光學裝置、光學測試臺及光學測試方法
【專利摘要】一種光學系統(tǒng)，包括：稱為準直光波(OLcol)的平面光波的生成裝置(106)，和準直光波偏置裝置(114)，用于提供稱為測試光波(OLtest)的光波，所述偏置裝置(114)呈現(xiàn)可調(diào)的焦距。
【專利說明】光學裝置、光學測試臺及光學測試方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光學裝置、光學測試臺及光學測試方法。
【背景技術】
[0002]為了測試光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)，以下稱為待測試的單元，已知使用包括光學裝置的光學測試臺，光學裝置用于提供可變聚散度的測試光波，即可提供被會聚、發(fā)散或準直的光波。
[0003]已知的光學裝置包括提供被稱為源光波的光波的光源、接收源光波并遮蔽一部分以提供稱為測試圖光波的光波的屏幕、以及聚光光學透鏡(或等同的)，用于接收測試圖光波和在光源和屏幕側(cè)呈現(xiàn)焦點。
[0004]更具體地，可用凹面鏡代替透鏡。
[0005]在已知的光學裝置中，光源和屏幕相對于透鏡一起移動，以將屏幕放置在透鏡或凹面鏡的焦點之后、之上或在之前，以使光學裝置分別提供發(fā)散、準直或會聚的測試光波。
[0006]測試光波用于由待測試的單元接收，待測試的單元因此觀察由屏幕形成的測試圖，比如該測試圖沿測試光波的會聚而所處的距離包括在小于五公里的值和無限遠(大于五公里的距離)之間。
[0007]待測試的單元用于聚焦在測試圖上和將該測試圖的圖像供應給信息處理裝置。信息處理裝置然后可對圖像實施不同的測試，更具體地，估計由待測試的單元實施的聚焦品質(zhì)。
[0008]前面已知的光學裝置呈現(xiàn)的問題為，較難將測試圖準確地重新放置在透鏡或凹面鏡的焦點上。該重新放置需要對測試圖的位置進行多種操作和檢驗。另外，能夠?qū)y試圖相對透鏡或凹面鏡放置的機械系統(tǒng)是復雜和昂貴的。
[0009]然而，這種重新放置是必要的。例如，為了確定待測試的單元的機械參考軸，已知要實施通過使用反射準直測試波的鏡的自動準直。然而，如果屏幕相對透鏡或凹面鏡的焦點不準確，視頻或光學可視系統(tǒng)不再能夠監(jiān)測到反射波。
[0010]而且，希望安置有一種光學系統(tǒng)，用于容易地提供可變聚散度的測試圖的光波。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]為達此目的，提供一種光學系統(tǒng)包括:
[0012]-稱為準直光波的平面光波的生成裝置，和
[0013]-準直光波偏置裝置，用于提供稱為測試光波的光波，所述偏置裝置呈現(xiàn)有可調(diào)節(jié)的焦距。
[0014]以可選的方式，偏置裝置的焦距是可調(diào)節(jié)的，更具體地可調(diào)至無窮大。
[0015]以可選的方式，焦距在從無窮大延伸到預定值的區(qū)間中是可調(diào)節(jié)的。
[0016]以可選的方式，預定值是負的。
[0017]以可選的方式，預定值是正的。
[0018]以可選的方式，所述偏置裝置包括:
[0019]-第一光學透鏡，用于接收準直光波且將其偏置，以提供稱為中間光波的光波；
[0020]-第二光學透鏡，用于接收所述中間光波且將其偏置，以提供測試光波；
[0021 ]-支撐所述兩個光學透鏡的間隔裝置，用于使得能夠調(diào)節(jié)兩個光學透鏡之間的間隔，該間隔取決于偏置裝置的焦距；和其中所述兩個光學透鏡(202，204)呈現(xiàn)有相對立的焦距。
[0022]以可選的方式，所述第一光學透鏡是發(fā)散的和所述第二光學透鏡是會聚的。
[0023]以可選的方式，所述兩個光學透鏡的焦距的絕對值之比不等于I。
[0024]以可選的方式，所述兩個光學透鏡的材料相同。
[0025]以可選的方式，所述第一透鏡焦距的絕對值與所述第二透鏡焦距的絕對值之比包含于0.992和0.995之間。
[0026]以可選的方式，準直光波生成裝置包括:_發(fā)射源光波的光源；_部分透明且呈現(xiàn)一定圖案的屏幕，所述屏幕被安置穿過源光波，以遮掩一部分源光波和使得另一部分源光波通過；-準直儀，被配置用于接收并準直所述測試圖光波，用于提供準直光波。
[0027]另外，提供光學測試臺，包括:_根據(jù)本發(fā)明的光學系統(tǒng)；-稱為待測試的單元的光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)，用于接收測試光波和提供來自于測試光波的圖像；-信息處理裝置，用于對圖像實施一種或多種處理。
