大口径杂散光测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种大口径杂散光测试装置及测试方法，该大口径杂散光测试装置包括目标模拟器、球形平行光管、探测系统以及数据采集与处理系统；目标模拟器设置在球形平行光管的入射光路上；待测光学系统设置在球形平行光管的出射光路上；探测系统设置在待测光学系统的像面处；探测系统与数据采集与处理系统相连。本发明专利技术提供了一种能够有效的对光学系统结构的杂散光抑制能力进行考核的大口径杂散光测试装置及测试方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学检测领域，涉及一种，尤其涉及一种主要用于各类光学相机在光机对接前光学系统性能的考核时所采用的大口径杂散光系数的测试装置及测试方法。
技术介绍
近年来，随着高灵敏度，低探测阈值探测器的发展，对光学系统杂散光的抑制有了更高的要求，这就要求杂散光测量系统有更高的精度。光学系统成像时，在像面上除了按正常光路成像外(或非成像)，尚有一些非成像光线落在像面上，这些不参与成像的有害光称为杂散光。杂散光对光学系统像质的影响很大，由于系统中光学元件、机械部件等对光的反射与散射，造成非成像光线在像面上扩散的现象，使得系统所成像清晰度差、对比度降低。光学系统的调制传递函数在整个空间频率范围内将随着杂光系数的增大而降低。因此，杂散光系数是反映光学系统成像质量的重要指标，杂散光检测是光学系统像质检测的重要方面之一。星载各种航天相机大多工作在探测极弱目标信号的情况下，而目标源和环境光经过光学系统孔径的衍射，以及结构与光学元件表面的散射、反射到达像面探测器形成杂散光。它产生的原因错综复杂，不仅与制造光学系统的工艺、材料有关，还与像差特性、衍射现象、目标特征有关，它使相机对比度和调制传递函数明显降低，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光辐射噪声淹没。目前研究的大口径、长焦距杂散光测试方法主要针对大口径光学系统的杂散光测试，是以航天在轨高像质探测类相机为背景，展开对航天相机在地面杂散光抑制能力定标技术进行研究的。传统光学系统杂散光·测量普遍使用的是整体包覆后用积分球测试的黑斑法，这种测试方法可验证目标源经过光学系统后产生的杂散光辐射。传统的测量装置只能评价轴上目标光源产生的杂散光辐射对探测能力的影响，缺少轴外杂散光测量的能力；然而对于航天高灵敏度探测类相机会受轴外其他辐射源产生的杂散光影响，造成的目标对比度下降，因此，轴外杂散光测试装置的研究，对于评价光学系统轴外杂散光抑制水平来说显得尤为重要。目前，在各种大口径、长焦距航天相机的研制中，常见的杂散光测量装置(黑斑法测量系统)只能对小口径光学系统的杂散光进行测试，如口径小于等于Φ300πιπι的光学系统，然而对于口径超过Φ300_的光学系统的杂散光系数无法进行全口径测试。这主要由于大口径、长焦距光学系统的口径太大、焦距太长，而测量装置由于光学材料的原因，无法选用大口径透射式光学玻璃来制作消色差准直物镜；同时对于长焦距光学系统的杂散光测量，若不采用准直物镜，将无法模拟无穷远处的目标辐射，从而不能真实反映光学系统杂散光的抑制水平。因此，以往的杂散光系数测量装置需进一步的改进，以满足当前光学系统杂散光测量的需要。另外，以往的杂散光测量装置的目标模拟器均采用“牛角塞子”作为消光系统，以提供高对比度的黑斑目标，其消光效率为1000:1;而对于高精度杂散光系数的测量，1000:1的目标对比度就显得消光能力太差，从而影响最终的杂散光测量精度(往往会由于黑斑不黑的原因，造成杂散光测量结果偏大)。综上所述，考虑到该课题的研究是用于对大口径、长焦距光学系统杂散光测试的关键技术，该项技术的研究成功，将预示着国内大口径、长焦距杂散光地面标定技术进入一个新的台阶。因此，开展大口径、长焦距、高精度杂散光测量技术的研究，将对我国光学系统杂散光测量领域的发展起着推动性作用。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种能够有效的对光学系统结构的杂散光抑制能力进行考核的。