CN207636279U - Pst测试中入瞳电压值标定***及pst测试*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光学***杂散光测试领域，具体涉及PST测试中入瞳电压值标定***及PST测试***。沿光路依次设置激光器、积分球、斩波器、离轴抛光管及PMT探测器；还包括锁相放大器与设置在离轴抛光管焦面处的星点板；锁相放大器与PMT探测器及斩波器电连接；激光器光束耦合进积分球，积分球的出射光依次经过斩波器、离轴抛光管后进入PMT探测器。PST测试时，结合平行光管出光口的照度及PMT探测器在增益M1下的响应度计算待测光学***入瞳孔径处的电压值。解决了使用衰减片或计算标定时，入瞳电压难以准确获取的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于光学***杂散光测试领域，具体涉及光学相机点源透过率(PST)测试过程中被测相机入瞳处光强值的标定方法及***。
背景技术
点源透过率(PST)是光学***杂光抑制能力的重要评价指标，光学***尤其是空间光学***投入运行之前，在地面实验室对其进行PST指标测试已经是不可省略的测试环节。
图1为点源透过率测试光路原理图，平行光束入射到被测相机进光口时，在相机焦面上得到的信号为经过相机本身杂光抑制衰减之后的能量，将该能量与相机入瞳处能量进行比较，即可得到所谓PST值，该值大小反映了被测相机的杂光抑制能力，实际测试过程中，相机焦面位置放置PST测试***的标准探测器，探测器通过结构限位来保证安装精度。PST测试***标准探测器通常使用高灵敏度的PMT器件，其探测能量大小通过输出电压值来表示，为了保证PST测试兼具大动态范围测量的特点，PMT的放大器电路在设计时会使用多个高压档位，高压电压值由低到高可分为M1，M2……，高压越低，探测器越不灵敏，可直接探测的光能量越强。标准探测器这样设计就会面临两个问题：1)各高压之间切换倍率标定问题，即探测器在不同放大倍率下探测曲线如何拼接的问题；2)高压电压值为M1条件下，相机入瞳电压的标定问题。第一个问题可以在标准光源下直接进行标定，本专利主要解决第二个问题。
按照PMT的基本参数特性，其自身探测动态范围约为103量级，每一级高压增益下进行光能探测，有效输出电压范围在1mV～10V之间，即输出动态范围为104，因此整个PMT能够发挥的极限探测动态范围最多不超过107量级，对于PST杂散光测试而言，设计上都力求探测到更低量级，因此在入射光源的选择上，都会尽量选择高功率的激光器，按照前面的估算，在M1高压增益下，激光器满功率直接照射PMT靶面上，输出电压(即入瞳电压)为10V时，整个***的PST探测极限为10-7量级。
工程实际中，空间光学***的PST一般要求为10-10甚至更低，为了保证PMT能够探测到最弱能量，就需要更换更高功率的激光器，这时候同样在M1高压增益下，探测器入瞳电压将达到10000V以上，如此大的输出，未避免探测器饱和，标定时通常采取的措施是在探测器前加上衰减片，按照预估，衰减片倍率至少需要1000倍以上才能保证探测器不饱和，而现有的能够精确标定衰减片衰减倍率的测试设备精度最高只能到0.5％，低于1％的衰减倍率使用测试设备无法精确标定，因此入瞳电压通过衰减片标定无法准确获得。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种点源透过率测试中入瞳电压值标定***，同时提供一种具有该标定***的PST测试***，解决了使用衰减片或计算标定时，入瞳电压难以准确获取的问题。
本实用新型的技术解决方案是提供一种PST测试中入瞳电压值标定方法，包括以下步骤：
步骤一：将PMT探测器的高压增益调节至M1；
步骤二：将标准激光光源耦合进积分球中；测定积分球出光口处的辐亮度L；
步骤三：从积分球出射的光束经过斩波器、离轴抛光管后进入PMT探测器；离轴抛光管的焦面处设置星点板，结合星点直径及积分球出光口处的辐亮度L，计算经过离轴抛光管出射的辐照度E；
步骤四：通过锁相放大器，测得此时PMT探测器输出电压值为U；
步骤五：更换不同孔径的星点板，重复步骤一至步骤四，得到多组不同的(U，E)点；
步骤六：根据辐照度E和PMT输出电压U的对应关系计算得到PMT探测器在增益M1下的响应度R；
步骤七：PST测试时，结合平行光管出光口的照度Eˊ及PMT探测器在增益M1下的响应度R计算待测光学***入瞳孔径处的电压值Uˊ＝EˊR。
