用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置和方法与流程

1.本发明属于光学系统精密装调及高精度检测技术领域，涉及一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制的装置和方法，是反射式光具座对探测器多视场下目标的识别，实现不同作用距离下的目标高精度模拟。

背景技术：

2.随着光电产品向多视场方向发展，对多视场探测器的光轴平行性及多视场下像质和目标的评价提出了更高的要求。由于外场直接对探测器进行测试时，受制于天候条件、地理位置和物理目标的影响，很难实现探测器的装调和性能评价，因此采用反射式光具座在实验室环境下对探测器进行模拟和调校。反射式光具座由光学系统和目标发生器组成，目标发生器光线通过反射式光学系统形成出射测试光束。然而多视场探测器在现有反射式光具座调试时存在以下问题：
①
反射式光具座无法模拟不同距离目标，探测器的设计指标往往要求对不同距离外的目标成像清晰，现有的反射式光具座无法进行靶标离焦，进而导致无法模拟不同距离的目标；
②
现有反射式光具座靶标无法满足有限远多视场同时成像目标，为了测试光机系统在不同视场下的成像质量，目标发生器的设计需要满足各视场下成像清晰；
③
目标模拟精度不高，现有目标发生器即使能进行离焦，由于目标发生器移动位移与反射式光具座光轴角度的偏差、高低位置的偏差，使得离焦时经过目标发生器的光线不是轴上光线，导致反射式光具座自身出射像质下降，从而无法判断探测器像质的优劣；
④
现有目标发生器采用的照射光源为电光源或者电光源与毛玻璃组合，导致经过目标发生器后的像面照度不一致，出射光束均匀性差，对探测器像质评价造成影响。
3.因此需要寻求一种新的方法和装置，既能满足靶标高精度位移控制，又能实现反射式光具座高精度模拟特定距离目标，还能保证多视场下目标发生器出射的高成像质量。
4.针对反射式光具座目标发生器高精度控制的方法和装置，我国发明专利“申请号cn102168988a双波段平行光管目标模拟器”该专利公开了一种采用光源组件、滤光片、靶标、平面镜和离轴抛物面反射镜组成的一种目标发生装置，通过在zns基底材料上镀有多层介质膜，实现双波段目标的产生。该方法只提供了在离轴抛物面镜焦平面位置的平行光束，不具备离焦功能，难以满足不同视场、不同作用距离的目标产生，无法用于有限远多视场探测器的调校。“申请号cn203773148u用于多波段目标模拟检测的离轴双反式非球面平行光管”该专利公开了一种采用离轴抛物面主反射镜和离轴双曲面次反射镜的多波段目标模拟检测设备，在所属离轴抛物面主反射镜与所述离轴双曲面次反射镜构成的光学系统的焦平面上设置有模拟光源，用于模拟与检测准直光学系统使用。该装置只能模拟平行光束，对于不同视场的探测器无法离焦，不能模拟不同目标距离。“申请号cn107703623a一种平行光管的焦面目标切换装置”该专利公开了一项平行光管的焦面目标切换装置，采用连接组件、传动组件、第一动力组件、第二动力组件与目标装载组件进行目标切换。该装置通过螺母组件对切换后的目标进行机械调整，难以满足探测器高均匀性、高精度调整的目标，且目标切换装置只实现了焦平面上不同目标的切换，无法满足目标发生装置离焦的功能，从而无法实
现有限远多视场探测器的装调。

技术实现要素：

5.(一)发明目的
6.本发明的目的是：针对反射式光具座中目标发生器无法移动、或者靶标移动精度不高，移动过程中靶标与光轴不垂直、靶标移动后出射成像质量差等问题，提出一种反射式光具座目标发生器高精度控制装置和方法，该装置目标发生器移动位置精度高、与光具座光学轴线高度重合、出射光束照度均匀、成像质量高，可高精度模拟不同距离的目标，实现多视场下精确成像和目标提供。
7.(二)技术方案
