Оптическое устройство, стенд для оптического тестирования и способ оптического тестирования - RU2626969C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение относится к оптическому устройству, к стенду для оптического тестирования и к способу оптического тестирования.

Для тестирования оптической или оптронной системы наблюдения, называемой в дальнейшем тестируемой установкой, как известно, используют стенд оптического тестирования, содержащий оптическое устройство, предназначенное для выдачи тестовой световой волны разной расходимости, то есть волны, которая может быть сходящейся, расходящейся или коллимированной.

Известное оптическое устройство содержит световой источник, излучающий световую волну, называемую световой волной источника, экран, на который поступает световая волна источника и который закрывает ее часть для выдачи световой волны, называемой световой волной миры, и собирающую оптическую линзу (или ее эквивалент), которая предназначена для приема световой волны миры и фокус которой находится со стороны светового источника и экрана.

В частности, линзу можно заменить вогнутым зеркалом.

В этом известном оптическом устройстве световой источник и экран являются подвижными и выполнены с возможностью совместного перемещения относительно линзы таким образом, чтобы помещать экран сзади фокуса, в фокусе или перед фокусом линзы или вогнутого зеркала таким образом, чтобы устройство выдавало соответственно расходящуюся, коллимированную или сходящуюся тестовую световую волну.

Тестовая световая волна предназначена для приема тестируемой установкой, которая видит образованную экраном миру таким образом, как если бы эта мира находилась на расстоянии, заключенном в интервале от значения менее пяти километров и до бесконечности (расстояние более пяти километров) в зависимости от расходимости тестовой световой волны.

Тестируемая установка должна сфокусировать на мире и направить изображение этой миры в компьютерное устройство. Это устройство может произвести на изображении различные тесты и, в частности, оценить качество фокусировки, осуществленной тестируемой установкой.

Недостатком вышеуказанного известного оптического устройства является сложность точной переустановки миры в фокус линзы или вогнутого зеркала. Эта переустановка требует многочисленных манипуляций и проверок положения миры. Кроме того, механическая система, позволяющая устанавливать миру по отношению к линзе или к вогнутому зеркалу, является сложной и дорогой.

Вместе с тем, такая переустановка является необходимой. Например, чтобы определить механическую опорную ось тестируемой установки, как известно, применяют автоколлимацию с использованием зеркала, отражающего коллимированную тестовую волну. Однако если экран не находится точно в фокусе линзы или вогнутого зеркала, отраженную волну невозможно наблюдать при помощи видео или оптической системы визуализации.

Таким образом, существует потребность в оптической системе, позволяющей легко получать световую волну миры переменной расходимости.

В связи с этим объектом изобретения является оптическая система, содержащая:

- устройство генерирования плоской световой волны, называемой коллимированной световой волной, и

- устройство отклонения коллимированной световой волны для выдачи световой волны, называемой тестовой световой волной, при этом устройство отклонения имеет регулируемое фокусное расстояние.

Факультативно фокусное расстояние устройства отклонения является регулируемым, в частности, до бесконечности.

Факультативно фокусное расстояние является регулируемым в интервале от бесконечности до заранее определенного значения.

Факультативно заранее определенное значение является отрицательным.

Факультативно заранее определенное значение является положительным.

Факультативно устройство отклонения содержит:

- первую оптическую линзу, предназначенную для приема коллимированной световой волны и ее отклонения с целью выдачи световой волны, называемой промежуточной световой волной;

- вторую оптическую линзу, предназначенную для приема промежуточной световой волны и ее отклонения для выдачи тестовой световой волны;

- устройство удаления, на котором установлены две оптические линзы и которое предназначено для обеспечения регулировки удаления между двумя оптическими линзами, от которого зависит фокусное расстояние устройства отклонения; и в котором две оптические линзы (202, 204) имеют противоположные фокусные расстояния.

Факультативно первая оптическая линза является рассеивающей, а вторая оптическая линза является собирающей.

Факультативно соотношение по абсолютной величине фокусных расстояний двух оптических линз отличается от единицы.

Факультативно обе оптические линзы выполнены из одинакового материала.

Факультативно отношение по абсолютной величине фокусного расстояния первой линзы к фокусному расстоянию второй линзы составляет от 0,992 до 0,995.

