CN107144421A - 一种基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***及方法,***包括沿光路依次设置的脉冲激光光源***、光源整形***、平行光管、待测光机***、探测***,还包括转台和信号采集和处理***,脉冲激光光源***出射的光经平行光管进入待测光机***,到达待测光机***的焦面,探测***测量待测光机***焦面处辐射能量随时间的分布,信号采集和处理***计算离轴角度θ的点源透过率PST(θ),统计bji(θ),求解LJj(θ),转动转台角度,测量不同离轴角度下杂散光传输时间分布特性曲线、点源透过率PST(θ)及Jj(θ)。本发明分析待测光机***杂散光传输的时间分布特性与杂散光路径的关系,对***杂散光问题的分析、定位和控制具有重要指导意义。
Description
技术领域
本发明涉及杂散光测试技术领域,尤其涉及一种基于时间分辨的点源透过率测试***及方法。
背景技术
杂散光是指到达像面的非成像光线在探测***上形成的背景噪声,它是光学噪声的一种,杂散光的存在会降低光电探测***的探测能力,严重时会使目标信号被杂散辐射噪声湮没,导致仪器无法正常工作。
因此对光机***杂散光抑制的水平及测试验证提出了更高的要求。目前,杂散光测试方法主要是面源法和点源法,其中点源法精度高,是空间光学技术发展的趋势。点源法采用点源透过率作为评价函数,点源透过率(PST,Point Source Transmittance)定义为:视场外离轴角θ的点源目标辐射,经光学***后在焦面处的辐射照度Ed(θ)与光学***入口处辐照度E0的比值。
在杂散光测试实践中,实际光机***杂散光水平往往高于理论分析水平,究其原因主要是实际***中存在加工、制造、装配等误差,或元件表面污染等,而根据PST定义,现有的测试***只能测量光机***的杂散光总量,因此从测试结果中很难分析、定位实际光机***的杂散光。
发明内容
为了解决现有杂散光测试提供的信息量太少不足以准确分析及定位***的杂散光问题,本发明提供一种基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***及方法,在杂散光测试中增加时间维信息,分析待测光机***的杂散光传输时间分布特性与杂散光路径的关系,揭示***内杂散光传输的因果关系,对***杂散光问题的分析、定位和控制具有重要指导意义。
在杂散光测试中增加时间维信息主要是基于杂散光传输的时间分布特性,杂散光时间分布特性定义为光机***内杂散光通过不同的杂散光路径,经历的光程不同,使其到达***焦面的辐射能量随时间变化,从图1可以看出,在离轴角度为10°时,待测光机***的杂散光时间分布特性曲线。
本发明的技术解决方案是提供一种基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特殊之处在于:包括沿光路依次设置的脉冲激光光源***1、光源整形***2、平行光管3和待测光机***4与探测***5;还包括转台6和信号采集和处理***7,上述待测光机***4或平行光管3位于转台6上;上述探测***5位于待测光机***4的焦面上,上述信号采集和处理***7采集探测***5的信号,上述探测***5为具有时间分辨率的探测***。
优选地,为扩展杂光测试***的动态范围,该***还包括光衰减装置,上述光衰减装置位于平行光管焦点处。
优选地,上述光源整形***2包括扩束镜头、整形器和汇聚透镜。
优选地,该探测***5的时间分辨率优于0.1ns。
优选地,上述具有时间分辨率的探测***5为条纹相机。
本发明基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***采用具有高时间分辨率的探测***置于待测光机***焦面处,测试待测光机***的杂散光,获取杂散光时间分布特性曲线。
定义探测***在第i个时间采样点接收到的杂散光辐射能为TDi(θ),探测***共有m个采样点,则在该离轴角度θ下的点源透过率为PST(θ)为:
上式中,Ed(θ)为探测***在待测光机***焦面处接收到的辐照度,Ф(θ)为探测***接收到的总杂散光辐射能,E0为待测光机***入口处平行光束辐照度,A为探测***光敏面面积,t为积分时间。
每个杂散光通道辐射能TDi(θ)是来自不同杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ)的线性叠加,则有
其中LJj(θ)代表第j个杂散光路径的杂散光辐射能;
aij(θ)代表第j个杂散光路径对TDi(θ)贡献因子。
