專利名稱：一種畸變測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光學(xué)系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及一種畸變測試儀。
背景技術(shù)：
任何光學(xué)系統(tǒng)都難以做到完善成像的要求，只是像差的大小不同而已。光 學(xué)系統(tǒng)存在畸變將直接影響成像目標(biāo)的幾何位置精度。因此，對于精密測量相
機，如航空測量相機、彈道測量相機、CCD數(shù)碼相機等，畸變的大小對相機測量 精度具有決定性的因素。為了得到準(zhǔn)確的幾何位置圖像，相機在進行光學(xué)設(shè)計 時不僅要盡可能對畸變進行校正，而且要對實際光學(xué)系統(tǒng)需要進行精密的畸變 量測定，以便提供在使用中的修正值。
目前國內(nèi)檢測畸變的方法都采用《GJB501B-2004》中規(guī)定的方法(目標(biāo)圖 案板測量畸變)，即在被測光學(xué)系統(tǒng)像面處安裝標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板，并將光學(xué)系統(tǒng)固定 在精密轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心，在被測光學(xué)系統(tǒng)物方用望遠(yuǎn)鏡觀察網(wǎng)格板經(jīng)鏡頭所成的 像，并用轉(zhuǎn)臺記錄每個像高對應(yīng)的角度。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡測出的像高及轉(zhuǎn)臺記錄的 角度值，計算被測光學(xué)系統(tǒng)畸變。測試裝置如圖l所示。該方法存在以下缺點
1、 測量精度低。在該方法中采用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)格板，其網(wǎng)格板的裝調(diào)誤差以及本 身刻線誤差大大降低了測量精度；同時由于人眼直接進行觀察，個體之間的差 異導(dǎo)致瞄準(zhǔn)誤差；再加之精密轉(zhuǎn)臺角度誤差等因素的存在使得畸變的測量精度 只能到士3ym。
2、 安裝調(diào)試工作復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，測試效率低。測試前，首先要將網(wǎng)格 板的中心與被測物鏡的光軸重合，裝調(diào)工作費時費力，需要測試人員至少3到5 名配合工作才能完成整個裝調(diào)工作，且裝調(diào)好后穩(wěn)定性差，重復(fù)測量精度低。
3、 對被測系統(tǒng)工作波段要求較高。由于該方法主要靠人眼進行瞄準(zhǔn)測量， 只適用于對可見光波段光學(xué)系統(tǒng)進行測試。
4、 測試數(shù)據(jù)記錄費時費力。此方法所有數(shù)據(jù)均靠人為手工記錄，最后再將 數(shù)據(jù)輸入計算機進行處理，這種記錄及處理數(shù)據(jù)的方法難免出現(xiàn)一些不必要的粗大誤差。
實用新型內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種測量精 度高、效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且功能可以擴展的畸變測試儀。
本實用新型的技術(shù)解決方案是本實用新型提供了一種畸變測試儀，包括 轉(zhuǎn)臺，其特殊之處在于該測試儀還包括光源以及顯微成像系統(tǒng)；所述光源以 及顯微成像系統(tǒng)處于同一光軸上并置于轉(zhuǎn)臺兩側(cè)。
上述測試儀還包括平行光管；所述平行光管置于光源和轉(zhuǎn)臺之間并與光源 及顯微成像系統(tǒng)置于同一光軸上。
上述測試儀還包括測長裝置；所述顯微成像系統(tǒng)固定于測長裝置之上。
上述測長裝置包括激光干涉儀、反射鏡和兩維導(dǎo)軌；所述反射鏡固定于兩 維導(dǎo)軌的橫向?qū)к墏?cè)面；所述反射鏡法線垂直于光軸；所述激光干涉儀出射光 束垂直反射鏡；所述激光干涉儀與兩維導(dǎo)軌固定于測長裝置之上。
上述轉(zhuǎn)臺是高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺。
上述高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺是采用27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到o.or的高
精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺。
上述顯微成像系統(tǒng)是CCD顯微測量系統(tǒng)。
上述CCD顯微測量系統(tǒng)是分辨率可以達(dá)到O. 1 u m的高分辨率顯微測量系統(tǒng)。
上述光源是激光光源或者點光源。
本實用新型的優(yōu)點是
