一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统

摘要

本发明公开了一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统，涉及传函及透射比测量光学系统领域，被测镜头放入温箱中，实现‑40℃到+70℃温度范围内光学传递函数测试，可见光像分析器采用宽光谱平场复消色差显微镜，红外像分析器采用二次成像红外中继镜；将高低温箱出射窗外的可见光及红外像分析器光学系统更换为可见光积分球和可见光中继光学系统或红外积分球和红外像分析器光学系统实现被测窗口‑40℃到+70℃温度内高低温透射比测量。切换镜切入光路，将准直系统发出的光折转到高温箱内，在高温箱出射窗外放置可见光积分球和可见光中继光学系统或红外积分球和红外像分析器光学系统可实现被测窗口+70℃到+400℃温度内高温透射比测试。

说明书

技术领域

本发明属于传函及透射比测量光学系统技术领域，更具体地，涉及一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统。

背景技术

光学传递函数(Modulation Transfer Function，MTF)，能够定量反映光学系统孔径、光谱成分以及像差大小所引起的综合效果，可以根据设计结果直接计算，可以进行精确客观的直接测量，能够有效对光学系统所成图像的质量进行综合表达，因此被公认为现代光学系统像质评价的重要指标。光学系统工作于外部恶劣环境时，环境温度变化将引起光学系统的材料折射率变化、光学与结构件热胀冷缩，进而导致系统焦距变化、像面位移(离焦)、成像质量恶化等。这种光学系统的热不稳定性主要是由于光学材料的热稳定性较差，多数光学材料的折射率随温度变化明显。因此，对高低温条件下镜头的成像质量进行精确测试，有助于定量评价镜头的高低温成像性能，对镜头的环境适应性进行客观评估。

高低温环境下(尤其是高温条件)，传感器的光学窗口材料透射性能会出现不同程度的变化，进而影响系统的成像质量与响应灵敏度，导致重要战术指标降低。在导弹高速飞行过程中，由于强烈的摩擦原因，会产生高温效应。如导弹速度达到3马赫时，在10km高空温度达到350℃。随着导弹头部温度的急速提升，其传感器的光学窗口材料的吸收系数会加大，导致透射比衰减。因此，对高低温条件下光学窗口的透射比进行定量测试，获取准确数据，可以充分衡量对比不同光学窗口材料的差异，从而优选最适合的窗口材料。这对于应用于导弹及激光制导的新一代电视与红外传感器尤其重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统，能够测量可见光波段及中波红外波段镜头在高低温下的传递函数，能对光学系统在高低温下的成像质量进行评价；能够测量可见光波段及中波红外波段窗口在高低温下的透过率，能对窗口在高低温下的透过率进行评价。

为实现上述目的，本发明提供了一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统，包括如下组件：准直光学系统、高低温箱入射窗、高低温箱出射窗、高低温箱本体、可见光像分析器光学系统、红外像分析器光学系统、切换镜、折转镜、高温箱入射窗、高温箱出射窗、高温箱本体、可见光积分球、红外积分球及可见光中继光学系统；

所述准直光学系统用于将靶标准直，模拟无穷远目标，并提供透射比光源能量，光源能够直接通过所述高低温箱入射窗进入所述高低温箱本体，或者，通过所述切换镜切入光路，将所述准直系统发出的光通过所述折转镜折转到所述高温箱入射窗，进而通过所述高温箱入射窗进入所述高温箱本体内；

所述高低温箱入射窗、所述高低温箱出射窗及所述高低温箱本体组成第一密闭空间，所述高温箱入射窗、所述高温箱出射窗及所述高温箱本体组成第二密闭空间，所述第一密闭空间及所述第二密闭空间用于保证被测镜头和被测窗口的温度稳定在需要测试的值；

所述可见光像分析器光学系统采用宽光谱平场复消色差显微镜，良好的像质保证了测试精度；

所述红外像分析器光学系统采用二次成像红外中继镜，将被测像点引出高低温箱，扫描刀口放置在一次像面上，实现高低温箱出射窗外像点扫描；

所述可见光中继光学系统采用一次成像有限共轭光学系统；

所述可见光积分球和所述红外积分球将高低温箱及高温箱出射的光变成朗伯光源，分别通过所述可见光中继光学系统及所述红外像分析器光学系统成像在点源探测器上；

通过不同组件的组合，完成高低温下在可见光波段和中波红外波段传递函数的测试，以及高低温和高温下在可见光波段和中波红外波段光学窗口透射比的测试。

在一些可选的实施方案中，所述准直系统包括主镜和次镜，主镜为离轴抛面镜，次镜为平面镜，光源出射的光经过次镜反射后进入主镜。

在一些可选的实施方案中，所述高低温箱入射窗、所述高低温箱出射窗、所述高温箱入射窗及所述高温箱出射窗均采用双层蓝宝石材料，保证温度变化窗口不产生形变，蓝宝石晶向与工作面间夹角小于1°。

