本發(fā)明涉及雜散光測試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于時間分辨的點(diǎn)源透過率測試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

雜散光是指到達(dá)像面的非成像光線在探測系統(tǒng)上形成的背景噪聲，它是光學(xué)噪聲的一種，雜散光的存在會降低光電探測系統(tǒng)的探測能力，嚴(yán)重時會使目標(biāo)信號被雜散輻射噪聲湮沒，導(dǎo)致儀器無法正常工作。

因此對光機(jī)系統(tǒng)雜散光抑制的水平及測試驗(yàn)證提出了更高的要求。目前，雜散光測試方法主要是面源法和點(diǎn)源法，其中點(diǎn)源法精度高，是空間光學(xué)技術(shù)發(fā)展的趨勢。點(diǎn)源法采用點(diǎn)源透過率作為評價函數(shù)，點(diǎn)源透過率(pst,pointsourcetransmittance)定義為：視場外離軸角θ的點(diǎn)源目標(biāo)輻射，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)后在焦面處的輻射照度ed(θ)與光學(xué)系統(tǒng)入口處輻照度e0的比值。

在雜散光測試實(shí)踐中，實(shí)際光機(jī)系統(tǒng)雜散光水平往往高于理論分析水平，究其原因主要是實(shí)際系統(tǒng)中存在加工、制造、裝配等誤差，或元件表面污染等，而根據(jù)pst定義，現(xiàn)有的測試系統(tǒng)只能測量光機(jī)系統(tǒng)的雜散光總量，因此從測試結(jié)果中很難分析、定位實(shí)際光機(jī)系統(tǒng)的雜散光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有雜散光測試提供的信息量太少不足以準(zhǔn)確分析及定位系統(tǒng)的雜散光問題，本發(fā)明提供一種基于時間分辨的點(diǎn)源透過率雜散光測試系統(tǒng)及方法，在雜散光測試中增加時間維信息，分析待測光機(jī)系統(tǒng)的雜散光傳輸時間分布特性與雜散光路徑的關(guān)系，揭示系統(tǒng)內(nèi)雜散光傳輸?shù)囊蚬P(guān)系，對系統(tǒng)雜散光問題的分析、定位和控制具有重要指導(dǎo)意義。

在雜散光測試中增加時間維信息主要是基于雜散光傳輸?shù)臅r間分布特性，雜散光時間分布特性定義為光機(jī)系統(tǒng)內(nèi)雜散光通過不同的雜散光路徑，經(jīng)歷的光程不同，使其到達(dá)系統(tǒng)焦面的輻射能量隨時間變化，從圖1可以看出，在離軸角度為10°時，待測光機(jī)系統(tǒng)的雜散光時間分布特性曲線。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是提供一種基于時間分辨的點(diǎn)源透過率雜散光測試系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括沿光路依次設(shè)置的脈沖激光光源系統(tǒng)1、光源整形系統(tǒng)2、平行光管3和待測光機(jī)系統(tǒng)4與探測系統(tǒng)5；還包括轉(zhuǎn)臺6和信號采集和處理系統(tǒng)7，上述待測光機(jī)系統(tǒng)4或平行光管3位于轉(zhuǎn)臺6上；上述探測系統(tǒng)5位于待測光機(jī)系統(tǒng)4的焦面上，上述信號采集和處理系統(tǒng)7采集探測系統(tǒng)5的信號，上述探測系統(tǒng)5為具有時間分辨率的探測系統(tǒng)。

優(yōu)選地，為擴(kuò)展雜光測試系統(tǒng)的動態(tài)范圍，該系統(tǒng)還包括光衰減裝置，上述光衰減裝置位于平行光管焦點(diǎn)處。

優(yōu)選地，上述光源整形系統(tǒng)2包括擴(kuò)束鏡頭、整形器和匯聚透鏡。

優(yōu)選地，該探測系統(tǒng)5的時間分辨率優(yōu)于0.1ns。

優(yōu)選地，上述具有時間分辨率的探測系統(tǒng)5為條紋相機(jī)。

本發(fā)明基于時間分辨的點(diǎn)源透過率雜散光測試系統(tǒng)采用具有高時間分辨率的探測系統(tǒng)置于待測光機(jī)系統(tǒng)焦面處，測試待測光機(jī)系統(tǒng)的雜散光，獲取雜散光時間分布特性曲線。

