CN102288391A - 一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，包括照明光源、光谱控制组件、积分球、测试靶标和扩束物镜等。光谱控制组件对照明光源发出的宽波段光源的光谱组成及各组分的强度进行控制后，调整各单色光的强度在整个光谱分布范围内的权重，输出不同波长的单色光，经会聚透镜会聚至积分球，混合成复色光后照明测试靶标，再经扩束物镜，得到满足光学传递函数测试光谱要求的测试目标光束。它能根据光学传递函数测试光谱要求，调节目标照明光源的光谱特性，产生满足要求的测试目标，具有结构简单、紧凑，调整方法简单、测试速度快等优点；采用数字化控制，通用性强，适用于各种光学系统的光学传递函数测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器。
背景技术
光学传递函数反映了光学系统或光电系统的频率响应特性，是定量评价光学系统或光电系统成像质量的重要性能指标，广泛用于光电成像系统设计和研制过程中光学系统和光电系统的性能评价。
光学传递函数的主要测量方法有：扫描法、自相关法和频谱比较法等。其中扫描法是最常用的测量方法，目前商用的光学传递函数测量仪器几乎都采用扫描法测量。基于扫描法的光学传递函数测量仪器主要由目标发生器、像分析仪和控制处理系统等部分组成。其中目标发生器用于产生测量所需的针孔、狭缝等目标。这些目标具有特殊的空间特征分布，并满足光学传递函数测量时的物距要求和目标光谱特性要求。物距要求可以通过两种方法实现：一是移动目标发生器，改变其与待测光学系统之间的距离；二是采用光学组件将目标发生器的靶标成像到指定的物距。
要满足测试目标光谱特性要求，则要求目标发生器中靶标的照明光光谱特性与测试要求光谱特性相同。通常，目标发生器中的光源采用卤钨灯等宽波段光源，其光谱特性往往不满足光学传递函数测量时目标光谱特性的要求，通常在卤钨灯等光源前放置滤光片实现测量所需的目标光谱特性。
一种典型的光学传递函数测量用目标发生器的结构如附图1所示。照明光源1为卤钨灯，准直透镜2用于准直光束，准直光束通过滤光片3后，经会聚透镜4会聚至靶标5上，扩束物镜6用于增加出射光束的扩散角。该光学传递函数测量用目标发生器对于要产生具有不同光谱分布特性的测量目标，需要更换不同的滤光片。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单，通用性强，测试速度快、效率高的光学传递函数测试用光谱可控目标发生器，用于产生光学传递函数测试目标，该测试目标的照明光的光谱分布可根据测试光谱要求进行调节。
实现本发明目的的技术方案是：一种用于光学传递函数测试的光谱目标发生器，包括照明光源、测试靶标、扩束物镜、光谱控制组件和积分球；光谱控制组件对照明光源发出的宽波段光源的光谱组成及各组分的强度进行控制后，调整各单色光的强度在整个光谱分布范围内的权重，输出一系列不同波长的单色照明光，满足光学传递函数的测试光谱要求；光谱控制组件的输出光入射至积分球的入口处，积分球将接收到的各单色光混合成复色光，由积分球的出射口输出，将针孔或狭缝式的测试靶标照明；测试靶标发出的光束经扩束物镜，增加其输出光束的扩散角，从而得到满足光学传递函数测试光谱要求的测试目标光束。
本发明所述的一种光谱控制组件，其结构包括准直透镜、组合窄带滤光片、液晶空间光调制器及会聚透镜；准直透镜将照明光源发出的光准直成宽波段平行光输出至组合窄带滤光片，组合窄带滤光片与液晶空间光调制器的前表面紧密贴合；宽波段平行光经过组合窄带滤光片后，输出不同波长的单色平行光至液晶空间光调制器上；会聚透镜将液晶空间光调制器的出射光会聚至积分球的入口处。所述的组合窄带滤光片由不同透过波长的n个矩形窄带滤光单元组成，n为正整数；宽波段平行光经过组合窄带滤光片后出射n束不同波长的单色平行光，各单色平行光的空间分布与组合窄带滤光片上的矩形区域相对应。所述的液晶空间光调制器上的像元分割成n个区域，n为正整数；每个区域与组合窄带滤光片上的窄带滤光单元对应。
本发明所述的另一种光谱控制组件，其结构包括前会聚透镜、光谱分光系统、液晶空间光调制器及后会聚透镜；前会聚透镜将照明光源发出的光会聚至光谱分光系统的入射狭缝处，经过分光后，光谱分光系统将不同波长的各单色光会聚在它的输出面上，各单色光的聚焦位置按波长依次连续排布；液晶空间光调制器位于光谱分光系统的输出面处；液晶空间光调制器的出射光经后会聚透镜会聚至积分球的入口处。
液晶空间光调制器像元矩阵的行方向平行于光谱分光系统输出面上的光谱排布方向，液晶空间光调制器的每一列对应于光谱分光系统输出的不同波长单色光的输出位置。