Факультативно устройство генерирования коллимированной световой волны содержит: - световой источник, излучающий световую волну источника; - частично прозрачный экран, имеющий определенный рисунок, при этом экран расположен на пути световой волны источника таким образом, чтобы закрывать часть этой волны и пропускать ее другую часть, называемую световой волной миры; - коллиматор, выполненный с возможностью приема световой волны миры и ее коллимации для выдачи коллимированной световой волны.

Кроме того, объектом изобретения является стенд оптического тестирования, содержащий: - оптическую систему в соответствии с изобретением; - оптическую или оптронную систему наблюдения, называемую тестируемой установкой, предназначенную для приема тестовой световой волны и для выдачи изображения на основании тестовой световой волны; - компьютерное устройство, предназначенное для осуществления одной или нескольких обработок на изображении.

Кроме того, объектом изобретения является способ тестирования оптической или оптронной системы наблюдения, называемой тестируемой установкой, включающий в себя следующие этапы:

- регулируют фокусное расстояние устройства отклонения, - выдают плоскую световую волну, называемую коллимированной световой волной, на устройство отклонения; - отклоняют коллимированную световую волну при помощи устройства отклонения для выдачи световой волны, называемой тестовой световой волной; - выдают тестовую световую волну на тестируемую установку, причем эти этапы осуществляют многократно, регулируя каждый раз фокусное расстояние устройства отклонения на другое значение.

Факультативно отклонение коллимированной световой волны включает в себя следующие этапы: - выдают коллимированную световую волну на первую оптическую линзу, предназначенную для ее отклонения для выдачи световой волны, называемой промежуточной световой волной; - выдают промежуточную световую волну на вторую оптическую линзу, предназначенную для ее отклонения для выдачи тестовой световой волны; при этом регулировка фокусного расстояния устройства отклонения включает в себя: - регулировку удаления между двумя оптическими линзами, от которого зависит фокусное расстояние устройства отклонения.

Далее следует описание вариантов осуществления изобретения со ссылками на следующие фигуры:

Фиг. 1 - упрощенный вид стенда оптического тестирования в соответствии с изобретением.

Фиг. 2 - вид в разрезе устройства отклонения стенда оптического тестирования, показанного на фиг. 1.

Фиг. 3 - упрощенный вид устройства отклонения, показанного на фиг. 2, где показана тестовая световая волна, выдаваемая устройством отклонения, при первой регулировке устройства отклонения.

Фиг. 4 - вид, аналогичный фиг. 3, при второй регулировке устройства отклонения.

Фиг. 5 - блок-схема способа оптического тестирования в соответствии с изобретением, осуществляемого стендом оптического тестирования по Фиг. 1.

Как показано на фиг. 1, стенд 100 оптического тестирования в соответствии с изобретением содержит оптическую систему 102, предназначенную для выдачи тестовой световой волны OL_test, и оптическую или оптронную систему наблюдения, называемую тестируемой установкой 104, предназначенную для приема тестовой световой волны OL_test.

Прежде всего, оптическая система 102 содержит устройство 106 генерирования плоской световой волны, называемой коллимированной световой волной и обозначаемой OL_col.

Устройство 106 генерирования содержит световой источник 108, излучающий световую волну не нулевой расходимости, называемой световой волной источника и обозначаемой OL_source. Световым источником 108 является, например, лазер или решетка электролюминесцентных диодов.

Устройство 106 генерирования содержит также частично прозрачный экран 110, имеющий определенный рисунок. Экран 110 установлен на пути световой волны источника OL_source, закрывая ее часть и пропуская другую ее часть, называемую световой волной миры и обозначаемую OL_mire. Экран 110 образует миру, которую должна наблюдать, то есть фокусировать, тестируемая установка 104. Поэтому в дальнейшем экран будет называться «мирой».

Устройство 106 генерирования содержит также коллиматор 112, выполненный с возможностью приема световой волны миры OL_mire и ее коллимации для выдачи коллимированной световой волны OL_col.

Оптическая система 102 содержит устройство 114 отклонения коллимированной световой волны OL_col для выдачи тестовой световой волны OL_test. Как будет показано ниже, устройство 114 отклонения имеет фокусное расстояние, обозначаемое F, которое является переменным.

