本实用新型专利技术提供一种红外光纤传像束的光学效率测试装置，包括沿光线入射方向依次设置在光学平台上的标准黑体、前置成像物镜、后继耦接镜组、红外探测器和图像采集计算机，所述标准黑体和前置成像物镜间的距离能够确保入射前置成像物镜的光线为平行光；所述红外探测器设置于后继耦接镜的像面处。通过该装置可解决目前针对红外光纤传像束性能测试无专门针对性仪器和装置的问题，同时该方法所述装置还可用于光纤传像束排列规则度和断丝率等其他主要指标的测试。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及光纤性能测试领域，尤其涉及一种红外光纤传像束的光学效率测试装置。
技术介绍
利用无源光纤传像束作为传像元件，实现光能在空间二维分布上的传输和变换，从而达到特定光电探测的目的已成为一类新型光学成像系统。其中的光纤传像束是由大量光纤按一定规则相关排列的集成光学器件，具有重量轻、柔韧性好、自由度大等特点。此外，与CCD和CMOS等传统成像器件相比，光纤传像束可无源、实时地传像，能实现点、环、线或其他形式间的光转换，并易于和CCD探测器件耦接，使所传图像转换为数字视频形式观察。目前，由于可见光光纤传像束制备技术的成熟，各类可见光光纤传像束已在医学、工业、军事和通讯等领域得到大量应用。随着红外光纤传像束研制水平的发展，其也已具有很好的应用前景。光纤传像束的工作原理是：通过单根光纤内壁的全反射，实现高效率的传光，并通过还原光纤的相关排列关系获得既定的目标图像。在传像束中，各根光纤的传光作用是独立的，要求其具有可弯曲、光能损失小、数值孔径大、分辨率高、结构简单、使用方便等特点。成像系统的光学效率对获得图像的信噪比和灵敏度起到至关重要的作用，因此，作为成像系统用光学元件，对光纤传像束的光学效率(或透过率)提出了较高要求，所用光纤传像束需具有良好的传输特性，即光能损失小。该指标是衡量光纤传像束性能的重要指标，因此对其进行准确的检测是保证其应用的重要基础。然而，由于光纤最重要的应用仍集中在光纤通信方面，目前可查阅到的相关教科书和国家标准中，虽然对于光纤束的传输特性的定义及其测量方法做了明确说明，但都仅适用于光通信范畴。国标中有关光纤传输特性的测量方法都是按照光纤通信的应用原理进行测量和评价的。无论光纤研制人员或是生产单位均是利用光纤的衰减来评价光纤的传输特性好坏，其单位是dB/km，指单位长度内光纤光功率衰减分贝数。然而若要在光纤传像系统中评价光纤传像束的传输特性好坏常用到的是光能透过率大小，单位是％，因此，依照国标GB/T15972.4-1998[光纤总规范第四部分：传输特性和光学特性试验方法]中测量光纤透过率(国标中称衰减)的要求，目前尚没有标准的专门检测光纤传像束光学效率的仪器设备和方法。由于光纤传像束本身也是一个光学元件，如何测量它的光能透过率成为光纤传像束研制及使用人员重点考虑的问题。对于细小口径的光纤传像束，需要专门的实验装置及工具进行测试。目前，由于可见光光纤传像束的制备工艺已很成熟，国内外关于可见光传像束透过率测试方法已有较多的研究。由于其传光特性不同于一般的成像光学系统，光学效率的测量方法也不同，难以利用传统成像光学系统的平行光管加功率计(或积分球)的方法直接测得，长春光机所谷立山等人专门设计了用于小口径的可见光传像光纤束光学效率检测的特殊装置，他们提出了不同于常规成像系统透过率测试的方法。根据谷立山等人的经验，要想准确测量光纤传像束的透过率，要求光在进入光纤传像束时既避免拦光现象又满足全反射条件。因此，测量光纤传像束透过率时不能采用平行光束。但相对于可见光光纤传像束，红外波段光纤传像束的光学效率与其材料及制作工艺有很大关系，且其探测接收装置不像可见光探测器那样种类齐全多样(尤其是没有专门的红外积分球)，因此，无法完全按照可见光光纤传像束进行测试。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种专门的红外光纤传像束的光学效率测试装置，通过该装置测试红外光纤传像束的光学效率，能够直观真实的反映系统传光性能，操作方便。本技术的技术解决方案是：一种红外光纤传像束的光学效率测试装置，其特别之处在于：包括沿光线入射方向依次设置在光学平台上的标准黑体、前置成像物镜、后继耦接镜组、红外探测器和图像采集计算机，上述标准黑体和前置成像物镜间的距离大于前置物镜焦距的10倍，能够确保入射前置成像物镜的光线为平行光；上述红外探测器设置于后继耦接镜的像面处。