本专利技术的技术解决方案是:本专利技术提供了一种大口径杂散光测试装置，其特殊之处在于:所述大口径杂散光测试装置包括目标模拟器、球形平行光管、探测系统以及数据采集与处理系统；所述目标模拟器设置在球形平行光管的入射光路上；待测光学系统设置在球形平行光管的出射光路上；所述探测系统设置在待测光学系统的像面处；所述探测系统与数据采集与处理系统相连。上述球形平行光管包括积分球、设置在积分球球壁上的准直物镜以及设置在积分球内部的光源；所述积分球包括入光口以及出光口 ；所述目标模拟器设置在积分球的入光口处；待测光学系统设置在积分球的出光口处；所述光源发出的光线照亮目标模拟器后通过准直物镜准直至待测光学系统。上述目标模拟器设置在积分球的入光口处并处于准直物镜的焦点处。上述准直物镜是离轴抛物面镜。上目标模拟器是黑目标源以及白目标源。上述黑目标源与白目标源的目标对比度至少是10000:1。上述大口径杂散光测试装置还包括设置在待测光学系统与探测系统之间的可变光阑。上述大口径杂散光测试装置还包括转台；所述待测光学系统以及探测系统均设置在转台上。一种基于如上所述的大口径杂散光测试装置的测试方法，其特殊之处在于:所述测试方法包括以下步骤:I)将待测光学系统设置在积分球的出射光路上，并使待测光学系统与离轴抛物面镜处于同一光轴； 2 )选用白目标源作为目标模拟器并经过球形平行光管与待测光学系统后，在探测系统的探测面得到的白目标源的像；3)通过数据采集与处理系统对步骤2)所形成的白目标源的像进行数据采集及读取，得到白目标源的像的照度值； 4)将白目标源更换为黑目标源，并经过球形平行光管与待测光学系统后，在探测系统的探测面得到的黑目标源的像；5)通过数据采集与处理系统对步骤4)所形成的黑目标源的像进行数据采集及读取，得到黑目标源的像的照度值；6)根据步骤3)所得到的白目标源的像的照度值以及步骤5)所得到的黑目标源的像的照度值计算得到待测光学系统的杂散光系数。上述步骤6)的中待测光学系统的杂散光系数是白目标源的像的照度值与黑目标源的像的照度值之间的比值。本专利技术优点是:本专利技术为了解决大口径、长焦距光学系统全视场杂散光测量所带来的问题，结合传统的黑斑法杂散光测试原理，提出了一种大口径、长焦距光学系统全视场杂散光高精度测量方法，能够有效的对光学系统结构的杂散光抑制能力进行考核，对相机的整机信噪比进行估算，提出结构修改型设计方案，保证了光学系统能够清晰成像，本专利技术具有的优点具体如下: I)本专利技术利用经典的黑斑法测量原理，提出了一种高精度、大口径、长焦距光学系统全视场杂散光测试方法，其测试精度突破以往测试精度，杂散光测量值从原来的1%提高至 0.5% ；2)本专利技术针对大口径消色差准直物镜的设计，解决了以往大口径、长焦距光学系统杂散光系数无法测量的难题，可对光学系统口径O300mm以上的杂散光系数进行测量；3)本专利技术利用离轴抛物面镜作为准直物镜，可有效的降低由透射式准直物镜引入的杂散光，而造成的系统测量精度不高的影响；4)本专利技术首次配合转台可实现光学系统全视场杂散光系数的测量；5)本专利技术所采用的目标模拟器采用特殊的多面吸收腔体设计形式，可使以往白斑与黑斑的目标对比度从1000:1提高至10000:1，有效的降低了由于目标模拟器产生的杂散光造成测量的误差。附图说明图1是本专利技术所提供的大口径杂散光测试装置的原理示意图；其中:1-目标模拟器；2-光源；3_积分球；4_离轴抛物面镜；5-转台；6_探测系统；7-待测光学系统；8_数据采集与处理系统。具体实施例方式参见图1，本专利技术提供了一种大口径杂散光测试装置，该大口径杂散光测试装置包括目标模拟器1、球形平行光管、探测系统6以及数据采集与处理系统8 ；目标模拟器I设置在球形平行光管的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大口径杂散光测试装置，其特征在于：所述大口径杂散光测试装置包括目标模拟器、球形平行光管、探测系统以及数据采集与处理系统；所述目标模拟器设置在球形平行光管的入射光路上；待测光学系统设置在球形平行光管的出射光路上；所述探测系统设置在待测光学系统的像面处；所述探测系统与数据采集与处理系统相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，赵建科，周艳，赛建刚，杨菲，刘峰，胡丹丹，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：