平视显示器视差测量仪的光学系统设计

　　平视显示器的光学组件是以准直原理工作的,作为图像源平面的CRT分划面或者备用环分划面应该位于光学系统的焦平面上.如果图像源平面偏离了光学系统的焦平面,则同一字符点给出的瞄准线不平行,就会造成视差[1].视差是平视显示器的一项重要光学性能指标,视差的调校是在视差检测基础上进行的,视差检测设备是至关重要的.大视场平行光管可用作视差检测设备,采用摆头观测法,由平视显示器图像源字符相对于平行光管分划图像的移动来判定视差的大小[2].另一种视差检测和调校设备是俄罗斯生产的示数观测镜.通过示数观测镜观察平视显示器分划面,检查其中心区域标示竖垂分度的水平短线,是否存在二次重影.若存在二次重影则说明平视显示器存在视差,调校后再次检测,直到二次重影消失[3].这两种方法需要依靠人眼来判读,主观误差较大,测量精度较低,而且对视差的检测是不定量的,故不适用于最终测试.精心调校后的平视显示器仍存在残留视差,应经过最终测试获取数据,以确认其视差是否符合技术要求.针对原有视差检测设备的不足,提出基于计算机视觉的检测方法,提高了测量精度,实现了检测的数字化.

　　1　测量方法

　　视差有多种表达方式,该方法是用平视显示器和视差测量仪的两个分化板刻线中心在系统像方的偏差角来表示平视显示器的视差值.为了便于视差的调校和测量,将视差仪设计为两路接收系统,其测量系统框图如图1所示.

　　通过调整视差仪物镜的调焦机构,在目镜的出瞳平面上观测,使平视显示器的分划刻线在视差仪分划板上成像清晰,视差角可以在视差仪分划板上读取,也可以通过接收物镜成像于CCD靶面,转化为数字图像在计算机中完成视差角和离焦量的读取和计算.分析测量结果,通过调整平视显示器图像源平面的轴向位置完成视差的调校,并对残留视差进行最终测试获取数据,以此来判断被测平视显示器的视差是否满足设计要求.

　　为了满足视差仪检测要求,实现目视光学系统和CCD光电系统两路同步接收的功能,该光学系统由调焦物镜、目镜、CCD接收物镜、分光棱镜等组成,要求其视场不小于12°,光谱范围为546 nm~656 nm,视度调节范围为±5个视度.其设计难点在于棱镜的引入使得系统结构复杂,限制了物镜和目镜的结构选型,同时还需要满足仪器结构紧凑、像质优良的要求.

　　2　调焦物镜的设计

　　2.1　内调焦结构的设计

　　调焦物镜用来接收被测目标发出的光线,将其会聚于焦平面上.为满足系统照度需要,取入瞳直径16 mm,相对孔径1/4,焦距计算可得65 mm.调焦采用内调焦结构,调焦组在镜筒的内部运动,筒长不变,当从无穷远到近距离调焦时,系统孔径改变较小,结构相对简单,系统密封性好[4].内调焦结构原理图如图2所示,G1为前固定组,焦距为f′1;G2为调焦组,焦距为f′2;G3为后固定组,焦距为f′3.