[0028]-另外，提供稱為待測試的單元的光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)的測試方法，包括:_調(diào)節(jié)偏置裝置的焦距，-提供被稱為準直光波的平面光波給偏置裝置，-由偏置裝置對準直光波進行偏置，以提供被稱為測試光波的光波；-提供測試光波給待測試的單元，通過每次將偏置裝置的焦距調(diào)節(jié)到不同值，這些步驟被實施多次。
[0029]以可選的方式，對準直光波進行偏置包括:_提供準直光波給第一光學透鏡以將其偏置，用于提供稱為中間光波的光波；-提供中間光波給第二光學透鏡以將其偏置，用于提供測試光波；和其中調(diào)節(jié)所述偏置裝置的焦距包括:_調(diào)節(jié)在所述兩個光學透鏡之間的間隔，該間隔取決于偏置裝置的焦距。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]在參考附圖的詳細描述中將呈現(xiàn)本發(fā)明的實施方式，其中:
[0031]-圖1為根據(jù)本發(fā)明的光學測試臺的簡化視圖，
[0032]-圖2為圖1的光學測試臺的偏置裝置的剖面圖，
[0033]-圖3為圖2的偏置裝置的簡化視圖，其中表示出由偏置裝置提供的測試光波，用于第一次調(diào)節(jié)偏置裝置，
[0034]-圖4與圖3相似，用于第二次調(diào)節(jié)偏置裝置，和
[0035]-圖5為由圖1的光學測試臺實施的根據(jù)本發(fā)明測試方法的方框圖。
【具體實施方式】
[0036]參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的光學測試臺100包括用于提供測試光波OLtest的光學系統(tǒng)102和稱為待測試的單元104的光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)，用于接收測試光波0Ltest。
[0037]光學系統(tǒng)102首先包括稱為準直光波并標記為OLral的平面光波生成裝置106。
[0038]生成裝置106首先包括發(fā)射稱為源光波并標記為OLstjuree的非零值會聚光波的光源108。光源108例如為激光器或電致發(fā)光二極管陣列。
[0039]生成裝置106還包括部分透明且呈現(xiàn)特定圖案的屏幕110。穿過源光波OLstjuree安置屏幕110，以遮掩一部分和使另一部分稱為測試圖光波并標記為OLmire的光波通過。屏幕110形成待測試的單元104要對準即聚焦的測試圖。因此以下將屏幕稱為“測試圖”。
[0040]生成裝置106還包括準直儀112，被配置用于接收測試圖光波OLmiie和用于將其準直，以提供準直光波olm1。
[0041]光學系統(tǒng)102還包括準直光波OLm1的偏置裝置114，用于提供測試光波0Ltest。如接下來要解釋的，偏置裝置114呈現(xiàn)標記為F的焦距，其是可改變的。
[0042]優(yōu)先地，待測試的單元104相距偏置裝置114至少I米。
[0043]光學系統(tǒng)102還包括鏡116，被配置于待測試的監(jiān)測系統(tǒng)104的一側(cè)，以接收一部分準直光波OLetjl，但是沒有掩蔽待測試的監(jiān)測系統(tǒng)104。鏡116被垂直于準直光波OLetjl定向，以在準直光波到達方向上將其向準直儀112反射。鏡116被固定于待測試的監(jiān)測系統(tǒng)104，以能夠被用于如前所解釋的通過自動準直來確定待測試的單元104的機械參考軸線。
[0044]待測試的單元104首先包括聚焦裝置118，用于接收測試光波0Ltest。
[0045]待測試的單元104還包括圖像記錄部件120，其中聚焦裝置118用于聚焦測試光波OLtest,以在其上形成測試圖的圖像110。圖像記錄部件120用于記錄該圖像。
[0046]光學系統(tǒng)102還包括連接到圖像記錄部件的信息處理裝置122，以接收圖像記錄部件120存儲的圖像。信息處理裝置122用于在該圖像上實施不同的測試，更具體地，用于估計圖像的模糊度。該估計使能夠估計由待測試的單元104的聚焦裝置118實施的聚焦的準確度。
[0047]參考圖2，偏置裝置114首先包括第一光學透鏡114，用于接收準直光波OLm1并將其偏置成稱為中間光波OLint的光波。
