CN115655334A - 一种便携式微光器件性能测试装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种便携式微光器件性能测量装置，包括光源装置、主控制器、用于放置待测微光器件的像管保持机构和用于检测微光器件性能的检测装置，所述光源装置、像管保持机构和检测装置同轴安装，所述检测装置包括光电测量模块和共轭透镜组，所述光电测量模块包括制冷型Si光电二极管、热沉铜块和前置放大器，所述Si光电二极管安装在热沉铜块上，Si光电二极管的引脚穿过热沉铜块后焊装于在前置放大器上。本申请以制冷型Si光电二极管构成的光电测量模块代替传统的基于光电倍增管的光电测量方案，大大降低系统体积、功耗等资源需求，同时降低系统复杂程度，提高系统可靠度，满足微光器件性能测量便携、可靠的应用需求。

Description

一种便携式微光器件性能测试装置

技术领域

本发明涉及微光测量领域，具体涉及一种便携式微光器件性能测试装置。

背景技术

微光器件是将微弱的光信号转换成电信号，并进一步放大转换成可视信号的固态电子器件，是在黑夜或低照度下扩展人眼视力的关键部件，可弥补和改善人眼在空间、时间、灵敏度和响应波段等方面分辨能力的局限，大大扩展了人眼的视野，在工业、农业、军事、医学、天文观测等领域得到了非常广泛的应用。

分辨力、信噪比、光谱灵敏度、亮度增益以及等效背景照度等是表征微光器件光电性能的重要参数，直接决定微光器件应用性能，因此，开展微光器件性能测试技术研究并研制性能评估装置具有重要意义。

微光器件多用于极微弱光照环境下，其性能参数也多以微光条件下测量为主。目前的性能评估装置多以PMT作为光电测量组件，其优点在于可以较为容易地获取高信噪比，并最终获得准确的评估结果。但由于PMT尺寸较大、需要配置高压电源等特点，使得微光器件性能评估装置存在系统体积庞大，保障条件复杂，抗力学能力差等不足，限制了其应用场景，尤其是在需要快速、精准测量、低资源消耗的应用场合。为此研制一套替代传统基于PMT的新型微光器件性能评估装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于根据微光器件性能测试需求，提出一种便携式微光器件性能测试装置。

本申请的技术方案如下：

一种便携式微光器件性能测量装置，包括光源装置、主控制器、用于放置待测微光器件的像管保持机构和用于检测微光器件性能的检测装置，所述光源装置、像管保持机构和检测装置同轴安装，所述检测装置包括光电测量模块和共轭透镜组，所述光电测量模块包括制冷型Si光电二极管、热沉铜块和前置放大器，所述Si光电二极管安装在热沉铜块上，Si光电二极管的引脚穿过热沉铜块后焊装于在前置放大器上。

进一步方案，为了提高光电测量模块的检测性能，所述热沉铜块与Si光电二极管相接触的接触面上涂覆有导热硅脂层。

进一步方案，所述像管保持机构包括调整座和安装在调整座顶部的避光箱，所述避光箱的顶端开设有用于安装待测微光器件的安装槽，位于安装槽底部的安装箱上开设有水平方向贯通的通光孔；所述调整座包括平移台与升降台，所述调整座包括平移台与升降台，所述平移台包括底座以及滑动安装在底座上的上滑台，所述上滑台顶端升降台与固定连接，所述升降台的顶端与所述避光箱固定连接。平移台和升降台实现水平移动和垂直方向移动，便于微光器件调整姿态及方位；从而使得通光道的中心轴与光路中心轴共轴，保证积分球照度光源输出的光斑落在像管光阴极中心面上，并保证像管荧光屏输出的像能被光电测量模块有效接收。更进一步方案，所述平移台的一侧安装有第一微分头，所述上滑台与固定安装在底座上的滑轨连接并沿着滑轨轴向移动。

所述升降台包括与上滑台固定连接的底板以及与避光箱固连的活动模块，所述底板侧边安装有第二微分头，通过调节第二微分头，使活动模块进行垂直方向运动，带动避光箱改变垂直方向高度；所述底板上固定有连接板，所述活动模块与连接板之间通过锁紧螺柱锁紧。

