正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法及系統(tǒng)，為解決現(xiàn)有技術(shù)不利于大面積測量問題，該系統(tǒng)包括沿光路依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、前位全反射鏡、后位全反射鏡；該方法是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出：在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的前位全反射鏡、后位全反射鏡向外輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描。其具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點。
【專利說明】
正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種光學(xué)信號發(fā)生方法，特別是涉及一種正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代光學(xué)儀器測量及測試，生物視覺認(rèn)知測量，光學(xué)立體三維測量，一般需要正弦光強(qiáng)靶標(biāo)。常使用空間頻率固定的面積型或密度型的正弦光柵，測試或測量中改變正弦光柵空間頻率相對比較麻煩，需要經(jīng)常更換不同空間頻率的正弦光柵；或者利用菲涅爾雙鏡以及其他利用雙光束干涉產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)等方法；或者利用計算機(jī)產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)，使用DLP投影儀輸出；或者利用莫爾條紋產(chǎn)生的三角波近似；或者利用矩形光柵投影的矩形波圖形，再計算分析。
[0003]為了頻率填充，頻繁的更換正弦光柵，工作繁瑣性增加的同時，帶來測量精度以及重復(fù)性精度不容易控制等問題。
[0004]利用菲涅爾雙鏡以及其他雙光束干涉方法結(jié)合變倍率鏡頭，能夠解決頻率填充問題；但是，在利用高空間頻率測量時，由于背景輻射的持續(xù)增強(qiáng)，高空間頻率的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)對比度迅速降低。
[0005]利用計算機(jī)產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)，使用DLP投影儀輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)，也能夠解決頻率填充問題；但是，在利用高空間頻率測量時，DLP投影儀自身的像素柵線結(jié)構(gòu)，影響高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的精度。同時，由于DLP投影儀面向大眾使用的通用光學(xué)設(shè)計，在不同投影距離上，像差差別較大，像場曲率變化較大。隨之帶來的數(shù)據(jù)修正工作量較大，精度及重復(fù)性精度不容易控制。
[0006]專利號200510016796.0專利是最相近專利。該專利中，有四項關(guān)鍵技術(shù)未能解決。第一，對關(guān)鍵核心部件矩形光柵的選擇沒有針對性，單純利用矩形光柵的制作誤差，實現(xiàn)的二級光譜輸出，不具有可控性；第二，占有輸入能量70%以上的零級頻譜不能有效利用，且只能降低輸出正弦靶標(biāo)圖像的對比度；第三，傅立葉變換透鏡及變倍率鏡頭為通用設(shè)計，沒有針對單一波長光的針對性設(shè)計，輸出的正弦靶標(biāo)圖像像場像差較大，是測量精度提高的一大障礙；第四，平行光輸出，限制了測量的視場范圍，不利于大面積測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法，本發(fā)明目的還在于提供用于實現(xiàn)該方法的光學(xué)信號發(fā)生系統(tǒng)。本發(fā)明能夠解決【背景技術(shù)】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出:在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的前位全反射鏡、后位全反射鏡向外輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描。本發(fā)明中矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點。
[0009]作為優(yōu)化，光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；
[0010]若米用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出；
[0011]若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0012]作為優(yōu)化，使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；
[0013]若為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)出射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)均位于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；
[0014]若為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。本發(fā)明是利用光學(xué)空間濾波和光學(xué)傅里葉變換原理，產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的方法，該方法如下系統(tǒng)實現(xiàn)，即包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、第一級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、全反射鏡、全反射鏡、第二級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、待測系統(tǒng)、第三級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高清高速相機(jī)、第二三間級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)。
[0015]第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌供透射系統(tǒng)測量使用。第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌供反射系統(tǒng)測量使用。
[0016]作為優(yōu)化，所述高清高速相機(jī)連接帶軟件處理系統(tǒng)的計算機(jī)，對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對掃描結(jié)果綜合整體分析。
[0017]作為優(yōu)化，測試方法如下:
[0018]透射系統(tǒng)測試:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)、高清高速相機(jī)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0019]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0020]c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0021]d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0022]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭均需配合激光器的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0023]f.頻譜選擇器包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0024]g.波片配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0025]h.第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌調(diào)整及固定激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件；
[0026]1.前位全反射鏡和后位全反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡實現(xiàn)大視場掃描；
[0027]j.調(diào)整第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的前位固定全反射鏡、后位全反射鏡便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描；
[0028]k.調(diào)整第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的固定待測系統(tǒng)和高清高速相機(jī)；
[0029]1.高清高速相機(jī)采集經(jīng)定待測系統(tǒng)輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0030]m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速相機(jī)采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試；
[0031]反射系統(tǒng)測試:n.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0032]ο.第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)；
