自动化点源透过率杂散光测试系统及方法与流程

本发明涉及杂散光测试技术领域。

背景技术

杂散光是指到达光学系统像面处的非成像光束，在探测元件上形成背景噪声。杂散光的存在影响光学系统成像质量，降低目标对比度，严重时会使光学系统无法正常工作。

光学系统杂散光产生的原因错综复杂，不仅与制造工艺、材料有关，还与衍射现象、目标特性、背景特效有关。目前，杂散光测量方法主要有两种，即黑斑法和点源法。黑斑法装置实现困难且准确性较低。点源法精度高，符合空间光学技术发展的趋势。

点源法通常使用点源透过率来评价系统的杂散光抑制水平。点源透过率(pst，pointsourcetransmittance)定义为：光学系统视场外离轴角为θ的光源经过光学系统后在焦面上产生的辐照度ed(θ,λ)与入射到光学系统入瞳处的辐照度ei(θ,λ)的比值。

现有的测试系统在测试过程中对不同离轴角度点源透过率的测量多为手动操作，过多的人为干预在一定程度上影响了测量精度，故现有的测试系统难以实现高精度、高效率地对系统进行测量。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决采用手动操作测试系统测量点源透过率，测量精度低、效率低的问题，从而提供自动化点源透过率杂散光测试系统及方法。

本发明所述的自动化点源透过率杂散光测试系统，包括脉冲激光器1、光束整形器2、平行光管3、第一探测系统4、平移机构5、旋转台6、第二探测系统7、信号采集系统8、计算机9和暗室10；

脉冲激光器1出射的激光经光束整形器2整形后入射至平行光管3，激光经平行光管3准直后入射至旋转台6上的待测光学系统11；

第一探测系统4位于待测光学系统11的入瞳处，且固定在平移机构5上；第二探测系统7位于待测光学系统11的焦面处，且位于旋转台6上；第一探测系统4和第二探测系统7均用于测量辐照度，信号采集系统8采集测量结果并将测量结果发送给计算机9；

计算机9，用于接收测量结果并计算点源透过率；还用于控制平移机构5、旋转台6和信号采集系统8实现点源透过率的自动化测量；

第一探测系统4、平移机构5、旋转台6、第二探测系统7、信号采集系统8和待测光学系统11均位于暗室10内。

优选的是，还包括第一光学衰减装置和第二光学衰减装置；

平行光管3出射的激光经第一光学衰减装置后入射至第一探测系统4，第一光学衰减装置与第一探测系统4固定连接；待测光学系统11出射的杂散光经第二光学衰减装置入射至第二探测系统7，第二光学衰减装置与第二探测系统7固定连接。

优选的是，第二光学衰减装置的衰减倍数可变。

优选的是，计算机控制平移机构5、旋转台6和信号采集系统8实现点源透过率的自动化测量，具体为：

用户在计算机9界面设定测量模式，当为入口照度测量模式时，计算机9控制平移机构5将第一探测系统4放置在待测光学系统11的入瞳处，待测光学系统11对入瞳处的辐照度进行测量，计算机9还控制信号采集系统8采集测量结果；当为焦面照度测量模式时，计算机9控制平移机构5将第一探测系统4移开，直至不再阻挡平行光管3出射的激光，计算机9还控制旋转台6转动，第二探测系统7对焦面处的辐照度进行测量，计算机9控制信号采集系统8采集测量结果。

优选的是，计算机9控制旋转台6由最大离轴角度开始转起。

优选的是，入口照度测量模式与焦面照度测量模式相互转换时第二光学衰减装置为不透光模式。

优选的是，第二光学衰减装置的衰减倍数初始为最大等级，计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数逐渐减小，直至信号采集系统8采集的测量结果达到阈值。

本发明所述的自动化点源透过率杂散光测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、打开脉冲激光器1，等待脉冲激光器1稳定；

步骤二、定位待测光学系统11，使平行光管3出射的平行光充满待测光学系统11入口，并使得待测光学系统11的中心位于旋转台6的旋转中心；

步骤三、第一探测系统4对待测光学系统11入瞳处的辐照度进行测量，信号采集系统8采集测量结果；

步骤四、计算机9控制平移机构5将第一探测系统4移开，直至不再阻挡平行光管3出射的激光；

步骤五、计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数初始化为最大等级；

步骤六、计算机9控制旋转台6转动到最大离轴角度；

步骤七、第二探测系统7对焦面处的辐照度进行测量，信号采集系统8采集测量结果；

步骤八、计算机9判断信号采集系统8采集的测量结果是否达到阈值，如果判断结果为是则计算机9记录测量结果，否则计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数减小一个等级并返回步骤七；

步骤九、计算机9控制旋转台6按设定规则转动到下一个离轴角度；

步骤十、重复步骤七至步骤九，计算机9根据测量结果计算不同离轴角度下的点源透过率；

步骤十一、绘制不同离轴角度下的点源透过率曲线，根据该曲线评价待测光学系统11的杂散光抑制能力。

优选的是，步骤九所述的设定规则具体为：旋转台6由正向最大离轴角度开始转起，按照设定的步幅逐渐减小离轴角度，直至达到正向最小离轴角度，再由反向最大离轴角度开始转起，按照设定的步幅逐渐减小离轴角度，直至达到反向最小离轴角度。

