一种宽光谱大动态范围光学系统及测试标定的方法

技术领域

本发明属于光学技术领域，涉及一种宽光谱大动态范围光学系统。

背景技术

随着光学系统的不断发展，人们对光学系统的分辨能力和覆盖范围提出了更高的要求。目前，宽光谱大动态范围、无色差、高分辨的光学系统较为缺乏，而这种系统在芯片测试标定等方面有着广泛的应用。常用的传统光学系统光谱范围较窄，无法实现从可见光到远红外宽光谱、多个单色波长点下的分辨率，且对10-4～104lx大动态范围照度调节。

发明内容

为了实现宽光谱大动态范围、无色差和高分辨的光学成像要求，本发明提供了一种宽光谱大动态范围光学系统。

本发明的基本原理是：

本发明采用离轴三反光学系统，采用两块平行设置、在同一轴线上的主球面反射镜、次球面反射镜，分辨率板位于轴线一侧方，分辨率板和成像焦面关于轴线对称，从而完成无遮挡、宽光谱成像要求；采用多个光源以及多个滤光片的切换实现波长的单色性；采用不同规格的衰减片相互组合切换来实现照度的大范围调节。

本发明的技术方案是：

一种宽光谱大动态范围光学系统，包括光学平板以及固定在所述光学平板上的光源系统、靶标组件、反射镜组件、次镜组件、主反射镜组件；

所述光源系统包括光源组件、光强调节组件、滤光组件；

光源组件包括多个宽光谱光源和切换位移台，所述多个宽光谱光源滑动连接在所述切换位移台上；

光强调节组件包括多个不同规格的衰减片和多个直线推杆，所述衰减片固定安装在所述直线推杆上；

滤光组件包括滤光片、滤光转轮和伺服机构，所述滤光转轮的圆周方向嵌设多个滤光片和一个空档区，所述伺服机构与所述滤光转轮连接；

反射镜组件包括平面反射镜，次镜组件包括次球面反射镜，主反射镜组件包括主球面反射镜；

所述次球面反射镜和所述主球面反射镜共轴设置，所述平面所述次球面反射镜和所述主球面反射镜共轴的轴线一侧设置反射镜；

靶标组件包括靶标和靶标安装座，所述靶标可拆卸安装在所述靶标安装座上；

宽光谱光源的出射光依次经过所述衰减片、滤光片，从靶标透过后，先经平面反射镜反射到主球面反射镜上，再由主球面反射镜的反射到达次球面反射镜上，之后又经所述次球面反射镜的反射到达所述主球面反射镜，最终经所述主球面反射镜的反射后到达成像焦面上。

进一步地，所述宽光谱光源组包括可见光光源、红外光源。

进一步地，所述光强调节组件还包括固定安装结构，所述直线推杆与所述固定安装结构滑动连接。

进一步地，所述光源系统还包括固定安装平板、支撑安装架，所述固定安装平板固定连接在所述光学平板上，所述固定安装结构设置在所述支撑安装架上，所述支撑安装架、所述光源组件、滤光组件固定安装在所述固定安装平板上。

进一步地，还包括光学垫高台，所述靶标组件、反射镜组件和次镜组件固定安装在光学垫高台上。

进一步地，所述反射镜组件还包括可进行二维调节的第一镜架、第一支撑固定支座，所述平面反射镜安装在第一镜架上，所述第一镜架连接在第一支撑固定支座上，所述第一支撑固定支座固定安装在所述光学垫高台上。

进一步地，所述次镜组件包括可进行二维调节的第二镜架、第二支撑固定支座，所述球面反射镜安装在第二镜架上，所述第二镜架连接在第二支撑固定支座上，所述第二支撑固定支座安装在所述光学垫高台上。

进一步地，所述主反射镜组件包括可调节镜面角度的镜框、第三支撑固定支座，所述球面反射镜安装在镜框上，所述镜框与第三支撑固定支座连接，所述第三支撑固定支座安装在光学平板上。

进一步地，靶标组件还包括靶标底座、靶标转接座，所述靶标安装在靶标转换座上，所述靶标转换座与所述靶标安装座可拆卸连接，所述靶标安装座安装在靶标底座顶部，所述靶标底座安装在所述光学垫高台上。

进一步地，还包括密封外壳，所述密封外壳罩设在光源系统、靶标组件、反射镜组件、次镜组件、主反射镜组件的外部，且与光学平板固定连接。

利用该宽光谱大动态范围光学系统进行成像芯片测试标定方法，包括以下步骤：

1)选取所需的靶标安装于靶标转换座上；

2)将光源系统放置在光学平板上，滤光组件的出光口位置对准靶标；

3)将待测成像芯片放置在整个光学系统的成像焦面处；

4)对待测成像芯片的光照度响应进行测试：

4.1)通过程序控制将光源组件中可见光光源切换到使用位置，并打开光源开关；

4.2)通过程序控制将光强调节组件中的衰减片全部退回；

4.3)通过程序控制将滤光组件中的滤光转轮旋转到空挡位；

4.4)对待测的成像芯片进行光照度响应测试，通过衰减片的组合测试不同光照度下成像芯片的响应情况。

5)对待测的成像芯片的分辨率进行测试：

5.1)选取合适的分辨率板安装在靶标位置处；

5.2)通过程序控制切换不同的光源，分别测试不同宽光谱光源下的分辨率；

5.3)通过光强调节组件中的衰减片的组合以及滤光组件中滤光片的选择，测试对应光照度和各波长点下的分辨率。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明采用离轴三反光学系统，可一次完成成像芯片的分辨率、光照度响应和宽光谱响应情况的测试标定，通过靶标组件中靶标上的分辨率板，实现对成像芯片的分辨率进行测试；通过光强调节组件中直线推杆伸缩实现多个衰减片的组合、通过滤光转轮的旋转实现不同规格滤光片的转换，从而完成成像芯片光照度响应的测试；通过光源组件中切换位移台对多个宽光谱光源的切换，实现成像芯片宽光谱响应的测试。