Предпочтительно тестируемая установка 104 находится на расстоянии, по меньшей мере, в один метр от системы 114 отклонения.

Оптическая система 102 дополнительно содержит зеркало 116, расположенное рядом с тестируемой системой 104 наблюдения, так чтобы принимать часть коллимированной световой волны OL_col, но при этом не экранировать тестируемую систему 104 наблюдения. Зеркало 116 ориентировано перпендикулярно к коллимированной световой волне OL_col таким образом, чтобы отражать ее в направлении ее поступления, то есть в направлении к коллиматору 112. Зеркало 116 закреплено на тестируемой системе 104 наблюдения таким образом, чтобы его можно было использовать для определения механической опорной оси тестируемой установки 104 посредством автоколлимации, как было указано выше.

Прежде всего, тестируемая установка 104 содержит устройство 118 фокусировки, предназначенное для приема тестовой световой волны OL_test.

Кроме того, тестируемая установка 104 содержит элемент 120 записи изображения, на котором устройство 118 фокусировки фокусирует тестовую световую волну OL_test, чтобы сформировать на нем изображение миры 110. Элемент 120 записи изображения предназначен для записи этого изображения.

Оптическая система 102 содержит также компьютерное устройство 122, соединенное с элементом записи изображения и принимающее изображение, записанное этим элементом. Компьютерное устройство 122 предназначено для осуществления различных тестов на этом изображении, в частности, чтобы оценить степень размытости изображения. Эта оценка позволяет выверить точность фокусировки, осуществляемой устройством 118 фокусировки тестируемой установки 104.

Как показано на фиг. 2, устройство 114 отклонения содержит первую оптическую линзу 114, предназначенную для приема коллимированной световой волны OL_col и для ее отклонения в виде световой волны, называемой промежуточной световой волной OL_int.

Устройство 110 отклонения содержит также вторую оптическую линзу 204, предназначенную для приема промежуточной световой волны OL_int и для ее отклонения в виде тестовой световой волны OL_test.

Обе оптические линзы 202, 204 выровнены в линию по своей главной оптической оси (ось, вдоль которой световой луч не отклоняется), обозначаемой А.

Далее в описании, прилагательные положения, такие как «передний», «задний», «внутренний», «внешний» и т.д., приведены относительно главной оптической оси А, ориентированной в направлении поступления световой волны миры OL_mire.

Обе оптические линзы 202, 204 имеют противоположные фокусные расстояния, обозначаемые соответственно F1 и F2. В представленном примере первая оптическая линза 114 является рассеивающей (отрицательное фокусное расстояние F1), тогда как вторая оптическая линза 118 является собирающей (положительное фокусное расстояние F2). В частности, в представленном примере первая линза 204 является плоско-выпуклой линзой (в направлении прохождения света), тогда как вторая линза 206 является вогнуто-плоской линзой (в направлении прохождения света).

Кроме того, в представленном примере обе оптические линзы выполнены из одинакового материала, например из стекла. Предпочтительно они снабжены антибликовой обработкой. Действительно, устройство 114 отклонения содержит четыре границы раздела воздух/стекло. В отсутствие антибликовой обработки на каждой границе раздела могут появляться паразитные изображения, потенциально видимые тестируемой установкой 104. Вследствие этого тестирование тестируемой установки 104 может оказаться искаженным.

Кроме того, устройство 114 отклонения содержит устройство 206 удаления, на котором установлены обе оптические линзы 202, 204 и которое предназначено для обеспечения регулировки удаления е между двумя оптическими линзами 202, 204. Фокусное расстояние F устройства 114 отклонения зависит от этого удаления е, и, меняя это удаление е, можно регулировать фокусное расстояние F.

В описанном примере устройство 206 удаления содержит внутреннюю втулку 208, на которой закреплена первая оптическая линза 202.

Устройство 206 удаления содержит также наружную втулку 210, которая посажена на внутреннюю втулку 208 и на которой закреплена вторая оптическая линза 204. Наружная втулка 210 содержит наружную резьбу 210А. Внутренняя втулка 208 выполнена с возможностью перемещения скольжением вдоль главной оптической оси А в наружной втулке 210 для удаления или приближения первой оптической линзы 202 по отношению ко второй оптической линзе 204 вдоль главной оптической оси А.