1、測量精度高。本實用新型采用的精密轉(zhuǎn)臺，該精密轉(zhuǎn)臺精度高、性能穩(wěn) 定，可實現(xiàn)精確定位，轉(zhuǎn)臺總精度優(yōu)于0.7〃 ；同時在測長裝置中所采用的激光 干涉儀利用激光器作為測試光束，實現(xiàn)尺寸的精密測量，精度可以達(dá)到10nm; 加上對CCD采集的圖像進行直方圖均衡，數(shù)字濾波，邊緣增強，最佳閾值選擇等 算法使圖像去除噪聲，使目標(biāo)更清晰。同時采用亞像元細(xì)分技術(shù)，窗口圖像相 應(yīng)放大顯示，可得到1/10像元的分辨率，釆用質(zhì)心算法對目標(biāo)進行判讀。結(jié)合 CCD顯微測量系統(tǒng)的放大率，圖像判讀精度可以達(dá)到0.02^m，本實用新型的絕 對畸變測量精度可以達(dá)到0.2um，測量精度高。2、 安裝調(diào)試工作自動化重度高，測量效率高。本實用新型中所用到的精密 轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動可以通過計算機進行控制，控制精度高，運動平穩(wěn)；且本實用新型 用CCD顯微測量系統(tǒng)代替了人眼，大大提高了測量精度及測量效率，使測量時間 從原來的2小時提高到0. 5個小時，測試人員從原來的三到五名減少到兩人即可 完成。
3、 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，重復(fù)測量精度高。本實用新型釆用平行光管提供點目標(biāo)，而 且轉(zhuǎn)臺運動平穩(wěn)，CCD顯微測量系統(tǒng)安裝穩(wěn)定，使得重復(fù)測量精度明顯提高。
4、 被測光學(xué)系統(tǒng)工作波段不再受限。本實用新型中的CCD顯微測量系統(tǒng)，光 學(xué)系統(tǒng)采用平場復(fù)消色差設(shè)計，分辨率高、像質(zhì)優(yōu)而且具備較高的有效放大率， 光譜響應(yīng)可以覆蓋從可見光到近紅外，避免了對被測光學(xué)系統(tǒng)工作波段的限制。
5、 數(shù)據(jù)處理方便快捷。本實用新型可通過相關(guān)的調(diào)試及圖像判讀以及測試 分析軟件，對測試過程中產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)都保存于計算機中。圖像判讀軟件不 僅可以實時給出目標(biāo)的坐標(biāo)位置，而且在軟件中加入了圖像存儲功能，已被事 后進行測試數(shù)據(jù)的分析?；償?shù)據(jù)處理及分析軟件可以直接讀取計算機中保存 的數(shù)據(jù)進行分析計算，不必像傳統(tǒng)的方法那樣靠人工進行數(shù)據(jù)的記錄，再導(dǎo)入 計算機進行分析計算。
6、 實時性好、擴展功能強。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，方便多人同時觀測全部 測試過程，同時不僅可以對光學(xué)系統(tǒng)的畸變進行高精度測試，而且可以對被測 系統(tǒng)的焦距，成像質(zhì)量等進行實時測量。


圖l為傳統(tǒng)畸變測量裝置示意圖2為本實用新型所提供的較佳實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

參見圖2，本實用新型提供了一種畸變測試儀，包括轉(zhuǎn)臺3，該測試儀還包 括光源l、平行光管2、以及顯微成像系統(tǒng)8;光源l、平行光管2以及顯微成像系 統(tǒng)8依次置于同一光軸9上。
該高精度畸變測試儀還包括測長裝置IO，顯微成像系統(tǒng)8固定于測長裝置10 上。該測長裝置10包括激光干涉儀7、反射鏡5和兩維精密導(dǎo)軌6;所述反射鏡5固定于兩維導(dǎo)軌6的橫向?qū)к墏?cè)面；所述反射鏡5法線垂直于光軸9;所述激光干
涉儀7出射光束垂直反射鏡5;所述激光干涉儀7與兩維導(dǎo)軌6固定于測長裝置10 之上。兩維精密導(dǎo)軌6還可以是其它現(xiàn)有技術(shù)中存在的可以對長度進行測試的儀 器。兩維精密導(dǎo)軌6由橫向?qū)к壟c縱向?qū)к壗M成，橫向?qū)к壷傅氖菍?dǎo)軌移動方向 與光軸方向垂直的導(dǎo)軌，縱向?qū)к壷傅氖菍?dǎo)軌移動方向與光軸平行的導(dǎo)軌。
測長裝置10在工作時，激光干涉儀7瞄準(zhǔn)反射鏡，對激光干涉儀7進行清零 以確定長度測量的起點位置，由于反射鏡位于移動兩維精密導(dǎo)軌6橫向?qū)к壍膫?cè) 面，當(dāng)移動兩維精密導(dǎo)軌6的橫向?qū)к墪r可以帶動反射鏡移動，激光干涉儀7就 可以精確的測量出反射鏡移動的距離，從而確定長度值。
轉(zhuǎn)臺2是高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺，是采用27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到0. 01"