(2)本发明通过密闭外壳，减少成像芯片多次安装以及外部光照等影响测试结果，为高性能成像芯片研制提供了精确的测试标定平台。

附图说明

图1为本发明光路图；

图2为本发明宽光谱大动态范围光学系统示意图；

图3为光源、光强调节和滤光组件安装示意图；

图4为光源组件示意图；

图5为光强调节组件示意图；

图6为滤光组件示意图；

图7为靶标组件示意图；

1-光学平板、2-光源系统、3-靶标组件、4-反射镜组件、6-次镜组件、7-主反射镜组件、21-光源组件、22-光强调节组件、23-滤光组件、211-可见光光源、212-红外光源、213-切换位移台、221-衰减片、222-直线推杆、231-滤光片、232-滤光转轮、233-伺服机构、231-滤光片、42-平面反射镜、62-球面反射镜、72-主球面反射镜、32-靶标、34-靶标安装座、223-固定安装结构、24-固定安装平板、25-支撑安装架、5-光学垫高台、31-靶标底座、33-靶标转接座。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1-7所示，该宽光谱大动态范围光学系统，包括光学平板1以及固定在光学平板1上的光源系统2、靶标组件3、反射镜组件4、次镜组件6、主反射镜组件7；光源系统2包括光源组件21、光强调节组件22、滤光组件23；光源组件21包括可见光光源211-1、红外光源211-2和切换位移台212，多个宽光谱光源211滑动连接在切换位移台212上；光强调节组件22包括多个不同规格的衰减片221和多个直线推杆222，衰减片221固定安装在直线推杆222上；滤光组件23包括滤光片231、滤光转轮232和伺服机构233，滤光转轮232的圆周方向嵌设多个滤光片231和一个空档区，伺服机构与滤光转轮232连接；反射镜组件4包括平面反射镜42，次镜组件6包括次球面反射镜62，主反射镜组件7包括主球面反射镜72；次球面反射镜62和主球面反射镜72共轴设置，平面次球面反射镜62和主球面反射镜72共轴的轴线一侧设置反射镜42；靶标组件3包括靶标32和靶标安装座34，靶标32可拆卸安装在靶标安装座34上；

宽光谱光源211的出射光依次经过所述衰减片221、滤光片231，从靶标32透过后，先经平面反射镜42反射到主球面反射镜72上，再由主球面反射镜72的反射到达次球面反射镜62上，之后又经所述次球面反射镜62的反射到达所述主球面反射镜72，最终经所述主球面反射镜72的反射后到达成像焦面上。

其中，光强调节组件22还包括固定安装结构223，直线推杆222与固定安装结构223滑动连接。

其中，光源系统2还包括固定安装平板24、支撑安装架25，固定安装平板24固定连接在光学平板1上，固定安装结构223设置在支撑安装架25上，支撑安装架25、光源组件21、滤光组件23固定安装在固定安装平板24上。

其中，还包括光学垫高台5，靶标组件3、反射镜组件4和次镜组件6固定安装在光学垫高台5上。

其中，反射镜组件4还包括可进行二维调节的第一镜架、第一支撑固定支座，平面反射镜42安装在第一镜架上，第一镜架连接在第一支撑固定支座上，第一支撑固定支座固定安装在光学垫高台5上。

其中，次镜组件6包括可进行二维调节的第二镜架、第二支撑固定支座，球面反射镜62安装在第二镜架上，第二镜架连接在第二支撑固定支座上，第二支撑固定支座安装在光学垫高台5上。

其中，主反射镜组件7包括可调节镜面角度的镜框、第三支撑固定支座，球面反射镜72安装在镜框上，镜框与第三支撑固定支座连接，第三支撑固定支座安装在光学平板1上。

其中，靶标组件3还包括靶标底座31、靶标转接座33，靶标32安装在靶标转换座33上，靶标转换座33与靶标安装座34可拆卸连接，靶标安装座34安装在靶标底座31顶部，靶标底座31安装在光学垫高台5上。

其中，还包括密封外壳，密封外壳罩设在光源系统2、靶标组件3、反射镜组件4、次镜组件6、主反射镜组件7的外部，且与光学平板1固定连接。

利用该宽光谱大动态范围光学系统进行成像芯片测试标定方法，包括以下步骤：

1)选取所需的靶标32安装于靶标转换座33上；

2)将光源系统2放置在光学平板1上，滤光组件23的出光口位置对准靶标32；

3)将待测成像芯片放置在整个光学系统的成像焦面处；

4)对待测成像芯片的光照度响应进行测试：

4.1)通过程序控制将光源组件21中可见光光源切换到使用位置，并打开光源开关；

4.2)通过程序控制将光强调节组件22中的衰减片221全部退回；

4.3)通过程序控制将滤光组件23中的滤光转轮232旋转到空挡位；

4.4)对待测的成像芯片进行光照度响应测试，通过衰减片221的组合测试不同光照度下成像芯片的响应情况。

5)对待测的成像芯片的分辨率进行测试：

5.1)选取合适的分辨率板安装在靶标32位置处；

5.2)通过程序控制切换不同的光源，分别测试不同宽光谱光源下的分辨率；

5.3)通过光强调节组件22中的衰减片221的组合以及滤光组件23中滤光片231的选择，测试对应光照度和各波长点下的分辨率。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。