8.为了解决上述技术问题，本发明提供一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其包括反射式光学系统和高精度目标发生器，反射式光学系统包括：主镜组件1、次镜组件2；高精度目标发生器包括：直线导轨3、驱动器4、滑块5、转接块7、靶标支撑架8、靶标9、积分球支撑架10、积分球11；反射式光学系统将目标发生装置的光线形成出射测试光束；直线导轨3上设置丝杠，滑块5与丝杠连接并与直线导轨3相匹配；驱动器4设置在直线导轨3一端，驱动丝杠转动，带动滑块5沿直线导轨3移动；滑块5上设置机械接口，转接块7通过机械接口连接滑块5，靶标支撑架8、积分球支撑架10安装在转接块7上，靶标支撑架8上布置靶标9，积分球支撑架10上布置积分球11，出射测试光束入射在靶标9上，靶标9提供目标发生所需的对象，积分球11位于靶标9后侧，提供均匀照度的光源。
9.其中，所述主镜组件1和次镜组件2的面形精度均优于λ/50，λ为出射测试光束的波长。
10.控制装置还包括：光栅尺6，所述光栅尺6安装在直线导轨3一侧，用于测量靶标9的高精度位移，分辨率优于0.2um。
11.其中，所述直线导轨3行程为300mm，在300mm的移动范围内，直线度误差小于10um。
12.其中，所述直线导轨3的布置位置满足所述驱动器4驱动滑块5沿反射式光学系统光轴的轴向移动。
13.其中，所述滑块5与直线导轨3之间连接面的平面度优于8um，连接面的平行度优于10um；所述转接块7与滑块5之间连接面的平面度优于8um，平行度优于10um。
14.其中，所述靶标9的中心高度与反射式光学系统光轴高度一致；靶标支撑架8上设置有快换接口，用于更换不同的靶标9，靶标9包括小孔靶、十字靶和高分辨率靶。
15.其中，所述积分球11的出光孔中心高度与反射式光学系统光轴高度一致，积分球11出光口径大于靶标9有效口径0.2倍。
16.控制装置还包括：控制系统12，集成直线导轨驱动系统和积分球控制系统，用于控制靶标的高精度位移和积分球出光的照度及均匀性。
17.本发明还提供一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制方法，包括以下步骤：
18.第一步：安装反射式光学系统
19.将主镜组件1和次镜组件2装调至系统波像差优于1/16λ，光学系统各初级像差的zernike系数装调至0.01以下，将主镜组件1和次镜组件2固定可靠；
20.第二步：高精度位移控制机构安装
21.将直线导轨3、驱动器4、滑块5及光栅尺6集成装配，形成高精度位移控制的机械部分，通过光栅尺6对直线导轨3的运动距离进行精确细分，通过与控制系统12连接实现高精度位移控制；
22.第三步：高精度靶标调校
23.转接块7安装至滑块5上，靶标支撑架8安装至转接块7上，将靶标9中的小孔靶标安装至靶标支撑架8上；架设高精度电子内调焦自准直仪，通过内调焦调校靶标与反射式光学系统光轴同轴，移动靶标9，调节直线导轨的偏移角度和高低角度，使得靶标在不同位置时与反射式光学系统光轴一致；调节靶标支撑架8与转接块7连接面的偏移角度和高低角度，使靶标9与高精度电子内调焦自准直仪自准，保证靶标与反射式光学系统光轴垂直；重复上述过程，同时保证靶标9中心与反射式光学系统主光轴的同轴与垂直，实现光具座目标发生器的高精度控制；
24.第四步：均匀性光源调校
25.安装积分球支撑架10、积分球11，在靶标9与反射式光学系统之间重新架设高精度电子自准直仪，调节高精度电子自准直仪与靶标9的小孔靶准直，取下靶标9，调节积分球支撑架10与转接块7之间的偏移角度和高低角度，保证积分球中心与高精度电子自准直仪准直，此时积分球光源出射光束与靶标垂直、与反射式光学系统同轴，实现目标发生器出射光线的均匀、一致。
26.(三)有益效果
27.上述技术方案所提供的反射式光具座目标发生器高精度控制装置和方法，有益效果体现在以下几个方面。
