CN103149016A - 待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测***,该方法包括以下步骤:1)获取待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;2)将待测光学***更换为衰减片并获取含有该衰减片的辐射照度;3)根据步骤2)所得到的含有该衰减片的辐射照度获取待测光学***在入瞳处的辐射照度;4)根据步骤1)以及步骤3)获取待测光学***的点源透过率。本发明提供了一种能够对被测光***杂散光抑制水平进行客观评价,避免目前采用杂散光系数评价的不确定性的待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测***。
Description
技术领域
本发明属光学领域,涉及一种测试杂散光的方法及其***,尤其涉及一种待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测***。
背景技术
杂光辐射是指光学***中除了目标(或成像光线)外扩散于探测器(或成像)表面上的其它非目标(或非成像)光线辐射能,以及经非正常光路到达探测器的目标光线辐射能。杂散辐射的危害性在于降低像面的对比度和调制传递函数,使整个像面层次减少,清晰度变坏,甚至形成杂光斑点,严重时使目标信号完全被杂散辐射噪声所淹没。
为了保证相机具有清晰的图像、较高的传递函数,国内外研究人员将杂散光作为评价光学***性能的一项重要指标。然而目前对光学***杂散光测试方法的研究较为落后,以至于杂光问题已严重影响了其它方面的发展,成为光学***设计水平进一步提高的“瓶颈”,一些***由于没有很好地解决杂散光的抑制而导致整个***的失败。对空间光学***而言,杂散光的影响就更为严重,因此,开展杂散光测试方法研究已成为空间光学工程中的关键技术之一。
目前对杂光水平的评价方法主要有两种:
第一种:在设计阶段主要是采用ASAP、TracePro、OptiCAD等杂散光分析软件,把被分析光学***的模型建立起来再利用光线追迹蒙特卡洛数值模拟法等对***杂散光进行分析计算,其基本思想为:把杂光辐射能看作是由大量相互独立的能束光线组成的辐射能。光线的发射位置和方向、到达反射面的吸收或反射、进入半透明部件后的吸收、折射或投射,以及衍射等一系列传递过程均由相应的概率模型确定。跟踪一束光线直到它被吸收或溢出***,然后再跟踪下一束光线,最后跟踪一定数量的光束后可得较为稳定的统计结果,由此计算给出***的点源透过率PST(Piont Sources Transmittance)。
点源透过率PST定义:光学***视场外视场角为θ的点源目标的辐射,经过光学***后,在像面产生的辐射照度Ei(θi,λ)与入瞳处的辐射照度E(λ)的比值,其数学表达式为:
点源透过率PST体现了光学***本身对杂光的衰减能力,而与杂光源的辐射强度无关。显然PST小,则表示***杂光抑制能力强,***性能好。于是,一个光学***对视场外杂光的抑制指标常常表示为:杂光源在偏离光学***光轴的临界限制角为θj时,***的点源透过率pst(θj,λ)小于某个值。
第二种:光学***集成后,在实验室进行杂散光测试,获得***杂散光测试结果。目前主要是对光学***杂散光系数V(Veiling Glare Index)进行测试。光学***像面上照度是由成像光束引起的照度E0和杂光引起的附加照度ΔE的总和。所谓杂光系数(V)是指像平面上杂光引起的附加照度ΔE和总照度E之比,即:
目前对杂散光的实验室测试都是建立在杂散光评价标准中的第二种(杂光系数)之上,在这种定义之下实现杂光系数的测量是容易的,只要使待测光学***对亮度均匀的背景下的一个亮度严格等于零的黑体目标成像,测量出目标像上的照度就是由杂光引起的附加照度ΔE,测量像面上背景照度就是像面总照度(E0+ΔE),则可得杂光系数,这种测量杂光系数的方法称为黑斑法,具体装置参见图1所示,图中带有若干个照明灯泡3和吸收腔黑斑1的积分球提供一个均匀扩展的亮背景和黑体目标。吸收腔黑斑作为黑体目标与被测光学***5相对地安装在积分球的直径两端。积分球的亮度均匀漫反射内壁相对待测光学***入瞳构成一个尽可能接近180度的均匀亮视场。光电探测器7的光敏元件接收面位于吸收腔1通过被测光学***所成的像平面上,并在其前安装限制光阑6,以限制光敏元件接收黑斑的大小。吸收腔黑斑可以更换成与周围亮背景涂层完全相同的“白塞子”,使积分球内壁又成为一个整体。
通过光电探测器7分别测出待测光学***像平面上对应黑斑目标像和用“白塞子”时像的照度,即光电探测器对应测量值m1和m2,则杂光系数为:
当需要测量轴外杂光系数时,可以将被测***绕其入瞳并垂直于光轴的轴线旋转过一视场角,再进行测量。
