大光学动态范围探测器动态范围的标定装置和标定方法

摘要

本发明提供了一种大光学动态范围探测器动态范围的标定装置和标定方法，以解决传统标定装置和方法受限于标准探测器动态范围和标定结果置信度差的弊端。该装置包括光源、平行光管、光阑、标准探测器和楔形玻璃板组。楔形玻璃板组包括多个后表面镀有增透膜的楔形玻璃板，其中第一楔形玻璃板设置在经平行光管准直后射出的平行光的光路上，……，第N楔形玻璃板设置在第N-1楔形玻璃板的反射光的光路上，且每个楔形玻璃板的前表面与其入射光束的夹角为45°；在每个楔形玻璃板的背面方向均设置有吸收腔；在相邻两个楔形玻璃板之间的光路上设置有测试工位。光阑设置在平行光管和第一楔形玻璃板之间的光路上。本发明具有适用性好、标定精度高的优点。

说明书

技术领域

本发明属于光电技术领域，涉及大光学动态范围探测器的测试装置和测 试方法。

背景技术

随着科学技术的发展和人类对深空探测的需求，大光学动态范围的探测 器使用越来越普遍。传统测试方法有两种：第一种是采用标准探测器进行比 对测量，此方法要求标准探测器的动态范围要大于所标定的探测器动态范围。 随着微电子技术的发展，探测器的动态范围越来越大，标准探测器已不能满 足标定需求。第二种是采用不同倍率的标准衰减器对光源进行衰减，但衰减 器衰的摆放位置和姿态及剩余反射光对测量结果的影响往往大于探测器的响 应线性，致使测试结果置信度较差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可对大光学动态范围探测器进行 高精度标定的标定装置和标定方法。

本发明所提供的标定装置和标定方法基于菲涅尔反射原理，平行光束以 固定角度入射在同种折射率材料表面，反射率成固定倍率衰减；楔形玻璃板 组采用特定的排列方式，可形成已知大倍率的光强作为探测器的标定光源， 解决了传统标定方法的弊端。

基于上述原理，本发明的技术解决方案是所提供的大动态范围探测器动 态范围的标定装置包括光源、平行光管、光阑和标准探测器。其特殊之处在 于：该标定装置还包括楔形玻璃板组，楔形玻璃板组包括第一楔形玻璃板、 第二楔形玻璃板……第N楔形玻璃板。第一楔形玻璃板设置在经平行光管准 直后射出的平行光的光路上，第二楔形玻璃板设置在第一楔形玻璃板的反射 光的光路上，第三楔形玻璃板设置在第二楔形玻璃板的反射光的光路上…… 第N楔形玻璃板设置在第N-1楔形玻璃板的反射光的光路上，且每个楔形玻 璃板的前表面的与其入射光束的夹角为45°。每个楔形玻璃板的后表面均镀 有增透膜。在距离每个楔形玻璃板的后表面一定距离处均设置有吸收腔。在 第一楔形玻璃板和第二楔形玻璃板之间的光路上设置有第一测试工位，第二 楔形玻璃板和第三楔形玻璃板之间的光路上设置有第二测试工位……在第 N-1楔形玻璃板和第N楔形玻璃板之间的光路上设置有第N-1测试工位。第一 测试工位的定位面与第一楔形玻璃板的出射光的光路垂直，第二测试工位的 定位面与第二楔形玻璃板的出射光的光路垂直……第N-1测试工位的定位面 与第N-1楔形玻璃板的出射光的光路垂直。前述光阑设置在平行光管和第一 楔形玻璃板之间的平行光的光路上。

为进一步提高标定精度，上述第一测试工位的定位面与第一楔形玻璃板 出射光的光路垂直，第二测试工位的定位面与第二楔形玻璃板出射光的光路 垂直……第N-1测试工位的定位面与第N-1楔形玻璃板出射光的光路垂直。

基于上述标定装置，本发明还提供了一种大光学动态范围探测器动态范 围的标定方法，包括以下步骤：

(1)将待标探测器固定在第一测试工位上；开启光源，调节光阑口径， 使经第一楔形玻璃板的反射光的光斑能被待标探测器完全接收。

(2)将待标探测器拆下，然后将标准探测器放置在第一测试工位上，并 记下标准探测器的光强读数I_b1；再将标准探测器拆下后放置在第二测试工位 上，并记下标准探测器的光强读数I_b2；此时可得出平行光经第二测试工位的 衰减率为I_b1/I_b2。由于每个楔形玻璃板的折射率相同，射入每个楔形玻璃板 的平行光束的入射角相同，并且经过每个楔形玻璃板的透射光均被相应的吸 收腔吸收，故平行光通过每个楔形玻璃板时的衰减倍率相同，都为I_b1/I_b2。

(3)将待标探测器逐一安装在第二测试工位、第三测试工位……第M测 试工位上，直至待标探测器完全探测不到光强(M≤N-1),记录各个测试工位 上待标探测器所测的光强值，相应的记为I₂、I₃、I₄……I_M,；此时第M-1测试 工位上仍可探测到光强信号，且光强信号幅值大于探测器的均方根噪声的1.5 倍。

(4)将待标探测器重新固定在上述步骤(3)中第M-1测试工位上，调节 光阑使入射光的光强降低，直至待标探测器探测到的光强为待标探测器均方 根噪声的1.5倍，此时待标探测器探测到的光强值可认为是待标探测器的探 测下限值。

(5)再次将标准探测器放置在第一测试工位上，记下此时标准探测器的 光强读数I_b3，则待标探测器的光学动态范围η为：

η＝(I_b3/I_b1)×(I_b1/I_b2)^M

式中，M为第M测试工位的工位序号。

本发明的优点是：

(1)标定工作不受限于标准探测器的动态范围

本发明采用特定排布的楔形玻璃板组，可形成已知大倍率的光强作为探 测器的标定光源，因此标定时所用的标准探测器的动态范围无须大于待标探 测器的动态范围即可实现对待标探测器动态范围的标定。

