类针孔瞬态弱光照度计制造技术

本发明专利技术公开了一种类针孔瞬态弱光照度计，属于光学测试与计量领域。它包括共轭透镜、针孔光阑、含有脉冲型光电倍增管的弱光计数头、光子计数处理系统和装有照度测量软件包的计算机。被标定的Φ０．２ｍｍ光斑或被测小光斑弱光源的光束经共轭透镜成像在针孔光阑中心，针孔成像由弱光计数头探测并被转换成电脉冲信号，光子计数处理系统对电脉冲信号进行识别和处理后，向计算机输出与其采样周期对应的脉冲计数，再经过计算机处理后，最终得到随时间变化的照度值曲线和测量时间内的平均照度值。本发明专利技术解决了微光像增强器阴极面上Φ０．２ｍｍ光斑１．０８×１０－４１ｘ照度值的直接和准确标定问题，还可实现大、小光斑的稳态或瞬态弱光源的照度测量功能，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学测试与计量
，主要涉及一种瞬态光照度测试仪器，尤其涉及一种基于光子计数技术的类针孔瞬态弱光照度计。
技术介绍
近年来，随着国防科技工业的飞速发展，在空间天文探测、荧光探测、军用夜视侦 察和微光技术等领域对于弱光测量的要求越来越高。在微光像增强器的研制中，根据国军 标的要求，需要用弱光照度计对微光像增强器阴极面上Φ0. 2mm微小光斑的1.08X10_41x 照度值进行标定，以保证微光像增强器的信噪比参数的测量精度，从而对微光像增强器的 研制提供可靠的计量保障。目前国内的弱光照度计以国防科技工业光学一级计量站、北 京理工大学、杭州远方公司和成都测试院研制的弱光照度计为代表，且大多数采用直流输 出型光电倍增管测试稳态光源，光电倍增管光敏面一般大于Φ 10mm，最低照度探测能力为 IO-7Ix量级。在测量较大面积光斑的弱光照度时，由于稳态光源发出的光可充满光电倍增 管的光敏面，因而弱光照度计具有高信噪比。但是，在测量Φ0. 2mm光斑时，稳态光源发出 的光不会充满光电倍增管的光敏面，因此弱光照度计的信噪比大幅下降，与光电倍增管光 敏面充满情况相比，信噪比降低了几千倍。因此，要实现对Φ0. 2mm光斑的1.08X10_41x 照度值的测量，要求弱光照度计在光电倍增管光敏面充满时具有约IO-8Ix量级的照度测量 能力且必须采用光子计数技术。由于国内目前的弱光照度计均不能测量Φ0. 2mm光斑的 1.08Χ10_41χ照度，所以在微光像增强器信噪比测量装置中，普遍采用间接测量法来获得 Φ0. 2mm光斑的照度值，即使用硒光电池和光电检流计测量光源的强光照度，再通过若干减 光片逐级衰减后，转换为1.08Χ10_41χ的照度值。这种测量方法不能直接测量针孔光斑的 弱光照度值，其传递误差大，不适应三代微光器件信噪比参数的精确测量要求。在军用现场和各民用领域，荧光等很多微弱光的发光时间很短，其照度值及其随 时间变化的趋势同样需要测量。虽然，国防科技工业光学一级计量站于2000年研制出了含 有硅光电二极管探测器、高速数据采集电路和计算机的瞬态照度计，但是该照度计的测量 范围为10 IO5Ix,只适应于强光的照度测量，而不能进行弱光的照度测量。因而，目前国 内还没有针对荧光等照度进行测量的瞬态弱光照度计。由于小光斑的弱光测量的信噪比差，光子计数识别难等问题，国内外目前还没有 公开报道能实现这两项功能的类针孔瞬态弱光照度计。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种智能化瞬态弱光度 测量仪器即类针孔瞬态弱光照度计。