28.(1)可以提供高精度控制的目标发生器移动控制，解决了有限远目标模拟精度差、出射光束均匀性差的难题。
29.(2)保证了目标发生器靶标移动轴线与光学系统轴线同轴，避免通过反射式光学系统后目标发生像差，保证靶标移动过程中焦面的一致性。
30.(3)采用积分球作为目标光源，保证通过目标后光线的均匀性，采用靶标与积分球同时运动，即靶标与光源的相对位移为固定值，保证了出射光线的照度均匀、一致。
31.(4)可以实现有限远多视场下精确成像和目标提供，具有结构简单、控制方便、离轴量控制精度高、像面一致性好、出射光束均匀等特点。
附图说明
32.图1为反射式光具座目标发生装置高精度控制装置示意图；
33.其中，1-主镜组件、2-次镜组件、3-直线导轨、4-驱动器、5-滑块、6-光栅尺、7-转接块、8-靶标支撑架、9-靶标、10-积分球支撑架、11-积分球、12-控制系统。
34.图2为高精度靶标调校示意图；
35.图3为积分球调校示意图。
具体实施方式
36.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具
体实施方式作进一步详细描述。
37.为了实现反射式光具座靶标的高精度、高象质控制，本发明提供一种针对反射式光具座目标发生器高精度控制装置，该装置中目标发生器与反射式系统光轴重合，且在离焦过程控制时可以精确移动目标发生装置，通过均匀性光源保证经过目标发生器后的像质和照度，保证各有限远探测器对目标发生装置的成像清晰。
38.参照图1所示，本发明反射式光具座目标发生器高精度控制装置包括反射式光学系统和高精度目标发生器，反射式光学系统包括：主镜组件1、次镜组件2；高精度目标发生器包括：直线导轨3、驱动器4、滑块5、光栅尺6、转接块7、靶标支撑架8、靶标9、积分球支撑架10、积分球11。
39.所述主镜组件1与次镜组件2构成反射式光学系统，用于将目标发生装置的光线形成出射测试光束，主镜组件1和次镜组件2的面形精度均优于λ/50，λ为出射测试光束的波长，保证目标发生装置的光束经过反射式光学系统时成像质量基本不损失。
40.直线导轨3上设置丝杠，滑块5与丝杠连接并与直线导轨3相匹配；驱动器4设置在直线导轨3一端，驱动丝杠转动，带动滑块5沿直线导轨3移动；滑块5上设置机械接口，转接块7通过机械接口连接滑块5，靶标支撑架8、积分球支撑架10安装在转接块7上，靶标支撑架8上布置靶标9，积分球支撑架10上布置积分球11，靶标9提供目标发生所需的对象，积分球11提供均匀照度的光源。
41.所述光栅尺6安装在直线导轨3一侧，用于测量靶标9的高精度位移，分辨率优于0.2um。
42.所述直线导轨3、驱动器4、滑块5、光栅尺6和丝杠的配合，提供靶标的精确位移控制；直线导轨3行程为300mm，在300mm的移动范围内，直线度误差小于10um。
43.直线导轨3的布置位置满足所述驱动器4驱动滑块5沿反射式光学系统光轴的轴向移动。
44.所述滑块5与直线导轨3通过丝杠连接，用于保证靶标9移动过程中的直线度要求；滑块5与直线导轨3之间连接面的平面度优于8um，连接面的平行度优于10um。
45.转接块7与滑块5之间连接面的平面度优于8um，平行度优于10um，连接孔最大跨距不小于230mm。
46.所述靶标支撑架8用于支撑靶标9，保证靶标9的中心高度与反射式光学系统光轴高度一致，误差不大于10um；且靶标支撑架8具有高精度快换接口，保证更换不同的靶标时像面位置和高度均保持不变。
47.所述靶标9用于提供目标发生所需的对象，包括小孔靶、十字靶和高分辨率靶，靶标具有相同尺寸和精度的机械接口，保证靶标快换时像面位置和高度均保持不变，靶标圆度和厚度误差均优于8um。
48.所述积分球支撑架10用于支撑积分球11，保证积分球11的出光孔中心高度与反射式光学系统光轴高度一致，且保证积分球出射光束与靶标垂直。
