CN108169187B - 一种用于点源透过率测试的测试腔体 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光学系统杂散光测试领域，具体涉及一种用于点源透过率测试的测试腔体。包括密封腔体及设置在密封腔体外部的光陷阱；密封腔体的侧壁由横截面为优弧的两个曲面对接而成；两个曲面的对接处设入光口；密封腔体的顶部与底部通过平板密封。采用类似花生结构的密封腔体，进一步的内壁材料创造性地使用具有高吸收率(优于95％)和低散射率(低于1％)的亚克力板，有效避免了相机外壁二次反射光进入相机内部。
Description
技术领域
本发明属于光学系统杂散光测试领域，具体涉及一种用于光学系统点源透过率测试的测试腔体。
背景技术
空间光学系统在轨工作时，受到来自太阳直射、地球漫反射等杂散光源的影响，因此在投入运行之前，必须在地面上对其进行杂光测试以评估其杂光抑制能力，点源透过率(PST)是目前常用的评价指标。
图1为点源透过率测试光路原理图，平行光束入射到相机进光口时，在相机探测面上得到的信号除了经过相机本身杂光抑制衰减之后的能量(即反映被测相机本身杂光抑制能力，也是我们需要探测的能量)，还叠加了一层由于其他途径反射而进入相机的噪声能量，这些途径包括：(1)光源照射或散射到实验室墙壁以及地面引起的反射；(2)相机遮光罩外壁被平行光照射后引起的二次反射；(3)空气微粒引起的散射。
通过以上途径进入相机的能量我们称之为噪声，这些噪声在像面上的叠加降低了测试信噪比，影响PST测试精度及测试阈值，因此必须采取措施予以抑制。对于途径(1)和(2)引起的噪声，通常是将被测相机放置在一独立的测试腔体内，以屏蔽外界环境中的反射光；对于途径(3)引起的噪声，通过提高空气洁净度来减小。
一般常用的测试腔体(即暗室)，通常为立方体或者圆柱体，将被测相机置于其中进行测试从而屏蔽外界环境光，内壁材料通常为消光黑漆或者黑布，这些结构形式的密封腔体容易受到相机外壁二次反射杂光的影响，同时黑漆或者黑布表面接近漫反射，光线路径不可控，杂光测试到了一定阈值以下时，其背景噪声为随机噪声，无法扣除，不利于低阈值的杂光测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于点源透过率测试的测试腔体，采用类似花生结构的密封腔体，进一步的内壁材料创造性地使用具有高吸收率(优于95％)和低散射率(低于1％)的亚克力板，有效避免了相机外壁二次反射光进入相机内部。
本发明的技术解决方案是提供一种用于点源透过率测试的测试腔体，其特殊之处在于：包括密封腔体及设置在密封腔体外部的光陷阱；密封腔体的侧壁由横截面为优弧的两个曲面对接而成；两个曲面的对接处设入光口；密封腔体的顶部与底部通过平板密封。
优选地，构成密封腔体侧壁的两个曲面相互对称，待测相机位于两个曲面圆心连线的中点处。
优选地，上述密封腔体的内壁的材料为黑色亚克力板。
优选地，上述光陷阱位于与入光口相对的两个曲面的对接处；上述光陷阱的截面为等腰三角形，密封腔体的内壁的粗糙度低于5nm。
优选地，两个曲面对应的圆心之间的距离Δr与待测相机最大口径d的比值大于等于3。
优选地，2r≤W，其中r为曲面半径，W为实验室的宽度。
优选地，密封腔体的入光口的开口直径大于等于平行光管出光口径。
优选地，密封腔体的中心高(指密封腔体底面距离开口中心的高度)h0等于平行光管中心高h。
优选地，密封腔体的外轮廓高度H0小于实验室的高度H。
优选地，光陷阱的开口尺寸大于等于密封腔体的入光口的开口直径/>光陷阱的腰长/>光陷阱的中心高h1＝h0。
该结构既有圆柱结构内壁连续优点，同时它两个对称的内壁分别对应两个不同的圆心C1和C2，两圆心分开一定距离，待测相机置于二者中间，如果一束杂散光线经过或靠近其中一个圆心C1，则经C1圆柱内壁反射后到达对面的内壁，由于C1和C2不重合，则二次反射光线肯定不会按原路返回，经过多次反射后，能够进入到相机内部的杂光几乎可以忽略。
在测试腔体背后，设计了一种截面为等腰直角三角形的光陷阱，主要起到吸收入射平行光的作用，平行光经过相机后进入光陷阱，至少经过5次反射才能原路返回，根据亚克力板吸收率计算，出射光能量仅为入射光的0.0000003倍，极大地降低了测试腔体内部的杂光辐射量。
本发明的有益效果是：
1、本发明摒弃了传统的方形，圆柱型测试腔结构，创造性地设计了一种类似花生型的密封腔体，利用双圆心的几何特点，有效保证被测相机表面反射光线至少经过两次以上反射才能进入相机本体，相比于传统测试腔体，相机入口处杂光辐射能量降低至少两个量级，极大地降低了密封腔体内部的杂光辐射，保证了杂光测试的顺利进行；