[0048]偏置裝置110還包括第二光學透鏡204，用于接收中間光波OLint和將其偏置成測試光波OLtest ο
[0049]兩個光學透鏡202，204沿它們的標記為A的主光軸對齊(沿該軸的光線沒有被偏置)。
[0050]在接下來的詳細描述中，如前面、后面、內(nèi)部、外部等的位置形容詞均參考在測試圖光波OLniiM到達的方向上取向的主光軸A。
[0051]兩個光學透鏡202，204呈現(xiàn)相反的分別標記為Fl和F2的焦距。在所描述的實施例中，第一光學透鏡114是發(fā)散的(負焦距Fl)，而第二光學透鏡118是會聚的(正焦距F2)。更確切地，在所描述的實施例中，第一透鏡204為平凸透鏡(在光通過的方向上)，而第二透鏡206為平凹透鏡(在光通過的方向上)。
[0052]另外，在所描述的實施例中，兩個透鏡的材料相同，例如為玻璃。優(yōu)選地，透鏡設置有防反射處理。事實上，偏置裝置114包括四個空氣/玻璃界面。然而，沒有防反射處理，由待測試的單元104可感知的潛在干擾圖像將形成于各個界面。待測試的單元104因此將受到干擾。
[0053]偏置裝置114還包括支撐兩個光學透鏡202，204的間隔裝置206，用于使得能夠調(diào)節(jié)在兩個光學透鏡202，204之間的間隔e。偏置裝置110的焦距F取決于該間隔e，以便通過改變該間隔e而可能調(diào)節(jié)焦距F。
[0054]在所描述的實施例中，間隔裝置206首先包括內(nèi)套筒208，第一光學透鏡202被固定于內(nèi)套筒208上。
[0055]間隔裝置206還包括裝配于內(nèi)套筒208上的外套筒210，第二光學透鏡204固定于外套筒210上。外套筒210被設置有外螺紋210A。內(nèi)套筒208用于在外套筒210中沿主光軸A的方向滑動，以便沿主光軸A使第一光學透鏡202和第二光學透鏡204相互離開或接近。
[0056]間隔裝置206還包括彈簧212，沿主光軸A在兩個套筒208、210之間被壓縮和用于補償零件之間的間隙。
[0057]間隔裝置206還包括安裝在內(nèi)套筒208上的調(diào)節(jié)環(huán)214，以能夠在內(nèi)套筒208上圍繞主光軸A轉(zhuǎn)動。調(diào)節(jié)環(huán)214止擋抵靠在內(nèi)套筒208的前面。調(diào)節(jié)環(huán)214包括與外套筒210的外螺紋210A相嚙合的內(nèi)螺紋214A。在調(diào)節(jié)環(huán)214的外表面上還設置有標記(圖中不可見)。
[0058]間隔裝置206還包括被安置在內(nèi)套筒208上的保持環(huán)216，保持環(huán)216止擋抵靠在調(diào)節(jié)環(huán)214的后面，以使調(diào)節(jié)環(huán)214被緊固在保持環(huán)216和內(nèi)套筒208之間，以阻止其沿主光軸A相對內(nèi)套筒208的平移。
[0059]而且，借助于螺紋210A和214A的嚙合和由于阻止了平移，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)214使得內(nèi)套筒208沿主光軸A的移動以及在第一和第二光學透鏡202，204之間間隔的調(diào)節(jié)。
[0060]間隔裝置206還包括安置外套筒210上的定位環(huán)218，以能夠在外套筒210上圍繞主光軸A轉(zhuǎn)動。設置螺釘218A以將定位環(huán)218相對外套筒210固定在期望位置上。定位環(huán)218在其外表面上被設置有刻度，以與調(diào)節(jié)環(huán)214的標記建立關系，進而能夠相對定位環(huán)218定位調(diào)節(jié)環(huán)214。
[0061]優(yōu)選地，兩個光學透鏡202，204的焦距Fl，F(xiàn)2的絕對值比不等于I。在所描述的實施例中，焦距Fl與焦距F2的絕對值比為0.994。以通常的方式，焦距Fl與焦距F2的絕對值比為在0.992和0.995之間。因此，對于稱為中立間隔θ(ι的非零間隔值，可能得到偏置裝置114的焦距F為零值(即偏置裝置114不偏置準直光波0Lm1，以使測試光波OLtest與準直光波OLral相同，且因此是平面的)。因此，在間隔e小于中立間隔％時，偏置裝置114的焦距F是負值且偏置裝置114是發(fā)散的(圖3)，同時在間隔e大于中立間隔％時，焦距F是正值且偏置裝置114是會聚的(圖4)。
[0062]另外，用這樣的焦距Fl和F2比值，幾何誤差和色彩誤差相對可忽略。