[0033]p.第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)；
[0034]q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
[0035]用于實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的信號發(fā)生系統(tǒng)是進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括沿光路依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、前位全反射鏡、后位全反射鏡；激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭依次配置在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上用于輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，前位全反射鏡、后位全反射鏡依次配置在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上用于接收并向外輸出所述正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則配置。本發(fā)明中矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點。
[0036]作為優(yōu)化，光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；波片及頻譜選擇器位于單色傅立葉變換透鏡的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭的前焦平面上；
[0037]若米用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出；
[0038]若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0039]作為優(yōu)化，使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；
[0040]若為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)出射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)均位于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；
[0041]若為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。本發(fā)明是利用光學(xué)空間濾波和光學(xué)傅里葉變換原理，產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的系統(tǒng)，包括激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、第一級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、全反射鏡、全反射鏡、第二級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、待測系統(tǒng)、第三級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高清高速相機(jī)、第二三間級精密絲杠、精密導(dǎo)軌、計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)。
[0042]第三套精密絲杠和精密導(dǎo)軌供透射系統(tǒng)測量使用。第四套精密絲杠和精密導(dǎo)軌供反射系統(tǒng)測量使用。
[0043]作為優(yōu)化，所述高清高速相機(jī)連接帶軟件處理系統(tǒng)的計算機(jī)，對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對掃描結(jié)果綜合整體分析。
[0044]作為優(yōu)化，通過如下方法測試:
[0045]透射系統(tǒng)測試:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)、高清高速相機(jī)置于第三精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0046]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0047]c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0048]d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0049]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭均需配合激光器的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0050]f.頻譜選擇器包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0051]g.波片配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0052]h.第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌調(diào)整及固定激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件；
[0053]1.前位全反射鏡和后位全反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡實現(xiàn)大視場掃描；
[0054]j.調(diào)整第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的前位固定全反射鏡、后位全反射鏡便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描；
[0055]k.調(diào)整第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的固定待測系統(tǒng)和高清高速相機(jī)；
[0056]1.高清高速相機(jī)采集經(jīng)定待測系統(tǒng)輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0057]m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速相機(jī)采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試；
[0058]反射系統(tǒng)測試:n.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0059]ο.第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)；
[0060]p.第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)；
[0061]q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
[0062]本發(fā)明是針對【背景技術(shù)】中控制矩形光柵的制作問題，頻率填充，零級頻譜能量利用率低，通用鏡頭選擇，以及測量視場受限等問題。本發(fā)明使用占空比精確控制制造的矩形光柵，進(jìn)行空間分頻，結(jié)合頻譜選擇器，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差；通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。屬于光學(xué)測量、測試領(lǐng)域，涉及利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的方法和裝置。
[0063]本發(fā)明的優(yōu)點:使用占空比精確制造的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。
[0064]采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法及系統(tǒng)具有測量精度高，利于大面積測量的優(yōu)點。主要應(yīng)用于航天、航空、軍事、生物醫(yī)學(xué)及民用領(lǐng)域，包括光學(xué)傳遞函數(shù)在內(nèi)的各種現(xiàn)代光學(xué)儀器成像性能測量及測試，生物視覺認(rèn)知測量，光學(xué)立體三維測量等光學(xué)測量、測試、檢測、監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0065]圖1是本發(fā)明正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生系統(tǒng)第一種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0066]圖2是本發(fā)明正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生系統(tǒng)第二種實施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0067]本發(fā)明正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出:在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的前位全反射鏡、后位全反射鏡向外輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描。使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出。
[0068]若米用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出；
