CN109813536A - 一种红外光学系统外部杂散光测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种红外光学系统外部杂散光测试装置及测试方法，包括光源、平行光管、转台、滑动导轨、第一支架、第二支架、透镜安装座、显微系统、探测器；在测试中，将红外光学系统外部杂散光测试装置置于暗室中，光源光线依次经过平行光管中的次反射镜和主反射镜反射变为平行光束，调整使平行光管、红外光学系统、显微系统、探测器位于同一光轴上，探测器记录图像数据，分别从不同角度引入外部杂散光，探测器多次记录图像数据。本发明的优点在于原理简单，通用各种中波红外光学系统，可以定性定量地对红外光学系统外部杂散光进行测量，精确评估红外光学系统对外部杂散光的抑制水平。

Description

一种红外光学系统外部杂散光测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及光学领域，尤其涉及一种红外光学系统外部杂散光测试装置及测试方法。

背景技术

杂散光是指到达光学系统像面的非成像光线，对光学系统、尤其是制冷型红外光学系统的影响，主要表现为：像面对比度下降、图像锐度变小、像质恶化等，引起MTF退化和系统有效信噪比降低，严重时导致无法准确识别目标。对于制冷型红外光学系统，外部杂散光抑制水平是判断其成像质量、影响光电系统目标识别能力好坏的关键因素之一。

目前制造商要求空间光学系统在非理想成像环境中承担越来越多具有挑战性的成像任务，而许多应用需要非常高的动态范围内容的成像场景。例如，在通过有可能被刮伤或被碎屑覆盖的防护窗观察时，光学系统对杂散光的抑制水平必须要得到确定。窗口、碎片、光学元件甚至是传感器都可能导致意外的辐射撞击探测器。这种光可能会淹没所需的信号并引入计算误差，极大影响红外光学系统的成像质量。目前现有的红外光学系统外部杂散光测试系统种类较少，且大多都存在系统复杂，价格高昂，不能定性定量分析红外光学系统外部杂散光的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种红外光学系统外部杂散光测试装置及测试方法，其结构简单、实现方便，可以定性定量地对红外光学系统外部杂散光进行测量，精确评估红外光学系统对外部杂散光的抑制水平。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

构建一种红外光学系统外部杂散光测试装置，包括光源、平行光管、转台、滑动导轨、第一支架、第二支架、透镜安装座、显微系统、探测器，所述光源安装于平行光管下方，所述平行光管包括主反射镜和次反射镜，所述转台与平行光管之间由第一支架连接，所述滑动导轨安装在转台上，所述滑动导轨上安装有透镜安装座和第二支架，所述显微系统安装在第二支架上，所述探测器安装在显微系统像面上，所述光源、转台、滑动导轨、显微系统、探测器之间电连接。

进一步的，所述光源的核心器件为黑体光源，发出的光为3-5μm中波红外。

进一步的，所述平行光管为离轴反射式平行光管，可将光源发出的光经主反射镜和次反射镜反射为平行光束。

进一步的，所述转台为数控回转工作台，可带动滑动导轨、透镜安装座、第二支架、显微系统、探测器水平同步回转。

进一步的，所述滑动导轨为数控直线导轨，可调节透镜安装座、显微系统及探测器之间的距离。

进一步的，所述透镜安装座为三爪可调透镜安装座，可夹持红外光学系统，三爪可调透镜安装座可在水平方向旋转来调节红外光学系统光轴方向。

进一步的，所述探测器的核心器件为红外焦平面阵列探测器，可对光源发出的光以及外部杂散光进行成像、数据储存及分析。

进一步的，所述平行光管、显微系统以及探测器依次设置于同一光轴上。

进一步的，一种红外光学系统外部杂散光测试方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)将红外光学系统外部杂散光测试装置置于暗室(即无外部杂散光环境)中，将红外光学系统安装在透镜安装座上；

(2)开启光源，光源出射光线进入平行光管中，依次经过平行光管中的次反射镜和主反射镜反射变为平行光束，通过调整转台和透镜安装座，使平行光管、红外光学系统、显微系统、探测器位于同一光轴上；

(3)通过调整滑动导轨使光源发出的光成像在探测器上，探测器记录成像图像数据；

(4)在暗室中引入外部杂散光到红外光学系统外部杂散光测试装置，调整外部杂散光源相对于光轴在水平方向以θ角度从平行光管后入射进入红外光学系统，成像到探测器像面上，探测器记录图像数据。

本发明和现有技术相比具有以下优点：

首先，该红外光学系统外部杂散光测试装置采用离轴反射式平行光管，具有口径大、无色差、工作波段宽，反射镜易制造的优点。

其次，红外光学系统外部杂散光测试装置具有高精度数控回转工作台和数控直线导轨，方便实现对光路进行精确校准，满足测试要求。另外，探测器采用红外焦平面阵列探测器，可对红外光学系统外部杂散光进行定性定量的分析，评估红外光学系统对杂散光的抑制能力。

附图说明

图1为红外光学系统外部杂散光测试装置结构示意图

图2为红外光学系统外部杂散光测试装置主视图

图3为光源及平行光管中的光路示意图

图4为红外光学系统外部杂散光测试流程示意图

上图中标记说明:

1、光源，2、平行光管，21、主反射镜，22、次反射镜，3、转台，4、滑动导轨，5、第一支架，6、第二支架，7、透镜安装座，8、显微系统，9、探测器。

具体实施方式

为了使本发明技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1和图2所示，一种红外光学系统外部杂散光测试装置，包括光源1、平行光管2、转台3、滑动导轨4、第一支架5、第二支架6、透镜安装座7、显微系统8、探测器9，所述光源1安装于平行光管2下方，所述平行光管2包括主反射镜21和次反射镜22，所述转台3与平行光管2之间由第一支架5连接，所述滑动导轨4安装在转台3上，所述滑动导轨4上安装有透镜安装座7和第二支架6，所述显微系统8安装在第二支架6上，所述探测器9安装在显微系统8像面上，所述光源1、转台3、滑动导轨4、显微系统8、探测器9之间电连接。