[0063]優(yōu)選地，可調(diào)節(jié)間隔e，以將焦距F從-50米改變成+50米，并通過無窮大，即在兩個區(qū)間上:[_ 00 ；_50米]和[+50米；+ 00 ]。
[0064]優(yōu)選地，螺紋210A、214A僅比標記環(huán)210多一圈以便能夠覆蓋期望區(qū)間。
[0065]參考圖5，將描述光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)104呈現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的測試方法500。
[0066]在步驟502中，光源108生成源光波OLstjurce。
[0067]在步驟504中，源光波OLstjuree穿過測試圖110，以提供測試圖光波OLniiret5
[0068]在步驟506中，準直儀112接收測試圖光波OLmire并對其進行準直，以提供準直光波 OLcol ο
[0069]在步驟508中，偏置裝置114接收準直光波OLetjl并依據(jù)焦距F對其進行偏置，以提供測試光波OLtest。
[0070]在步驟510中，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)214以借助于鏡116將偏置裝置114的焦距F調(diào)節(jié)到無窮大。
[0071]在步驟512中，轉(zhuǎn)動定位環(huán)218以將刻度之一置于調(diào)節(jié)環(huán)214的標記的對面和借助于螺釘218A固定定位環(huán)218。該刻度被稱為中立刻度，因此指示調(diào)節(jié)環(huán)的中立位置，其中測試光波被準直。優(yōu)選地，以屈光度標刻其它刻度，以指示對應于調(diào)節(jié)環(huán)214相對其中立位置的的角度的偏置裝置114屈光度。
[0072]在步驟514中，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)環(huán)214以借助于標記和刻度將偏置裝置114的焦距F調(diào)節(jié)到期望值。
[0073]在步驟516中，光源108生成源光波OLstjurce。
[0074]在步驟518中，源光波OLstjuree穿過測試圖110以提供測試圖光波OLntot5
[0075]在步驟520中，準直儀112接收測試圖光波OLmire并將其準直，以提供準直光波OLcol。
[0076]在步驟522中，偏置裝置114接收準直光波OLm1并依據(jù)焦距F對其進行偏置，以提供測試光波OLtest。
[0077]在步驟524中，待測試的單元104的聚焦裝置118接收測試光波OLtest并在記錄部件120上對測試光波OLtest進行聚焦。
[0078]在步驟526中，記錄部件120根據(jù)由聚焦裝置118聚焦的光波形成圖像并將該圖像傳送給信息處理裝置122。
[0079]在步驟528中，裝置122接收由記錄部件120形成的圖像并實施對該圖像的一種或多種處理，以導出表征由聚焦裝置實施的聚焦的品質(zhì)的指數(shù)。
[0080]通過每次將間隔e調(diào)節(jié)成不同值(及因此通過每次將偏置裝置114的焦距F調(diào)節(jié)成不同值)，多次連續(xù)實施步驟514到528。相繼調(diào)節(jié)到的間隔e值優(yōu)選地至少包括:小于e0的值(負焦距F)、值eQ (無限焦距F)、和大于eQ的值(正焦距F)。
[0081]本發(fā)明不限于前面描述的實施例，但是由接下來的權利要求限定。
[0082]對本領域的技術人員顯而易見的是，鑒于所揭示的本發(fā)明，可對該實施例進行各種變化形式的修改。
[0083]更具體地，本發(fā)明可被應用于如前描述的實施例情況下的可見光領域，或紅外領域。
[0084]而且，在接下來的權利要求中，所使用的術語不被解釋為將權利要求限制于前面描述的實施例的元件，而是被解釋為包括在本領域技術人員應用其常識可預期的所有等同。
【權利要求】
1.一種光學系統(tǒng)，其特征在于，所述光學系統(tǒng)包括: -稱為準直光波(OLm1)的平面光波的生成裝置(106)，和 -準直光波偏置裝置(114)，用于提供稱為測試光波(OLtest)的光波，所述偏置裝置(114)呈現(xiàn)出可調(diào)節(jié)的焦距。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學系統(tǒng)，其中所述偏置裝置(114)的焦距是可調(diào)節(jié)的，更具體地，可調(diào)節(jié)到無窮大。