49.所述积分球11用于提供均匀照度的光源，与靶标共同安装于转接块上，保证靶标9在移动过程中与积分球11保持相对位置不变，从而提供一致的通光亮和均匀照度，积分球11出光口径大于靶标9有效口径0.2倍。
50.控制装置还包括控制系统12，集成了直线导轨驱动系统和积分球控制系统，用于
控制靶标的高精度位移和积分球出光的照度及均匀性。
51.基于上述反射式光具座目标发生器高精度控制装置，本实施例反射式光具座目标发生器高精度控制方法采用高精度电子内调焦自准直仪对所述反射式光学系统的中心轴线与靶标中心同轴度和垂直度进行标校以及积分球出光中心同轴度和垂直度的调校，通过高精度直线导轨实现靶标的高精度控制，包括以下步骤：
52.第一步：安装反射式光学系统
53.将主镜组件1和次镜组件2用高精度干涉仪装调至系统波像差优于1/16λ，光学系统各初级像差的zernike系数装调至0.01以下，将主镜组件1和次镜组件2固定可靠。
54.第二步：高精度位移控制机构安装
55.将直线导轨3、驱动器4、滑块5及光栅尺6集成装配，形成高精度位移控制的机械部分，通过光栅尺对直线导轨的运动距离进行精确细分，通过与控制系统12连接实现高精度位移控制。
56.第三步：高精度靶标调校
57.如图2所示，转接块7安装至滑块5上，靶标支撑架8安装至转接块7上，将靶标9中的小孔靶标安装至靶标支撑架8上。架设高精度电子内调焦自准直仪，通过内调焦调校靶标与反射式光学系统光轴同轴，移动靶标9，调节直线导轨的偏移角度和高低角度，使得靶标在不同位置时与反射式光学系统光轴一致。调节靶标支撑架8与转接块7连接面的偏移角度和高低角度，使靶标9与高精度电子内调焦自准直仪自准，保证靶标与反射式光学系统光轴垂直。重复上述过程，同时保证靶标9中心与反射式光学系统主光轴的同轴与垂直，实现光具座目标发生器的高精度控制。
58.第四步：均匀性光源调校
59.如图3所示，安装积分球支撑架10、积分球11，在靶标9与反射式光学系统之间重新架设高精度电子自准直仪，调节高精度电子自准直仪与靶标9的小孔靶准直，取下靶标9，调节积分球支撑架10与转接块7之间的偏移角度和高低角度，保证积分球中心与高精度电子自准直仪准直，此时即可保证积分球光源出射光束与靶标垂直、与反射式光学系统同轴，实现目标发生器出射光线的均匀、一致。
60.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，包括反射式光学系统和高精度目标发生器，反射式光学系统包括：主镜组件1、次镜组件2；高精度目标发生器包括：直线导轨3、驱动器4、滑块5、转接块7、靶标支撑架8、靶标9、积分球支撑架10、积分球11；反射式光学系统将目标发生装置的光线形成出射测试光束；直线导轨3上设置丝杠，滑块5与丝杠连接并与直线导轨3相匹配；驱动器4设置在直线导轨3一端，驱动丝杠转动，带动滑块5沿直线导轨3移动；滑块5上设置机械接口，转接块7通过机械接口连接滑块5，靶标支撑架8、积分球支撑架10安装在转接块7上，靶标支撑架8上布置靶标9，积分球支撑架10上布置积分球11，出射测试光束入射在靶标9上，靶标9提供目标发生所需的对象，积分球11位于靶标9后侧，提供均匀照度的光源。2.如权利要求1所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述主镜组件1和次镜组件2的面形精度均优于λ/50，λ为出射测试光束的波长。3.如权利要求2所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，还包括：光栅尺6，所述光栅尺6安装在直线导轨3一侧，用于测量靶标9的高精度位移，分辨率优于0.2um。4.如权利要求3所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述直线导轨3行程为300mm，在300mm的移动范围内，直线度误差小于10um。5.