[0069]若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0070]若為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)出射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)均位于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；
[0071]若為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。所述高清高速相機(jī)連接帶軟件處理系統(tǒng)的計算機(jī)，對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對掃描結(jié)果綜合整體分析。
[0072]測試方法如下:
[0073]透射系統(tǒng)測試:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)、高清高速相機(jī)置于第三精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上；
[0074]b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0075]c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0076]d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可；
[0077]e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭均需配合激光器的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0078]f.頻譜選擇器包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0079]g.波片配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0080]h.第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌調(diào)整及固定激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件；
[0081]1.前位全反射鏡和后位全反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡實現(xiàn)大視場掃描；
[0082]j.調(diào)整第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的前位固定全反射鏡、后位全反射鏡便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描；
[0083]k.調(diào)整第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的固定待測系統(tǒng)和高清高速相機(jī)；
[0084]1.高清高速相機(jī)采集經(jīng)定待測系統(tǒng)輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0085]m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速相機(jī)采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試；
[0086]反射系統(tǒng)測試:n.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0087]ο.第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)；
[0088]p.第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)；
[0089]q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
[0090]本發(fā)明方法是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出；本發(fā)明使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。
[0091]實施例一，如圖1所示，用于實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的信號發(fā)生系統(tǒng)是進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3 (或正弦光柵)、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7、第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2、前位全反射鏡9-1、后位全反射鏡9-2、第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4、待測系統(tǒng)10、第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8_6、高清高速相機(jī)11、計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12 ;其中第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6供透射系統(tǒng)測量使用，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則配置。
[0092]光束整形系統(tǒng)2位于激光器I的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵3位于光束整形系統(tǒng)2的后面，并使矩形光柵3定位在單色傅立葉變換透鏡4的前焦平面上；波片6及頻譜選擇器5位于單色傅立葉變換透鏡4的后焦平面上，并定位于單色變倍率鏡頭7的前焦平面上，上述元器件全部位于第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2上。前位全反射鏡9-2和后位全反射鏡9-1均位于第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4上。待測系統(tǒng)10及高清高速相機(jī)11均位于第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6上。
[0093]若采用平行光輸出，則后續(xù)光路設(shè)置兩塊全反射鏡，前位全反射鏡9-1位于單色變倍率鏡頭7后面，改變光束以垂直方向輸出；后位全反射鏡9-2位于前位全反射鏡9-1后面。小視場直接測量，由后位全反射鏡9-2直接輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像即可；大視場測量，需要利用后位全反射鏡9-2在第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4上進(jìn)行視場掃描，并對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，掃描結(jié)果綜合整體分析。
[0094]若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0095]其為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡9-2進(jìn)入待測系統(tǒng)10出射后，進(jìn)入1?清1?速相機(jī)11。
[0096]當(dāng)采用本發(fā)明對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸入測試時，即透射系統(tǒng)測試時:
[0097]a.首先調(diào)整激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7等器件置于第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2上；前位全反射鏡9-1、后位全反射鏡9-2置于第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4上；待測系統(tǒng)10、高清高速相機(jī)11置于第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則配置，安裝調(diào)試計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12 ;
[0098]b.激光器I選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡4、波片6、單色變倍率鏡頭7的單色匹配設(shè)計。當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡4、波片6、單色變倍率鏡頭7 ;
[0099]c.光束整形系統(tǒng)2采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵3的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器I的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺；
[0100]d.矩形光柵3要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器5即可；
[0101]e.單色傅立葉變換透鏡4和單色變倍率鏡頭7，均需配合激光器I的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求；
[0102]f.頻譜選擇器5包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器SLM、數(shù)字式微反射鏡器件DMD、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵3，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉；