本专利技术提供的类针孔瞬态弱光照度计包括针孔成像组件，弱光计数头，光子计数 处理系统和含有采集卡数据、图形工具和照度测量软件包的计算机；所述针孔成像组件含 有共轭透镜、第一壳体和针孔光阑，第一壳体上两个相对的侧面分别带有通光孔和圆柱形通光突起，针孔光阑制作在圆柱形通光突起的外则端面中心，共轭透镜固定在第一壳体中， 其像方焦点与针孔光阑的中心重合；所述弱光计数头含有第二壳体以及安装在其内的余弦 校正片、视觉函数校正片、光子计数管和热电制冷温控系统，光子计数管含有用于探测光信 号的脉冲型光电倍增管，热电制冷温控系统用于对脉冲型光电倍增管的阴极制冷，第二壳 体一侧带有通光孔且通光孔和余弦校正片正对；所述针孔成像组件的圆柱形通光突起位于 第二壳体的通光中，针孔光阑的中心位于脉冲型光电倍增管的光敏面的中心轴线上；照度 标定或弱光照度测量时，待标定微光像增强器阴极面上的光斑或待测小光斑弱光源发出的 光束穿过第一壳体的通光孔后经所述共轭透镜成像在针孔光阑的中心，该针孔成像光束经 所述余弦校正片和所述视觉函数校正片的相继透射后，正好充满所述脉冲型光电倍增管的 光敏面并被转换成电脉冲信号送入所述光子计数处理系统，光子计数处理系统对电脉冲信 号进行识别和处理后输出与测量时间内各采样周期相对应的脉冲计数；所述照度测量软件 包含有页面模块、采集模块、计算模块、存储模块、图形化模块和输出模块，所述页面模块在 计算机屏幕上显示参数设置栏目、功能按钮组、测试显示栏目，参数设置栏目中包括“采样 周期”、“测量次数”和“照度范围”栏，其中，“采样周期”栏中含有根据被测对象的瞬态或稳 态特性来选择的多个采样周期，用以控制光子计数处理系统的采样周期，“照度范围”栏中 含有根据被测对象可能产生的照度值进行选择的多个挡位，存储模块中存有与照度选择档 位相对应的照度修正系数，测试显示栏目分为曲线显示栏和数据显示栏；所述采集模块采 集光子计数处理系统的输出数据并送入所述存储模块进行数据保存；所述计算模块利用内 置算法并调用存储模块中的相应照度修正系数，计算出与所述测量时间内各采样周期对应 的一组照度值和测量时间内的平均照度值，将计算结果送入存储模块进行保存，同时将平 均照度值送入所述数据显示栏进行显示；所述图形化模块调用图形工具并根据采集数据或 计算数据，在曲线显示栏中实时显示随时间变化的脉冲计数曲线或随时间变化的照度值曲 线；所述输出模块调用所述存储模块中的数据，以曲线和数据表的形式打印测量结果。根据本专利技术，所述待标定微光像增强器阴极面上的光斑为Φ0. 2mm，所述针孔光阑的孔径亦为0. 2mm，共轭透镜的焦距为50mm，F数为1. 4。本专利技术还包括一个可在高低方向和水平面内的一个方向进行调整的二维调整平 台，所述弱光计数头放置在所述二维调整平台上。根据本专利技术，所述第一壳体上圆柱通光突起设有外螺纹，所述第二壳体的通光孔 设有螺纹，两者作用使针孔成像组件实现插拔功能；取下针孔成像组件，待测大光斑弱光源 发出的光束相继由余弦校正片、视觉函数校正片透射后充满脉冲型光电倍增管的光敏面， 光信号经脉冲型光电倍增管转换成电脉冲信号送入光子计数处理系统。本专利技术的技术效果体现在以下几个方面。(一)本专利技术将带有针孔光阑的成像光学系统与弱光照度计相结合，解决了微小 光斑的弱光照度测量问题。(二)在本专利技术中，采用了光子计数技术，与采用直流电输出的光电倍增管探测 技术相比，提高了弱光测量的信噪比，因此，本专利技术可以精确标定出微光像增强器阴极面上 Φ0. 2mm光斑1.08X IO-4Ix的照度值，从而为微光像增强器的研制提供了可靠的依据。(三)本专利技术通过在计算机上设置不同的采样周期选择项，实现对光子计数处理 系统采样周期的控制，使本专利技术不仅可以对稳态弱光源的照度进行测量，同时，还能够对闪光时间在微米级的瞬态弱光源的照度进行测量；此外，将针孔成像组件去掉后，本专利技术还可以对大光斑弱光源的照度进行测量；通过增加二维调整平台，本专利技术还可以为星光模拟器 的照度均勻性测量与校准提供相应的采样数据。