一种应用于光学检测设备的通用光学系统的制作方法

1.本发明属于光学检测技术领域，即一种应用于光学检测设备的大口径、长焦距、宽光谱的通用光学系统。


背景技术：

2.平行光管是光学检测领域的重要设备，为了检测光电成像装备中的多光轴平行性、视场、精度、零点跳动、变焦时间、目标线偏差与角偏差等指标，通常使用平行光管对其进行检测和提供基准。目前平行光管的光学系统主要有折射式光学系统、折反式光学系统、离轴反射式光学系统等三种形式；折射式光学系统性能稳定，主要用于可见光波谱检测、计量领域，无法完成紫外、红外等光学波谱检测，且该类光学系统长度随焦距值增大而增加，致使光学系统长度很长、难以便携；折反式光学系统性能相对比较稳定、长度短，但通常情况下难以满足宽光谱需求，主要用于可见光波谱检测、计量领域，无法完成紫外、红外等光学波谱检测；离轴反射式光学系统采用离轴、反射光学系统设计，该光学系统在光学长度、重量方面存在一定优势，但产品装调过程中，难度相对较大，批量工艺性欠佳，不易于大规模生产、推广。
3.以上几种形式的光学系统均是只能针对某一领域的装备进行检测，无法满足现行多种装备的宽光谱检测，且对装备检测的指标和要求唯一，不能完成通用检测的要求，为了满足多种型号系统的技术维护、检测和修理质量检验，急需一种应用于光学检测设备的高指标、长焦距、大口径、宽光谱的通用光学系统。


