光学瞄具出瞳直径、出瞳距离与放大率现代测试技术研究

　　对于望远系统为原理的光学瞄具,其出瞳直径、出瞳距离及放大率是备受关注的性能参数,其性能优劣直接影响到了光学瞄具的瞄准精度。而它们传统测试原理与方法,都是采用光学原理与技术,借助于辅助的目视仪器设备来实现测试读数的,这不仅受人为因素影响较大,而且易疲劳,影响测试精度。随着CCD技术和计算机图像处理技术的发展与应用,已扩展到光学系统性能参数测试的应用中。

　　本测试系统是把光学技术,光电传感技术,CCD技术、精密机械技术、自动控制技术和计算机图像处理技术等多学科技术有机地结合起来,以完成各种不同光学瞄具的出瞳直径、出瞳距离与放大率测试。由于采用了步进电机驱动细分技术、显微技术、面阵CCD细分技术和计算机图像处理技术,使得测试精度和效率大大提高。

　　1　测试原理

　　出瞳直径、出瞳距离与放大率测试原理如图1所示。

　　图1中平行光管是用来模拟无穷远目标的一种图形发生装置,为使分划板照明均匀,光源采用标准A光源,并在光源前加匀光片。标准光阑用来对放大率进行测试,处于平行光管焦平面上的十字分划板经平行光管物镜后成像在无穷远处。

　　由于被试品的物镜框即为孔径光阑,所以在测试前在物镜表面上作一标记。在未安装标准光阑的情况下,调节显微摄像系统,使被试品出瞳像D′在CCD上成清晰像,由步进电机驱动横向移动支撑CCD摄像系统的电控平台,分别瞄准出瞳像的左右边缘,电控平台横向移动距离即为出瞳的大小,如图2所示。与此同时,由平台位移系统记录该平台位置a1,然后纵向(向前)移动CCD显微摄像系统,瞄准被测光学瞄具目镜最后一面的顶点合作目标(为墨迹所做标记),使其成最清晰像在CCD光敏面上,如图3所示,此时记录该转台位置a2,则出瞳距为l′z=a2-a1[1-2]。出瞳直径D′与出瞳距离值l′z可由计算机测试软件求出

　　式中:S为步进电机步距角;L为螺距;P、P′分别为相应步进电机控制器设置运行步数;F为步进电机驱动器细分数。

　　测试完出瞳直径与出瞳距离后,将标准光阑套在被测品物镜框上,测试原理同出瞳直径的测试原理,测得的出瞳直径D′,输入标准光阑直径D(已知),由计算机软件利用(2)式,便可得到被测望远系统的放大率[3]。

　　式中:ω为人眼直接观察时,物体对人眼的张角;ω′为物体的像对出瞳中心的张角;f′o、f′e分别为望远系统物镜和目镜的焦距;D为光学瞄具的入瞳直径;D′为光学瞄具的出瞳直径;βz为转像系统的垂轴放大率。

　　为了获取清晰的图像,系统采用了基于图像处理的自动调焦技术。评价函数采用梯度—均方差函数。其表达式为