定義探測系統(tǒng)在第i個時間采樣點(diǎn)接收到的雜散光輻射能為tdi(θ)，探測系統(tǒng)共有m個采樣點(diǎn)，則在該離軸角度θ下的點(diǎn)源透過率為pst(θ)為：

上式中，ed(θ)為探測系統(tǒng)在待測光機(jī)系統(tǒng)焦面處接收到的輻照度，ф(θ)為探測系統(tǒng)接收到的總雜散光輻射能，e0為待測光機(jī)系統(tǒng)入口處平行光束輻照度，a為探測系統(tǒng)光敏面面積，t為積分時間。

每個雜散光通道輻射能tdi(θ)是來自不同雜散光路徑的雜散光輻射能ljj(θ)的線性疊加，則有

其中l(wèi)jj(θ)代表第j個雜散光路徑的雜散光輻射能；

aij(θ)代表第j個雜散光路徑對tdi(θ)貢獻(xiàn)因子。

上式可表示成：

按照上述思路，也可將雜散光路徑輻射能ljj(θ)表示成各雜散光通道輻射能的線性組合

bji(θ)是代表第i個雜散光通道的雜散光輻射能在第j個雜散光路徑雜散光輻射能的得分因子。

上式可以表示成：

獲得得分因子矩陣即公式(5)是求解雜散光傳輸路徑輻射能的關(guān)鍵。在此，可通過雜散光分析軟件追跡大量光線，統(tǒng)計(jì)分析不同時間雜散光通道輻射能在雜光路徑上的得分因子bji(θ)，求解雜散光路徑的輻射能ljj(θ)，同時可分析計(jì)算得到不同雜散光路徑的輻射能對總雜散光輻射能水平貢獻(xiàn)因子jj(θ)：

通過上述分析，本發(fā)明還提供上述基于時間分辨的點(diǎn)源透過率雜散光測試系統(tǒng)的雜散光測試方法，包括以下步驟：

步驟一：定位待測光機(jī)系統(tǒng)，使得待測光機(jī)系統(tǒng)光軸與平行光管光軸重合，使得待測光機(jī)系統(tǒng)的入口中心過轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心o；

步驟二：打開脈沖激光光源系統(tǒng)，待脈沖激光光源穩(wěn)定后，標(biāo)定平行光管出射平行光束均勻性、時間穩(wěn)定性和輻照度e0；

步驟三：打開具有時間分辨率的探測系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺到指定離軸角度θ位置；

步驟四：平行光管出射的平行光進(jìn)入待測光機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部元件的衍射、散射或透鏡表面殘余反射等方式達(dá)到待測光機(jī)系統(tǒng)的焦面，具有時間分辨率的探測系統(tǒng)測量待測光機(jī)系統(tǒng)焦面處輻射能量隨時間的分布，獲取不同時間采樣點(diǎn)的雜散光輻射能tdi(θ)；

步驟五：信號采集和處理系統(tǒng)計(jì)算離軸角度θ的點(diǎn)源透過率pst(θ)：

其中a為探測系統(tǒng)光敏面面積，t為積分時間。

步驟六：通過雜散光分析軟件追跡大量光線，統(tǒng)計(jì)不同采樣點(diǎn)雜散光輻射能對各雜散光路徑輻射能的得分因子bji(θ)，求解不同雜散光路徑的雜散光輻射能ljj(θ)：

計(jì)算各雜散光路徑的雜散光輻射能ljj(θ)對總雜散光輻射能φ(θ)的貢獻(xiàn)因子jj(θ)；

步驟七：轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺角度，重復(fù)步驟四至步驟六，測量不同離軸角度下雜散光傳輸時間分布特性曲線，計(jì)算不同離軸角度下點(diǎn)源透過率pst(θ)及主要雜散光路徑的雜散光輻射對總雜散光輻射能的貢獻(xiàn)因子jj(θ)。

優(yōu)選地，為保護(hù)探測系統(tǒng)，步驟二中還包括調(diào)節(jié)光衰減裝置，令弱光出射的步驟。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過具有高時間分辨率的探測系統(tǒng)測量待測光機(jī)系統(tǒng)焦面處輻射能隨時間的分布，在雜散光測試中增加時間維信息，分析待測光機(jī)系統(tǒng)雜散光傳輸?shù)臅r間分布特性與雜散光路徑的關(guān)系，揭示系統(tǒng)內(nèi)雜散光傳輸?shù)囊蚬P(guān)系，對系統(tǒng)雜散光問題的分析、定位和控制具有重要指導(dǎo)意義。

