CN111024137A - 一种线性测量系统 - Google Patents
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Abstract
一种线性测量系统涉及光电探测系统探测性能测量技术领域，解决了像面照度低、光谱范围小和动态范围小的问题，一种线性测量系统，辐射源出射的信号光依次经第一抛物面反射镜、可调光阑后经分束镜分成透射信号光和反射信号光，透射信号光经第一滤光片轮组和第一平面反射镜后入射到合束镜上，反射信号光经第二滤光片轮组和第二平面反射镜后入射到合束镜上，合束镜合束后的信号光依次经第三滤光片轮组、经第二抛物面反射镜和导光棒出射，其中辐射源为谱段包括250‑2500nm，分束镜与合束镜均与透射光束呈25°；本发明光谱范围大、提高了像面照度、动态范围达到109、适用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测系统探测性能测量技术领域，具体涉及一种线性测量系统。
背景技术
绝大多数光电探测器的输入-输出关系只能在一定范围内保持线性，在其他范围，尤其是输入信号较大或较小时，探测器的响应会呈现非线性，不能够准确表征出被探测目标的辐射特性。因此对光电探测器的线性度进行测量和评价，并对探测器的非线性进行校正，使其在更大范围内能保持线性输出是很有必要的。目前常用的线性测量方法都基于通量叠加法、衰减法和动态法。
随着研究的深入，由于通量叠加法相比于衰减法，具有不依赖于辅助量限制的优点，相比于动态法，具有设置方法和分析方法都相对简便的优点。因此通量叠加法逐渐成为了线性测量的主流。目前比较成熟的利用通量叠加法的线性测量仪器分为两种，一种采用单光源作为辐射源，通过双光阑法或分束双快门法进行测量；一种采用双光源作为辐射源，通过积分球法或时序法进行测量。但是双光阑法或分束双快门法需要通过调节电源注入电流来调节通量大小，而在改变光源注入电流的过程中，波长会发生漂移，影响测量精度。且光源的辐亮度调节范围有限，导致测量动态范围不大。而积分球法或时序法均采用双光源，而两个型号一样的光源，依旧可能存在光谱差异。
现有技术的主要缺点如下：
1、像面照度低，因此只能针对探测器作线性检测，而无法针对整个待测仪器；
2、使用光谱范围小，无法实现从紫外-可见-近红外谱段的测量；
3、动态范围小；
4、适用范围小，现有技术的线性测量系统仅适用于某种或某一信号响应区间的光电探测器，无法通过一个线性测量仪器实现对不同光电探测器的非线性测量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种线性测量系统。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种线性测量系统，包括辐射源、第一抛物面反射镜、可调光阑、分束镜、第一滤光片轮组、第一平面反射镜、第二平面反射镜、第二滤光片轮组、合束镜、第三滤光片轮组、第二抛物面反射镜和导光棒；所述辐射源的谱段包括250nm-2500nm，分束镜与透射信号光呈75°，合束镜与经其合束得到的信号光呈75°；
辐射源出射的信号光依次经第一抛物面反射镜准直、经可调光阑限束后入射到分束镜上分成透射信号光和反射信号光，透射信号光经第一滤光片轮组滤光和第一平面反射镜反射后入射到合束镜上，反射信号光经第二滤光片轮组滤光和第二平面反射镜反射后入射到合束镜上，合束镜将入射到其上光的合为一束平行信号光，合束后的信号光依次经第三滤光片轮组滤光、经第二抛物面反射镜聚焦于导光棒的前表面、经导光棒传导与匀化后出射。
本发明的有益效果是：
1、发明通过第一抛物面反射镜、第二抛物面反射镜聚焦以及可采用大功率稳定辐射源，提高像面照度。
2、本发明的光谱范围大，通过谱段包括250-2500nm的辐射源、第一滤光片轮组、第二滤光片轮组、第三滤光片轮组、分束镜和合束镜，在较宽谱段内实现对不同波长的光透过率保持不变。
3、本发明采用三组滤光片轮组和可变光阑联合使用，使动态范围达到109；采用叠加法进行非线性校正，单组测量数据时间短，对光源的长期稳定性要求低，减少了环境因素带来的不确定度影响。采用导光棒导光，抑制了一种线性测量系统出瞳处的发散状杂散光，杂光水平优于10-9。
