[发明专利]大视场杂散光PST测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于光学领域，涉及一种光学系统视场外杂散光抑制能力的测试方法及装置，尤其涉及一种主要用于各类光学相机在光机对接前对其杂散光抑制能力的考核，尤其是在航天弱目标探测类相机在发射前的性能测试，保证了相机光机对接及发射上天后能够清晰成像的目的的大视场杂散光PST测试方法及装置。

背景技术

近年来，随着高灵敏度，低探测阈值探测器的发展，对空间光学系统杂散光的抑制有了更高的要求，这就要求杂散光测量系统有更高的精度。

杂散光辐射是指光学系统中除了目标（或成像光线外）扩散于探测器（或成像）表面上的其它非目标（或非成像）光线辐射能，以及经非正常光路到达探测器的目标光线辐射能。星载各种相机大多工作在系统视场外有强烈辐射源的恶劣环境中，同时，被探测目标信号又非常微弱，这些强烈杂光辐射比所探测目标辐射强度常常高出几个数量级，经过光学系统孔径的衍射，以及结构与光学元件表面的散射、反射到达像面探测器形成杂散光。它产生的原因错综复杂，不仅与制造光学系统的工艺、材料有关，还与像差特性、衍射现象、目标特征有关，它使相机对比度和调制传递函数明显降低，整个像面层次减少，清晰度变坏，甚至形成杂光斑点，严重时使目标信号完全被杂散光辐射噪声淹没。

杂散光是影响光学系统成像的主要因素之一，它使探测器面背景变亮，导致像面对比度和调制传递函数下降，系统信噪比降低，从而影响图像清晰度，严重时甚至会使系统失效。研究的视场外杂散光测试方法是以航天在轨高像质探测类相机为背景，展开对航天相机在地面杂散光抑制能力定标技术进行研究的。目前众多航天光学载荷上天后，都存在杂散光问题带来的图像质量下降，这样将直接降低其传递函数，影响成像质量。

杂散光产生的原因主要有3个：光学系统视场外部辐射、光学系统内部辐射以及成像光线的散射。传统光学系统杂散光测量普遍使用的是整体包覆后用积分球测试的黑斑法。这种测试方法只能验证目标源经过光学系统后产生的杂散光辐射，然而对于航天高灵敏度探测类相机会受视场外其他辐射源产生的杂散光辐射，造成的目标对比度下降。比如，视场外明亮物体（太阳、月亮、地气系统等）的强烈辐射经相机光学系统后以杂散光形式在探测器上产生背景噪声辐射，影响相机光学系统的探测能力，因此须研究光学系统视场外杂散光的抑制问题。点源透过率PST（Point Source Transmittance）是一个科学的、可检测的光学系统杂光指标，它已被广泛用于设计和评价高灵敏的目标探测系统，并取得了良好的结果。

目前，在各种航天相机的研制中，常见的杂散光测试方法要么就是黑斑法视场内杂散光系数测试，要么就是小口径、小视场PST测试，以往的这些测试方法虽然能在一定程度上满足相应的使用，然而对于高灵敏度、衍射极限级相机来说，以往的测试方法显得就测试范围较小、测试精度太低，从而不能满足这类相机的视场外杂散光抑制能力可靠性评估。

以往的PST测试系统采用的都是高灵敏度PMT探测器作为接收器，激光器作为光源来完成测试；若采用PMT作为探测器，由于其自身在单光子量级探测时动态范围较小，往往采用衰减片组来进行光能衰减，然而采用衰减片组会使光能在衰减片组件内部产生多次反射而造成的测量误差；同时PMT在探测微弱光时，其稳定性较差，往往会受环境温度及电磁干扰的影响，因此针对PMT探测器具有的缺陷，应研究另外一种弱光探测方法。另外，若采用激光器作为光源，虽能得到较高的出射光能，但是在不同复色光相机测试中，则不能满足测试条件与使用条件一致，且光能不能实时线性调节，即输出光能动态范围小；与此同时，这种高功率激光器的使用，往往会使平行光管主镜玻璃表面烧伤。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够有效的在地面对航天相机遮光罩的杂散光抑制能力进行考核、对相机的整机信噪比进行估算、可保证航天相机发射上天后能够清晰成像以及具有超大视场和高精度的大视场杂散光PST测试方法及装置。

本发明的技术解决方案是：本发明提供了一种大视场杂散光PST测试方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下步骤：

1）采集点目标未经待测光学系统时在入瞳处照度的响应度E_o；

2）安装并调整待测光学系统的位置，采集点目标经过待测光学系统在不同视场位置由杂散光辐照时在待测光学系统的像面处产生的响应度E_d(θ)；

3）根据公式计算待测光学系统在视场外视场角为θ的PST(θ)值。