进一步方案，所述连接板上开设有垂直方向的槽口，所述锁紧螺柱的底端穿过连接板上的槽口后与活动模块螺纹连接；所述锁紧螺柱通过螺纹锁紧夹住连接板使升降台保持锁紧状态。进一步方案，所述光源装置包括积分球，所述积分球包括光路连通设置的子球和母球，所述子球上安装有光源；所述母球的出光口处连接有光阑筒，所述母球的侧壁上安装有用于监测光源稳定性的探测器。

其中子球安装于母球顶部，子球和母球的内壁上均喷涂聚四氟乙烯涂层，光源为卤钨灯，用于产生光源并进行初始匀光。母球用于二次匀光，并设置了精密可调光阑，实现微小照度值的调整，将子球输出的“中高”光亮度，转换为“微弱”光照度输出。所述探测器可市购，用于积分球光源稳定性监测。

进一步方案，还包括密封的框体，所述框体的内部底板上安装有分隔板，所述分隔板将框体的内部区域分割成左、右和前三块区域，所述像管保持机构和检测装置固定安装在位于左区域的框体底板上，光源装置安装在位于右区域的框体底板上，位于左右区域中间的隔板上开设有卡槽；所述主控制器安装在位于前区域的框体底板上。框体内部空间被分隔板分割成左、右和前三块区域，便于各个部件的安装和调整，并避开了主控制器工作过程中发热影响检测装置的性能。

本申请中光源装置产生均匀稳定的照度输出，并通过光阑筒输出直径为0.2mm的光斑至微光器件的光阴极面中心。像管保持机构用于微光器件的安装以及水平、上下位置的调整，以确保有效接收辐照度源输出的光斑。所述共轭透镜组将微光器件荧光屏像共轭投射在后续的光电转换模块的光敏面上。所述检测装置接收共轭透镜组中像管荧光屏输出光斑，完成光电转换。所述主控制器完成系统主控、探测器信号采集、电机控制以及卤钨灯驱动等功能。

本装置工作原理如下，光源装置中的光源输出照度值为1×10^-4lx，直径大小为0.2mm的光斑至待测微光器件接收光敏面中心，共轭透镜组将微光器件输出端面光斑投射至光电测量模块的光敏面并完成光电转换，主控制器负责光源控制及数据采集，在微光器件加电状态下，分别测量积分球有光、无光输出状态下微光器件输出信号噪声值，并最终获取待测件信噪比等参数。

本发明以制冷型Si光电二极管构成的光电测量模块实现光电转换及测量，与传统的基于光电倍增管的测试装置相比，在满足测试性能指标的同时，大大降低系统体积、功耗等资源需求，同时降低系统复杂程度，提高系统可靠度，满足微光器件性能测量便携、可靠的应用需求。

本装置中的像管保持机构通过平移台和升降台实现水平移动和垂直方向移动，便于微光器件调整姿态及方位，使得通光道的中心轴与光路中心轴共轴，保证积分球照度光源输出的光斑落在像管光阴极中心面上，并保证像管荧光屏输出的像能被光电测量模块有效接收。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本申请中光源装置的结构示意图；

图3为本申请中像管保持机构的结构示意图；

图4为本申请中光电测量模块的结构示意图；

图5为本申请中框体的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，一种便携式微光器件性能测量装置，包括光源装置6、主控制器2、用于放置待测微光器件的像管保持机构5、和用于检测微光器件性能的检测装置，所述光源装置6、像管保持机构5和检测装置同轴安装，所述检测装置包括光电测量模块3和共轭透镜组4。如图4所示，光电测量模块3包括制冷型Si光电二极管33、热沉铜块31和前置放大器32，所述Si光电二极管33安装在热沉铜块31上，Si光电二极管33的引脚穿过热沉铜块31后焊装于在前置放大器32上。光源装置的输出光经匀光、调整、光照度衰减后，以达到测试条件所需的微弱光源。然后照到待测微光器件接收光敏面，共轭透镜组将微光器件输出端面光斑投射至光电测量模块的光敏面并完成光电转换，主控制器负责光源控制及数据采集，在微光器件加电状态下，分别测量积分球有光、无光输出状态下微光器件输出信号噪声值，并最终获取待测件信噪比等参数。

