CN109579988A - 一种微弱平行光照度的测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于星光照度测量领域，提供了一种微弱平行光照度的测量装置及测量方法，解决现有星模拟器出射光束照度值的测量方法存在测量误差大，及不满足测量需求的问题。该装置包括电信号处理系统和设置在四维调整机构上的探头，探头与电信号处理系统电连接；探头包括从左至右依次设置的能量会聚透镜、修正滤光片、光能量接收器；所述能量会聚透镜接收星模拟器的出射光，其聚光斑位于光能量接收器的中心位置；所述修正滤光片用于提供一条与人眼视见函数相同的透过率；所述光能量接收器将接收到的微弱平行光能量转化为电信号，并传输至电信号处理系统，电信号处理系统对电信号进行处理，并得到照度值。
Description
技术领域
本发明属于星光照度测量领域，特别是涉及一种微弱平行光照度的测量装置及测量方法，尤其适用于测量星模拟器微弱平行光的照度值。
背景技术
在光学领域中，随着光电探测技术的发展，在空间目标探测、星光导航和生物医疗等领域对微弱光照度的测量也提出了越来越高的测量要求。尤其是在航空航天领域中，随着星敏感器广泛的使用，与之相对应的星模拟器也大量的使用。星模拟器在使用过程中需要对其发射的平行光束的多个指标进行测量，尤其是出射光束的照度值，从而根据照度值计算出其对应的视星。
目前，大部分星敏感器适应的照度范围为1×10-6lx～1×10-8lx之间(1Mv～6Mv)，因此对应的星模拟器的照度范围也应该在上述照度范围内。
现有星模拟器出射光束照度值的测量方法主要有两种，第一种是测量星模拟器光源处的亮度，然后根据光学系统的参数(焦距、透过率等)推算出星模拟器出光口处的照度值；第二种是使用照度计直接测量出光口处的照度值。但这两种方法皆存在着不同的缺点，第一种测量方法不是直接对照度进行测量，因此在推算过程中存在着误差，使得测量误差较大。第二种的照度计目前所能测量的最低照度约为1×10-6lx，不能适用星模拟器出射光束低照度的测量需求。
发明内容
为了解决现有星模拟器出射光束照度值的测量方法存在测量误差大，及不满足测量需求的问题，本发明提供了一种微弱平行光照度的测量装置及测量方法，尤其适用于测量星模拟器微弱平行光的照度值。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种微弱平行光照度的测量装置，用于星模拟器照度值的测量，其特殊之处在于：包括电信号处理系统和设置在四维调整机构上的探头，探头与电信号处理系统电连接；所述四维调整机构用于调整探头沿X轴的平移、沿X轴的旋转、沿Y轴的平移及沿Y轴的旋转；定义沿微弱平行光方向为Z轴；所述探头包括从左至右依次设置的能量会聚透镜、修正滤光片、光能量接收器；所述能量会聚透镜接收星模拟器的出射光，其聚光斑位于光能量接收器的中心位置；
所述修正滤光片用于提供一条与人眼视见函数相同的透过率，修正滤光片光谱透过率归一化曲线与人眼光谱响应归一化曲线(称之为人眼视见函数)相同；所述光能量接收器将接收到的微弱平行光能量转化为电信号，并传输至电信号处理系统，电信号处理系统对电信号进行处理，并得到照度值。
进一步，所述修正滤光片的透过率曲线与人眼视见函数的误差不超过1％；
所述能量会聚透镜的透过率在可见光范围内平滑一致，可见光波长的极限相对误差不超过0.2％，能量会聚透镜的会聚点光斑为Φ0.5mm～Φ5mm。
进一步，所述能量会聚透镜的口径为光能量接收器感光面内切圆直径的3～10倍，能量会聚透镜的焦距是自身口径的2～5倍。
进一步，所述探头还包括用于调节光能量接收器温度的温控系统，电信号处理系统控制温控系统工作。
进一步，所述能量会聚透镜为球面、非球面或胶合透镜。
进一步，所述修正滤光片为单个玻璃基板镀膜或多个不同玻璃基板合成。
进一步，所述光能量接收器为光电倍增管、硅光器件、CCD或CMOS。
进一步，所述温控系统为风冷温控系统、水冷温控系统或半导体温控系统。
同时，本发明还提供了一种基于上述测量装置的微弱平行光照度的测量方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
1)微弱平行光照度测量装置和被测量星模拟器置于暗室中，使微弱平行光照度测量装置探头的能量会聚透镜正对被测量星模拟器出光口的中心位置，用遮光装置将星模拟器与能量会聚透镜之间的通路与外界进行遮挡，将能量会聚透镜的聚光斑调至光能量接收器的中心位置；
2)开启电信号处理系统清零；