本发明将点源透过率杂散光测试系统的机械部分的平移机构及旋转台以及信号采集系统进行软件集成，实现点源透过率杂散光测试系统的计算机自动测量。本发明减少了测量过程中的人为干预，降低了操作难度，实现了高速度、高精度的点源透过率测量。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的自动化点源透过率杂散光测试系统的结构示意图；

图2是具体实施方式一中的通过计算机控制实现自动化测量的原理框图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的自动化点源透过率杂散光测试系统，包括脉冲激光器1、光束整形器2、平行光管3、第一探测系统4、平移机构5、旋转台6、第二探测系统7、信号采集系统8、计算机9和暗室10；

脉冲激光器1出射的激光经光束整形器2整形后入射至平行光管3，激光经平行光管3准直后入射至旋转台6上的待测光学系统11；经待测光学系统11的元件和机械结构的反射、折射、散射或衍射到达待测光学系统11的焦面；

第一探测系统4位于待测光学系统11的入瞳处，且固定在平移机构5上；第二探测系统7位于待测光学系统11的焦面处，且位于旋转台6上；第一探测系统4和第二探测系统7均用于测量辐照度，信号采集系统8采集测量结果并将测量结果发送给计算机9；

计算机9，用于接收测量结果并计算点源透过率；还用于控制平移机构5、旋转台6和信号采集系统8实现点源透过率的自动化测量。旋转台6带动待测光学系统11旋转实现不同离轴角度的杂散光测量。

为了拓展杂散光测试系统的动态范围，该测试系统还包括光衰减装置。在待测光学系统11入瞳处放置第一光学衰减装置，以保护探测系统；在焦面处放置衰减倍数可变的第二光学衰减装置，实现拓展杂散光测试系统的动态范围。

第一探测系统4、平移机构5、旋转台6、第二探测系统7、信号采集系统8、待测光学系统11、第一光学衰减装置和第二光学衰减装置均位于暗室10内。以降低环境内壁散射对测量结果的影响。

此测试系统拥有两套探测系统，一套探测系统位于待测光学系统11入瞳处，入瞳处探测系统搭载在平移机构5上，可通过控制平移机构5将入瞳处探测系统移开。另一套探测系统位于待测光学系统11的焦面处，信号采集系统8分别采集入瞳处和焦面探测系统的信号。

对于非对称的待测光学系统11，测试系统需要具备正负离轴角对应点源透过率的测量功能。为了实现正负离轴角的光学系统点源透过率的测量，需要在角度接近视场角时保护探测系统，因此在实现正负离轴角度转换时，焦面处的第二光学衰减装置为不透光模式。

计算机9的控制包括入口照度测量模式和焦面照度测量模式，焦面照度测量模式又分为正离轴角杂散光测量和负离轴角杂散光测量，用户只需在计算机界面设置离轴范围、采集数据个数等参数，即可实现待测光学系统11点源透过率自动化测量。

用户在计算机9界面设定测量模式，当为入口照度测量模式时，计算机9控制平移机构5将第一探测系统4放置在待测光学系统11的入瞳处，待测光学系统11对入瞳处的辐照度进行测量，计算机9还控制信号采集系统8采集测量结果；当为焦面照度测量模式时，计算机9控制平移机构5将第一探测系统4移开，直至不再阻挡平行光管3出射的激光，计算机9还控制旋转台6转动，第二探测系统7对焦面处的辐照度进行测量，计算机9控制信号采集系统8采集测量结果。

计算机9控制旋转台6由最大离轴角度开始转起，转向小离轴角。第二光学衰减装置的衰减倍数初始为最大等级即不透光模式，计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数逐渐减小，直至信号采集系统8采集的测量结果达到阈值。有效地保护了探测系统。

具体实施方式二：本实施方式所述的自动化点源透过率杂散光测试方法，基于具体实施方式一所述的自动化点源透过率杂散光测试系统实现，该方法包括以下步骤：

步骤一、打开脉冲激光器1，等待脉冲激光器1稳定；

步骤二、定位待测光学系统11，使平行光管3出射的平行光充满待测光学系统11入口，并使得待测光学系统11的中心位于旋转台6的旋转中心；

步骤三、第一探测系统4对待测光学系统11入瞳处的辐照度进行测量，信号采集系统8采集测量结果；

步骤四、计算机9控制平移机构5将第一探测系统4移开，直至不再阻挡平行光管3出射的激光；

步骤五、计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数初始化为最大等级；

步骤六、计算机9控制旋转台6转动到最大离轴角度；

步骤七、第二探测系统7对焦面处的辐照度进行测量，信号采集系统8采集测量结果；

步骤八、计算机9判断信号采集系统8采集的测量结果是否达到阈值，如果判断结果为是则计算机9记录测量结果，否则计算机9控制第二光学衰减装置的衰减倍数减小一个等级并返回步骤七；

步骤九、计算机9控制旋转台6按设定规则转动到下一个离轴角度；

步骤十、重复步骤七至步骤九，计算机9根据测量结果计算不同离轴角度下的点源透过率；

步骤十一、绘制不同离轴角度下的点源透过率曲线，根据该曲线评价待测光学系统11的杂散光抑制能力。

步骤九所述的设定规则具体为：旋转台6由正向最大离轴角度开始转起，按照设定的步幅逐渐减小离轴角度，直至达到正向最小离轴角度，再由反向最大离轴角度开始转起，按照设定的步幅逐渐减小离轴角度，直至达到反向最小离轴角度。