本申请中共轭透镜组是已知的产品，其是由镜筒结构、镜间垫圈、镜间压圈以及光学透镜组构成。所属共轭透镜组对待测微光器件输出0.5mm的圆孔荧光1:1共轭成像，实现最大光收集能力。

为了提高光电测量模块的检测性能，所述热沉铜块31与Si光电二极管33相接触的接触面上涂覆有导热硅脂层。Si光电二极管通过线性闭环控温电路将光敏面温度控制在-40℃±0.02℃；导热硅脂层能使保证探测器与热沉进行良好的热传递，保证探测器热量及时导出，确保探测器光敏面具有较低的工作温度和较高的温度稳定性，从而保证检测模块具有较高的信噪比。

如图3所示，像管保持机构5包括调整座和安装在调整座顶部的避光箱51，所述避光箱51的顶端开设有用于安装待测微光器件的安装槽52，位于安装槽52底部的安装箱上开设有水平方向贯通的通光孔53；所述调整座包括平移台与升降台54，所述平移台包括底座56以及滑动安装在底座上的上滑台55，所述上滑台55顶端与升降台54固定连接，所述升降台54的顶端与所述避光箱51固定连接。平移台和升降台实现水平移动和垂直方向移动，便于微光器件调整姿态及方位，使得通光道的中心轴与光路中心轴共轴，保证积分球照度光源输出的光斑落在像管光阴极中心面上，并保证像管荧光屏输出的像能被光电测量模块有效接收。

更进一步方案，所述平移台的一侧安装有第一微分头551，所述平移台的上滑台55与固定安装在底座56上的滑轨552连接并沿着滑轨552轴向移动。

升降台54包括与平移台的上滑台55固定连接的底板542以及与避光箱51固连的活动模块543，所述底板542侧边安装有第二微分头541，通过调节第二微分头541，可使活动模块543进行垂直方向运动，带动避光箱51改变垂直方向高度，所述底板542侧面固定有连接板544，所述活动模块543与连接板544之间通过锁紧螺柱545锁紧。

具体连接方式是，所述连接板544上开设有垂直方向的槽口，所述锁紧螺柱545的底端穿过连接板544上的槽口后与活动模块543螺纹连接；所述锁紧螺柱545通过螺纹锁紧夹住连接板544使升降台保持锁紧状态。

即通过调整平移台的上的第一微分头551、升降台上的第二微分头541，使得避光箱51中的通光孔的中心轴与光源中心轴保持共轴。

如图2所示，光源装置6包括积分球，所述积分球包括光路连通设置的子球61和母球63，所述子球61上安装有光源62；所述母球66的出光口处连接有光阑筒65，所述母球66的侧壁上安装有用于监测光源稳定性的探测器64。其中子球安装于母球顶部，子球和母球的内壁上均喷涂聚四氟乙烯涂层，光源为卤钨灯，用于产生光源并经过初始匀光。卤钨灯发出的光在子球内进行一级匀光、调整光强，随后进入母球进行二级匀光，通过两级匀光提高了辐亮度输出的均匀性；并设置了精密可调光阑，实现微小照度值的调整，将子球输出的“中高”光亮度，转换为“微弱”光照度输出，即光照度衰减，以达到调整光源为测试条件所需的微弱光源的目的。其中探测器可市购，用于积分球光源稳定性监测。

如图5所示，本装置还包括密封的框体1，将光源装置6、主控制器2、像管保持机构5和检测装置保护在其中，所述框体1的内部底板上安装有分隔板7，所述分隔板7将框体的内部区域分割成左、右和前三块区域，所述像管保持机构5和检测装置固定安装在位于左区域的框体底板上，光源装置6安装在位于右区域的框体底板上，位于左右区域中间的隔板上开设有卡槽71，卡槽71侧端圆形孔的中心轴须在光线轴上；所述主控制器2安装在位于前区域的框体底板上。框体内部空间被分隔板分割成左、右和前三块区域，便于各个部件的安装和调整，并避开了主控制器工作过程中发热影响检测装置的性能。

