一種積分球及基于該積分球的大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種大視場均勻光源系統(tǒng)，可用于大視場相機(jī)的輻射定標(biāo)，也可用于CXD探測器的均勻性標(biāo)校。
【背景技術(shù)】
[0002]航天器、遙感器在發(fā)射前要進(jìn)行輻射定標(biāo)，目的是為標(biāo)定儀器在典型工作條件下接收到的輻射亮度，提供設(shè)置相機(jī)的工作參數(shù)，建立相機(jī)入瞳處輸入輻亮度和數(shù)字化輸出之間的定量關(guān)系。為了對不同輻亮度(隨太陽天頂角和地物平均反射率而改變)的地面目標(biāo)獲得曝光量合適的圖像，必須合理地選擇探測器的曝光時間以及其放大器的增益。為了盡可能地獲得最佳的最終圖像，在地面必須進(jìn)行精細(xì)的輻射標(biāo)定。
[0003]我們確定了探測器響應(yīng)與地面照度、級數(shù)變化和放大器增益變化的關(guān)系，根據(jù)被攝景物的地理位置、攝像時刻的太陽天頂角和地物的反射率，為合理的選擇探測器的曝光時間以及合適的放大器增益值提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
[0004]光學(xué)相機(jī)輻射定標(biāo)的任務(wù)是在相機(jī)前輸入的輻亮度和探測器數(shù)字化輸出之間建立定量關(guān)系。這種輸入輻亮度是設(shè)定帶寬內(nèi)的積分值與其數(shù)字輸出之間的關(guān)系，其目的是建立相機(jī)的輻射動態(tài)范圍和工作點(diǎn)。對于大多數(shù)相機(jī)而言是要確定調(diào)光參數(shù)，即確定曝光時間和放大器增益的值。
[0005]積分球作為一種近似的朗伯光源，其開口面積大且均勻性好，因此常被用于模擬地球臨邊大氣層的輻射。20世紀(jì)80年代末，積分球開始成為一種遙感儀器輻射定標(biāo)的輻射源，90年代中期，隨著積分球輻射源開口輻亮度傳遞方法的建立以及輻射定標(biāo)精度的提高，遙感儀器福亮度定標(biāo)越來越依賴于積分球。
[0006]在以往的相機(jī)輻射定標(biāo)中，常采用積分球或者漫反射板來對相機(jī)進(jìn)行光譜輻射標(biāo)定。然而這些常規(guī)的設(shè)備一般適用于相機(jī)視場角不超過70°的輻射定標(biāo)，對于超廣角相機(jī)(150° )的輻射定標(biāo)就顯得無能為力。
[0007]公開號為CN 102192832A，實(shí)用新型名稱為半球型的積分球的光學(xué)測量裝置的專利申請主要論述了實(shí)現(xiàn)更高的積分效率且降低了成本的光學(xué)測量裝置，沒有提及如何實(shí)現(xiàn)廣角均勻光源的設(shè)計(jì)方式，以及廣角相機(jī)輻射定標(biāo)的方法。
[0008]公開號為CN 202661249U，實(shí)用新型名稱為一種半球積分球測量裝置的專利申請主要論述了通過半球的方式來測量光源的效率，該申請可以實(shí)現(xiàn)待測光源檢測，同時可以完整地采集被測光信號，有一個較好的混光效果，大大提高了測量精度。但該申請沒有論述如何實(shí)現(xiàn)廣角均勻光源的設(shè)計(jì)方式，以及廣角相機(jī)輻射定標(biāo)的方法。
[0009]公開號為CN 103278236A，實(shí)用新型名稱為一種大視場光學(xué)遙感儀器輻亮度定標(biāo)裝置可以以外接反射系統(tǒng)與大視場光學(xué)遙感儀器為待定標(biāo)設(shè)備，通過常規(guī)的積分球系統(tǒng)對其進(jìn)行高精度輻射定標(biāo)，以擴(kuò)展其測量系統(tǒng)的視場角。這種裝置可以在一定程度上擴(kuò)展積分球的出射光角度，然而由于其依賴于外接反射鏡，其出射光的輻亮度會有所變化，另外考慮到外界環(huán)境雜散光的干擾，其出射光的均勻性會降低。
[0010]公開號為CN 104515018A，實(shí)用新型名稱為一種積分球的專利申請包括一個具有均勾反射率涂層內(nèi)表面的主球殼，主球殼光輸出口一側(cè)半球上設(shè)置有兩個以上的輔助積分球，述兩個以上的輔助積分球均勻設(shè)置在所述主球殼光輸出口的同心圓周上，輔助積分球內(nèi)設(shè)置有光源。這種裝置雖然在主機(jī)分球上設(shè)置了輔助積分球，然而對于系統(tǒng)出射光角度的擴(kuò)展上沒有改善。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]為了解決超廣角相機(jī)(多150° )輻射定標(biāo)困難的問題，結(jié)合常規(guī)相機(jī)輻射定標(biāo)原理，本實(shí)用新型提出了一種勻光器件積分球，及基于該積分球的大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，能夠有效的在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)對超廣角相機(jī)進(jìn)行輻射定標(biāo)。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0013]本實(shí)用新型所提供的積分球，包括空腔球體及設(shè)置在空腔球體上的進(jìn)光孔和出光孔，所述空腔球體包括前半球體和后半球體，其特殊之處在于:
[0014]所述出光孔朝向后半球體內(nèi)陷，內(nèi)陷后的出光孔依然位于前半球體內(nèi)，所述進(jìn)光孔的數(shù)量為一個或多且位于前半球的球壁上，從進(jìn)光孔進(jìn)入的光能夠直接投射到出光孔的孔壁上。
[0015]以上為本實(shí)用新型積分球的基本結(jié)構(gòu)，基于該基本結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還做出以下優(yōu)化限定:
[0016]當(dāng)上述進(jìn)光孔為多個時，多個進(jìn)光孔以出光孔為中心圓周設(shè)置前半球體上。