在实际工作中发现此方法存在的缺点较多:1)没有基本意义。因为杂光系数的数值取决于实验装置特定的几何形状,再现性受黑斑大小、限制光阑大小的影响;2)不易正确进行比较。必须明确规定测量条件,才能使测量结果便于比较;3)实验条件与使用条件十分不相同,不能满意地预言使用效果;4)黑斑有照度等。因此杂散光系数测量结果不能如实而准确地反映被测***的杂光情况。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题,本发明提供了一种测量误差小、精度高以及可靠性强的待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测***。
本发明的技术解决方案是:本发明提供了一种待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述待测光学***杂散光检测方法包括以下步骤:
1)获取待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
2)将待测光学***更换为衰减片并获取含有该衰减片的辐射照度;
3)根据步骤2)所得到的含有该衰减片的辐射照度获取待测光学***在入瞳处的辐射照度;
4)根据步骤1)以及步骤3)获取待测光学***的点源透过率。
上述步骤1)的具体实现方式是:
1.1)激光束转换为平行光束并入射至待测光学***;
1.2)通过光电探测器测出待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度。
上述步骤2)的具体实现方式是:
2.1)激光束转换为平行光束并入射至衰减片;
2.2)通过光电探测器测出含有该衰减片的辐射照度。
上述步骤3)是根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长。
上述步骤4)是根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长;
θi表示不同视场角;
Ei(θi,λ)表示待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
PST(θ,λ)表示待测光学***在不同视场角的点源透过率。
一种用于实现待测光学***杂散光检测方法的杂散光测试***,其特殊之处在于:所述杂散光测试***包括激光器、平行光管以及探测器;所述激光器、平行光管以及探测器依次设置于同一光轴上。
上述杂散光测试***还包括设置于平行光管和探测器之间的衰减片。
上述杂散光测试***还包括设置于平行光管以及探测器之间用于对待测光学***进行调整的调整平台。
上述杂散光测试***还包括设置于旋转平台上用于对待测光学***进行调整的调整机构。
上述杂散光测试***还包括用于对探测器进行调整的探测器调整平台。
本发明的优点是:
本发明提供了一种待测光学***杂散光检测方法及杂散光检测***,该***能够对被测光***杂散光抑制水平进行客观评价,避免了目前采用杂散光系数评价的不确定性。同时采用此方法能够直接将测试数据与理论设计数据进行比对,能够直观反映实际被测光***杂散光的抑制能力。
附图说明
图1是传统的杂散光测试装置示意图;
图2是本发明所提供的杂散光测试***结构示意图;
其中:
1-吸收腔黑斑;2-积分球;3-灯;4-准直镜;5-待测光学***;6-限制光阑;7-光电探测器;8-激光器;9-激光器调整支架;10-平行光管;11-调整机构;13-旋转平台;14-探测器调整平台;15-探测器;16-衰减片。
具体实施方式
从点源透过率的定义及表达式可以看出,它实际上是一个可检测的技术指标,只要测量出待测光学***视场外不同视场角(θ)像面的辐射照度Ei(θ,λ)与入瞳处的辐射照度E(λ),则根据公式(1)就可以计算出被测***的点源透过率PST。因此,本发明提供了一种杂散光测试***,该***的结构示意图如图2所示。
本发明首先提供了一种待测光学***杂散光检测方法,该待测光学***杂散光检测方法包括以下步骤:
1)获取待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
1.1)激光束转换为平行光束并入射至待测光学***;
1.2)通过光电探测器测出待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度。
2)将待测光学***更换为衰减片并获取含有该衰减片的辐射照度;
2.1)激光束转换为平行光束并入射至衰减片;
2.2)通过光电探测器测出含有该衰减片的辐射照度。
3)根据步骤2)所得到的含有该衰减片的辐射照度获取待测光学***在入瞳处的辐射照度;
其根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长。
4)根据步骤1)以及步骤3)获取待测光学***的点源透过率,
其根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长;
θi表示不同视场角;
Ei(θi,λ)表示待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
