]方法一:光源照亮分劃板形成模擬所需要的最終目標，分劃板可以是不同形狀的。
[0026]方法二:由目標發生器產生原始目標，經分光棱鏡透射到投影屏上，分光棱鏡同時將光源發出的光反射到投影屏上，形成模擬所需要的最終目標。
[0027]較佳的，計算機控制目標發生器產生被測系統所需要的目標。
[0028]更佳的，目標發生器產生的目標經過變倍物鏡放大或縮小后再透過分光棱鏡被投影屏接收，形成模擬所需要的最終目標。
[0029]2】將模擬物鏡2放置于被測系統I與最終目標之間，調節最終目標至模擬物鏡的焦平面位置，此時從模擬物鏡出光口發出的是平行光，可以模擬無窮遠目標，將此時最終目標的位置記為零點；調節目標向靠近物鏡方向移動時，模擬的就是有限距離目標，模擬的距
離由公式Z = f2/Δ得到，其中L是所需要模擬的有限距離，單位mm ;f是模擬物鏡焦距，單
位mm; Λ是目標相對于零點移動的距離，單位mm。
[0030]較佳的，最終目標的位置移動由計算機精確控制；投影屏、分光棱鏡、變倍物鏡、目標發生器、光源、模擬物鏡作為整體均安裝在二維轉臺上可以提供不同角度的目標，進行被測系統軸外成像質量的標定，其角度的變化也可以由計算機精確控制。
[0031]該用于成像質量測試的目標模擬裝置的原理圖如圖1所示，包括第一鏡筒3和第二鏡筒4，第二鏡筒可沿第一鏡筒軸向方向運動，第一鏡筒內固定有模擬物鏡，第二鏡筒內離模擬物鏡由近至遠依次同軸設置有投影屏5、分光棱鏡6、變倍物鏡7和目標發生器8，分光棱鏡的另一光路上設置有光源。第二鏡筒固定在可移動的平移臺11上，第一鏡筒和平移臺均設置于二維轉臺9上。二維轉臺和平移臺的位置移動均由計算機控制。目標發生器由計算機控制生成原始目標。
[0032]模擬物鏡是將目標進行成像后作為無窮遠或有限距離的目標提供給被測系統，物鏡焦距根據實際要模擬的距離確定。物鏡可以是任何形式、任何波長的光學系統；
[0033]第一鏡筒是為了固定模擬物鏡，阻攔其它雜散光進入測試光路；
[0034]第二鏡筒是為了安裝投影屏、分光棱鏡、變倍物鏡、目標發生器、光源，盡量有效利用光源能量并阻攔環境雜散光；
[0035]分光棱鏡是使光源發出的光反射到投影屏上，均勻照亮投影屏，同時使目標發生器產生的目標透過投射到投影屏上；
[0036]投影屏接收目標發生器產生的原始目標，形成模擬所需要的最終目標，作為模擬物鏡的目標來提供；
[0037]目標發生器可以根據需要實時產生不同形狀、不同大小目標；變倍物鏡倍率可調，可以將目標發生器產生的圖形進行放大或縮小；目標發生器任意形狀目標，配合變倍物鏡使得目標的生成既方便精度又高，比如尺寸太小的星孔是很難制作的，我們就可以使用目標模擬裝置先產生一個較大的星孔，再通過變倍物鏡縮小來得到一個較小的星孔。
[0038]光源10可以是鹵素燈、積分球等一切能發光的物體，能夠照亮目標分劃板即可，只是光源的亮度及光譜范圍不同而已；
[0039]平移臺的作用是帶動第二鏡筒直線移動，可以是手動或者電控的，也可以是其它形式的直線導軌；
[0040]二維轉臺的作用是通過旋轉提供不同角度的目標，進行被測系統軸外成像質量的標定。
[0041]較佳的，二維轉臺和平移臺的位置移動均由計算機12精確控制。
[0042]使用時，目標發生器產生原始目標，經分光棱鏡透射在投影屏上，光源發出的光經分光棱鏡照射在投影屏上，在投影屏上形成模擬所需要的最終目標，最終目標經模擬物鏡出射，由平移臺帶動第二鏡筒在第一鏡筒內前后運動提供不同物距的目標。當投影屏位于模擬物鏡的焦平面位置時，從模擬物鏡出光口發出的是平行光，可以模擬無窮遠目標，將此時平移臺的絕對位置記為零點。當第二鏡筒隨平移臺向靠近物鏡方向移動時，模擬的就是有限距離目標。
[0043]本發明僅采用一套設備，就可以連續提供近距離目標和對無窮遠目標的模擬，不需要重新搭建平臺，同時模擬的距離精度在毫米量級。
【權利要求】
1.一種目標模擬方法，其特征在于:包括以下步驟: I】形成模擬所需要的最終目標； 2】將模擬物鏡放置于被測系統與最終目標之間，調節最終目標至模擬物鏡的焦平面位置，此時從模擬物鏡出光口發出的是平行光，可以模擬無窮遠目標，將此時最終目標的位置記為零點；調節目標向靠近物鏡方向移動時，模擬的就是有限距離目標，模擬的距離由公式L = f2/Δ - f得到，其中L是所需要模擬的有限距離，單位mm ；f是模擬物鏡焦距，單位mm ; Λ是目標相對于零點移動的距離，單位mm。
2.根據權利要求1所述的目標模擬方法，其特征在于:步驟I】具體為:光源照亮分劃板形成最終目標。
3.根據權利要求1所述的目標模擬方法，其特征在于:步驟I】具體為，由目標發生器產生原始目標，經分光棱鏡透射到投影屏上，分光棱鏡同時將光源發出的光反射到投影屏上，形成模擬所需要的最終目標。
4.一種目標模擬裝置，其特征在于:包括模擬物鏡、投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源，所述模擬物鏡、投影屏、分光棱鏡、目標發生器依次同軸設置，所述分光棱鏡將光源發出的光反射到投影屏上，并將目標發生器產生的目標透射到投影屏上，所述投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源均固定于平移臺上，所述平移臺可相對于模擬物鏡運動。
5.根據權利要求4所述的目標模擬裝置，其特征在于:所述分光棱鏡和目標發生器之間還同軸設置有變倍物鏡。
6.根據權利要求5所述的目標模擬裝置，其特征在于:所述投影屏、分光棱鏡、目標發生器和光源均固定于第二鏡筒內，第二鏡筒固定在可移動的平移臺上。
7.根據權利要求4或5或6所述的目標模擬裝置，其特征在于:所述模擬物鏡固定于第一鏡筒內，所述第一鏡筒和平移臺均設置于二維轉臺上。
8.根據權利要求7所述的目標模擬裝置，其特征在于:所述目標發生器由計算機控制生成原始目標。
9.根據權利要求8所述的目標模擬裝置，其特征在于:所述二維轉臺和平移臺的位置移動由計算機控制。
【文檔編號】G01M11/00GK103913292SQ201210591196
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年12月28日
【發明者】周艷, 趙建科, 徐亮, 劉峰, 張潔 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所
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