[0017]上述出光孔為圓錐孔，其小端位于腔內(nèi)，該結(jié)構(gòu)能夠提高光能的能量利用率，且這種結(jié)構(gòu)便于被測物體的安裝。
[0018]上述出光孔的小端不超過前半球體和后半球體交界處，上述出光孔的大端離球心的距離為球體半徑的1/2，該結(jié)構(gòu)能夠模擬較大角度的均勻光照，且光能利用率也被大幅提高；另外這種形式也節(jié)省了空間結(jié)構(gòu)外形。
[0019]上述圓錐孔的錐度為60度。
[0020]本實(shí)用新型還提供一種大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，包括光源系統(tǒng)、勻光器件及光譜探測器，所述勻光器件包括積分球，其特殊之處在于:所述積分球如上所述，所述光源系統(tǒng)包括多個光源燈組件，多個光源燈組件分別設(shè)置在各進(jìn)光孔處，所述光譜探測器安裝在出光孔上端，用于監(jiān)測積分球出射光的輻照度及其光譜和色溫特性。
[0021]以上為本實(shí)用新型大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，基于該基本結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型還做出以下優(yōu)化限定:
[0022]為了實(shí)現(xiàn)光輸出能量及色譜的可調(diào)整，本實(shí)用新型在各光源燈組件與積分球之間還設(shè)置有可調(diào)光闌；
[0023]所述大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)通過光譜探測器對出射光能信息采集，并根據(jù)出射光能信息調(diào)整可調(diào)光闌的開口大小。
[0024]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型光源燈組件包括鹵鎢燈組件及氙燈組件。鹵鎢燈和氙燈組合通過可變光闌的調(diào)整，使出射光的色溫連續(xù)可調(diào)。
[0025]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的氙燈組件的數(shù)量為多個且圓周均布，所述鹵鎢燈組件的數(shù)量為多個，每相鄰兩個氙燈組件之間均布兩個鹵鎢燈組件，所述氙燈組件的功率為鹵鎢燈組件功率的兩倍。該結(jié)構(gòu)布局可使出射光能均勻性提高，氙燈和鹵鎢燈的功率是根據(jù)總出射光能計(jì)算得出的)
[0026]進(jìn)一度的，本實(shí)用新型的鹵鎢燈組件包括鹵鎢燈和燈室，鹵鎢燈位于燈室內(nèi)，鹵鎢燈的頂部設(shè)置燈杯。
[0027]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型的氙燈組件包括和燈室及位于燈室內(nèi)的聚光碗和氙燈，氙燈位于聚光碗的第一焦點(diǎn)。
[0028]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型氙燈組件的數(shù)量為3個，鹵鎢燈組件的數(shù)量為6個，所述氙燈組件的功率為500w，所述鹵鎢燈組件的功率為250w。
[0029]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點(diǎn)是:
[0030]1、該大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，利用積分球原理，結(jié)合遙感相機(jī)輻射定標(biāo)技術(shù)，首次突破性的設(shè)計(jì)了一種超大視場負(fù)角度均勻光照系統(tǒng)，其出射光模擬角度可擴(kuò)展至220。；
[0031]2、該大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，可通過閉環(huán)的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)出射光能、光譜及色溫特性的連續(xù)模擬；
[0032]3、該大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，通過可調(diào)光闌的精確細(xì)分，可實(shí)現(xiàn)出射光能的精確調(diào)整，調(diào)整精度優(yōu)于10 4w/m2/sr ;
[0033]4、該大視場負(fù)角度均勻光源系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了一種高均勻性目標(biāo)模擬源，其出射光角均勻性優(yōu)于99%，面均勻性優(yōu)于99%，比起同類光源系統(tǒng)在均勻性設(shè)計(jì)方面要有很大的提升，滿足各類相機(jī)及探測器輻射定標(biāo)的要求。
【附圖說明】
[0034]圖1所示為本實(shí)用新型所提供的光源系統(tǒng)的側(cè)視圖；
[0035]圖2所示為本實(shí)用新型所提供的光源系統(tǒng)的主視圖；
[0036]圖3為本實(shí)用新型光源系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0037]其中附圖標(biāo)記為:1-750積分球主體；2_主體支架；3、4、5_氙燈組件；6、7、8、9、10、11-鹵鎢燈組件；12、13、14、15、16、17、18、19、20_可調(diào)光闌；21_光譜探測器；22_數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)；23_積分球開口 ；24_模擬視場角；25_被測相機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)說明。
[0039]圖1所示為本實(shí)用新型所提供的積分球的結(jié)構(gòu)及工作原理圖。積分球包括空腔球體