本发明所述的液晶空间光调制器还包括控制模块，控制模块输出信号控制液晶空间光调制器上像元的透过率，改变各单色光的出射光强，调整各单色光能量占总出射光能量的权重。
与现有技术相比本发明具有如下的有益效果：
1、目标发生器能够根据光学传递函数测试光谱要求，调节目标照明光源的光谱特性，产生满足要求的测试目标。
2、采用光谱控制组件对目标发生器光源发出的照明光光谱进行控制，具有结构简单，调整方法简单、测试速度快等优点。
3、采用积分球实现多束单色光复合成复色光输出，输出光强均匀。
4、采用数字化控制，结构紧凑，通用性强，能够适用于各种光学系统的光学传递函数测量。
附图说明：
图1为一种典型的用于光学传递函数测量的目标发生器的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的光谱控制组件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的组合窄带滤光片的原理示意图；
图5为本发明另一个实施例提供的光谱控制组件的结构示意图。
其中：1、照明光源；2、准直透镜；3、滤光片；4、会聚透镜；5、测试靶标；6、扩束物镜；7、光谱控制组件；8、积分球；9、组合窄带滤光片；10、液晶空间光调制器；11、控制模块；12、前会聚透镜；13、光谱分光系统；14、后会聚透镜。
具体实施方案：
下面结合附图及实施例对本发明所述的用于光学传递函数测量的光谱目标发生器作进一步详细说明。
参见附图2，它为本实施例提供的用于光学传递函数测量的光谱目标发生器的原理示意图；该目标发生器包括照明光源1、光谱控制组件7、积分球8、测试靶标5和扩束物镜6等。
照明光源1采用卤钨灯等宽波段光源，用于产生连续宽波段可见光。其输出光的光谱分布由卤钨灯的发光特性决定。照明光源产生的宽波段光直接入射至光谱控制组件7。光谱控制组件能够根据光学传递函数测试的光谱要求，对照明光源发出的宽波段连续光谱的组成及各组分的强度进行控制。光谱控制组件输出光射至积分球7的入口处，光线在积分球内表面经过无数次反射之后混合成为均匀复色光，由积分球的出射口输出。测试靶标7为针孔、狭缝等光学传递函数测试常用靶标，安装在积分球的出射口处，被积分球产生的均匀复色光照明。扩束物镜8用于增加测试靶标发出光束的发散角，满足光学传递函数测试时孔径角覆盖的要求。
参见附图3，它为本实施例所述的光谱控制组件的结构示意图；该光谱控制组件包括准直透镜2、组合窄带滤光片9、液晶空间光调制器10、控制模块11及会聚透镜4等。准直透镜2将照明光源1发出的光准直成平行光输出。组合窄带滤光片9一面朝向准直透镜2，另一面与液晶空间光调制器10的表面紧密贴合。准直透镜准直后的宽波段平行光经过组合窄带滤光片后，输出多束（本实施例为6束）不同波长的单色平行光。液晶空间光调制器上的像元分割成与组合窄带滤光片上的窄带滤光单元对应的区域，通过控制模块11调节液晶空间光调制器像元的透过率，可以改变经过空间光调制器后不同单色光的出射光强，调整各单色光能量占总出射光能量的权重。会聚透镜4将出射光会聚至积分球7的入口处。
参见附图4，它是本实施例提供的组合窄带滤光片的原理示意图。组合窄带滤光片的基底被划分成数块矩形区域，每块矩形区域分别镀制不同的窄带膜系，图4所示为一块6通道的组合窄带滤光片。每个矩形区域可以透过相同波长的光，不同矩形区域透过不同波长的光。组合窄带滤光片的结构为多块不同透过波长的窄带滤光片拼接而成，或在同一基底上的不同区域镀制不同透过波长的窄带滤光膜系。宽波段平行光经过组合窄带滤光片后出射成多束不同波长的单色平行光，各单色平行光的空间分布与组合窄带滤光片上的矩形区域相对应。
实施例二
本实施例提供一种用于光学传递函数测量的目标发生器的光谱控制组件的结构。
参见附图5，它为本实施例提供一种光谱控制组件的结构示意图；该光谱控制组件包括前会聚透镜12、光谱分光系统13、液晶空间光调制器10及后会聚透镜14等。
前会聚透镜12将照明光源发出的光会聚至光谱分光系统13的入射狭缝处，使得入射光充满光谱分光系统的入射角。入射连续宽波段光进入光谱分光系统的狭缝之后，经过分光，不同波长的单色光以不同的角度出射，出射的角度对应于各单色光的波长。分光后的各单色光在光谱分光系统的输出面上会聚，各单色光的聚焦位置按照波长依次连续排布。液晶空间光调制器位于光谱分光系统的输出面处，其表面垂直于光谱分光系统的输出面的法线，行方向平行于输出面上的光谱排布方向，每一列对应于不同波长单色光的输出位置。通过控制模块11控制调节液晶空间光调制器各行像元的透过率，可以改变经过空间光调制器后不同单色光的出射光强，调整各单色光能量占总出射光能量的权重。会聚透镜4将出射光会聚至积分球7的入口处。