上式可表示成:
按照上述思路,也可将杂散光路径辐射能LJj(θ)表示成各杂散光通道辐射能的线性组合
bji(θ)是代表第i个杂散光通道的杂散光辐射能在第j个杂散光路径杂散光辐射能的得分因子。
上式可以表示成:
获得得分因子矩阵即公式(5)是求解杂散光传输路径辐射能的关键。在此,可通过杂散光分析软件追迹大量光线,统计分析不同时间杂散光通道辐射能在杂光路径上的得分因子bji(θ),求解杂散光路径的辐射能LJj(θ),同时可分析计算得到不同杂散光路径的辐射能对总杂散光辐射能水平贡献因子Jj(θ):
通过上述分析,本发明还提供上述基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***的杂散光测试方法,包括以下步骤:
步骤一:定位待测光机***,使得待测光机***光轴与平行光管光轴重合,使得待测光机***的入口中心过转台的旋转中心O;
步骤二:打开脉冲激光光源***,待脉冲激光光源稳定后,标定平行光管出射平行光束均匀性、时间稳定性和辐照度E0;
步骤三:打开具有时间分辨率的探测***,转动转台到指定离轴角度θ位置;
步骤四:平行光管出射的平行光进入待测光机***,经***内部元件的衍射、散射或透镜表面残余反射等方式达到待测光机***的焦面,具有时间分辨率的探测***测量待测光机***焦面处辐射能量随时间的分布,获取不同时间采样点的杂散光辐射能TDi(θ);
步骤五:信号采集和处理***计算离轴角度θ的点源透过率PST(θ):
其中A为探测***光敏面面积,t为积分时间。
步骤六:通过杂散光分析软件追迹大量光线,统计不同采样点杂散光辐射能对各杂散光路径辐射能的得分因子bji(θ),求解不同杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ):
计算各杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ)对总杂散光辐射能Φ(θ)的贡献因子Jj(θ);
步骤七:转动转台角度,重复步骤四至步骤六,测量不同离轴角度下杂散光传输时间分布特性曲线,计算不同离轴角度下点源透过率PST(θ)及主要杂散光路径的杂散光辐射对总杂散光辐射能的贡献因子Jj(θ)。
优选地,为保护探测***,步骤二中还包括调节光衰减装置,令弱光出射的步骤。
本发明的有益效果是:
本发明通过具有高时间分辨率的探测***测量待测光机***焦面处辐射能随时间的分布,在杂散光测试中增加时间维信息,分析待测光机***杂散光传输的时间分布特性与杂散光路径的关系,揭示***内杂散光传输的因果关系,对***杂散光问题的分析、定位和控制具有重要指导意义。
附图说明
图1某光机***在离轴角度10°的杂散光传输时间分布特性曲线;
图2基于时间分辨点源透过率杂散光分析***的原理图;
附图标记为:1-脉冲激光光源***,2-光源整形***,3-平行光管,4-待测光机***,5-探测***,6-转台,7-信号采集和处理***。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。
从图2可以看出,本发明***包括沿光路依次设置的脉冲激光光源***1、光源整形***2(含扩束镜头、整形器和汇聚透镜)、平行光管3和待测光机***4、具有高时间分辨率的探测***5,还包括信号采集和处理***7和转台6,待测光机***4或平行光管3位于转台6上;探测***5位于待测光机***4的焦面上,信号采集和处理***7采集和处理探测***5的信号。
脉冲激光光源经光源整形***后会聚于平行光管焦点处,光束由平行光管准直后出射平行光照亮待测光机***的入口,进入待测光机***的光束经***内光学元件、机械结构件表面散射或孔径衍射等方式到达待测光机***焦面,具有高时间分辨率的探测***测量待测光机***焦面处辐射能量随时间的分布,即获得待测光机***的杂光传输时间特性曲线。转台带动待测相机转动实现不同离轴角度的杂光测量。
具体测试流程如下:
1)、定位待测光机***,保证待测光机***的光轴与平行光管光轴重合,同时保证待测光机***的入口中心过转台的旋转中心O;
2)、打开光源,待激光光源稳定后,标定平行光管出射平行光辐射的均匀性、时间稳定性和辐照度E0;
3)、调整光源的强度令弱光出射(保护探测***);
4)、打开探测***;
5)、转动转台到指定离轴角度θ位置;
6)、调整光源强度令强光出射;
7)、平行光管出射的平行光进入待测光机***,经***内部元件的衍射、散射或反射等方式达到待测光机***焦面,具有高时间分辨的探测***测量杂散光传输时间分布特性,获取不同时间杂散光通道即不同时间采样点的杂光辐射能TDi(θ);