[0103]g.波片6配合激光器I的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量；
[0104]h.第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2調(diào)整及固定激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7等器件；
[0105]1.前位全反射鏡9-1、后位全反射鏡9-2用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡9-2實現(xiàn)大視場掃描；
[0106]j.第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4調(diào)整及固定前位全反射鏡9-1、后位全反射鏡9-2，便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描；
[0107]k.第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6調(diào)整及固定待測系統(tǒng)10和高清高速相機(jī)11 ;
[0108]1.高清高速相機(jī)11采集經(jīng)定待測系統(tǒng)10輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12 ；
[0109]m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12，接收高清高速相機(jī)11采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
[0110]實施例二，如圖2所示，用于實現(xiàn)本發(fā)明所述方法的信號發(fā)生系統(tǒng)與上述實施例一的區(qū)別在于包括激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3 (或正弦光柵)、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7、第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2、前位全反射鏡9-1、后位全反射鏡9-2、第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8-4、待測系統(tǒng)10、第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6、高清高速相機(jī)11、第二三間級精密絲杠8-7、精密導(dǎo)軌8-8、計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12 ;第二三間級精密絲杠8-7和精密導(dǎo)軌8-8供反射系統(tǒng)測量使用。
[0111]其為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡9-2進(jìn)入待測系統(tǒng)10反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)11 ;待測系統(tǒng)10置于第二三間級精密絲杠8-7和精密導(dǎo)軌8-8上；高清高速相機(jī)11置于第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6方向和位置。
[0112]反射系統(tǒng)測試:n.首先調(diào)整激光器1、光束整形系統(tǒng)2、矩形光柵3、單色傅立葉變換透鏡4、頻譜選擇器5、波片6、單色變倍率鏡頭7等器件置于第一級精密絲杠8-1和精密導(dǎo)軌8-2上；全反射鏡9-1、全反射鏡9-2置于第二級精密絲杠8-3和精密導(dǎo)軌8_4上；待測系統(tǒng)10、置于第二三間級精密絲杠8-7和精密導(dǎo)軌8-8上；高清高速相機(jī)11置于第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，如圖2位置配置；安裝調(diào)試計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)12 ;
[0113]ο.第三級精密絲杠8-5和精密導(dǎo)軌8-6，只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)11 ；
[0114]p.第二三間級精密絲杠8-7和精密導(dǎo)軌8-8，只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)10 ;
[0115]q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
[0116]本發(fā)明的優(yōu)點:本發(fā)明是利用光學(xué)空間濾波和光學(xué)傅里葉變換原理，產(chǎn)生正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的方法和裝置，使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出；矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可。本發(fā)明主要應(yīng)用于航天、航空、軍事、生物醫(yī)學(xué)及民用領(lǐng)域，包括光學(xué)傳遞函數(shù)在內(nèi)的各種現(xiàn)代光學(xué)儀器成像性能測量及測試，生物視覺認(rèn)知測量，光學(xué)立體三維測量等光學(xué)測量、測試、檢測、監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1.一種正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號發(fā)生方法，其特征在于是利用波片、矩形光柵、濾光片及光學(xué)空間濾波器，進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出:在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上依次配置的前位全反射鏡、后位全反射鏡向外輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上； 若采用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出； 若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出； 若為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)出射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)均位于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上； 若為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于所述高清高速相機(jī)連接帶軟件處理系統(tǒng)的計算機(jī)，對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對掃描結(jié)果綜合整體分析。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述方法，其特征在于測試方法如下: 透射系統(tǒng)測試:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)、高清高速相機(jī)置于第三精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭； c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺； d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可； e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭均需配合激光器的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求； f.頻譜選擇器包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉； g.波片配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量； h.第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌調(diào)整及固定激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件；i.前位全反射鏡和后位全反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡實現(xiàn)大視場掃描; j.調(diào)整第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的前位固定全反射鏡、后位全反射鏡便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描； k.調(diào)整第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的固定待測系統(tǒng)和高清高速相機(jī)； l.高清高速相機(jī)采集經(jīng)定待測系統(tǒng)輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速相機(jī)采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試； 反射系統(tǒng)測試m.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； o.第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)； P.