2、利用了黑色亚克力材料表面的高吸收、低散射特性，使密封腔体内部光线路径具备可控性，光线进入测试腔体内部后，由于腔体内壁散射率低，因此大部分杂散光线都属于反射光，遵循反射定律，根据几何关系，相机入口处发出的光线反射到腔体内壁上后将分开一定距离，经过合理的圆心距设计完全能够使相机避开二次反射光线，从而达到消光效果。
附图说明
图1是本发明点源透过率测试原理图；图中，11-光源，12-平行光管，13-测试腔，14-光陷阱，15-被测相机；
图2是本发明测试腔体消光原理图；
图3是本发明光陷阱原理图；
图4是本发明的整体三维模型图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。
从图2可以看出，本发明测试腔体包括两个对称的腔体，其横截面构成类似花生的密封腔体，密封腔体的内壁采用黑色亚克力板，密封腔体的顶部和底部通过平板密封，每个密封腔体的横截面均为优弧，即密封腔体的侧壁由两个横截面为优弧的曲面对接而成；两个曲面的对接处开有入光口，待测相机位于两个圆心连线的中点处；平行光管出射的光束通过入光口进入待测相机；在与入光口相对的对接处设置光陷阱，该光陷阱的截面为等腰三角形，主要起到吸收入射平行光的作用，平行光经过相机后进入光陷阱。
在工程使用中，将上述测试腔体简称为“双柱罐”。设计上述双柱罐时，需要获得如下参数：
1)待测相机最大口径d；
2)平行光管中心高h；
3)实验室尺寸，L×W×H。
设双柱罐圆弧半径为r，两个曲面对应的圆心之间的距离为Δr，则根据几何关系，可以得到如下约束不等式：
l＝2r+Ar≤L (I)
2r≤W (3)
其中：公式(2)中，两个曲面对应的圆心之间的距离与相机最大口径比值要求大于等于3，该数值为仿真结果的近似值，经过工程实践证明是有效且可靠的，在实验室尺寸足够情况下，该数值应尽量大一些。
根据公式(1)(2)(3)，可以得到测试腔体两个最关键的参数，即半径r和双圆心距Δr，需要注意的是，在实验室尺寸允许的条件下，这两个参数应该尽量取大一些，其他参数如下：1)测试腔体开口直径大于等于平行光管出光口径；2)测试腔体中心高h0等于平行光管中心高h；3)测试腔体外轮廓高度H0小于实验室高度H。
图3中，光陷阱开口尺寸为等腰直角三角形腰长为l1，结构尺寸需满足如下约束条件：
测试腔体设计好之后，其内壁统一采用黑色亚克力板拼接，亚克力板表面粗糙度要求低于5nm，保护膜应保证在安装结束之后才能够去除，以防止划伤，结构设计时，内壁尺寸统一为正公差。
Claims (6)
1.一种用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：包括密封腔体及设置在密封腔体外部的光陷阱；密封腔体的侧壁由横截面为优弧的两个曲面对接而成；两个曲面的对接处设入光口；密封腔体的顶部与底部通过平板密封；密封腔体的内壁的粗糙度低于5nm；
所述光陷阱位于与入光口相对的两个曲面的对接处；所述光陷阱的截面为等腰三角形，使平行光至少经过5次反射才能原路返回，且出射光能量为入射光的0.0000003倍；
光陷阱的开口尺寸大于等于密封腔体的入光口的开口直径/>光陷阱的腰长光陷阱的中心高h1＝h0，h0为密封腔体的中心高；
两个曲面对应的圆心之间的距离Δr与待测相机最大口径d的比值大于等于3；
2r≤W，其中r为曲面半径，W为实验室的宽度。
2.根据权利要求1所述的用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：构成密封腔体侧壁的两个曲面相互对称，待测相机位于两个曲面圆心连线的中点处。
3.根据权利要求2所述的用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：所述密封腔体的内壁的材料为黑色亚克力板。
4.根据权利要求1-3任一所述的用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：密封腔体的入光口的开口直径大于等于平行光管出光口径。
5.根据权利要求4所述的用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：密封腔体的中心高h0等于平行光管中心高h。
6.根据权利要求5所述的用于点源透过率测试的测试腔体，其特征在于：密封腔体的外轮廓高度H0小于实验室的高度H。
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