因此，本专利技术具有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术类针孔瞬态弱光照度计的系统构成示意图。图2是图1中所示的光路图。图3是图1中所示的照度标定及测量处理软件包的工作流程图。 具体实施例方式下面结合附图及优选实施例对本专利技术作进一步的详述。如图1所示，类针孔瞬态弱光照度计的优选实施例包括针孔成像组件1、弱光计数 头2、二维调整平台3、光子计数处理系统4和计算机5。二维调整平台3为现有技术中且 可在高低方向和水平面内的一个方向进行调整。针孔成像组件1为可插本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种类针孔瞬态弱光照度计，包括含有数据采集卡、图形工具和照度测量软件包的计算机［５］，其特征在于：还包括针孔成像组件［１］、弱光计数头［２］和光子计数处理系统［４］；所述针孔成像组件［１］含有共轭透镜、第一壳体［１－３］和针孔光阑［１－４］，第一壳体［１－３］上两个相对的侧面分别带有通光孔和圆柱形通光突起，针孔光阑［１－４］制作在圆柱形通光突起的外则端面中心，共轭透镜固定在第一壳体［１－３］中，其像方焦点与针孔光阑［１－４］的中心重合；所述弱光计数头［２］含有第二壳体［２－５］以及安装在其内的余弦校正片［２－１］、视觉函数校正片［２－２］、光子计数管［２－３］和热电制冷温控系统［２－４］，光子计数管［２－３］含有用于探测光信号的脉冲型光电倍增管，热电制冷温控系统［２－４］用于对脉冲型光电倍增管的阴极制冷，第二壳体［２－５］一侧带有通光孔且通光孔和余弦校正片［２－１］正对；所述针孔成像组件［１］的圆柱形通光突起位于第二壳体［２－５］的通光孔中，针孔光阑［１－４］的中心位于脉冲型光电倍增管的光敏面的中心轴线上；照度标定或弱光照度测量时，待标定微光像增强器阴极面上的光斑或待测小光斑弱光源发出的光束穿过第一壳体［１－３］的通光孔后经所述共轭透镜成像在针孔光阑［１－４］的中心，该针孔成像光束经所述余弦校正片［２－１］和所述视觉函数校正片［２－２］的相继透射后，正好充满所述脉冲型光电倍增管的光敏面并被转换成电脉冲信号送入所述光子计数处理系统［４］，光子计数处理系统［４］对电脉冲信号进行识别和处理后输出与测量时间内各采样周期相对应的脉冲计数；所述照度测量软件包含有页面模块、采集模块、计算模块、存储模块、图形化模块和输出模块，所述页面模块在计算机屏幕上显示参数设置栏目、功能按钮组、测试显示栏目，参数设置栏目中包括“采样周期”、“测量次数”和“照度范围”栏，其中，“采样周期”栏中含有根据被测对象的瞬态或稳态特性来选择的多个采样周期，用以控制光子计数处理系统［４］的采样周期，“照度范围”栏中含有根据被测对象可能产生的照度值进行选择的多个挡位，测试显示栏目分为曲线显示栏和数据显示栏；所述存储模块中存有与照度选择档位相对应的照度修正系数；所述采集模块采集光子计数处理系统［４］的输出数据并送入所述存储模块进行数据保存；所述计算模块利用内置算法并调用存储模块中的相应照度修正系数，计算出与所述测量时间内各采样周期对应的一组照度值和测量时间内...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史继芳，李宏光，曹锋，孙宇楠，王生云，
申请(专利权)人：中国兵器工业第二○五研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]