第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)； q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。6.一種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的信號發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于是進(jìn)行空間分頻、合成，產(chǎn)生任意空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)輸出的系統(tǒng)；該系統(tǒng)包括沿光路依次配置的激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭、前位全反射鏡、后位全反射鏡；激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭依次配置在第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上用于輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像，前位全反射鏡、后位全反射鏡依次配置在第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上用于接收并向外輸出所述正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像或者向外進(jìn)行正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像視場掃描，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則配置。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述信號發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形；矩形光柵位于光束整形系統(tǒng)的后面，并使矩形光柵定位在單色傅立葉變換透鏡的前焦平面上； 若采用平行光輸出，所述前位全反射鏡和后位全反射鏡改變光束以垂直方向輸出； 若采用非平行光輸出，則需要標(biāo)定輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面，根據(jù)視場的范圍，確定正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面的面型及位置，輸入系統(tǒng)測量，并利用確定的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像波面面型和位置，對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述信號發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級次頻譜合成，利用波片將零頻光能量轉(zhuǎn)移到奇數(shù)次頻譜，提高高空間頻率正弦圖像靶標(biāo)的對比度，結(jié)合針對單一波長設(shè)計的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對輸出波面的標(biāo)定，實現(xiàn)從低頻到高頻，高對比度，像場修正便捷，適合大視場范圍測量的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像連續(xù)輸出； 若為透射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)出射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)均位于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上； 若為反射系統(tǒng)測量，正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像經(jīng)由后位全反射鏡進(jìn)入待測系統(tǒng)反射后，進(jìn)入高清高速相機(jī)；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，根據(jù)反射光束出射方向，調(diào)整并設(shè)置第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述信號發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于所述高清高速相機(jī)連接帶軟件處理系統(tǒng)的計算機(jī)，對輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對掃描結(jié)果綜合整體分析。10.根據(jù)權(quán)利要求6-9任一所述信號發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于通過如下方法測試: 透射系統(tǒng)測試:a.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵或者正弦光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)、高清高速相機(jī)置于第三精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則，安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； b.激光器選擇圓光斑輸出的單模激光器，便于波面測量及補(bǔ)償，及單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭的單色匹配設(shè)計；當(dāng)選擇不同波長的激光器時，需要對應(yīng)設(shè)計相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭； c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計方式，降低入射到矩形光柵的功率密度，降低光柵損傷，便于提高激光器的功率；激光束腰位置的小孔，要求優(yōu)于微米級的圓度，且無毛刺； d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級、2級及3級頻譜，充分利用其倍頻關(guān)系，快速提高空間頻率；為方便測試，矩形光柵也可方便的更換為正弦光柵，以及其他透明的圖像靶標(biāo)，此時，去掉頻譜選擇器即可； e.單色傅立葉變換透鏡和單色變倍率鏡頭均需配合激光器的波長設(shè)計，實現(xiàn)空間光學(xué)傅里葉變換，同時兼顧孔徑和視場要求； f.頻譜選擇器包括電、磁或光尋址空間光調(diào)制器、數(shù)字式微反射鏡器件、機(jī)械式小孔均可，以方便選擇I級、2級及3級頻譜，并對零級頻譜略有衰減即可；在不使用矩形光柵，以及不需要頻譜選擇的條件下，可去掉； g.波片配合激光器的波長選擇波長，放置在零級頻譜位置，配合選擇I級、2級及3級頻譜，對應(yīng)選擇1/4波片或1/2波片，將零級頻譜耦合進(jìn)I級、2級或3級頻譜，提高輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對比度，有效利用零級頻譜能量； h.第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌調(diào)整及固定激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件；i.前位全反射鏡和后位全反射鏡用于折轉(zhuǎn)光路，通過移動后位全反射鏡實現(xiàn)大視場掃描; j.調(diào)整第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的前位固定全反射鏡、后位全反射鏡便于實現(xiàn)穩(wěn)定的大視場掃描； k.調(diào)整第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上的固定待測系統(tǒng)和高清高速相機(jī)； l.高清高速相機(jī)采集經(jīng)定待測系統(tǒng)輸出的圖形靶標(biāo)，并傳輸至計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)； m.計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)接收高清高速相機(jī)采集輸出的圖形靶標(biāo)，并進(jìn)行相應(yīng)的圖像計算處理，輸出計算結(jié)果，完成光學(xué)系統(tǒng)測試； 反射系統(tǒng)測試m.首先調(diào)整激光器、光束整形系統(tǒng)、矩形光柵、單色傅立葉變換透鏡、頻譜選擇器、波片、單色變倍率鏡頭等器件置于第一級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；前位全反射鏡、后位全反射鏡置于第二級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；待測系統(tǒng)置于第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；高清高速相機(jī)置于第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，整個光路系統(tǒng)均按照同軸等高原則；安裝調(diào)試與高清高速相機(jī)相連的計算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；o.第二三間級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定高清高速相機(jī)； p.第三級精密絲杠和精密導(dǎo)軌上只調(diào)整及固定待測系統(tǒng)； q.其他同1.透射系統(tǒng)測試的a至j及I和m步驟完成光學(xué)系統(tǒng)測試。
【文檔編號】G01M11/00GK105890876SQ201410757222
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月10日
【發(fā)明人】李宏升, 李延娥
【申請人】青島理工大學(xué)