[發明專利]一種大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置與測量方法

在審

• 申請號: 201910144000.1
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109708593A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 孫勝利;于清華;陳凡勝;林長青;林加木
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置與測量方法。其測量裝置包括小F數點光源會聚光源組件和高精密位置調整系統。測試過程中，固定大規模拼接探測器不動，開啟大規模拼接探測器并進行信號實時監測，調整光源組件位置，使光源會聚于探測器焦平面的預定的視場位置，并精細調整位置將其在探測器上的響應信號達到最大，記錄此時高精度位置調整系統的位置坐標，之后調整至探測器焦平面下一個視場位置點如是操作與記錄，直至光源組件位置遍歷覆蓋探測器焦平面全視場范圍，之后對高精度位置調整系統的位置坐標進行平面擬合處理，進而得到探測器焦平面的光敏面平面度。該方法原理簡單、易操作。

技術領域

本發明屬于光學檢測領域，提供一種大規模拼接焦平面探測器測量裝置與測量方法。

背景技術

一方面是空間大視場高分辨相機的應用需求，一方面是超大規模焦面探測器研制技術瓶頸，為了解決這對矛盾，出現了大規模焦平面的拼接方案，即將多個大規模焦面探測器進行拼接，實現更大規模的焦平面探測器，比如4塊2K×2K的探測器拼接得到1塊8K×8K的探測器，但是在拼接過程中難以做到多個探測器光敏面在同一個平面上，特別是對于需要低溫制冷后才能工作的大規模探測器，在常溫常壓下進行拼接測試，經過真空低溫制冷后拼接平面會發生形變，進而影響了大規模拼接探測器的光敏面平面度，而且在真空低溫環境下難以采用接觸測量設備實施測量。

本發明提供一種大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置與測量方法，利用探測器本身的光信號響應能力，對放在其前方的具有高精密位置調整系統的小F數點光源會聚光源組件位置進行檢測，通過記錄小F數點光源會聚光源組件高精度位置，反演推算大規模拼接焦平面探測器的光敏面平面度，具有非接觸測量、測量范圍大、使用范圍廣，測試原理簡單，易操作的優點。

發明內容

本發明公開一種大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置與測量方法，利用探測器本身的光信號響應能力，對放在其前方的具有高精密位置調整系統的小F數點光源會聚光源組件焦點位置進行響應與反饋，通過高精密位置調整系統記錄小F數點光源會聚光源組件的位置，進而反演推算大規模拼接焦平面探測器的光敏面平面度，從而完成大規模拼接焦平面探測器的光敏面平面度測量的目的，具體特征主要表現在以下幾個方面：

1)大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置包括小F數點光源會聚光源組件和高精密位置調整系統，其中，光源組件的工作譜段覆蓋預定檢測的焦平面探測器響應譜段；光源組件的后工作距滿足大規模拼接焦平面探測器平面度測量需求，光源組件采用針孔靶標在其焦面位置光束匯聚為光點源，點光源的尺度與焦平面探測器像元尺度大小相當；高精密位置調整系統與小F數點光源會聚光源組件剛性固定鏈接，且高精度位置調整系統的位置測量精度滿足滿足大規模拼接焦平面探測器平面度測量需求；

2)測量前，大規模拼接焦平面探測器與大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置對接，且使小F數點光源會聚光源組件焦點達到大規模拼接焦平面探測器感光面位置；

3)測試過程中，固定大規模拼接探測器不動，開啟大規模拼接探測器并進行信號實時監測，調整光源組件位置，使光源焦點會聚于探測器焦平面的預定的視場位置，并精細調整位置將其在探測器上的響應信號達到最大，并記錄此時高精度位置調整系統的位置坐標，之后調整至探測器焦平面下一個視場位置點如是操作與記錄，直至光源組件位置遍歷覆蓋探測器焦平面全視場范圍，之后對高精度位置調整系統的位置坐標進行平面擬合處理，進而得到探測器焦平面的光敏面平面度。

該方法原理簡單、易操作。

附圖說明

圖1：焦平面探測器平面度測量方法示意圖。

圖2：超大規模紅外探測器平面度測量方法示意圖。

圖3：超大規模紅外探測器平面度測量數據。

圖4：超大規模紅外探測器平面度偏差。

具體實施方式

針對某大規模拼接中波紅外探測器進行光敏面平面度進行實測。紅外探測器工作波段為中波紅外波段，工作溫度為90K，拼接規模為16個512×1子模塊依按照品字形依次排列拼接，常溫大氣環境下拼接于安裝基板，并封裝于杜瓦內，探測器光敏面前杜瓦壁上安裝具有透工作譜段，且大小覆蓋且超出探測器光敏面尺寸的杜瓦窗口，如圖2所示。按照上述測量方法將裝配完好且抽好真空的探測器杜瓦組件固定于測試工位上，其前方放置大規模拼接焦平面探測器平面度測量裝置，光源組件的工作波段滿足探測器的響應需求，且后工作距滿足杜瓦窗口到探測器光敏面的距離要求。將探測器杜瓦組件制冷至探測器組件的工作溫度，開啟紅外探測器并進行信號實時監測，調整高精度位置調整系統，使光源組件匯聚的點光源會聚于探測器焦平面的預定的視場位置，精細調整位置將其在探測器上的響應信號達到最大，記錄此時高精度位置調整系統的位置坐標，之后調整高精度位置調整系統，光源組件匯聚的點光源至探測器焦平面下一個視場位置點如是操作與記錄，直至光源組件位置遍歷覆蓋探測器焦平面全視場范圍，測量數據值如圖3所示，之后對高精度位置調整系統的位置坐標進行平面擬合處理，進而計算得到探測器焦平面的光敏面平面度如圖4所示，平面度最大偏差為0.056mm，平均偏差0.012mm。該方法的測試精度約為0.01mm。