优选地，通过辐亮度计测定积分球出光口处的辐亮度L。
优选地，步骤六具体为：使用线性公式拟合不同的(U，E)，得到斜率值即为PMT探测器在增益M1下的响应度R。
优选地，离轴抛光管出射的辐照度E通过公式(1)计算：
式中，m为锁相放大器的直流/交流转换系数，τ为离轴抛光管透过率，f为离轴抛光管焦距，为星点板星点直径。
本实用新型还提供一种PST测试中入瞳电压值标定***，其特殊之处在于：沿光路依次设置激光器、积分球、斩波器、离轴抛光管及PMT探测器；
还包括锁相放大器与设置在离轴抛光管焦面处的星点板；
上述锁相放大器与PMT探测器及斩波器电连接；
激光器光束耦合进积分球，积分球的出射光依次经过斩波器、离轴抛光管后进入PMT探测器。
本实用新型还提供一种PST测试***，其特殊之处在于：包括上述的入瞳电压值标定***，上述PMT探测器位于待测相机焦面位置。
本实用新型的有益效果是：
PST测试时，探测器测量被测***入瞳的电压非常高，因此必须通过使用衰减片或计算标定的方法来间接获得，由于高衰减条件下，衰减片的衰减率无法精确测定，使用衰减片容易引入非常大的误差。
而本实用新型提出的方法中，星点孔直径的测量精度可达到微米级，同时辐亮度计测试精度可达万分之一，通过采集多个点来计算拟合探测器的响应度是准确可靠的，可确保计算得到的入瞳电压值的准确性，根据工程实践，标定得到的入瞳电压误差在1.2倍以内，远远超过使用衰减片标定的精度。
附图说明
图1为点源透过率测试原理图；图中，11-光源，12-平行光管，13-测试腔，14-光陷阱，15-被测相机；
图2为本实用新型PMT标定光路原理图；
图中附图标记为：1-激光器，2-积分球，3-斩波器，4-星点板，5-离轴抛光管，6-PMT探测器，7-锁相放大器。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
从图2中可以看出，点源透过率测试中入瞳电压值标定***主要包括沿光路依次设置的激光器1、积分球2、斩波器3、星点板4、离轴抛光管5及PMT探测器6；星点板4设置在离轴抛光管5焦面处；还包括锁相放大器7，锁相放大器7与PMT探测器6及斩波器3电连接。其中锁相放大器7和斩波器3的使用是为了与杂散光测试保持一致，即PMT探测到的光能量是经过斩波之后的交流信号。
利用上述标定***标定入瞳电压的具体操作步骤如下：
1)将PST标准激光器光束耦合进积分球，确保激光器和积分球相对固定，使用辐亮度计测量积分球出光口辐亮度，得到辐亮度L，注意整个光路需放置在暗室进行；
2)将斩波器，离轴抛光管按照图2所示顺序依次放置在积分球出光口附近，星点板放在离轴抛光管焦面处，探测器放置在光管出光口附近；
3)将星点直径为的φ1星点板置于离轴抛光管焦面上，已知离轴抛光管焦距为f，透过率为τ；
4)开启斩波器和锁相放大器，此时探测器输出电压值可在锁相放大器上得到，为U1；
5)根据公式(1)计算得到离轴抛光管出光口辐照度为E1，其中m为锁相放大器的直流/交流转换系数：
6)更换不同孔径的星点，重复上述步骤1)至步骤5)，得到(U1,E1)，(U2,E2)，……(Ui,Ei)，条件允许的话，应该尽量多测试几个点；
7)使用线性公式拟合Ui和Ei，得到斜率值，即为PMT探测器的响应度R；
8)实际PST测试时，先使用功率计测试平行光管出光口的照度E′，则被测光学***入瞳孔径处的电压值为U′＝E′R。
以上即为点源透过率测试过程中入瞳电压标定的全部过程。
Claims (4)
1.一种PST测试中入瞳电压值标定***，其特征在于：沿光路依次设置激光器、积分球、斩波器、离轴抛光管及PMT探测器；
还包括锁相放大器与设置在离轴抛光管焦面处的星点板；
所述锁相放大器与PMT探测器及斩波器电连接；
激光器光束耦合进积分球，积分球的出射光依次经过斩波器、离轴抛光管后进入PMT探测器。
2.根据权利要求1所述的PST测试中入瞳电压值标定***，其特征在于：还包括辐亮度计，通过辐亮度计测定积分球出光口处的辐亮度L。
3.根据权利要求2所述的PST测试中入瞳电压值标定***，其特征在于：离轴抛光管出射的辐照度E通过公式(1)计算：
式中，m为锁相放大器的直流/交流转换系数，τ为离轴抛光管透过率，f为离轴抛光管焦距，为星点板星点直径。
4.一种PST测试***，其特征在于：包括权利要求1-3任一所述的入瞳电压值标定***，所述PMT探测器位于待测相机焦面位置。
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