上述后继耦接镜的数值孔径等于或大于待测光纤传像束的数值孔径，并与红外探测器的数值孔径匹配；该后继耦接镜的出瞳和红外探测器的冷光阑重合以满足100％冷光阑效率，后继耦接镜还具有缩放作用，后继耦接镜的放大率由待测光纤传像束的单丝直径和红外探测器像元大小的比值决定，通过后继耦接镜以实现光纤与探测器像元的一对一耦合。还包括可调光阑，上述可调光阑可设置于标准黑体和前置成像物镜之间，也可设置于光路中起到限制孔径作用的其他位置。一种红外光纤传像束的光学效率测试方法，包括以下步骤：步骤一：通过标准黑体获得稳定的红外辐射能量I1；步骤1.1：保持标准黑体温度恒定；步骤1.2：设置红外探测器积分时间、增益、偏置参数；步骤1.3：将标准黑体放置在前置成像物镜前，二者之间的距离能够确保进入前置成像物镜的光线为水平平行光线；在前置成像物镜前放置光阑，调节光阑大小，使得前置物镜数值孔径小于等于待测光纤传像束的数值孔径；具体的通过下式计算光阑大小：D＝2f*NA式中NA为光纤传像束数值孔径，D为光阑直径大小，f为前置物镜的焦距；步骤1.4：前置成像物镜所成标准黑体像经后继耦接镜成像至红外探测器上；步骤1.5：红外探测器将图像发送至图像采集计算机，图像采集计算机存储目标图像，记为图像1；步骤1.6：为消除红外光学镜头自身红外辐射及探测器暗电流对测量灰度值的影响，盖上前置物镜镜头盖，采集无输入时的暗背景图像，记为图像10；步骤1.7：用步骤1.5得到的图像1减去步骤1.6得到的图像10，得到图像L，然后计算图像L一定区域内灰度值之和，该区域大小和后续步骤2.6中区域位置及大小相同，即输入光能量I1；步骤二：获得经光纤传像束传输后输出的红外辐射能量I2；步骤2.1：保持步骤一中标准黑体和前置成像物镜的位置不变，保持光阑位置和大小不变，保持标准黑体的温度和步骤一的温度相同；并保持红外探测器积分时间、增益、偏置参数和步骤一相同；步骤2.2：将后继耦接镜和红外探测器的位置后移，将待测光纤传像束入射端放置在前置成像物镜像面处，使其出射端位于后继耦接镜物面处；步骤2.3：前置成像物镜所成标准黑体的图像经待测光纤传像束传输至后继耦接镜，后继耦接镜将图像成像至红外探测器上；步骤2.4：红外探测器将图像发送至图像采集计算机，图像采集计算机存储目标图像，记作图像2；步骤2.5：为消除红外光学镜头及光纤传像束自身红外辐射及探测器暗电流对测量灰度值的影响，盖上前置物镜镜头盖，采集无输入时的暗背景图像，记作图像20；步骤2.6：用步骤2.4得到的图像2减去步骤2.5得到的图像20，得到图像F，然后取图像F中的一定区域，该区域的大小等于或小于待测光纤传像束出射端面的大小，且该区域大小和步骤1.7中区域大小相同，计算该区域灰度值之和，即获得经光纤传像束传输后输出的红外光能量I2；步骤三：通过下式得到待测光纤传像束的光学效率，式中μ为光学效率；μ＝I2/I1*100％。优选地，进行步骤一时，在步骤1.7之后还包括：多次重复步骤1.1到步骤1.5，得到多幅图像，并均减去步骤1.7所获得的背景图像，然后计算得到多个输入光能量的平均值ī1；进行步骤二时，在步骤2.6之后还包括：多次重复步骤2.1到步骤2.4，得到多幅图像，并均减去步骤2.5所获得的背景图像，然后计算得到多个光能量值的平均值ī2；所述步骤三为：通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种红外光纤传像束的光学效率测试装置，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置在光学平台上的标准黑体、前置成像物镜、后继耦接镜组、红外探测器和图像采集计算机，所述标准黑体和前置成像物镜间的距离能够确保入射前置成像物镜的光线为平行光；所述红外探测器设置于后继耦接镜的像面处。
【技术特征摘要】
1.一种红外光纤传像束的光学效率测试装置，其特征在于：包括沿光线入射方向依次设置在光学平台上的标准黑体、前置成像物镜、后继耦接镜组、红外探测器和图像采集计算机，所述标准黑体和前置成像物镜间的距离能够确保入射前置成像物镜的光线为平行光；所述红外探测器设置于后继耦接镜的像面处。2.根据权利要求1所述的红外光纤传像束的光学效率测试装置，其特征在于：所述后继耦接镜的数值孔径等于或大于待测光纤传像束的数值孔径，并与红外探...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫兴涛，李福，马小龙，贺应红，吕娟，赵意意，杨建峰，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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