的高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺；也可以是其它現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)臺。
顯微成像系統(tǒng)8是高分辨率的CCD顯微測量系統(tǒng)，也可以是現(xiàn)有的其它光電 成像系統(tǒng)所代替。高分辨率的CCD顯微測量系統(tǒng)是分辨率可以達(dá)到O. lum的高分 辨率顯微測量系統(tǒng)。
光源l可以是激光光源、點光源或者任何一種光源，只要求能夠照亮平行光 管2像面處的目標(biāo)即可。
在平行光管2焦面處安裝星點目標(biāo)，并用均勻光源l將其照亮，平行光管2能 夠?qū)Ρ粶y光學(xué)系統(tǒng)4提供無窮遠(yuǎn)的目標(biāo)，在使用過程中，將被測光學(xué)系統(tǒng)4固定 在精密轉(zhuǎn)臺3之上，調(diào)整兩維精密導(dǎo)軌6，使高分辨率的CCD顯微測量系統(tǒng)的位置 位于被測光學(xué)系統(tǒng)4的最佳焦面處，再調(diào)整被測光學(xué)系統(tǒng)4的安裝位置使其入瞳 位于高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心，以保證被測光學(xué)系統(tǒng)4全部視場光束不被遮攔， 并使光源l、平行光管2、被測光學(xué)系統(tǒng)4以及高精度CCD顯微測量系統(tǒng)處于同一 光軸9上。轉(zhuǎn)動精密轉(zhuǎn)臺得到標(biāo)準(zhǔn)角度，并移動兩維精密導(dǎo)軌6，使高分辨率的 CCD顯微測量系統(tǒng)采集圖像，通過圖像處理軟件判讀星點像的位置，同時用計算 機采集激光千涉儀7的數(shù)據(jù)及精密轉(zhuǎn)臺的角度值，根據(jù)畸變數(shù)據(jù)處理公式計算被 測光學(xué)系統(tǒng)4不同視場的畸變值。
權(quán)利要求1、一種畸變測試儀，包括轉(zhuǎn)臺，其特征在于該測試儀還包括光源以及顯微成像系統(tǒng)；所述光源以及顯微成像系統(tǒng)處于同一光軸上并置于轉(zhuǎn)臺兩側(cè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的畸變測試儀，其特征在于所述測試儀還包括平 行光管；所述平行光管置于光源和轉(zhuǎn)臺之間并與光源及顯微成像系統(tǒng)置于同一 光軸上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的畸變測試儀，其特征在于所述測試儀還包括測 長裝置；所述顯微成像系統(tǒng)固定于測長裝置上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的畸變測試儀，其特征在于所述測長裝置包括激 光干涉儀、反射鏡和兩維導(dǎo)軌；所述反射鏡固定于兩維導(dǎo)軌的橫向?qū)к墏?cè)面； 所述反射鏡法線垂直與光軸；所述激光干涉儀出射光束垂直反射鏡；所述激光 干涉儀與兩維導(dǎo)軌固定于測長裝置之上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的畸變測試儀，其特征在于所述轉(zhuǎn)臺是 高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的畸變測試儀，其特征在于所述高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺 是采用27位軸角編碼器且分辨率可以達(dá)到0.01"的高精度數(shù)顯轉(zhuǎn)臺。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的畸變測試儀，其特征在于所述顯微成像系統(tǒng)是CCD顯微測量系統(tǒng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的畸變測試儀，其特征在于所述CCD顯微測量系統(tǒng) 是分辨率可以達(dá)到O. 1 p m的高分辨率顯微測量系統(tǒng)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的畸變測試儀，其特征在于所述光源是激光光源或者點光源。
專利摘要本實用新型涉及一種畸變測試儀，包括轉(zhuǎn)臺，該測試儀還包括光源以及顯微成像系統(tǒng)；光源以及顯微成像系統(tǒng)處于同一光軸上并置于轉(zhuǎn)臺兩側(cè)。本實用新型提供了一種測量精度高、效率高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且功能可以擴展的畸變測試儀。
文檔編號G01M11/02GK201255686SQ20082003033
公開日2009年6月10日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者艷 周, 張周鋒, 明 昌, 虎 王, 鋒 王, 趙建科 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機械研究所