3)开启被测量星模拟器，使其出射的微弱平行光束进入微弱平行光照度测量装置探头的能量会聚透镜中，
4)观察电信号处理系统中的示数，并根据示数调节四维调整机构，使电信号处理系统中的示数为最大值，记录该最大示数；
5)根据该最大示数计算即可得到该被测量星模拟器的微弱平行光照度。
进一步地，步骤5)中，根据如下公式即可得到该被测量星模拟器的微弱平行光照度
V＝K*E，
式中，V为产生的电压；
K为光能量转化为电压的系数；
E为照度值。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1、本发明通过能量会聚透镜将微弱平行光会聚，提高其能量密度，光能量接收器将入射的光能量转化为电信号，并将信号传输至电信号处理系统，电信号处理系统对电信号进行处理，并得到照度值；
四维调整机构调整探头与被测星模拟器对准(探头的能量会聚透镜正对被测量星模拟器出光口的中心位置)；
本发明测量装置解决了平行光管或是星模拟器出射的微弱平行光照度的测量误差大，及不满足测量需求的问题。
2、本发明的温控系统，使光能量接收器的温度控制在一定范围内，防止温度的变化对照度值的影响。
附图说明
图1为本发明微弱平行光照度的测量装置的结构图。
其中，附图标记如下：
1-星模拟器，11-微弱平行光，2-能量会聚透镜，3-修正滤光片，4-光能量接收器，5-温控系统，6-四维调整机构，7-电信号处理系统。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种微弱平行光照度的测量装置，用于星模拟器1照度值的测量，包括电信号处理系统7和设置在四维调整机构6上的探头，探头与电信号处理系统7电连接，四维调整机构6用于调整探头沿X轴的平移、沿X轴的旋转、沿Y轴的平移及沿Y轴的旋转；定义沿微弱平行光11方向为Z轴；探头包括从左至右依次设置的能量会聚透镜2、修正滤光片3、光能量接收器4，能量会聚透镜2、修正滤光片3、光能量接收器4不需要完全同轴，必须保证大致同轴，能量会聚透镜2接收星模拟器1的出射光，位于装置的最前端，是将前侧星模拟器1发出的微弱平行光11会聚，以提高其能量密度，修正滤光片3位于能量会聚透镜2之后光能量接收器4前端，其作用是提供一条与人眼视见函数相同的透过率，修正滤光片3的透过率与人眼视见函数相同，其对光谱进行滤波后由光能量接收器4；光能量接收器4位于修正滤光片3后端，是将接受到的光能量转化为电信号并传输至电信号处理系统7，电信号处理系统7为光能量接收器4供电，并对电信号进行处理，并输出对应的照度值。
本实施例中，能量会聚透镜2是球面、非球面或胶合透镜，其口径是光能量接收器4感光面内切圆直径的3～10倍，能量会聚透镜2的焦距是自身口径的2～5倍，能量会聚透镜2透过率在可见光范围内要求平滑一致，各个波长的极限相对误差不超过0.2％，会聚点的光斑大小为Φ0.5mm～Φ5mm；能量会聚透镜2的聚光斑位于光能量接收器4的中心位置，能量会聚透镜2的口径为光能量接收器4感光面内切圆直径的3～10倍，能量会聚透镜2的焦距是自身口径的2～5倍。
修正滤光片3采用单个玻璃基板镀膜或多个不同玻璃基板合成的方法制作，优选方式为多个不同玻璃基板合成的方法制作，修正滤光片3的透过率与人眼视见函数的误差不超过1％。
本实施例的探头还包括用于调节光能量接收器4温度的温控系统5，电信号处理系统7控制温控系统5工作，温控系统5使光能量接收器4的温度控制在一定范围内，以防止温度的波动对测量结果带来误差，提高了本测量装置的准确性，温控系统5与电信号处理系统7电连接。
在测量微弱平行光11照度时，需要调整探头与被测星模拟器1对准，通过调整四维调整机构6，使电路信号处理系统示数最大时为止，然后对星模拟器1出射的微弱光光束的照度进行测算，四维调整机构6为沿X轴的平移、沿X轴的旋转、沿Y轴的平移及沿Y轴的旋转，定义沿被测星模拟器微弱平行光方向为Z轴。
光能量接收器4为光电倍增管、硅光器件、CCD或CMOS等光敏感器件，优选为光电倍增管。
温控系统5为风冷温控系统、水冷温控系统或半导体温控系统。
基于上述微弱平行光照度的测量装置的测量星模拟器微弱平行光照度的测量方法，包括以下步骤：
1)微弱平行光11照度测量装置和被测量星模拟器1置于暗室中，使微弱平行光11照度测量装置探头的能量会聚透镜2正对被测量星模拟器1出光口的中心位置，用遮光装置将星模拟器1与能量会聚透镜2之间的通路与外界进行遮挡；遮光装置可为黑布或是其他遮光物品。
2)开启电信号处理系统7并预热，待电信号处理系统7示数稳定后清零；
