一种光学系统弥散斑和色偏差测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种光学系统弥散斑和色偏差的测试装置，该装置包括单色仪、目标靶轮、平行光管、转台、ＣＣＤ显微测量单元以及采集与控制计算机；单色仪、目标靶轮、平行光管以及ＣＣＤ显微测量单元依次位于同一光轴上；转台用于设置被测光学系统和ＣＣＤ显微测量单元；转台、单色仪和ＣＣＤ显微测量单元都和采集与控制计算机连接。本实用新型专利技术能够有效的测试各种光学系统在不同波长范围下的弥散斑直径和色偏差，很好的保证了光学系统的成像质量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种光学系统弥散斑和色偏差的测试装置。
技术介绍
CCD星敏感器属于高精度光学敏感器，是以恒星作为测量基准的姿态敏感器，主要给航天器的飞行姿态及位置提供准确的信息。其基本原理是通过光学系统将瞬间视场中的若干恒星成象于CCD光敏面上，经过图像处理与星表进行拟合，完成对视场内恒星的识别，进而可以确定当前时刻敏感器光轴在惯性坐标系下的指向。姿态测量是通过恒星间角距的测量来实现的，而星象中心计算精度直接影响角距的测量，由此可见星象的质量在姿态测量中的重要性，因此说光学系统的优劣不仅直接影响星敏感器的测量精度，而且关系到整个星敏感器能否正常工作。普通光学系统都要求在象面上的点扩散直径越小越好，而星敏感器光学系统在象质上要求与一般光学系统不同，为了正确识别出星体和判断卫星的准确位置，它要求全视场范围内星体重心定位精度高，即在象面上点扩散圆的直径分布在一个特定的范围，同时在光谱范围内重心偏差值也要小，因此光学系统必须要校正的是由于像点能量扩散不对称而引起的像差，即造成像点中心偏移和几何失对称的畸变和彗差(随视场不同而变化)。 一般情况下，光学系统设计时已经将此象差校正到相当小数量级，但是经过加工、装配以及材料本身的影响，实际上的光学系统象差结果与设计值有很大的出入，这就需要对光学系统不同视场、不同波长的弥散斑直径和色偏差进行定量的测量，判定其是否满足所需的象质要求。对于星敏感器这样一个要达到角秒级测量精度的敏感器来说，光学系统带来的误差，要占其总误差中相当大部分，从而限制了敏感器精度的进一步提高，随着卫星姿态控制要求的日益提高，对星敏感器的精度要求必将更高，而且其工作波段已由可见光逐渐向紫外及近红外波段发展，因此传统专业人员通过眼睛目视观察测量星敏感器光学系统性能已远远不能满足要求。 传统的光学系统弥散斑测试原理参见图l，将被测光学系统104固定在光具座转 台103上，光源100前加滤光片101，照亮平行光管102焦面上的星点，利用光具座的平行光 管102形成无穷远目标，以人眼为接收器，在被测光学系统像面处采用读数显微镜105观察 弥散斑形状并测量弥散斑直径。该方法存在以下缺点 1、测量精度低。由于利用人眼进行观测，人眼看到的只是几何形状的分布，而不是 能量的分布，并不能真实的反映被测光学系统的弥散斑分布情况，同时由于个体之间的差 异导致瞄准误差大，弥散斑尺寸测试精度在10 ii m左右，只能大致判定色偏差值的范围，不 能精确测得色偏差值。 2、安装调试工作复杂，测试效率低。由于光具座使用的是卤钨灯光源，若想得到单 色波长的弥散斑必须在光源前加干涉滤光片，这样使得接收到的能量大大降低，并且由于 不同滤光片的透过率不同，导致能量不均匀，满足测量需要的最佳像面不容易找到，调整过 程费时费力； 3、受人眼视见函数限制，被测光学系统的光谱范围只能限制在可见光范围内。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中所存在的技术问题，本技术提出了一种利用CCD显微测 量单元自动测量光学系统弥散斑和色偏差的装置，并提出了光学系统弥散斑和色偏差判读 的算法，并且此装置能够有效的测试各种光学系统在不同波长范围下的弥散斑直径和色偏 差，很好的保证了光学系统的成像质量。 本技术的技术解决方案是一种光学系统弥散斑和色偏差的测试装置，该装 置包括单色仪、目标靶轮、平行光管、转台、CCD显微测量单元以及采集与控制计算机；所述 单色仪、目标靶轮、平行光管以及CCD显微测量单元依次位于同一光轴上；所述转台用于设 置被测光学系统和CCD显微测量单元；所述转台、单色仪和CCD显微测量单元都和采集与控 制计算机连接。 上述CCD显微测量单元由显微物镜、CCD探测器，二维位移台以及控制器组成；显 微物镜与CCD探测器通过镜筒连接设置在二维位移台上；二维位移台连接于控制器。 上述测试装置还包括目标控制器，所述目标控制器连接目标靶轮和采集与控制计 算机。 