技术实现要素：

4.为了解决大口径、长焦距、宽光谱、高指标且易于批量生产的通用光学系统需求，本发明设计了一种应用于光学检测设备的通用光学系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种应用于光学检测设备的通用光学系统，其特征在于，所述通用光学系统包括主反射镜、次反射镜、可见光精度分划板、可见光灵敏度分划板、红外精度分划板、红外灵敏度分划板组成的架构，所述主反射镜、次反射镜采用同轴式平面安装方式，且主反射镜、次反射镜均为非球面曲面元件；其中，主反射镜的曲率半径为sr960.36，k=0，四次项系数为2.4693963e-010，六次项系数为3.98131983e-016，八次项系数为-1.6044969e-020；次反射镜的曲率半径为sr343.32，k=-2.380518，四次项系数为2.8691271e-009，六次项系数为-3.1816721e-012，八次项系数为3.8981899e-015；所述通用光学系统的参数如下：波长全光谱，焦距f=1600毫米
±
5毫米，视场≥
±
40
′
，分辨率≤1
″
，通光口径≥160毫米，总长≤380毫米。
6.进一步地，所述主反射镜、次反射镜均采用航空铝材质，极大减少了因不同材料、不同温度下应力变形导致的像差，同时满足高温﹢50℃、低温-40℃的工作环境适应性要求。
7.进一步地，所述可见光精度分划板、可见光灵敏度分划板、红外精度分划板、红外
灵敏度分划板位于光学系统的焦平面上，用于模拟无穷远的目标和为成像装备提供指标参数，同时通过对可见光精度分划板、可见光视场分划板和红外精度分划板、红外视场分划板的转换，可实现对不同装备、不同指标的融合型检测。
8.进一步地，所述可见光精度分划板和可见光灵敏度分划板采用k9光学玻璃，可见光精度分划板和可见光灵敏度分划板上均刻有不同功能检测指标的图案，如测角精度、大小视场等，可为不同装备提供无穷远的全波段模拟目标。
9.进一步地，所述红外精度分划板和红外灵敏度分划板采用zns光学晶体，红外精度分划板和红外灵敏度分划板上均刻有不同功能检测指标的图案，如红外测角精度、红外大小视场等，可为不同装备提供无穷远的全波段模拟目标。
10.进一步地，所述主反射镜、次反射镜的工作面即为反射面，不存在色差，能够满足紫外、可见光、红外等波谱装备的检测，且不同波谱的焦平面完全重合，从而使分划板的位置相对固定，可大幅减少因焦平面分离带来的复杂精密的调整机构。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：1、具有宽光谱融合光学设计技术主反射镜、次反射镜采用非球面反射式光学设计，实现了从紫外、可见光到红外波段的宽光谱融合技术。
12.2、具有大口径、长焦距、高指标的光学性能本光学系统采用通光口径≥160mm、焦距f=1600mm、分辨率≤1
″
等光学指标，可解决对七种光电成像装备检测所需的大口径、长焦距、高分辨率等高指标的需求。
13.3、采用同轴式光学设计技术采用同轴式光学系统，对光学系统尺寸布局及公差合理，冗余量大，光学焦距调整尺寸公差达
±
0.07mm，减少了整机装调难度，有利于批量生产。
14.4、适用性强通过对分划组件的共轴更换，实现对光电成像装备的性能指标检测，适用于七种光电成像装备的技术维护、检测和修理。
附图说明
15.图1是本发明平行光学系统图；图2是本发明光学系统可见光点列图；图3是本发明光学系统可见光场曲、像散畸变曲线图；图4是本发明光学系统可见光球差和轴向色差曲线图；图5是本发明光学系统可见光垂轴色差曲线图；图6是本发明光学系统红外点列图；图7是本发明光学系统红外场曲、像散畸变曲线图；图8是本发明光学系统红外球差和轴向色差曲线图图9是本发明光学系统红外垂轴色差曲线图；图10是本发明光学系统全光谱点列图；图11是本发明光学系统全光谱场曲、像散畸变曲线图；图12是本发明光学系统全光谱球差和轴向色差曲线图；
图13是本发明光学系统全光谱垂轴色差曲线图；图1中的标记为：1、次反射镜，2、主反射镜，3、可见光精度分划板，4、可见光灵敏度分划板，5、红外精度分划板，6、红外灵敏度分划板。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例，对本发明技术方案的具体实施方式作如下详细的说明。
17.如图1-13所示，本实施例的一种应用于光学检测设备的通用光学系统，采用主反射镜2、次反射镜1、可见光精度分划板3、可见光灵敏度分划板4、红外精度分划板5、红外灵敏度分划板6组织架构，如图1所示，主反射镜2、次反射镜1采用同轴式平面安装方式，可见光精度分划板3、可见光灵敏度分划板4、红外精度分划板5、红外灵敏度分划板6位于光学系统的焦面上，用于模拟无穷远的目标和为成像装备提供指标参数，同时通过高精度转换分划板，可实现对不同装备、不同指标的融合型检测。
18.主反射镜2、次反射镜1均为非球面曲面元件；其中，主反射镜2的曲率半径为sr960.36，k=0，四次项系数为2.4693963e-010，六次项系数为3.98131983e-016，八次项系数为-1.6044969e-020；次反射镜1的曲率半径为sr343.32，k=-2.380518，四次项系数为2.8691271e-009，六次项系数为-3.1816721e-012，八次项系数为3.8981899e-015。主反射镜2、次反射镜1均采用航空铝材质，极大减少了因不同材料、不同温度下应力变形导致的像差，同时满足高温﹢50℃、低温-40℃的工作环境适应性要求。
19.本发明通用光学系统的参数如下：波长全光谱，焦距f=1600毫米
±
5毫米，视场≥
±
40
′
，分辨率≤1
″
，通光口径≥160毫米，总长≤380毫米；具有重量轻、体积小、无色差、分辨力高、适合各种波段的可见光、红外光以及紫外光等优点。
20.本实施例中，可见光精度分划板3和可见光灵敏度分划板4采用k9光学玻璃，可见光精度分划板3和可见光灵敏度分划板4上均刻有不同功能检测指标的图案，如测角精度、大小视场等，可为不同装备提供无穷远的全波段模拟目标。
21.本实施例中，红外精度分划板5和红外灵敏度分划板6采用zns光学晶体，红外精度分划板5和红外灵敏度分划板6上均刻有不同功能检测指标的图案，如红外测角精度、红外大小视场等，可为不同装备提供无穷远的全波段模拟目标。
22.本实施例中，主反射镜2、次反射镜1的工作面即为反射面，不存在色差，能够满足紫外、可见光、红外等波谱装备的检测，且不同波谱的焦平面完全重合，从而使分划板的位置相对固定，可大幅减少因焦平面分离带来的复杂精密的调整机构。
23.由图4、图5、图8、图9、图12、图13可以看出，该光学系统无论是在可见光波段，红外波段，全光谱波段，无轴向色差和垂轴色差，仅存在少量球差，且球差值小于允许值。由图3、图7、图11可以看出，该系统的场曲与像散满足要求，畸变极小。由图2、图6、图10可以看出，该系统的点列图极小，特别是中心视场，极大地保证系统的高分辨力。由此可以看出，本发明光学系统成像质量优异，为整机良好的成像质量打下基础。
24.本发明的主反射镜2、次反射镜1均采用同轴式光学方案，并引入高次非球面曲率半径，可提高系统的成像质量，满足分辨率≤1
″
的需求，还能大幅减少光学系统的长度，满足指标≤380毫米的要求。通过对系统中f数的调整和设计，可使通光口径≥160毫米、焦距f=1600毫米
±
5毫米、视场≥
±
40
′
，同时满足七种不同型号光电成像装备系统的技术维护、
检测和修理质量检验。
25.本发明通过对光学系统尺寸进行优化设计，降低尺寸的敏感性和调整环节，采用同轴式平面安装方式，具有装调工艺性好、装调简单，操作者仅需对焦距垫圈进行修切，易批量生产；并且通过对后面分划组件的更换，扩展性能好，可用于多种光电成像装备的检测和计量。
26.将大口径、长焦距、宽光谱、融合型平行光学系统应用于便携式综合测试系统中，突破了多光轴平行性校试误差不超过0.03mrad的调试技术，同时满足对七种不同型号的光电成像装备进行融合型检测，单机检测时间≤30分钟；并能满足可见光、红外等波谱光电成像装备的检测、质量维护和修理；实现可见光、红外等多光谱融合。
27.以上所述仅为本发明的优选实施方式的描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明保护范围。