(2)标定精度高

本发明在每个楔形玻璃板背面方向设置有吸收腔，可减小杂散光对标定 精度的影响；在每个楔形玻璃板的背面镀增透膜，可防止楔形玻璃版后表面 剩余反射对标定精度的影响。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

如图1所示，本发明所提供的大光学动态范围探测器动态范围的标定装 置包括光源4、平行光管5、光阑6、楔形玻璃板组、吸收腔组、测试工位组、 仪器罩和标准探测器。

楔形玻璃板组包括N个折射率完全相同的楔形玻璃板，图1仅画出了9 个楔形玻璃板，其中101、102、103、104、105、106、107、108、109分别 为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九楔形玻璃板。 第一楔形玻璃板101设置在经平行光管5准直后射出的平行光的光路上，第 二楔形玻璃板102设置在第一楔形玻璃板101的反射光的光路上，第三楔形 玻璃板103设置在第二楔形玻璃板102的反射光的光路上，第四楔形玻璃板 104设置在第三楔形玻璃板103的反射光的光路上，……，第九楔形玻璃板 109设置在第八楔形玻璃板108的反射光的光路上。每个楔形玻璃板前表面的 入射光束与该楔形玻璃板前表面的夹角为45°。

为了避免楔形玻璃板后表面剩余反射光对标定结果有所影响，本发明在 每个楔形玻璃板的后表面均镀有增透膜，以减小反射光的强度，增加透射光 的强度。

吸收腔组包括N个吸收腔，分别设置在每个楔形玻璃板背后一定距离处， 用于吸收和消除楔形玻璃板处的杂散光，减小杂散光对标定精度的影响。图1 中相应的只画出了9个吸收腔，其中201、202、203、204、205、206、207、 208、209分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八、第九 吸收腔。。第一吸收腔201设置在第一楔形玻璃板101的后表面一定位置处且 其吸收面与第一楔形玻璃板101前表面入射光的光路垂直，第二吸收腔202 设置在第二楔形玻璃板102后表面一定距离处且其吸收面与第二楔形玻璃板 102前表面入射光的光路垂直……第九吸收腔209设置在第九楔形玻璃板109 后表面一定距离处且其吸收面与第九楔形玻璃板109前表面入射光的光路垂 直。总之，各个吸收腔的具体位置以其能达到最好的吸收效果为宜。

为便于定位和放置待标定探测器和标准探测器，本发明在相邻两个楔形 玻璃板之间的光路上均设置有测试工位。相应的，图中只画出了8个测试工 位，其中301、302、303、304、305、306、307、308分别为第一测试工位、 第二测试工位、第三测试工位、第四测试工位、第五测试工位、第六测试工 位、第七测试工位和第八测试工位。第一测试工位301设置在第一楔形玻璃 板101和第二楔形玻璃板102之间的光路上，第二测试工位302设置在第二 楔形玻璃板102和第三楔形玻璃板103之间的光路……第八测试工位308设 置在第八楔形玻璃板108和第九楔形玻璃板109之间的光路上。为提高标定 精度，应保证第一测试工位301的定位面与第一楔形玻璃板101的反射光路 垂直，第二测试工位302的定位面与第二楔形玻璃板202的反射光路垂直…… 第八测试工位308的定位面与第九楔形玻璃板109的反射光路垂直。

本发明将光阑设置在所述平行光管和第一楔形玻璃板之间的平行光的光 路上，通过调整光阑的开孔大小来调整入射光的光强。

基于上述标定装置，本发明还提供了一种大光学动态范围探测器的标定 方法，包括以下步骤：

(1)将待标探测器固定在第一测试工位301上；开启光源4，调节光阑 6的口径，使经第一楔形玻璃板101的反射光的光斑能被待标探测器完全接收。

(2)将待标探测器拆下，然后将标准探测器放置在第一测试工位301上， 并记下标准探测器的光强读数I_b1；再将标准探测器拆下后放置在第二测试工 位302上，并记下标准探测器的光强读数I_b2；此时可得出平行光经第二测试 工位302的衰减率为I_b1/I_b2。由于每个楔形玻璃板的折射率相同，平行光经 过每个楔形玻璃板前表面的入射角相同，并且经过每个楔形玻璃板的透射光 均被相应的吸收腔吸收，故平行光通过每个楔形玻璃板时的衰减倍率相同， 都为I_b1/I_b2。

(3)将待标探测器逐一安装在第二测试工位302、第三测试工位303…… 第8测试工位308上，记录各个测试工位上待标探测器所测的光强值，直至 待标探测器完全探测不到光强，相应的记录所测的各光强值为I₂、I₃、I₄……I_M, 本实施例中M≤8。此时第M-1测试工位上仍可探测到光强信号，且光强信号 幅值大于探测器的均方根噪声的1.5倍。实际上，楔形玻璃板的数量由输入 光的光强值和楔形玻璃板的衰减倍率决定，输入光经多个楔形玻璃板后其光 强可衰减至0(即在某个工位上待标探测器完全探测不到光强)即可。

(4)将待标探测器重新固定在上述步骤(3)中第M-1测试工位上，调节 光阑6使入射光的光强降低，直至待标探测器探测到的光强为待标探测器均 方根噪声的1.5倍，此时待标探测器探测到的光强值可认为是待标探测器的 探测下限值。

(5)再次将标准探测器放置在第一测试工位301上，记下此时标准探测 器的光强读数I_b3，则待标探测器的光学动态范围η为：

η＝(I_b3/I_b1)×(I_b1/I_b2)^M

式中，M为第M个工位序号。