PST(θ,λ)表示待测光学***在不同视场角的点源透过率。
本发明在提供一种待测光学***杂散光检测方法的同时还提供了杂散光测试***,该杂散光测试***包括激光器8、平行光管10以及探测器15、设置于平行光管10和探测器15之间的衰减片16;激光器8、平行光管10以及探测器15依次设置于同一光轴上。
杂散光测试***还包括设置于平行光管10以及探测器15之间用于对待测光学***5进行角度旋转的旋转平台13。
杂散光测试***还包括设置于旋转平台13上用于对待测光学***5进行调整的调整机构11以及用于对探测器15进行方位调整的探测器调整平台14。调整机构11能够对被测光学***沿其光轴方向进行一维平移,同时能对被测光学***进行水平及垂直方向的两维旋转调整,已达到将被测光学***入瞳平面调整至与旋转平台13回转中心重合的目的。探测器调整平台14能在水平及垂直方向进行调整,以保证探测器15与被测光学***5的像面重合。
本发明的使用方法是:1)通过激光调整支架9将激光器8安装于平行光管10像面处,激光器8出射光束通过平行光管10转换为平行光束;2)将待测光学***5安装于旋转平台13上,通过调整机构11将待测光学***5入瞳中心调整至旋转平台13回转中心;3)通过探测器调整平台14将探测器15安装于待测光学***5像面位置;4)通过旋转转台13用光电探测器测出待测光学***5不同视场角(θi)的像面的辐射照度Ei(θi,λ);5)去掉待测光学***5,在待测光学***5入瞳位置安装衰减片16如果探测器动态范围足够高,完全可以省略衰减片16,本发明所提及的实施例以含有衰减片16为例,用探测器15测出此时的衰减片的辐射照度E'(λ)。在数据处理时:
首先计算待测光学***5入瞳处的辐射照度E(λ):
式中:β(λ)——衰减片的透过率;λ——激光波长。
其次,用公式(5)计算待测光学***5点源透过率:
Claims (10)
1.一种待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述待测光学***杂散光检测方法包括以下步骤:
1)获取待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
2)将待测光学***更换为衰减片并获取含有该衰减片的辐射照度;
3)根据步骤2)所得到的含有该衰减片的辐射照度获取待测光学***在入瞳处的辐射照度;
4)根据步骤1)以及步骤3)获取待测光学***的点源透过率。
2.根据权利要求1所述的待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述步骤1)的具体实现方式是:
1.1)激光束转换为平行光束并入射至待测光学***;
1.2)通过光电探测器测出待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度。
3.根据权利要求2所述的待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述步骤2)的具体实现方式是:
2.1)激光束转换为平行光束并入射至衰减片;
2.2)通过光电探测器测出含有该衰减片的辐射照度。
4.根据权利要求3所述的待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述步骤3)是根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长。
5.根据权利要求4所述的待测光学***杂散光检测方法,其特征在于:所述步骤4)是根据下述公式而具体实现的:
其中:
E(λ)表示待测光学***在入瞳处的辐射照度;
E'(λ)表示含有衰减片的辐射照度;
β(λ)表示衰减片的透过率;
λ表示激光波长;
θi表示不同视场角;
Ei(θi,λ)表示待测光学***在不同视场角的像面的辐射照度;
PST(θ,λ)表示待测光学***在不同视场角的点源透过率。
6.一种用于实现权利要求1-5任一权利要求所述的待测光学***杂散光检测方法的杂散光测试***,其特征在于:所述杂散光测试***包括激光器、平行光管以及探测器;所述激光器、平行光管以及探测器依次设置于同一光轴上。
7.根据权利要求6所述的杂散光测试***,其特征在于:所述杂散光测试***还包括设置于平行光管和探测器之间的衰减片。
8.根据权利要求6或7所述的杂散光测试***,其特征在于:所述杂散光测试***还包括设置于平行光管以及探测器之间用于对待测光学***进行调整的调整平台。
9.根据权利要求8所述的杂散光测试***,其特征在于:所述杂散光测试***还包括设置于旋转平台上用于对待测光学***进行调整的调整机构。
10.根据权利要求9所述的杂散光测试***,其特征在于:所述杂散光测试***还包括用于对探测器进行方位调整的探测器调整平台。
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