3.根據(jù)權利要求2所述的光學系統(tǒng)，其中所述焦距在從無窮大延伸到預定值的區(qū)間中是可調(diào)節(jié)的。
4.根據(jù)權利要求3所述的光學系統(tǒng)，其中所述預定值是負的。
5.根據(jù)權利要求3所述的光學系統(tǒng)，其中所述預定值是正的。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的光學系統(tǒng)，其中所述偏置裝置包括: -第一光學透鏡(202)，用于接收準直光波(OLcJ且將其偏置，以提供被稱為中間光波(OLint)的光波； -第二光學透鏡(204)，用于接收所述中間光波(OLint)且將其偏置，以提供測試光波(OLtest)； -支撐所述兩個光學透鏡(202，204)的間隔裝置(206)，用于使得能夠調(diào)節(jié)所述兩個光學透鏡(202,204)之間的間隔(e)，該間隔(e)取決于偏置裝置(114)的焦距； 以及其中所述兩個光學透鏡(202，204)呈現(xiàn)有相反的焦距。
7.根據(jù)權利要求6所述的光學系統(tǒng)，其中所述第一光學透鏡(202)是發(fā)散的和所述第二光學透鏡(204)是會聚的。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的光學系統(tǒng)，其中所述兩個光學透鏡(202，204)的焦距的絕對值之比不等于I。
9.根據(jù)權利要求5到8中任一項所述的光學系統(tǒng)，所述兩個光學透鏡的材料相同。
10.根據(jù)權利要求8和9所述的光學系統(tǒng)，所述第一透鏡(202)的焦距的絕對值與所述第二透鏡(204)的焦距的絕對值之比包含在0.992和0.995之間，例如為0.994。
11.根據(jù)權利要求1到10中任一項所述的光學系統(tǒng)，其中所述準直光波(OLral)的生成裝置(106)包括: -發(fā)射源光波(OLsource)的光源(108)； -部分透明且呈現(xiàn)一定圖案的屏幕(110)，所述屏幕(110)被安置穿過源光波(0Ls_J以遮掩一部分源光波和使稱為測試圖光波(OLmire)的另一部分源光波通過； -準直儀(112)，被配置用于接收所述測試圖光波(OLmire),并對所述測試圖光波(OLfflire)進行準直以用于提供準直光波(OLcJ。
12.—種光學測試臺,包括: -根據(jù)權利要求1到11中任一項所述的光學系統(tǒng)(102)， -稱為待測試的單元(104)的光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)，用于接收測試光波(OLtest)和提供來自于測試光波(OLtest)的圖像，和 -信息處理裝置，用于對圖像實施一種或多種處理。
13.一種稱為待測試的單元(104)的光學或光電監(jiān)測系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，所述方法包括: -調(diào)節(jié)(514)偏置裝置(114)的焦距； -提供(520)稱為準直光波(OLcJ的平面光波給偏置裝置(114)； -由偏置裝置(114)對準直光波(OLcJ進行偏置(522)，以提供稱為測試光波(OLcJ的光波；以及 -提供(522)測試光波給待測試的單元(104)， 通過每次將偏置裝置(114)的焦距調(diào)節(jié)到不同值，這些步驟被實施多次。
14.根據(jù)權利要求13所述的測試方法，其中對準直光波(OLcJ進行偏置(522)包括:-提供準直光波給第一光學透鏡(202)以將其偏置，以用于提供稱為中間光波(OLint)的光波， -提供中間光波(OLint)給第二光學透鏡(204)以將其偏置，以用于提供測試光波(OLtest)， 和其中調(diào)節(jié)所述偏置裝置(114)的焦距包括: -調(diào)節(jié)在所述兩個光學透鏡(202，204)之間的間隔(e)，該間隔(e)取決于偏置裝置(114)的焦距。
【文檔編號】G02B15/16GK104136902SQ201380005404
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年1月7日 優(yōu)先權日:2012年1月13日
【發(fā)明者】E·皮特, V·派逖特, P·勒科克 申請人:卡斯蒂安測試與服務公司