具体的，框体是采用板件拼接式结构，各板件之间采用密封条安装，利于系统密封性能；板件表面采用米字型布筋，减少仪器总体重量，兼顾系统散热以及电磁屏蔽功能。

主控制器是现有的，主要是用于数据采集、功率输出、状态检测等。

先调整像管保持机构5，使得其通光道的中心轴与光路中心轴共轴。开启工作后，光源装置中的光源卤钨灯发出的光在子球内进行一级匀光、调整光强后进入母球进行二级匀光，再经光阑筒实现微小照度值的调整，进行能量消减(即光照度衰减)，最后输出照度值为1×10^-4lx，直径大小为0.2mm的光斑至待测微光器件接收光敏面，共轭透镜组将微光器件输出端面光斑投射至检测装置的光敏面并完成光电转换，主控制器负责光源控制及数据采集，在微光器件加电状态下，分别测量积分球有光、无光输出状态下微光器件输出信号噪声值，并最终获取待测件信噪比等参数。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种便携式微光器件性能测量装置，包括光源装置(6)、主控制器(2)、用于放置待测微光器件的像管保持机构(5)和用于检测微光器件性能的检测装置，所述光源装置(6)、像管保持机构(5)和检测装置同轴安装，其特征在于：所述检测装置包括光电测量模块(3)和共轭透镜组(4)，所述光电测量模块(3)包括制冷型Si光电二极管(33)、热沉铜块(31)和前置放大器(32)，所述Si光电二极管(33)安装在热沉铜块(31)上，Si光电二极管(33)的引脚穿过热沉铜块(31)后焊装于在前置放大器(32)上。

2.根据权利要求1所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述热沉铜块(31)与Si光电二极管(33)相接触的接触面上涂覆有导热硅脂层。

3.根据权利要求1所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述像管保持机构(5)包括调整座和安装在调整座顶部的避光箱(51)，所述避光箱(51)的顶端开设有用于安装待测微光器件的安装槽(52)，位于安装槽(52)底部的避光箱上开设有水平方向贯通的通光孔(53)；所述调整座包括平移台与升降台(54)，所述平移台包括底座(56)以及滑动安装在底座上的上滑台(55)，所述上滑台(55)顶端与升降台(54)固定连接，所述升降台(54)的顶端与所述避光箱(51)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述平移台的一侧安装有第一微分头(551)，所述上滑台(55)与固定安装在底座(56)上的滑轨(552)滑动连接并沿着滑轨(552)轴向移动。

5.根据权利要求3所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述升降台(54)包括与上滑台(55)固定连接的底板(542)以及与避光箱(51)固连的活动模块(543)，所述底板(542)侧边安装有第二微分头(541)，通过调节第二微分头(541)，使活动模块(543)进行垂直方向运动，带动避光箱(51)改变垂直方向高度；所述底板(542)上固定有连接板(544)，所述活动模块(543)与连接板(544)之间通过锁紧螺柱(545)锁紧。

6.根据权利要求5所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述连接板(544)上开设有垂直方向的槽口，所述锁紧螺柱(545)的底端穿过连接板(544)上的槽口后与活动模块(543)螺纹连接；所述锁紧螺柱(545)通过螺纹锁紧夹住连接板(544)使升降台保持锁紧状态。

7.根据权利要求1所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：所述光源装置(6)包括积分球，所述积分球包括光路连通设置的子球(61)和母球(63)，所述子球(61)上安装有光源(62)；所述母球(66)的出光口处连接有光阑筒(65)，所述母球(66)的侧壁上安装有用于监测光源稳定性的监视探测器(64)。

8.根据权利要求1所述的一种便携式微光器件性能测量装置，其特征在于：还包括密封的框体(1)，所述框体(1)的内部底板上安装有分隔板(7)，所述分隔板(7)将框体的内部区域分割成左、右和前三块区域，所述像管保持机构(5)和检测装置固定安装在位于左区域的框体底板上，光源装置(6)安装在位于右区域的框体底板上，位于左右区域中间的隔板上开设有卡槽(71)；所述主控制器(2)安装在位于前区域的框体底板上。

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