4、本发明的一种线性测量系统适用范围广，能够通过本发明的一个线性测量仪器实现对不同光电探测器的非线性测量。本发明能够实现250-2500nm范围内，109动态范围内对探测器或整个仪器进行非线性的测量。
附图说明
图1为本发明的一种线性测量系统的结构和光路示意图。
图中：1、辐射源，2、第一消杂光光阑，3、第一抛物面反射镜，4、可调光阑，5、分束镜，6、第一滤光片轮组，7、第一平面反射镜，8、、第二平面反射镜，9、第二滤光片轮组，10、合束镜，11、第三滤光片轮组，12、第二抛物面反射镜，13、第二消杂光光阑，14、导光棒。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1，一种线性测量系统包括辐射源1、第一消杂光光阑2、第一抛物面反射镜3、可调光阑4、分束镜5、第一滤光片轮组6、第一平面反射镜7、第二平面反射镜8、第二滤光片轮组9、合束镜10、第三滤光片轮组11、第二抛物面反射镜12、第二消杂光光阑13和导光棒14。
辐射源1为谱段包括250nm-2500nm的光源，本实施方式中为辐射源1包括卤钨灯、LED灯和氙灯。第一抛物面反射镜3用于准直输入的信号光为平行光，可调光阑4能够调节光通量，可调光阑4用于实现光通量初步调节，使本发明一种线性测量系统能够适用于不同的探测器。分束镜5分光比为1:1，分束镜5呈25°摆放，即分束镜5与经过其透射的透射光束(下述的透射信号光)的夹角为75°。合束镜10的分光比为1:1，合束镜10呈25°摆放，即合束镜10与经过其透射的透射光束(经其合束得到的信号光)的夹角为75°。第一平面反射镜7呈25°摆放，即第一平面反射镜7镜面与入射到其上的光束的夹角为75°角。第二平面反射镜8平行于第一平面反射镜7。本实施方式中第三滤光片轮组11呈10°倾角摆放，即第三滤光片轮组11与照射到其上的光束的夹角为80°，防止信号光多次反射。第一滤光片轮组6和第二滤光片轮组9呈0°摆放，即垂直于入射到其上的光轴。第一滤光片轮组6、第二滤光片轮组9和第三滤光片轮组11均采用中性衰减滤光片，每个滤光片谱段包括250nm-2500nm，谱段均对应辐射源1设置，具体采用紫外可见红外金属型中性密度滤光片，每个滤光片的OD(光密度)在0.1-4范围内，本实施方式中所有滤光片光谱范围相同且为250nm-2500nm。第一滤光片轮组6、第二滤光片轮组9和第三滤光片轮组11均为包括7个不同透过率状态滤光片的滤光片轮组，但并不限定不同滤光片轮组内的滤光片之间的透过率是否相同。滤光片轮组的滤光片数量不限定，根据需求设置。第二抛物面反射镜12用于汇聚平行的信号光。导光棒14采用熔石英导光棒。
辐射源1出射的信号光依次经过第一消杂光光阑2消杂光、第一抛物面反射镜3准直、可调光阑4限束后入射到分束镜5上，信号光被分束镜5等比例分为两个通道，在这两个通道中分别经过一个滤光片轮组和一个平面反射镜后入射到合束镜10并经合束镜10合束为一束平行信号光，例如图1中在透射通道中透射信号光先经过第一滤光片轮组6滤光再经第一平面反射镜7反射后入射到合束镜10的反射面上，在反射通道中反射信号光先经第二平面反射镜8反射再经过第二滤光片轮组9滤光后入射到合束镜10的透射面上，上述两个通道中均不限定光束经过平面反射镜和滤光片轮组的先后顺序，透射信号光和反射信号光经合束镜10合束后的信号光先经过第三滤光片轮组11，以避免多次反射引入杂光，然后信号光经第二抛物面反射镜12聚焦，再然后经第二消杂光光阑13消杂光后聚焦于熔石英导光棒的前表面，经过熔石英导光棒的传导与匀化，信号光最终均匀照射到探测器表面或整个待测仪器的入瞳处。
针对现有技术像面照度低，无法用于整个探测仪器的问题，本发明通过采用大数值孔径(小于等于0.17mm)的第一抛物面反射镜3准直信号光，提高能力利用率。采用了第二抛物面反射镜12，使光束聚焦更集中。辐射源1可采用大功率稳定光源，提高输出端照度。在分束镜5前设置了可调光阑4，通过调节可调光阑4的大小，能够适用于不同的光电探测器，因此可以采用更大辐亮度的辐射源1。
针对现有技术光谱范围小的问题，本发明的辐射源1为谱段包括250-2500nm的光源，可在不同波段采用了卤钨灯、LED等和氙灯为光源，在保证高通量输出的基础上，覆盖了更大的光谱范围；采用第一滤光片轮组6、第二滤光片轮组9、第三滤光片轮组11、分束镜5和合束镜10，在较宽谱段内实现对不同波长的光透过率保持不变。
