探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法，该装置包括依次设置的激光光源组件、耦合透镜、光纤、容器和黑箱；容器内设有散射介质溶液，光纤插入散射介质溶液中，黑箱内设有待校准的探测器，待校准的探测器连接信号采集和处理模块。该校正的方法：将激光光源组件射出的准直激光经过耦合透镜聚焦至光纤，光纤将激光从入射端面进入散射介质溶液中，散射介质溶液对激光进行体散射，散射光从出射端面透射入黑箱中，并在待校准的探测器位置形成均匀光场；信号采集和处理模块对试验数据采集、处理，获得校正数据。本发明专利技术实现探测器像素响应非均匀的校正波长与实际激光测量系统的激光光源波长匹配；从而实现高精度的激光测量。

【技术实现步骤摘要】
探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法
本专利技术涉及一种激光探测领域，具体涉及一种探测器像素响应非均匀误差校正装置及其校正的方法。
技术介绍
在高精度激光测量设备中，常用面阵像素探测器测量光信号的分布变化，高精密的测量意味着面阵像素探测器必须能够灵敏感应光信号的微弱变化。然而，受限于半导体加工工艺的精度，大多数的面阵像素探测器的误差比较严重，特别是像素光电响应非均匀误差，即相同光照条件下，不同像素的输出信号不同，这将扭曲了实际测量中光场的变化。例如，在同步辐射光学元件面形检测设备-长程面形仪中，为了达到0.1μradrms的表面倾斜度测量精度，面阵探测器像素响应的非均匀误差要求小于0.5%rms(Yashchuk,2006)，而一般探测器像素的非均匀误差2-3%rms。产生具有一定均匀度的光场以校准像素响应的非均匀误差是一项重要的工作。在传统的探测器非均匀误差校准系统中，常用非相干光源，如LED、卤素灯。例如ALS建立了LED校准系统(Kirschmanetal.,2007)，对CCD（Charge-coupledDevice，电荷耦合元件）的校准精度达到0.5%（之前为1.2-1.3%）。所使用的LED光源是最大光通量44lm，校准系统中LED距离待校正CCD的距离是670mm。然而，这种探测器校正方案存在光谱响应问题。CCD探测器的响应是与波长有关的，或者说有一定的光谱特性。而在ALS的校准方案中，使用的LED是宽光谱的光源。根据测试，其峰值位置变化范围在620nm-645nm，典型值在627nm，光谱半宽度为20nm。因此，这种探测器像素响应的非均匀误差校正系统，必须使用窄光谱的激光光源所产生的光做校准。然而，高相干的激光会在空间中形成散斑，无法满足高精度测量的要求。
技术实现思路
在下文中给出关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。本专利技术实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种结构简单，以窄带光谱激光作为匀场照明光源，能够实现非常高的光场均匀度，满足高精度测量要求的探测器像素响应非均匀误差校正装置。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种探测器像素响应非均匀误差校正装置，包括依次设置的激光光源组件、耦合透镜、光纤、容器、黑箱和信号采集和处理模块；所述容器内设有散射介质溶液，所述光纤一端插入散射介质溶液中，所述黑箱用于放置待校准的探测器，所述待校准的探测器连接信号采集和处理模块；所述激光光源组件，用于提供指定波长、稳定功率和准直的激光；所述耦合透镜，用于将激光光源组件提供的激光聚焦并耦合到光纤中；所述光纤，用于将经耦合透镜的激光传递至散射介质溶液内部；所述散射介质溶液，用于散射光纤导出的激光；所述黑箱，用于遮挡和吸收杂散光；所述信号采集和处理模块，用于对在待校准的探测器位置形成的均匀光场进行数据采集和处理，得到校正数据。本专利技术还提供一种使用上述的探测器像素响应非均匀误差校正装置进行校正的方法，将激光光源组件射出的准直激光经过所述耦合透镜聚焦至所述光纤端面，所述光纤将耦合进来的激光从所述容器的一个端面进入所述散射介质溶液中，所述散射介质溶液中的纳米颗粒对激光进行体散射，散射光从所述容器的另一端面透射，进入开孔的所述黑箱中，并在所述待校准的探测器位置形成均匀光场；所述信号采集和处理模块对在所述待校准的探测器位置形成的均匀光场实现试验数据的采集、处理，最终获得一组待校准的探测器像素响应非均匀误差的校正数据。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术以窄带光谱激光作为匀场照明光源，能够实现探测器像素响应非均匀的校正波长与实际激光测量系统的激光光源波长相匹配，实现非常高的光场均匀度，从而实现高精度的激光测量。采用本专利技术的装置，能够提供一种高效的散斑抑制方法，且光能损失低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的探测器像素响应非均匀误差校正装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的容器的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的信号采集和处理模块的结构框图。