所述光源1的核心器件为黑体光源，发出的光为3-5μm中波红外。

所述平行光管2为离轴反射式平行光管，光源1发出的光线依次经次反射镜22和主反射镜21反射后变为平行光。

所述转台3为数控回转工作台，可带动滑动导轨4、透镜安装座7、第二支架6、显微系统8、探测器9水平同步回转。

所述滑动导轨4为数控直线导轨，可调节透镜安装座7、显微系统8及探测器9之间的距离。

所述透镜安装座7为三爪可调透镜安装座，可夹持红外光学系统，三爪可调透镜安装座可在水平方向旋转来调节红外光学系统光轴方向。

所述探测器9的核心器件为红外焦平面阵列探测器，可对光源1发出的光以及外部杂散光进行成像、数据储存及分析。

所述平行光管2、显微系统8以及探测器9依次设置于同一光轴上。

如图3和图4所示，光源1发出的光线进入平行光管2中，依次经过平行光管2中的次反射镜22和主反射镜21反射变为平行光束，平行光束经过装夹在透镜安装座7上的待测红外光学系统，被待测红外光学系统后的显微系统8放大后，成像在探测器9上。

本实施例实施方法按以下步骤进行：

(1)将红外光学系统外部杂散光测试装置置于暗室(即无外部杂散光环境)中，将红外光学系统安装在透镜安装座7上；

(2)开启光源1，光源1出射光线进入平行光管2中，依次经过平行光管2中的次反射镜22和主反射镜21反射变为平行光束，通过调整转台3和透镜安装座7，使平行光管2、红外光学系统、显微系统8、探测器9位于同一光轴上；

(3)通过调整滑动导轨4使光源1发出的光成像在探测器9上，探测器9记录成像图像数据；

(4)在暗室中引入外部杂散光到红外光学系统外部杂散光测试装置，调整外部杂散光源相对于光轴在水平方向以θ角度从平行光管2后入射进入红外光学系统，成像到探测器9像面上，探测器9记录图像数据。

在数据处理时，首先将具有外部杂散光的图像数据与无外部杂散光的图像数据相减，可以得到探测器9上所接收到的不同红外波长外部杂散光所占像元数量。其次，由探测器9对各个波段的响应度可获得真实到达像面上的各波长杂散光所占像元数量，表达式如下:

式中：Q(θ,λ)——红外波长λ的外部杂散光相对于光轴在水平方向以θ角度入射时实际照射到探测器9的外部杂散光所占像元数量；Q'(θ,λ)——红外波长λ的外部杂散光相对于光轴在水平方向以θ角度入射时探测器9对各红外波段响应的像元数量；η(λ)——探测器9对各红外波段的响应度。

在数据处理过程中，定性是指确定哪些波段的外部杂散光对红外光学系统成像结果影响较大。定量是指确定各波段实际照射的外部杂散光所占探测器9像元数量。通过对外部杂散光图像数据进行处理，可以得到各红外波段的外部杂散光实际所占探测器9像元数量，使该套装置能从不同外部杂散光角度定性定量测量出各波段外部杂散光对红外光学系统成像影响大小，准确评估红外光学系统抑制杂散光水平。

以上内容结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而非限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：包括光源、平行光管、转台、滑动导轨、第一支架、第二支架、透镜安装座、显微系统、探测器，所述光源安装于平行光管下方，所述平行光管包括主反射镜和次反射镜，所述转台与平行光管之间由第一支架连接，所述滑动导轨安装在转台上，所述滑动导轨上安装有透镜安装座和第二支架，所述显微系统安装在第二支架上，所述探测器安装在显微系统像面上，所述光源、转台、滑动导轨、显微系统、探测器之间电连接。

2.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述光源的核心器件为黑体光源，发出的光为3-5μm中波红外。

3.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述平行光管为离轴反射式平行光管，可将光源发出的光经主反射镜和次反射镜反射为平行光束。

4.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述转台为数控回转工作台，可带动滑动导轨、透镜安装座、第二支架、显微系统、探测器水平同步回转。

5.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述滑动导轨为数控直线导轨，可调节透镜安装座、显微系统及探测器之间的距离。

6.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述透镜安装座为三爪可调透镜安装座，可夹持红外光学系统，三爪可调透镜安装座可在水平方向旋转来调节红外光学系统光轴方向。

7.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述探测器的核心器件为红外焦平面阵列探测器，可对光源发出的光以及外部杂散光进行成像、数据储存及分析。

8.根据权利要求1所述的红外光学系统外部杂散光测试装置，其特征在于：所述平行光管、显微系统以及探测器依次设置于同一光轴上。

9.一种红外光学系统外部杂散光测试方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(1)将红外光学系统外部杂散光测试装置置于暗室(即无外部杂散光环境)中，将红外光学系统安装在透镜安装座上；

(2)开启光源，光源出射光线进入平行光管中，依次经过平行光管中的次反射镜和主反射镜反射变为平行光束，通过调整转台和透镜安装座，使平行光管、红外光学系统、显微系统、探测器位于同一光轴上；

(3)通过调整滑动导轨使光源发出的光成像在探测器上，探测器记录成像图像数据；

(4)在暗室中引入外部杂散光到红外光学系统外部杂散光测试装置，调整外部杂散光源相对于光轴在水平方向以θ角度从平行光管后入射进入红外光学系统，成像到探测器像面上，探测器记录图像数据。