3)开启被测量星模拟器1电源，使其出射的微弱平行光束进入微弱平行光11照度测量装置探头的能量会聚透镜2中，
4)观察电信号处理系统7中的示数，并根据示数调节四维调整机构6，使电信号处理系统7中的示数为最大值，记录该最大示数；
5)根据该最大示数计算即可得该被测量星模拟器1的微弱平行光11照度。
光能量接收器4的光能量(或照度)响应曲线是已知的(器件生产厂家给出)，一般是线性或非线性的，以线性举例(非线性类似)，则V＝K*E，式中V为产生的电压，K为光能量转化为电压的系数，E为照度值，根据公式可以推出照度和电压的关系。
以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。
Claims (10)
1.一种微弱平行光照度的测量装置，用于星模拟器(1)照度值的测量，其特征在于：包括电信号处理系统(7)和设置在四维调整机构(6)上的探头，探头与电信号处理系统(7)电连接；
所述四维调整机构(6)用于调整探头沿X轴的平移、沿X轴的旋转、沿Y轴的平移及沿Y轴的旋转；定义沿微弱平行光(11)方向为Z轴；
所述探头包括从左至右依次设置的能量会聚透镜(2)、修正滤光片(3)、光能量接收器(4)；
所述能量会聚透镜(2)接收星模拟器(1)的出射光，其聚光斑位于光能量接收器(4)的中心位置；
所述修正滤光片(3)用于提供一条与人眼视见函数相同的透过率；
所述光能量接收器(4)将接收到的微弱平行光(11)能量转化为电信号，并传输至电信号处理系统(7)，电信号处理系统(7)对电信号进行处理，并得到照度值。
2.根据权利要求1所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：
所述修正滤光片(3)的透过率曲线与人眼视见函数的误差不超过1％；
所述能量会聚透镜(2)的透过率在可见光范围内平滑一致，可见光波长的极限相对误差不超过0.2％，能量会聚透镜(2)的会聚点光斑为Φ0.5mm～Φ5mm。
3.根据权利要求1或2所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述能量会聚透镜(2)的口径为光能量接收器(4)感光面内切圆直径的3～10倍，能量会聚透镜(2)的焦距是自身口径的2～5倍。
4.根据权利要求3所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述探头还包括用于调节光能量接收器(4)温度的温控系统(5)，电信号处理系统(7)控制温控系统(5)工作。
5.根据权利要求4所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述能量会聚透镜(2)为球面、非球面或胶合透镜。
6.根据权利要求5所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述修正滤光片(3)为单个玻璃基板镀膜或多个不同玻璃基板合成。
7.根据权利要求6所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述光能量接收器(4)为光电倍增管、硅光器件、CCD或CMOS。
8.根据权利要求7所述一种微弱平行光照度的测量装置，其特征在于：所述温控系统(5)为风冷温控系统、水冷温控系统或半导体温控系统。
9.一种微弱平行光照度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)微弱平行光照度测量装置和被测量星模拟器(1)置于暗室中，使微弱平行光照度测量装置探头的能量会聚透镜(2)正对被测量星模拟器(1)出光口的中心位置，用遮光装置将星模拟器(1)与能量会聚透镜(2)之间的通路与外界进行遮挡；
2)开启电信号处理系统(7)清零；
3)开启被测量星模拟器(1)，使其出射的微弱平行光束进入微弱平行光照度测量装置探头的能量会聚透镜(2)中，
4)观察电信号处理系统(7)中的示数，并根据示数调节四维调整机构(6)，使电信号处理系统(7)中的示数为最大值，记录该最大示数；
5)根据该最大示数即可得到该被测量星模拟器的微弱平行光照度。
10.根据权利要求9所述的一种微弱平行光照度的测量方法，其特征在于，步骤5)中，根据如下公式即可得到该被测量星模拟器的微弱平行光照度V＝K*E，
式中，V为产生的电压；
K为光能量转化为电压的系数；
E为照度值。
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