附图标记：1-激光光源组件；2-耦合透镜；3-光纤；4-散射介质溶液；5-容器，51-入射端面，52-出射端面，53-上端面，54-第一侧壁，55-第二侧壁，56-下端面，57-第一通孔，58-第二通孔，59-第三通孔；6-黑箱，61-开孔；7-待校准探测器；8-信号采集和处理模块；101-CCD驱动电路；102-数据采集卡；103-软件程序；104-显示屏。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在本专利技术的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本专利技术无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1，一种探测器像素响应非均匀误差校正装置，包括依次设置的激光光源组件1、耦合透镜2、光纤3、容器5、黑箱6和信号采集和处理模块8；容器5内设有散射介质溶液4，光纤3一端插入散射介质溶液4中，黑箱6用于放置待校准的探测器7，待校准的探测器7连接信号采集和处理模块8；激光光源组件1，用于提供指定波长、稳定功率和准直的激光；耦合透镜2，用于将激光光源组件1提供的激光聚焦并耦合到光纤3中；光纤3，用于将经耦合透镜2的激光传递至散射介质溶液4内部；散射介质溶液4，用于散射光纤3导出的激光；黑箱5，用于遮挡和吸收杂散光；信号采集和处理模块8，用于对在待校准的探测器7位置形成的均匀光场进行数据采集和处理，得到校正数据。本专利技术通过设置激光的照射通道，实现窄带光谱激光作为匀场照明光源，可以产生与实际应用的激光测量装置中激光光源光谱匹配的校正光场，适用于高精密的激光测量设备中探测器的校正。该装置结构简单，能够实现非常高的光场均匀度。优选地，光纤3为单模光纤或多模光纤；和/或；光纤3插入散射介质溶液4的一端设有准直透镜。本专利技术光纤的输出端可以用准直透镜准直光束，准直透镜位于容器的散射介质溶液中，固定在光纤的输出端，也可以无准直透镜，而直接发散光入射，设置准直透镜可提高透光率。参见图2，图2给出了容器5的具体结构，容器5的入射端面51上设有第一通孔57，供所述光纤插入；容器5的上端面53设有第二通孔58和第三通孔59，第二通孔58供散射介质溶液注入，第三通孔59供散射介质溶液取出。本专利技术第一通孔的口径与光纤的口径相同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：包括依次设置的激光光源组件、耦合透镜、光纤、容器、黑箱和信号采集和处理模块；所述容器内设有散射介质溶液，所述光纤一端插入散射介质溶液中，所述黑箱用于放置待校准的探测器，所述待校准的探测器连接信号采集和处理模块；所述激光光源组件，用于提供指定波长、稳定功率和准直的激光；所述耦合透镜，用于将激光光源组件提供的激光聚焦并耦合到光纤中；所述光纤，用于将经耦合透镜的激光传递至散射介质溶液内部；所述散射介质溶液，用于散射光纤导出的激光；所述黑箱，用于遮挡和吸收杂散光；所述信号采集和处理模块，用于对在待校准的探测器位置形成的均匀光场进行数据采集和处理，得到校正数据。

【技术特征摘要】
1.一种探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：包括依次设置的激光光源组件、耦合透镜、光纤、容器、黑箱和信号采集和处理模块；所述容器内设有散射介质溶液，所述光纤一端插入散射介质溶液中，所述黑箱用于放置待校准的探测器，所述待校准的探测器连接信号采集和处理模块；所述激光光源组件，用于提供指定波长、稳定功率和准直的激光；所述耦合透镜，用于将激光光源组件提供的激光聚焦并耦合到光纤中；所述光纤，用于将经耦合透镜的激光传递至散射介质溶液内部；所述散射介质溶液，用于散射光纤导出的激光；所述黑箱，用于遮挡和吸收杂散光；所述信号采集和处理模块，用于对在待校准的探测器位置形成的均匀光场进行数据采集和处理，得到校正数据。2.根据权利要求1所述的探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：所述光纤为单模光纤或多模光纤；和/或所述光纤插入散射介质溶液的一端设有准直透镜。3.根据权利要求1所述的探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：所述容器的入射端面上设有第一通孔，供所述光纤插入；所述容器的上端面设有第二通孔和第三通孔，所述第二通孔供散射介质溶液注入，所述第三通孔供散射介质溶液取出；和/或所述容器的入射端面、上端面、第一侧壁、第二侧壁及下端面的内表面均镀有反射膜；和/或所述容器的出射端面为光学镜片。4.根据权利要求1所述的探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：所述散射介质溶液包括溶质和溶剂，所述溶质为折射率大、低吸收的纳米颗粒；所述溶剂为具有较低的粘滞系数和吸收系数的物质。5.根据权利要求4所述的探测器像素响应非均匀误差校正装置，其特征在于：所述纳米颗粒为TiO2纳米颗粒、聚苯乙烯小球纳米颗粒或SiC纳米颗粒，粒径范围应在50nm-500nm；和/或所述溶剂为去离子水、丙酮或乙醇；和/或所述散射介质溶液的温度为20-100℃；和/或所述散射介质溶液中纳米颗粒的体积百分比为1-20％。6.根据权利要求1所述的探测器像素响应非均匀误差校正装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福桂，李明，盛伟繁，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11