如权利要求4所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述直线导轨3的布置位置满足所述驱动器4驱动滑块5沿反射式光学系统光轴的轴向移动。6.如权利要求5所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述滑块5与直线导轨3之间连接面的平面度优于8um，连接面的平行度优于10um；所述转接块7与滑块5之间连接面的平面度优于8um，平行度优于10um。7.如权利要求6所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述靶标9的中心高度与反射式光学系统光轴高度一致；靶标支撑架8上设置有快换接口，用于更换不同的靶标9，靶标9包括小孔靶、十字靶和高分辨率靶。8.如权利要求7所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，所述积分球11的出光孔中心高度与反射式光学系统光轴高度一致，积分球11出光口径大于靶标9有效口径0.2倍。9.如权利要求8所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置，其特征在于，还包括：控制系统12，集成直线导轨驱动系统和积分球控制系统，用于控制靶标的高精度位移和积分球出光的照度及均匀性。10.一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制方法，其特征在于，采用权利要求9所述的用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置进行控制，控制方法包括以下步骤：第一步：安装反射式光学系统将主镜组件1和次镜组件2装调至系统波像差优于1/16λ，光学系统各初级像差的zernike系数装调至0.01以下，将主镜组件1和次镜组件2固定可靠；第二步：高精度位移控制机构安装将直线导轨3、驱动器4、滑块5及光栅尺6集成装配，形成高精度位移控制的机械部分，通过光栅尺6对直线导轨3的运动距离进行精确细分，通过与控制系统12连接实现高精度位移控制；
第三步：高精度靶标调校转接块7安装至滑块5上，靶标支撑架8安装至转接块7上，将靶标9中的小孔靶标安装至靶标支撑架8上；架设高精度电子内调焦自准直仪，通过内调焦调校靶标与反射式光学系统光轴同轴，移动靶标9，调节直线导轨的偏移角度和高低角度，使得靶标在不同位置时与反射式光学系统光轴一致；调节靶标支撑架8与转接块7连接面的偏移角度和高低角度，使靶标9与高精度电子内调焦自准直仪自准，保证靶标与反射式光学系统光轴垂直；重复上述过程，同时保证靶标9中心与反射式光学系统主光轴的同轴与垂直，实现光具座目标发生器的高精度控制；第四步：均匀性光源调校安装积分球支撑架10、积分球11，在靶标9与反射式光学系统之间重新架设高精度电子自准直仪，调节高精度电子自准直仪与靶标9的小孔靶准直，取下靶标9，调节积分球支撑架10与转接块7之间的偏移角度和高低角度，保证积分球中心与高精度电子自准直仪准直，此时积分球光源出射光束与靶标垂直、与反射式光学系统同轴，实现目标发生器出射光线的均匀、一致。

技术总结

本发明属于光学系统精密装调及高精度检测技术领域，公开了一种用于反射式光具座目标发生器高精度控制装置和方法。该装置以直线导轨为基体，通过连接孔位与反射式光学系统组件的框架连接，靶标支撑架和积分球通过转接块连接至直线导轨上，保证高精度移动过程中，靶标的照度及均匀性一致。本发明解决了目标发生器与反射式系统光轴不重合的问题，且在靶标离焦过程控制时可以精确移动目标发生装置，通过均匀性光源保证经过目标发生器后的像质和照度，保证各视场对目标发生装置的成像清晰，具有结构简单、控制方便、离轴量控制精度高、像面一致性好等特点。性好等特点。性好等特点。