8)、信号采集和处理***计算离轴角度θ的点源透过率PST(θ):
9)、通过杂散光分析软件追迹大量光线,统计不同杂散光通道辐射能对各杂散光路径辐射能的得分因子bji(θ),求解不同杂散光路径的辐射能LJj(θ):
计算各杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ)对总杂散光辐射能Φ(θ)的贡献因子Jj(θ);
10)转动转台角度,重复步骤5)至9),测量不同离轴角度下杂光传输时间分布特性曲线,计算不同离轴角度下点源透过率及相应杂散光路径的杂散光辐射对总杂散光辐射能的贡献因子。
Claims (7)
1.一种基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特征在于:包括沿光路依次设置的脉冲激光光源***(1)、光源整形***(2)、平行光管(3)、待测光机***(4)、探测***(5),还包括转台(6)和信号采集和处理***(7),所述待测光机***(4)或平行光管(3)位于转台(6)上;所述探测***(5)位于待测光机***(4)的焦面上,所述信号采集和处理***(7)采集探测***(5)的信号,所述探测***(5)为具有时间分辨率的探测***。
2.根据权利要求1所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特征在于:还包括光衰减装置,所述光衰减装置位于平行光管焦点处。
3.根据权利要求1或2所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特征在于:所述光源整形***(2)包括扩束镜头、整形器和汇聚透镜。
4.根据权利要求3所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特征在于:探测***(5)的时间分辨率大于0.1ns。
5.根据权利要求4所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***,其特征在于:具有时间分辨率的探测***为条纹相机。
6.一种利用权利要求1至5任一所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试***的杂散光测试方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:定位待测光机***,使得待测光机***光轴与平行光管光轴重合,使得待测光机***的入口中心过转台的旋转中心O;
步骤二:打开脉冲激光光源***,待脉冲激光光源稳定后,标定平行光管出射平行光束均匀性、时间稳定性和辐照度E0;
步骤三:打开具有时间分辨率的探测***,转动转台到指定离轴角度θ位置;
步骤四:平行光管出射的平行光进入待测光机***,经***内部元件的衍射、散射或透镜表面残余反射方式达到待测光机***的焦面,具有时间分辨率的探测***测量待测光机***焦面处辐射能量随时间的分布,获取不同时间采样点的杂散光辐射能TDi(θ);
步骤五:信号采集和处理***计算离轴角度θ的点源透过率PST(θ):
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其中A为探测***光敏面面积,t为积分时间;
步骤六:通过杂散光分析软件追迹大量光线,统计不同采样点杂散光辐射能对各杂散光路径辐射能的得分因子bji(θ),求解不同杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ):
<mrow>
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计算各杂散光路径的杂散光辐射能LJj(θ)对总杂散光辐射能Φ(θ)的贡献因子Jj(θ);
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步骤七:转动转台角度,重复步骤四至步骤六,测量不同离轴角度下杂散光传输时间分布特性曲线,计算不同离轴角度下点源透过率PST(θ)及主要杂散光路径的杂散光辐射对总杂散光辐射能的贡献因子Jj(θ)。
7.根据权利要求6所述的基于时间分辨的点源透过率杂散光测试方法,其特征在于:
步骤二中还包括调节光衰减装置,令弱光出射的步骤。
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