在一些可选的实施方案中，所述高低温箱入射窗与所述高低温箱出射窗之间为真空状态，所述高温箱入射窗及所述高温箱出射窗之间为真空状态。

在一些可选的实施方案中，所述被测镜头包括可见光标准镜光学系统和红外标准镜光学系统，所述被测窗口包括可见光被测窗口和红外被测窗口。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、高低温箱入射窗、可见光标准镜光学系统、高低温箱出射窗及可见光像分析器光学系统，完成高低温下可见光标准镜光学系统传递函数测试。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、高低温箱入射窗、红外标准镜光学系统、高低温箱出射窗及红外像分析器光学系统，完成高低温下红外标准镜光学系统传递函数测试。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、高低温箱入射窗、可见光被测窗口、高低温箱出射窗、可见光积分球及可见光中继光学系统，完成高低温下可见光被测窗口透过率测试。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、高低温箱入射窗、红外被测窗口、高低温箱出射窗、红外积分球及红外像分析器光学系统，完成高低温下红外被测窗口透过率测试。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、切换镜、折转镜、高温箱入射窗、可见光被测窗口、高温箱出射窗、可见光积分球及可见光中继光学系统，完成高温下可见光被测窗口透过率测试。

在一些可选的实施方案中，采用准直系统、切换镜、折转镜、高温箱入射窗、红外被测窗口、高温箱出射窗、红外积分球及红外像分析器光学系统，完成高温下红外被测窗口透过率测试。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

能够测量可见光波段及中波红外波段镜头在高低温下的传递函数，能对光学系统在高低温下的成像质量进行评价。能够测量可见光波段及中波红外波段窗口在高低温下的透过率，能对窗口在高低温下的透过率进行评价。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种光学系统示意图；

图2是本发明实施例提供的一种高低温下可见光标准镜光学系统传递函数测试示意图；

图3是本发明实施例提供的一种高低温下红外标准镜光学系统传递函数测试示意图；

图4是本发明实施例提供的一种高低温下可见光被测窗口透过率测试示意图；

图5是本发明实施例提供的一种高低温下红外被测窗口透过率测试示意图；

图6是本发明实施例提供的一种高温下可见光被测窗口透过率测试示意图；

图7是本发明实施例提供的一种高温下红外被测窗口透过率测试示意图；

图8是本发明实施例提供的一种可见光像分析器光学系统；

图9是本发明实施例提供的一种红外像分析器光学系统；

图10是本发明实施例提供的一种可见光中继光学系统；

图11是本发明实施例提供的一种可见光标准镜光学系统；

图12是本发明实施例提供的一种红外标准镜光学系统；

图中，1-1次镜，1-2主镜，2-高低温箱入射窗，3-1可见光标准镜光学系统，3-2红外标准镜光学系统，4-高低温箱出射窗，5-可见光像分析器光学系统，6-红外像分析器光学系统，7-可见光中继光学系统，8-可见光积分球，9-红外积分球，10-切换镜，11-折转镜，12-高温箱入射窗，13-高温箱出射窗，14-1可见光被测窗口，14-2红外被测窗口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1所示，本发明实施的一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统，包括：准直光学系统，高低温箱入射窗2，被测镜头，高低温箱出射窗4，可见光像分析器光学系统5，红外像分析器光学系统6，可见光中继光学系统7，可见光积分球8，红外积分球9，切换镜10，折转镜11，高温箱入射窗12，高温箱出射窗13及被测窗口；

进一步的，准直光学系统包括主镜1-2和次镜1-1，主镜为离轴抛面镜，次镜为平面镜，波段覆盖0.35μm～14μm。

进一步的，高低温箱入射窗2、高低温箱出射窗4、高温箱入射窗12、高温箱出射窗13都采用双层蓝宝石材料，蓝宝石晶向与工作面间夹角小于1°，双层温窗与结构件组成密闭空间，双层温窗之间为真空状态。