在实施例一中，光谱控制组件的组合窄带滤光片仅能透过数个波长的单色光，其输出光谱特性不是连续光谱，仅包含数个单色波长。本实施例中所述的光谱分光系统可选用具有分光作用光栅，其输出光谱特性为连续光谱。同时，光栅还具有较高光谱分辨率，因此，本实施例技术方案可以对光谱分布进行精细调节。
本发明所述的空间光调制器进行各单色光权值调制时的透过率设置值计算方法如下：由卤钨灯光源的归一化曲线可以得到卤钨灯光谱分布 ，
为需要的测试目标光谱分布。已知组合窄带滤光片或光栅的透过率或衍射效率为
，则为了实现各波长的强度权值调节，空间光调制器各波长对应区域的透过率由公式（1）确定：
由于归一化尺度的问题，上式中的
的计算结果中，可能有值大于1，因此采用（2）式进行归一化后得到所需的空间光调制器各波长对应区域的透过率
：
由上述实施例可以看出，本发明提供的技术方案能根据光学传递函数测试光谱要求，调节目标照明光源的光谱特性，产生满足要求的测试目标；所提供目标发生器具有结构紧凑，调整方法简单、测试速度快等优点；采用数字化控制，通用性强，适用于各种光学系统的光学传递函数测量。
Claims (8)
1. 一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，包括照明光源、测试靶标和扩束物镜，其特征在于：它还包括光谱控制组件（7）、积分球（8）；照明光源（1）产生的连续宽波段可见光入射至光谱控制组件（7）后，输出满足光学传递函数的测试光谱要求的照明光；光谱控制组件的输出光入射至积分球（7）的入口处，由积分球的出射口输出，照明测试靶标（5）；测试靶标发出的光束经扩束物镜（6），得到满足光学传递函数测试光谱要求的测试目标光束。
2. 根据权利要求1所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：所述的光谱控制组件包括准直透镜（2）、组合窄带滤光片（9）、液晶空间光调制器（10）及会聚透镜（4）；准直透镜将照明光源发出的光准直成宽波段平行光输出至组合窄带滤光片，组合窄带滤光片与液晶空间光调制器的前表面紧密贴合；宽波段平行光经过组合窄带滤光片后，输出不同波长的单色平行光至液晶空间光调制器上；会聚透镜将液晶空间光调制器的出射光会聚至积分球（7）的入口处。
3. 根据权利要求2所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：所述的组合窄带滤光片由不同透过波长的n个矩形单元窄带滤光片组成，n为正整数；宽波段平行光经过组合窄带滤光片后出射n束不同波长的单色平行光，各单色平行光的空间分布与组合窄带滤光片上的矩形区域相对应。
4. 根据权利要求2所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：所述的液晶空间光调制器上的像元分割成n个区域，n为正整数；每个区域与组合窄带滤光片上的窄带滤光单元对应。
5. 根据权利要求1所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：光谱控制组件包括前会聚透镜（12）、光谱分光系统（13）、液晶空间光调制器（10）及后会聚透镜（14）；前会聚透镜将照明光源发出的光会聚至光谱分光系统的入射狭缝处，经过分光后，光谱分光系统将不同波长的各单色光会聚在它的输出面上，各单色光的聚焦位置按波长依次连续排布；液晶空间光调制器位于光谱分光系统的输出面处；液晶空间光调制器的出射光经后会聚透镜（14）会聚至积分球（7）的入口处。
6. 根据权利要求5所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：液晶空间光调制器像元矩阵的行方向平行于光谱分光系统输出面上的光谱排布方向，液晶空间光调制器的每一列对应于光谱分光系统输出的不同波长单色光的输出位置。
7. 根据权利要求2或5所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：所述的液晶空间光调制器还包括控制模块（11），控制模块输出信号控制液晶空间光调制器上像元的透过率，改变各单色光的出射光强，调整各单色光能量占总出射光能量的权重。
8. 根据权利要求1所述的一种用于光学传递函数测量的光谱目标发生器，其特征在于：所述的测试靶标为针孔或狭缝靶标。
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| PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20130327 Termination date: 20160722 |
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