一种整机状态下镜头像质测试装置的制作方法

本发明属于航天光学遥感器，涉及一种整机状态下镜头像质测试装置。

背景技术：

1、光学系统成像质量是评价空间光学遥感器(下文简称相机)的一项重要指标。镜头状态下,通常采用用干涉仪测试镜头波前像差的方法进行成像质量评价。整机状态下通常采用测试光学传递函数(mtf)的方法进行测试。这两种检测法均被认为是准确、客观、定量的像质评价指标，可以用于评价系统成像质量。

2、需要注意的是，相机完成镜头与焦面组件对接定焦后，传函测试法仅能检测镜头和焦面组件组成的相机系统的成像质量，无法对镜头像质进行单独检测。

3、在工程实践中，经常会出现整机经历了一系列空间环境适应性试验后，复测成像质量时，mtf异常下降的情况。导致mtf下降的原因通常可以分为三大类：镜头失调、焦面组件失调、焦面位置整体离焦。其中镜头失调又可细分为各镜面型失调和各镜位置失调。焦面组件失调可以细分为各探测器位置失调和焦面内各镜位置失调。受制于系统传函检测的局限性，为了排查问题，通常需要对各个部组件进行单独仿真分析，或单独试验，这一过程耗时耗力且多依靠工程经验，不够准确、直接。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种整机状态下镜头像质测试装置，解决了安装焦面后，只能进行系统mtf测试，无法直接测试镜头像质的难题。

2、本发明解决技术的方案是：

3、一种整机状态下镜头像质测试装置，包括相机镜头、像质测试镜、干涉仪；

4、其中，相机镜头光轴轴向水平放置；相机镜头的轴向左侧为入光口，轴向右侧为出光口；相机出瞳位置位于相机镜头内部；正常状态下，入射光在相机出瞳位置的汇聚下，聚焦在相机镜头轴向右侧的相机焦面处；像质测试镜设置在相机镜头内部，且位于相机出瞳位置的右侧；干涉仪设置在相机镜头的下方；通过像质测试镜将经过相机出瞳位置的光折射汇聚在干涉仪上；通过干涉仪实现对相机镜头的像质检测。

5、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，通过像质测试镜实现将相机焦面转移至干涉仪处。

6、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，像质测试镜的镜面型值优于λ为入射光波长。

7、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，测试装置还包括n个像质测试镜靶球、n个干涉仪靶球、n个相机镜头靶球和激光跟踪仪；

8、激光跟踪仪轴向水平设置在相机镜头的出光口位置；n个像质测试镜靶球设置在像质测试镜上；n个干涉仪靶球设置在干涉仪上；n个相机镜头靶球设置在相机镜头上。

9、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，所述n为不小于3的正整数；像质测试镜上的n个像质测试镜靶球分散设置，实现包络住像质测试镜；干涉仪上的n个干涉仪靶球分散设置，实现包络住干涉仪；相机镜头的n个相机镜头靶球分散设置，实现包络住相机镜头。

10、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，所述激光跟踪仪的视场实现观测到像质测试镜靶球、干涉仪靶球和相机镜头靶球，实现确定质测试镜、相机镜头和干涉仪的相互位置关系。

11、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，对镜头像质测试的点位包括0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位。

12、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，各视场点位均位于像质测试镜折射后的视场方向上；即将干涉仪分别移到视场方向上的0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位进行相机镜头的像质检测。

13、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，所述0视场点位为视场方向上中心位置的点位。

14、在上述的一种整机状态下镜头像质测试装置，通过激光跟踪仪对干涉仪靶球和像质测试镜靶球相对位置的测量，实现将干涉仪分别移到视场方向上的0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位。

15、本发明与现有技术相比的有益效果是：

16、(1)本发明应用于整机状态下镜头像质测试，解决安装焦面后，只能进行系统传函测试，无法直接测试镜头像质的难题。利用在相机系统适当位置安装的测试镜，将系统光路引出至相机外侧，对引出光路进行定量测试，可以剥离焦面组件对系统mtf的影响直接判定镜头像质；

17、(2)本发明在像质测试镜及干涉仪上设置跟踪仪靶球，通过对测量点的精准控制，对镜头指定视场进行测试，使前后测试数据能够精确比对，并能够依照测试结果完善镜头数字孪生模型；

18、(3)本发明提供的这种不依赖系统mtf测试的镜头成像质量评估方法。应用于大口径相机地面难以完全卸载，地面传函测试结果难以表征在轨成像质量场景时，能够对镜头进行精准测试，通过数字孪生技术对镜头在轨像质进行准确预估。

技术特征：

1.一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：包括相机镜头(1)、像质测试镜(4)、干涉仪(5)；

2.根据权利要求1所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：通过像质测试镜(4)实现将相机焦面(2)转移至干涉仪(5)处。

3.根据权利要求1所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：像质测试镜(4)的镜面型值优于λ为入射光波长。

4.根据权利要求1所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：测试装置还包括n个像质测试镜靶球(6)、n个干涉仪靶球(7)、n个相机镜头靶球(8)和激光跟踪仪(9)；

5.根据权利要求4所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：所述n为不小于3的正整数；像质测试镜(4)上的n个像质测试镜靶球(6)分散设置，实现包络住像质测试镜(4)；干涉仪(5)上的n个干涉仪靶球(7)分散设置，实现包络住干涉仪(5)；相机镜头(1)的n个相机镜头靶球(8)分散设置，实现包络住相机镜头(1)。

6.根据权利要求5所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：所述激光跟踪仪(9)的视场实现观测到像质测试镜靶球(6)、干涉仪靶球(7)和相机镜头靶球(8)，实现确定质测试镜(4)、相机镜头(1)和干涉仪(5)的相互位置关系。

7.根据权利要求6所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：对镜头像质测试的点位包括0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位。

8.根据权利要求7所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：各视场点位均位于像质测试镜(4)折射后的视场方向上；即将干涉仪(5)分别移到视场方向上的0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位进行相机镜头(1)的像质检测。

9.根据权利要求8所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：所述0视场点位为视场方向上中心位置的点位。

10.根据权利要求8所述的一种整机状态下镜头像质测试装置，其特征在于：通过激光跟踪仪(9)对干涉仪靶球(7)和像质测试镜靶球(6)相对位置的测量，实现将干涉仪(5)分别移到视场方向上的0视场点位、±0.5视场点位、±0.7视场点位和±1视场点位。

技术总结
本发明涉及一种整机状态下镜头像质测试装置，属于航天光学遥感器技术领域；包括相机镜头、像质测试镜、干涉仪；相机镜头光轴轴向水平放置；相机镜头的轴向左侧为入光口，轴向右侧为出光口；相机出瞳位置位于相机镜头内部；正常状态下，入射光在相机出瞳位置的汇聚下，聚焦在相机镜头轴向右侧的相机焦面处；像质测试镜设置在相机镜头内部，且位于相机出瞳位置的右侧；干涉仪设置在相机镜头的下方；通过像质测试镜将经过相机出瞳位置的光折射汇聚在干涉仪上；通过干涉仪实现对光的检测；本发明解决了安装焦面后，只能进行系统MTF测试，无法直接测试镜头像质的难题。

技术研发人员：孙欣,王小勇,刘涌,汤天瑾,姜彦辉,陈佳夷,胡永力
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20