进一步的，被测镜头包括可见光标准镜光学系统3-1和红外标准镜光学系统3-2。

进一步的，可见光像分析器光学系统5采用宽光谱平场复消色差显微镜，包括物镜及筒镜。

进一步的，红外像分析器光学系统6采用二次成像红外中继镜，可将被测红外标准镜光学系统像点引出温箱，扫描刀口放置在一次像面上。

进一步的，被测窗口包括可见光被测窗口14-1和红外被测窗口14-2。

在本发明实施例中，准直光学系统将靶标准直，模拟无穷远目标及提供透射比光源能量，被测镜头放入温箱中，实现被测镜头-40℃到+70℃温度范围内光学传递函数测试，高低温箱入射窗、高低温箱出射窗、高低温箱本体组成第一密闭空间，保证被测镜头和被测窗口温度稳定在需要测试的值，高低温箱入射窗、高低温箱出射窗都采用双层蓝宝石材料，保证温度变化窗口不产生形变，可见光像分析器采用宽光谱平场复消色差显微镜，良好的像质保证了测试精度，红外像分析器采用二次成像红外中继镜，可将被测像点引出温箱，扫描刀口放置在一次像面上，实现温窗外像点扫描，完成高低温传函测试；将高低温箱出射窗外的可见光及红外像分析器光学系统更换为可见光积分球和可见光中继光学系统或红外积分球和红外像分析器光学系统可实现被测窗口高低温透射比测量。切换镜切入光路，将准直系统发出的光折转到高温箱内，在高温箱出射窗外放置可见光积分球和可见光中继光学系统或红外积分球和红外像分析器光学系统可实现被测窗口高温透射比测试。

本发明的光学系统采用双层蓝宝石光学系统，将被测镜头和被测窗口在温箱中加温，达到所需测试温度，如图2所示，采用准直系统、高低温箱入射窗2、可见光标准镜光学系统3-1、高低温箱出射窗4及可见光像分析器光学系统5，完成高低温下可见光标准镜光学系统传递函数测试。

如图3所示，采用准直系统、高低温箱入射窗2、红外标准镜光学系统3-2、高低温箱出射窗4及红外像分析器光学系统6，完成高低温下红外标准镜光学系统传递函数测试。

如图4所示，采用准直系统、高低温箱入射窗2、可见光被测窗口14-1、高低温箱出射窗4、可见光积分球8及可见光中继光学系统7，完成高低温下可见光被测窗口透过率测试。

如图5所示，采用准直系统、高低温箱入射窗2、红外被测窗口14-2、高低温箱出射窗4、红外积分球9及红外像分析器光学系统6，完成高低温下红外被测窗口透过率测试。

如图6所示，采用准直系统、切换镜10、折转镜11、高温箱入射窗12、可见光被测窗口14-1、高温箱出射窗13、可见光积分球8及可见光中继光学系统7，完成高温下可见光被测窗口透过率测试。

如图7所示，采用准直系统、切换镜10、折转镜11、高温箱入射窗12、红外被测窗口14-2、高温箱出射窗13、红外积分球9及红外像分析器光学系统6，完成高温下红外被测窗口透过率测试。

如图8所示，是本发明实施例提供的一种可见光像分析器光学系统。

如图9所示，是本发明实施例提供的一种红外像分析器光学系统。

如图10所示，是本发明实施例提供的一种可见光中继光学系统。

如图11所示，是本发明实施例提供的一种可见光标准镜光学系统。

如图12所示，是本发明实施例提供的一种红外标准镜光学系统。

因此，验证了本发明的光学系统在高低温-40℃～+70℃温度范围内，在可见光波段和中波红外波段传递函数的测试能力；在高低温-40℃～+70℃和高温+70℃～+400℃温度范围内在可见光波段和中波红外波段光学窗口透射比的测试能力。

本发明的一种高低温镜头传递函数与窗口透射比测试光学系统，包括准直光学系统、高低温箱入射窗、被测镜头、高低温箱出射窗、可见光像分析器光学系统、红外像分析器光学系统、切换镜、折转镜、高温箱入射窗、被测窗口、高温箱出射窗、可见光积分球、红外积分球、可见光中继光学系统，通过不同组件的组合，可完成在-40℃～+70℃温度范围内，在可见光波段和中波红外波段传递函数的测试；在-40℃～+400℃温度范围内在可见光波段和中波红外波段光学窗口透射比的测试。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。