附圖說明

圖1某光機(jī)系統(tǒng)在離軸角度10°的雜散光傳輸時間分布特性曲線；

圖2基于時間分辨點(diǎn)源透過率雜散光分析系統(tǒng)的原理圖；

附圖標(biāo)記為：1-脈沖激光光源系統(tǒng)，2-光源整形系統(tǒng)，3-平行光管，4-待測光機(jī)系統(tǒng)，5-探測系統(tǒng)，6-轉(zhuǎn)臺，7-信號采集和處理系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

從圖2可以看出，本發(fā)明系統(tǒng)包括沿光路依次設(shè)置的脈沖激光光源系統(tǒng)1、光源整形系統(tǒng)2(含擴(kuò)束鏡頭、整形器和匯聚透鏡)、平行光管3和待測光機(jī)系統(tǒng)4、具有高時間分辨率的探測系統(tǒng)5，還包括信號采集和處理系統(tǒng)7和轉(zhuǎn)臺6，待測光機(jī)系統(tǒng)4或平行光管3位于轉(zhuǎn)臺6上；探測系統(tǒng)5位于待測光機(jī)系統(tǒng)4的焦面上，信號采集和處理系統(tǒng)7采集和處理探測系統(tǒng)5的信號。

脈沖激光光源經(jīng)光源整形系統(tǒng)后會聚于平行光管焦點(diǎn)處，光束由平行光管準(zhǔn)直后出射平行光照亮待測光機(jī)系統(tǒng)的入口，進(jìn)入待測光機(jī)系統(tǒng)的光束經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)光學(xué)元件、機(jī)械結(jié)構(gòu)件表面散射或孔徑衍射等方式到達(dá)待測光機(jī)系統(tǒng)焦面，具有高時間分辨率的探測系統(tǒng)測量待測光機(jī)系統(tǒng)焦面處輻射能量隨時間的分布，即獲得待測光機(jī)系統(tǒng)的雜光傳輸時間特性曲線。轉(zhuǎn)臺帶動待測相機(jī)轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)不同離軸角度的雜光測量。

具體測試流程如下：

1)、定位待測光機(jī)系統(tǒng)，保證待測光機(jī)系統(tǒng)的光軸與平行光管光軸重合，同時保證待測光機(jī)系統(tǒng)的入口中心過轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)中心o；

2)、打開光源，待激光光源穩(wěn)定后，標(biāo)定平行光管出射平行光輻射的均勻性、時間穩(wěn)定性和輻照度e0；

3)、調(diào)整光源的強(qiáng)度令弱光出射(保護(hù)探測系統(tǒng))；

4)、打開探測系統(tǒng)；

5)、轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺到指定離軸角度θ位置；

6)、調(diào)整光源強(qiáng)度令強(qiáng)光出射；

7)、平行光管出射的平行光進(jìn)入待測光機(jī)系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部元件的衍射、散射或反射等方式達(dá)到待測光機(jī)系統(tǒng)焦面，具有高時間分辨的探測系統(tǒng)測量雜散光傳輸時間分布特性，獲取不同時間雜散光通道即不同時間采樣點(diǎn)的雜光輻射能tdi(θ)；

8)、信號采集和處理系統(tǒng)計(jì)算離軸角度θ的點(diǎn)源透過率pst(θ)：

9)、通過雜散光分析軟件追跡大量光線，統(tǒng)計(jì)不同雜散光通道輻射能對各雜散光路徑輻射能的得分因子bji(θ)，求解不同雜散光路徑的輻射能ljj(θ)：

計(jì)算各雜散光路徑的雜散光輻射能ljj(θ)對總雜散光輻射能φ(θ)的貢獻(xiàn)因子jj(θ)；

10)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺角度，重復(fù)步驟5)至9)，測量不同離軸角度下雜光傳輸時間分布特性曲線，計(jì)算不同離軸角度下點(diǎn)源透過率及相應(yīng)雜散光路徑的雜散光輻射對總雜散光輻射能的貢獻(xiàn)因子。