Кроме того, устройство 206 удаления содержит пружину 212, сжатую вдоль главной оптической оси А между двумя втулками 208, 210 и предназначенную для выборки зазоров между деталями.

Устройство 206 удаления содержит также регулировочное кольцо 214, установленное на внутренней втулке 208 с возможностью поворота на внутренней втулке 208 вокруг главной оптической оси А. Регулировочное кольцо 214 спереди находится в положении упора во внутреннюю втулку 208. Регулировочное кольцо 214 содержит внутреннюю резьбу 214А, входящую в зацепление с наружной резьбой 210А наружной втулки 210. Кроме того, регулировочное кольцо 214 содержит метку (не показана) на своей наружной стороне.

Устройство 206 удаления дополнительно содержит стопорное кольцо 216, установленное на внутренней втулке 208 в положении упора сзади регулировочного кольца 214 таким образом, что последнее оказывается зажатым между стопорным кольцом 216 и внутренней втулкой 208 для блокировки его поступательного движения вдоль главной оптической оси А по отношению к внутренней втулке 208.

Таким образом, приведение во вращение регулировочного кольца 214 приводит, благодаря зацеплению резьбы 210А и 214А и блокировке его поступательного движения, к перемещению внутренней втулки 208 вдоль главной оптической оси А и обеспечивает, таким образом, регулировку удаления е между первой и второй оптическими линзами 202, 204.

Устройство 206 удаления содержит также разметочное кольцо 218, установленное на наружной втулке 210 с возможностью поворота на этой наружной втулке 210 вокруг главной оптической оси А. Для фиксирования разметочного кольца 218 относительно наружной втулки 210 в требуемом положении предусмотрен винт 218А. Разметочное кольцо 218 имеет деления на своей наружной стороне, которые предназначены для совмещения с меткой на регулировочном кольце 214 с целью позиционирования регулировочного кольца 214 относительно разметочного кольца 218.

Предпочтительно соотношение по абсолютной величине фокусных расстояний F1, F2, двух оптических линз 202, 204 отличается от единицы. В представленном примере отношение по абсолютной величине фокусного расстояния F1 к фокусному расстоянию F2 равно 0,994. Как правило, отношение по абсолютной величине фокусного расстояния F1 к фокусному расстоянию F2 находится в пределах от 0,992 до 0,995. Таким образом можно получить нулевое фокусное расстояние F устройства 114 отклонения (то есть при котором устройство 114 отклонения не отклоняет коллимированную световую волну OL_col, поэтому тестовая волна OL_test является идентичной с коллимированной световой волной OL_col, то есть является плоской) при не равном нулю значении удаления е, называемом нейтральным удалением е₀. Таким образом, если удаление е меньше нейтрального удаления е₀, фокусное расстояние F устройства 114 отклонения является отрицательным и устройство 114 отклонения является рассеивающим (фиг. 3), тогда как, если удаление е больше нейтрального удаления е₀, фокусное расстояние F устройства 114 отклонения является положительным и устройство 114 отклонения является собирающим (фиг. 4).

Кроме того, при таком соотношении фокусных расстояний F1 и F2 геометрическими и хроматическими погрешностями по существу можно пренебречь.

Предпочтительно удаление е можно регулировать таким образом, чтобы изменять фокусное расстояние от -50 метров до +50 метров с переходом через бесконечность, то есть в двух интервалах: ]-∞; -50 метров] и [+50 метров; +∞[.

Предпочтительно резьба 210А, 214А выполнена таким образом, чтобы максимум один оборот регулировочного кольца 210 позволял охватить оба требуемых интервала.

Далее со ссылками на фиг. 5 следует описание заявленного способа тестирования 500 оптической или оптронной системы 104 наблюдения.

На этапе 502 световой источник 108 генерирует световую волну источника OL_source.

На этапе 504 световая волна источника OL_source проходит через миру 110, в результате чего получают световую волну миры OL_mire.

На этапе 506 коллиматор 112 принимает световую волну миры OL_mire и коллимирует ее для выдачи коллимированной световой волны OL_col.