针对现有技术探测动态范围小的问题，本发明采用三组滤光片轮组和可变光阑联合使用，使动态范围达到109；采用叠加法进行非线性校正，单组测量数据时间段，对光源的长期稳定性要求低，减少了环境因素带来的不确定度影响。采用导光棒14导光，抑制了一种线性测量系统出瞳处的发散状杂散光，杂光水平优于10-9。
本发明的像面照度高、光谱范围大、动态范围大，因此本发明的适用范围广，能够通过本发明的一个线性测量仪器实现对不同光电探测器的非线性测量。本发明能够实现250-2500nm范围内，109动态范围内对探测器或整个仪器进行非线性的测量。
本发明的设计基于通量叠加法，通过可调光阑4和滤光片轮组的组合实现了9个量级的测量动态范围。本实施方式通过选用大功率高稳定性卤钨灯、LED灯及氙灯作为辐射源1，并选用OD(光密度)为0.1-4的宽谱段中性滤光片衰减及定制分束器分光，实现了250-2500nm范围内的测量。本发明采用全反射式成像，在进出该测量系统时分别设置消杂光光阑和导光棒14，进行封装且内部元件全部涂黑，能使杂光水平优于10-9。
Claims (7)
1.一种线性测量系统，其特征在于，包括辐射源(1)、第一抛物面反射镜(3)、可调光阑(4)、分束镜(5)、第一滤光片轮组(6)、第一平面反射镜(7)、第二平面反射镜(8)、第二滤光片轮组(9)、合束镜(10)、第三滤光片轮组(11)、第二抛物面反射镜(12)和导光棒(14)；所述辐射源(1)的谱段包括250nm-2500nm，分束镜(5)与透射信号光呈75°，合束镜(10)与经其合束得到的信号光呈75°；
辐射源(1)出射的信号光依次经第一抛物面反射镜(3)准直、经可调光阑(4)限束后入射到分束镜(5)上分成透射信号光和反射信号光，透射信号光经第一滤光片轮组(6)滤光和第一平面反射镜(7)反射后入射到合束镜(10)上，反射信号光经第二滤光片轮组(9)滤光和第二平面反射镜(8)反射后入射到合束镜(10)上，合束镜(10)将入射到其上光的合为一束平行信号光，合束后的信号光依次经第三滤光片轮组(11)滤光、经第二抛物面反射镜(12)聚焦于导光棒(14)的前表面、经导光棒(14)传导与匀化后出射。
2.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述系统还包括第一消杂光光阑(2)和第二消杂光光阑(13)，所述第一消杂光光阑(2)位于辐射源(1)和第一抛物面反射镜(3)之间，所述第二消杂光光阑(13)位于第二抛物面反射镜(12)和导光棒(14)之间。
3.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述辐射源(1)包括卤钨灯、LED灯和氙灯。
4.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述分束镜(5)和合束镜(10)的分光比均为1:1。
5.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述第一平面反射镜(7)和第二平面反射镜(8)平行设置。
6.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述第一滤光片轮组(6)、第二滤光片轮组(9)和第三滤光片轮组(11)均采用中性衰减滤光片、谱段均包括250nm-2500nm。
7.如权利要求1所述的一种线性测量系统，其特征在于，所述第一滤光片轮组(6)的各个滤光片之间的透过率不同，第二滤光片轮组(9)的各个滤光片之间的透过率不同，第三滤光片轮组(11)的各个滤光片之间的透过率不同。
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| CN113125125A (zh) * | 2021-04-22 | 2021-07-16 | 中国计量科学研究院 | 光学系统线性测量装置及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111024137B (zh) | 2021-07-16 |
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