正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號(hào)發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)信號(hào)發(fā)生裝置，特別是涉及一種正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號(hào)發(fā)生裝置。
【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(duì)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(jì)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(jì)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(shí)，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(shí)，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(duì)比度迅速降低。
[0005]利用計(jì)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(shí)，DLP投影儀自身的像素柵線結(jié)構(gòu)，影響高空間頻率正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的精度。同時(shí)，由于DLP投影儀面向大眾使用的通用光學(xué)設(shè)計(jì)，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(hào)200510016796.0專利是最相近專利。該專利中，有四項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)未能解決。第一，對(duì)關(guān)鍵核心部件矩形光柵的選擇沒有針對(duì)性，單純利用矩形光柵的制作誤差，實(shí)現(xiàn)的二級(jí)光譜輸出，不具有可控性；第二，占有輸入能量70%以上的零級(jí)頻譜不能有效利用，且只能降低輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)的對(duì)比度；第三，傅立葉變換透鏡及變倍率鏡頭為通用設(shè)計(jì)，沒有針對(duì)單一波長光的針對(duì)性設(shè)計(jì)，輸出的正弦光強(qiáng)靶標(biāo)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。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]本實(shí)用新型目的在于克服現(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(hào)發(fā)生裝置。本實(shí)用新型能夠解決【背景技術(shù)】中矩形光柵的精確制作問題，頻率填充，零級(jí)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(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型正弦光強(qiáng)靶標(biāo)光學(xué)信號(hào)發(fā)生裝置，其特征在于包括沿同軸等高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或其他透明的圖像靶標(biāo)、單色傅立葉變換透鏡和頻譜選擇器及波片或者單色傅立葉變換透鏡和波片、單色變倍率鏡頭、前位全反射鏡、后位全反射鏡；用于輸出正弦光強(qiáng)靶標(biāo)圖像的激光器、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、單色變倍率鏡頭依次配置在第一級(jí)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)圖像視場掃描的前位全反射鏡、后位全反射鏡依次配置在第二級(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌上。光束整形系統(tǒng)位于激光器的后面，對(duì)激光束擴(kuò)束、準(zhǔn)直、整形。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)輸出的裝置:在第一級(jí)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(jí)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。本實(shí)用新型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(shí)，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(diǎn)。
[0009]作為優(yōu)化，所述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。
[0010]作為優(yōu)化，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；
[0012]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(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。
[0013]作為優(yōu)化，透射系統(tǒng)測量的光路是正弦光強(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(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌上；
[0014]反射系統(tǒng)測量的光路是正弦光強(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(jí)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(jí)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(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌方向和位置。
[0015]本實(shí)用新型是利用光學(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(jí)精密絲杠、精密導(dǎo)軌、全反射鏡、全反射鏡、第二級(jí)精密絲杠、精密導(dǎo)軌、待測系統(tǒng)、第三級(jí)精密絲杠、精密導(dǎo)軌、高清高速相機(jī)、第二三間級(jí)精密絲杠、精密導(dǎo)軌、計(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)。
[0016]第三級(jí)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(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌供反射系統(tǒng)測量使用。
[0017]使用占空比精確控制的矩形光柵空間分頻，同級(jí)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光強(qiáng)靶標(biāo)的對(duì)比度，結(jié)合針對(duì)單一波長設(shè)計(jì)的單色專用鏡頭，有效降低波像差，通過對(duì)輸出波面的標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)從低頻到高頻，高對(duì)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。
[0018]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(jì)算機(jī)。對(duì)輸出的變形條紋進(jìn)行視場拼接，和對(duì)掃描結(jié)果綜合整體分析。
[0019]作為優(yōu)化，所述待測系統(tǒng)及高清高速相機(jī)分別通過固定及位置調(diào)整機(jī)構(gòu)配置在第三級(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌上。
[0020]作為優(yōu)化，所述激光器為圓光斑輸出的單模激光器，并匹配單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭。
[0021]作為優(yōu)化，所述光束整形系統(tǒng)采為激光擴(kuò)束器型，其激光束腰位置的小孔圓度優(yōu)于微米級(jí)的，且無毛刺。
[0022]作為優(yōu)化，所述矩形光柵要求占空比大于或小于1:1 ;所述矩形光柵更換為正弦光柵或其他透明的圖像靶標(biāo)時(shí)，去掉頻譜選擇器，單色傅立葉變換透鏡與波片直接相鄰。
[0023]作為優(yōu)化，所述激光器、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、單色變倍率鏡頭分別通過各自的固定及位置調(diào)整機(jī)構(gòu)依次配置在第一級(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌上，所述前位全反射鏡、后位全反射鏡分別通過各自的固定及位置調(diào)整機(jī)構(gòu)依次配置在第二級(jí)精密絲杠和精密導(dǎo)軌上。
[0024]通過如下方法測試:
[0025]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(jí)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(gè)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(jì)算機(jī)及軟件處理系統(tǒng)；
[0026]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(jì)；當(dāng)選擇不同波長的激光器時(shí)，需要對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)相匹配的單色傅立葉變換透鏡、波片、單色變倍率鏡頭；
[0027]c.光束整形系統(tǒng)采用激光擴(kuò)束器設(shè)計(jì)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(jí)的圓度，且無毛刺；
[0028]d.矩形光柵要求占空比不等于1: 1，便利使用I級(jí)、2級(jí)及3級(jí)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(shí)，去掉頻譜選擇器即可；
[00