上述测试装置还包括移动控制箱，所述移动控制箱分别与CCD显微测量单元和转 台连接。 上述平行光管是全反射式，所述转台是电动控制的数显转台，所述转台上设置有 导轨。 本技术的优点是 1、测量精度高。CCD显微测量单元的光学系统，采用平场复消色差设计，具有优 异的成像质量和较高的放大倍率，目标像经过显微物镜放大后在CCD靶面成像，图像处 理软件配合相应的算法，使弥散斑测量精度可以达到0.5iim，色偏差测量精度可以达到 0. 3践。 2、编制高精度的图像判读软件弥散斑判读方法采用图像预处理合成技术，将采集的图像预先自适应背景处理，按照瑞利判据的能量分布要求提取目标理想能量分布，并按照具体弥散斑包含的能量范围要求确定其理论弥散斑尺寸，以此为半径在图像上画圆，并将此图像再与原图合成(合成时必须使两幅图中弥散斑的中心重合)形成弥散斑能量合成图，按照合成图弥散斑半径，进行实际图像弥散斑直径的测量处理，得到要求的弥散斑直径。由于CCD探测器测量得到的图像弥散斑大小是以CCD探测器像元尺寸为衡量单位，此算法中为了提高测量精度，图像处理中对像元采取了亚像元细分技术。 3、测试自动化程度、效率高。传统方法中靠人眼进行瞄准，不仅瞄准精度低，而且较为费时费力，一个测回最少需要3名人员用时2-3小时。新方法中，用CCD显微测量单元代替了人眼，可实时方便的进行调整，大大提高了测量效率，一个测回最多需要2名人员用时30分钟。 4、光谱测量范围宽。本技术可以真实地测量出被测光学系统弥散斑能量分布 情况，采用CCD作为接收器，满足光学系统实际应用的需要，可以实现全谱段测量。 5、数据处理方便快捷。编制了自动化程度高的调试及测试分析处理软件，测试过 程中产生的有效数据都能实时处理和存储在计算机中，同时也保存了原始图像，便于后续的处理和分析。 6、实时性好、扩展功能强。本技术结构简单，方便多人同时观测全部测试过 程，不仅可以对光学系统的弥散斑、色偏差进行高精度测试，而且可以对被测光学系统的焦 距、畸变、成像质量等进行实时测量。附图说明图1是现有技术的结构示意图； 图2是本技术的结构示意图。具体实施方式参见图2，本技术提供的敏感器光学系统弥散斑和色偏差测试装置，包括单色 仪1、目标靶轮2、目标控制器3、平行光管4、被测光学系统5、二维CCD显微测量单元6、数显 转台7、控制器8、采集与控制计算机9、减震平台10 ;单色仪1的光谱范围要求能够覆盖被 测光学系统的光谱范围；单色仪1通过计算机控制，将目标单元照亮；目标靶轮2和目标控 制器3组成一 目标单元，，目标靶轮2是在一个圆盘上同时装有多个目标板，由目标控制器 3控制其转动，主要用于提供不同大小的星点目标；目标靶轮2连接于目标控制器3，目标控 制器3与采集与控制计算机9连接；平行光管4为全反射式，可以提供理想的无穷远目标； 数显转台7是电动控制的，并且转台上设置有导轨，二维CCD显微测量单元6可以在导轨上 运动；数显转台7连接于采集与控制计算机9，可以进行实时显示，用于提供被测光学系统 不同视场的位置角度；二维CCD显微测量单元6由不同显微物镜、CCD探测器、二维位移台 及控制器8组成，显微物镜与CCD探测器通过镜筒连接设置在二维位移台上；二维位移台连 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学系统弥散斑和色偏差的测试装置，其特征在于：该装置包括单色仪、目标靶轮、平行光管、转台、ＣＣＤ显微测量单元以及采集与控制计算机；所述单色仪、目标靶轮、平行光管以及ＣＣＤ显微测量单元依次位于同一光轴上；所述转台用于设置被测光学系统和ＣＣＤ显微测量单元；所述转台、单色仪和ＣＣＤ显微测量单元都和采集与控制计算机连接。

【技术特征摘要】
一种光学系统弥散斑和色偏差的测试装置，其特征在于该装置包括单色仪、目标靶轮、平行光管、转台、CCD显微测量单元以及采集与控制计算机；所述单色仪、目标靶轮、平行光管以及CCD显微测量单元依次位于同一光轴上；所述转台用于设置被测光学系统和CCD显微测量单元；所述转台、单色仪和CCD显微测量单元都和采集与控制计算机连接。2. 根据权利要求l所述的光学系统弥散斑和色偏差的测试装置，其特征在于所述CCD 显微测量单元由显微物镜、CCD探测器，二维位移台以及控制器组成；显微物镜与CCD探测 器通过镜筒连...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艳，赵建科，陈永权，张洁，徐亮，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]