На этапе 508 устройство 114 отклонения принимает коллимированную световую волну OL_col и отклоняет ее в соответствии со своим фокусным расстоянием F для выдачи тестовой световой волны OL_test.

На этапе 510 поворачивают регулировочное кольцо 214, чтобы при помощи зеркала 116 отрегулировать фокусное расстояние F устройства 114 отклонения на бесконечность.

На этапе 512 поворачивают разметочное кольцо 218, чтобы расположить одно из делений напротив метки регулировочного кольца 214 и зафиксировать разметочное кольцо 218 при помощи винта 218А. Это деление, называемое нейтральным делением, указывает на нейтральное положение регулировочного кольца, в котором происходит коллимация тестовой световой волны. Предпочтительно, другие деления проставлены в диоптриях, чтобы указать диоптрии устройства 114 отклонения, соответствующие углу регулировочного кольца 214 по отношению к его нейтральному положению.

На этапе 514 поворачивают регулировочное кольцо 214, чтобы при помощи метки и делений установить фокусное расстояние А устройства 114 отклонения на требуемое значение.

На этапе 516 световой источник 108 генерирует световую волну источника OL_source.

На этапе 518 световая волна источника OL_source проходит через миру 110, в результате чего получают световую волну миры OL_mire.

На этапе 520 коллиматор 112 принимает световую волну миры OL_mire и коллимирует ее для выдачи коллимированной световой волны OL_col.

На этапе 522 устройство 114 отклонения принимает коллимированную световую волну OL_col и отклоняет ее в соответствии со своим фокусным расстоянием F для выдачи тестовой световой волны OL_test.

На этапе 524 устройство 118 фокусировки тестируемой установки 104 принимает тестовую световую волну OL_testи производит ее фокусировку на записывающий элемент 120.

На этапе 526 записывающий элемент 120 формирует изображение на основании световой волны, сфокусированной устройством 118 фокусировки, и передает это изображение в компьютерное устройство 122.

На этапе 528 устройство 122 принимает изображение, сформированное записывающим элементом 120, и осуществляет одну или несколько обработок этого изображения, чтобы на их основании вывести показатель, характеризующий качество фокусировки, произведенной устройством фокусировки.

Этапы 514-528 осуществляют последовательно несколько раз, регулируя удаление е каждый раз на другое значение (то есть каждый раз регулируя на другое значение фокусное расстояние F устройства 114 отклонения). Значения, по которым последовательно регулируют удаление е, предпочтительно содержат, по меньшей мере: значение, меньшее е₀ (отрицательное фокусное расстояние F), значение е₀ (бесконечное фокусное расстояние F) и значение, превышающее е₀ (положительное фокусное расстояние F).

Изобретение не ограничивается описанным выше примером осуществления, а, наоборот, характеризуется нижеследующей формулой изобретения.

Действительно, специалисту понятно, что в этот пример осуществления можно вносить различные изменения в свете сведений, полученных им из настоящего описания.

В частности, изобретение можно применять для видимой области, как в описанном выше случае, или для инфракрасной области.

Кроме того, в нижеследующей формуле изобретения используемые термины не следует интерпретировать как ограничивающие формулу изобретения элементами описанного выше примера осуществления, но следует рассматривать таким образом, что в изобретение можно включать все эквиваленты, которые могут быть доступны специалисту, с применением его общих знаний.

Реферат

Изобретение относится к стендам для оптического тестирования. Оптическая система содержит устройство (106) генерирования плоской световой волны, называемой коллимированной световой волной (OL), и устройство (114) отклонения коллимированной световой волны для выдачи световой волны, называемой тестовой световой волной (OL). Устройство (114) отклонения имеет регулируемое фокусное расстояние. Устройство (106) генерирования коллимированной световой волны (OL) содержит световой источник (108), излучающий световую волну источника (OL), частично прозрачный экран (110), имеющий определенный рисунок, и коллиматор (112), выполненный с возможностью приема световой волны миры (OL) и ее коллимации для выдачи коллимированной световой волны (OL). Экран (110) расположен на пути световой волны источника (OL) таким образом, чтобы закрывать часть этой волны и пропускать ее другую часть, называемую световой волной миры (OL). Технический результат – упрощение конструкции, повышение точности фокусировки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула