GB T 10988-2009 光学系统杂(散)光测量方法.pdf

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1、ICS 37020N 30 园目中华人民共和国国家标准GBT 1 0988-2009代替GBT 10988-1989光学系统杂(散)光测量方法Veiling glare of optical systems-Methods of measurement(ISO 9358：1994，Veiling glare of imageforming systemsDefinitions and methods of measurement，MOD)2009-09-30发布 200912-01实施宰瞀髅鬻瓣訾雠赞星发布中国国家标准化管理委员会仅19前言1范围2术语和定义3被测样品分类4测量方法5试验条件6

2、测试条件规范7测量杂光注意要点8测试结果表示目 次GBr 10988-2009，：m心地n前 言GBT 10988-2009本标准修改采用ISO 9358：1994成像系统的杂散光定义和测量方法。本标准与Is0 9358：1994的主要技术差异为：对第1章作了适当修改；第2章增加了黑斑和白斑的定义；采用文字形式代替表2；“本国际标准”一词改为“本标准”；删除国际标准的前言。本标准代替GBT 10988 1989光学系统杂(散)光测量方法。本标准与GBT 109881989的主要差异为：增加了杂光分布函数和辐射强度的杂光分布函数的定义、测量方法及测试结果表示第4章增加了两个半球法的杂光测量装置；

3、第5章增加了杂光系数测量时试验共轭物的试验条件；第7章增加了归一化的内容；第8章增加了测量不确定度的评估。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国光学和光子学标准化技术委员会(SACTC 103)归口。本标准负责起草单位：上海理工大学、华东师范大学。本标准主要起草人：章慧贤、冯琼辉、王蔚生。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：GBT 109881989。光学系统杂(散)光测量方法GBT 1 0988-20091范围本标准规定了以杂光系数和杂光分布函数来评价光学和电子光学成像系统杂光特性以及杂光系数和杂光分布函数测量的方法和结果表达方式。本标准适用于可见光谱区域内使用的光学系统，对邻近光谱

4、区域内使用的系统可参照使用。2术语和定义下列术语和定义适用于本标准。21杂光veiling glare由进入光学或电子光学系统的部分辐射所引起的在该系统像面上的有害光照度。此辐射可以来自该系统视场的外部或内部。22黑斑(黑带)black area积分球壁上的一个吸收腔。23白斑(白带)white area具有积分球壁内表面反射特性的圆斑(狭带)。24杂光系数veiling glare index；VGI在均匀亮度的扩展视场中放置一个黑斑，经被测样品成像后，其像中心区域上的光照度与移去黑斑放上白斑后在像面上同一处的光照度之比。VGI以百分比表示。注：应规定黑斑及其周围场的尺寸和用于测量的黑斑的比

5、例。25带状目标物的杂光系数veiling glare index-band target；VGIB在均匀亮度的扩展视场中放置一个狭窄的理想黑带，经被测样品成像后，其像中心区域上的光照度与移去黑带后在像面上同一点的光照度之比。VGIB以百分比表示。注：黑带或黑条将延伸横扫过像幅的对角线，应规定黑带或黑条的宽度和长度，以及周围视场的尺寸和用于测量的黑斑的比例。26杂光分布函数glare spread function；GSF由小的物光源在像面上的杂光照度与小光源轴上光源像的总通量之比，其表达方式见式(1)：GSF一两靛髓丽式中：GsF杂光分布函数，单位：nl。GBT 10988-200927辐射

6、强度的杂光分布函数甜are spread function-radiant intensity；GSFR在试验系统出瞳处，相当于杂光源的像空间的辐射强度与实际照明光源轴上像的总通量之比，其表达方式见式(2)： GSFR一柰糯糕瓣糍式中：GsFR辐射强度的杂光分布函数，单位：sr_。当涉及通过焦点的系统时，通常优先采用GSFR。3被测样品分类31 总则根据物距和物方区域以及像距和像方区域的不同情况对被测样品进行分类，分类的举例见表1。32物方空间321分类A为物体在无限远或接近无限远，从整个半无限空间(无限物区)来的光辐射，照射到被测样品。322分类B为物距和物区域是有限的，光源只与所使用的最大

7、物方区域相符合。323分类C为物距和物方区域是有限的，该物体不能靠近，例如用玻璃罩覆盖。33像方空间331分类a为像面在无限远或接近无限远。332分类b为像面在有限距和有限区域。333分类c为像面在有限距，但不能靠近，例如用玻璃罩覆盖。表1像距分类物距分类 无限远像距或大于lo倍有限像距 有限像距但不能靠近焦距物在无限远或大于lo倍 电视系统、照相机、电影摄A 望远镜 投影镜头焦距(无限物区) 影机投影镜头、放大镜、显放大镜头、制版镜头、摄B 有限物距(有限物区) 影镜头、带有纤维平板的 电视显微镜微镜转像管有限物距但不能靠近(有 带有玻璃圆盘的像转换管C (显微镜)限物区) (电视显微镜)4

8、测量方法41杂光系数411一般方法图1是用于测量透镜系统VGI的典型装置。jF 飞 7厂 1f 乡乏fdGBT 10988-20091吸收腔；2积分球；3灯；4屏；5被测样品；6检测器；7小孔光阑。图1 无限物场的杂光测量扩展的亮视场(2 z立体角)是由若干灯泡透过相应窗口照明积分球的内壁所构成。积分球上黑斑可用白斑置换。被测镜头放置在和黑斑相对方向的出口处，其前端应伸入积分球内壁。黑斑像的光照度用光电检测器(附有小孔光阑和散射器)来测量。上述检测信号与用白斑取代黑斑时所测到的检测信号之比即为杂光系数。如黑斑不能用一块白斑取代时，可将光阑和检测器移至黑斑像邻近的位置进行测量。根据被测样品的分类

9、选择测量装置。对带状目标物的杂光系数(VGIB)适合用一般方法。扩展光源和检测器系统的测量装置和方法见412、413。412扩展光源和黑斑4121物在无限远(分类A)扩展光源的理想张角为2”立体角，扩展光源和黑斑应处于无限远，也允许采用模拟装置，它所提供的VGI测量结果和物距为无限远的测量结果应相同。若被测样品是电子光学系统(如夜视观察仪)或无焦系统，采用物距大于被测镜头或物镜的10倍焦距；若被测镜头与系统的其余部分连在一起(如带照相机机身的被测镜头)，物距还应远大于系统的最小调焦距离。本标准推荐四种适用于不同测量条件的装置，有关技术性能将在第5章中叙述。41211单个积分球法焦距较短的透镜组

10、可使用图1所示的单个积分球装置，在被测光学系统视场的不同位置都可安置黑斑。41212两个半球法无限物场和无限远物距的杂光测量装置见图2。3GBT 10988-2009l吸收腔；2半球，可变距离；3可转动球孔径；4小孔光阑；5检测器6像平面；7被测样品(被测样品和对于光轴倾斜的半球)；8可变球孔径。注：用第二个半球获得无限远物距。图2无限物场和无限远物距的杂光测量该方法使用一个照明均匀的半球靠近被测样品，提供2立体角的大部分光照度。因第二半球在要求的包含黑斑(吸收腔)的物距上以及包含有扩展光源2“立体角的其余部分。可以通过第一个半球的孔看到第二个半球，其直径应不使被测样品的孔产生光晕。对黑斑像，

11、有限物场稍少于由第二个半球包含的区域。对于轴外测量，第一个半球和被测样品必须有倾斜装置，且该半球的孔应可转动。半球的有效辐射率必须是恒等的。41213积分球和准直仪法若被测样品焦距很长，可用带有准直仪的单个积分球代替两个半球，如图3所示。图3是无限物场使用辅助透镜的杂光测量。对于轴外测量，被测样品应绕入瞳中心旋转。41吸收腔；2准直物镜i3检测器；4小孔光阑；5被测样品。注：像场是轴外的。厂 五 矿图3关于无限物场使用辅助透镜的杂光测量GBT 10988-2009使用任何辅助光组(如准直仪)时，需特别注意不能引入影响测量准确度的杂光(见第5章)。41214矩形箱法用一个满足第5章中光照度规定的

12、矩形箱积分腔代替单个积分球，如图4所示。这种积分腔中的圆形黑斑适用于VGI的测量，带状黑条适用于VGIB的测量。带状黑条装在视场中心的转轴上，转动时可扫过整个视场。这种装置和位于像面上的列阵检测器连用，可快速测量不同成像位置的VGI。，30 0 0 O 0拶0 0 0 0 0 0l一吸收腔；2外围部分；3灯；4被测镜头；5可移动的前端；6黑区。图4矩形箱式辐射源示意图4122物在有限距，有限物区(分类B)测量所用的扩展光源的形状和大小与被测样品物方视场的形状和大小相适应。图5是这种测量VGI的装置。扩展光源是一个均匀照明的漫射透光屏，其大小和形状与被测样品物方视场的形状和大小相同。测量VGI时

13、所用的黑区是一不透明的圆斑，通常可以移到视场的不同区域，不透明的黑色狭带用于测量VGIB。1扩展光源2黑区；3光学台；4滤色片；5漫射屏；6光电倍增管；7检测器组；8孔；9被测光学系统10漫射屏。图5有限物距杂光的测量装置5GBT 10988-20094123不可靠近的物面(分类c)当物面不可靠近(物区为有限大小)时，通常用辅助光组将扩展光源和黑斑投影到物面上，装置和4122相似，只附加一个投影系统。辅助光组引入的杂光应尽可能小，以不影响测量准确度。413检测器系统检测器系统通常包括小孔光阑、滤色片座和检测器，要求检测器在接收光辐射的整个角度范围内响应均匀。由于在被测样品像面内一些表面反射(如

14、摄影物镜机身中的底片)对其杂光有显著影响，为了模拟这种影响，检测器测量孔周围应增加一块与被测样品像面同样大小和反射特性的材料，还需考虑像面区域内使用机械结构(如照相机机身)的影响。总之，测量一个完整系统的杂光，要模拟使用的实际条件。当被测样品像面位于无限远时，可用准直仪将它成像，准直仪的孔径不应使来自被测样品的光产生光晕，其本身的杂光应小到可以忽略不计。当被测样品像面不可靠近时，用一个中继透镜把像面传递到可进行测量的平面，中继透镜本身引入的杂光应尽可能小，以不影响测量准确度。42杂光分布函数421一般方法用于测量对无限远物体工作的透镜的GSF或GSFR的典型装置如图6所示。61光源；2准直管3

15、挡板；1光源；2准直管3枢轴；4挡板；44检测器；5枢轴；6被测镜头。5检测器；6辅助透镜；7被测透镜。b)图6杂光分布函数测量装置GBT 10988-2009在准直仪的焦点上安置一个小的均匀发光的圆形光源，且均匀照明其孔径。被测样品置于来自准直仪的光束中，并使其可以转动以改变光源在其视场中的角度位置，而同时被测样品的入射孔径保持完整的视场。需要用适当的方法(如挡板等)阻挡通过被测系统的任何辐射并使用检测器测量。通常使用以小孔、调节光源光谱内容的滤色片和光电检测器组成的检测器组合装置测量在像面上光照度的分布状态。检测器组合装置的安装应能使其置于被测样品像场中的任何地方。测量GSF的特别条件是检

16、测系统必须有一个大的动态的光照度范围，通常这可以是104106或更大，这由被测透镜和系统的型式决定。要容纳如此大的动态量程，通常检测系统设计为对数式响应。采用中性密度滤色片插入光源或插入置于适当测量台上的检测器组合装置，可以减少所需的动态量程。为归化光照度分布以获得GSF，前者将在光源轴上像上的总通量作为除数。如检测器孔径小于光源像，则总通量采用光源像上光照度的平均值与光源像面积的乘积。若光源光照度是均匀的，则较容易测定。如检测器孔径大于光源像，当光源像位于检测器孔中央时，获得的检测器信号可直接测量总通量。在此情况下，光源像上光照度的均匀性是不重要的。这两个情况的归一化过程如图7所示。类似的考

17、虑应用于GSFR的测量和归一化过程如图8所示。A光源像的面积；a检测器孔的面积；通量信号；z像面距离(线测量)；8像面距离(角测量)。1检测器孔径光源像光照度 ，儿在像上的通量 ky。每单元光照度 Y，(yo口)图7 GSF图表和归一化方法7GBT 1 0988-2009通量信号；A光源像的面积；n检测器孔的面积；d检测器至出瞳的距离；z像面距离(线测量)；目像面距离(角测量)。1检测器孔径光源像强度 kyl(扩口)在像上的通量 每单元通量强度 Y，d2(y。d)图8 GSFR图表和归化方法422光源4221物在无限远(分类A)用于物距无限远的测量装置如图6所示。准直仪的选择必须满足第5章中的

18、准则，以减小准直仪在测量中的影响。如要求光照度是均匀的，光源本身应是一个发光的孔，其系统如图9a)或图9b)所示。841光源；2半漫射屏；3孔；4中继透镜(将漫射屏的像成于平行光管人瞳处)。a)图9光源系统GBT 10988-20091光源；2一一半浸射屏；3孔；4中继透镜(将漫射屏的像成于平行光管人瞳处)；5聚光透镜。b)图9(续)4222物在有限距，有限物区(分类B)用于此类测量的装置如图10所示，光源装置应能在被测样品的物面和幅面内移至任何位置上。由被照明的孔形成光源，为均匀照明在整个视场位置上的被测样品的进光孔，必需用一个灯照明透光漫射屏形成的光源或采用图9中的一个装置。1灯；2光源组

19、；3滤色片；4漫射屏；5小孔光阑；6检测器；7检测器组；8滤色片；9小孔光阑；10被测透镜。图10有限物距镜头的GSF或GSFR的测量装置4223不可靠近的物面(分类c)类似于4222的装置适用于该类测量，用附加的辅助透镜系统将光源像投射到被测样品的物面上。用于测量像增强管的GSF的测量装置如图11所示。GBT 10988-20091孔径一般为o3 mrn的钨卤紊光源组；2中继透镜；3增强管；4孔(孔径一般l mm)；5对数放大器；6变换器。圄11像增强管的GSF测量装置可以忽略不计辅助透镜的杂光。423检测器系统413中关于测量VGI的描述和说明也可用于测量GSF和GSFR。5试验条件51

20、VGI和VGIB的测量511扩展光源5111大小对于分类为A的被测系统，光源对被测系统的人瞳中心的张角应尽可能接近于2立体角。对于分类为B和c的被测系统，光源的大小和形状应与被测系统的物方视场相一致。5112光辐射特性扩展光源具有朗伯发射特性。在直径等于被测系统12视场区域内，允许其亮度的差值应不超过士5 oA，在全视场区域内应不超过士8。5113稳定性在整个杂光系数的测量周期内，光照度随时间的变化应小于5。5114光谱特性扩展光源的光谱功率分布对于检测器的灵敏光谱范围应是已知的，并与测量要求的全部光谱特性相一致。5T15黑斑对于VGI测量，黑斑像的直径应为被测系统像幅对角线的110，相对误差

21、不超过士20；对于VGIB测量，黑带像的宽度等于像幅对角线的110，相对误差不超过士20，其长度通过整个像幅。黑斑的亮度应小于周围亮视场亮度的10 。51-16准直仪和其他辅助光组在测量长焦距(如1 000 mm望远透镜组)物镜时，为避免用一个大的扩展光源，可使用准直物镜和扩展光源(见图3)。准直物镜是单片平凸透镜，两面都镀高质量的减反膜(每个面的反射率在整个波长范围内小于1)，并有足够大的通光孔径，不产生附加渐晕，准直仪对扩展光源的遮拦应尽量减小。1 0GBT 10988-2009在像空间内使用准直仪或任何辅助光组也应符合上述要求。512检测器组5121小孔光阑小孔光阑的直径为黑斑像直径的2

22、0。5122角度响应检测器组的响应应与小孔光阑面上的光照度成比例，在土45。入射角之内，比例常数的变化不超过5。在土80。之内，变化不超过10。5123检测器组表面散射影响若被测系统的杂光要考虑像面材料的表面影响，则在检测器组测量孔周围应放置具有和被测系统像面同样大小和反射特性的材料，以模拟像面材料表面散射的影响。在像幅区域之外任何部分将光线反射到物镜的反射率应小于3。若被测系统的杂光不包括像面材料的表面影响，检测器组表面的反射率应小于3。5124线性连同放大器、电表等在内的检测器系统，在所使用的光强范围内(例如40 dB)应保持线性，符合杂光系数测量所要求的准确度。5125稳定性在杂光系数测

23、量的整个周期内，检测系统灵敏度的变化应小于2。5126光电检测器和滤色片根据光电检测器的光谱响应和扩展光源的光谱特性来选择滤色片的光谱特性。513试验共轭物测试件在无限远系统进行工作时，共轭值最小应为其本身的10倍焦距。若它是一个透镜或光电或无焦系统，则应为物镜的10倍焦距。若被测样品是一个完整的系统(如照相镜头和照相机机身)，则共轭物应大于接近系统的焦距。测试件在有限物距上工作时，则用于杂光测量的共轭值应等于该距离或该测试件设定的距离范围内。514视场位置杂光系数的测量应在被测样品的光轴上和在透镜整个视场的指定位置上进行。如仅测量单一的位置，建议选择09视场，其他视场位置推荐为：03，05和

24、07。515孔径调节物镜的杂光系数测量可在全孔径下进行，特别在评价光阑叶片的杂光分布时也可在其他特定的孔径下进行测量。516测量镜头加照相机机身(或类似完整系统)测量时必须移去照相机后盖，将检测器的小孔光阑紧贴照相机胶片面上进行测量。52 GSF和GSFR的测量521光源5211光辐射特性如果用以进行测量的检测器孔小于光源像，则光源应有均匀的光辐射，在孔的直径范围内差值不超过5。光源像上的总通量由像及其区域内的光照度产生。5212光源的光发射光源发出的辐射的极性分布应使准直仪的人瞳是被均匀照亮的(强度的任何变化最好在10内)。5213稳定性必须监测光源辐射强度随时间对测量产生显著影响的变化。1

25、1GBT 10988-20095214光谱特性要已知光源在检测器灵敏光谱区域内的光谱功率分布。5215光源直径光源直径应足够小，使其体积的任何变化不影响重要区域的GSF值。通常光源的张角相当于该系统120线视场对应的视场角。522准直仪和其他辅助光组准直仪无需很好地校正有关的像差(即角像差约为510。或较小视场的被测系统)。准直仪是单片平凸透镜，可以避免杂光的影响。523检测器组523T检测器组的直径应足够小，其尺寸的任何变化不影响重要的GSF值。5232灵敏度的稳定性检测器组应监测明显影响测量或光照度的灵敏度变化。若在杂光的测量周期内出现变化，则该变化是明显的。若使用干涉滤光片，应特别注意要

26、保证透射或因倾斜而引起明显的光谱改变。5233响应准确度连同光学滤光片、放大器、电表等检测器系统的理想响应特性应在光强范围内测量，符合杂光测量所要求的准确度，一般采用对数响应特性。光强范围为104106，由试验中的镜头或装置的类型决定。5234检测器组的反射率可反射辐射的检测器组的外表面应镀具有合适反射率的材料。如单独测量透镜或反射镜系统的杂光时，反射率最大值为3。如果杂光测量包含检测器(如摄影材料的影响)，则此反射率值的应用条件的描述见5123。6测试条件规范在表示杂光测量结果时，需全面说明被测系统的有关性能、参数以及测试条件。测量一个完整的系统时，还需考虑如摄影材料表面、显像管面板、照相机

27、机身等各种因素的影响。测试结果报告应包含下列项目和参数：a) 被测系统的组成、名称、型式和编号，透镜的焦距和最小F数或无焦系统，放大率和入瞳或出瞳直径；b)光源的形状和张角或大小；c) 黑斑或其像的形状和张角或大b(仅对VGI或VGIB的测量)；d)检测器小孔光阑直径je)物距和放大率；f)辐射光源和附带滤色片以及检测器和附带滤色片的光谱特性；g) 指明像面内是否用摄影材料(或类似材料)进行杂光测量；h) 如测量时使用外罩，要说明是否是被测系统的整体；i)透镜孔径(F数)；j)视场位置；k)指明是否需用辅助设备如辅助透镜。7测量杂光注意要点71检测器暗电流在使用直流测量时，如果检测器暗电流与杂

28、光信号相比不可忽略时，在测量时要加以校正。12GBT 10988-200972杂光辐射注意周围环境如实验室墙壁、室内物品以及其他光源如仪器指示灯等的影响，测量时要采取措施，尽量使它们的影响减到最小。73光学表面上的灰尘和污迹被测系统光学表面上的任何灰尘和污迹都会影响杂光测量结果，在测量前应清洁表面。74辅助光学系统辅助光学系统是一个杂光源，应避免使用。当必需使用辅助光学系统时，要确保它们对综合系统的杂光无明显影响，应对该系统的剩余杂光进行校正。75归一化对于GSF的测量，当光源像大于检测器的孔径时，通过校准设备的信号强度或在纵坐标上用曲线表示完成归一化，使光源像输出信号强度平均值与光源像的面积

29、的乘积等于总的杂光。当检测器孔径大于光源像时，光源像的输出信号的峰值与检测器孔的面积的乘积等于总的杂光。类似的归一化程序也可应用于测量GSFR，须使用系统出瞳的主体张角代替光源像或检测器孔的面积。实际上用在光源像区的信号强度在坐标上绘制GSF和GSFR曲线是常用的方法。当无法读取GSF值和GSFR值时，应使用合适的比例系数。8测试结果表示81总则在描述杂光测量结果时，应表明有关试验条件的全部信息，GSF和GSFR的描述采用检测器扫描图或光源扫描图两种方法中的一种，表示测量值的方法推荐如下。82 VGI和VGIBVGI和VGIB用百分比来表示，在数个视场位置上进行测量时，可用表格或作图形式表示测

30、量结果。83 GSF和GSFR831检测器扫描图测量可使用任何一种图表形式表述。如一系列有关杂光的函数的曲线标示为纵坐标(通常需要适用于大函数值的对数比例尺)，而像平面的检测器位置标示为横坐标，对于固定的光源位置还是采用表格形式表示同样的信息。832光源扫描图测量可使用任何一种图表形式表述。如一系列有关杂光函数的曲线标示为纵坐标，而检测器位置标示为横坐标，对于固定的检测器位置还是用表格形式表示同样信息。对于圆形对称系统，在与检测器共轴情况下，能够从光源扫描横扫过系统视场对角线的信号中获得许多有用的信息。84测量不确定度的评估与结果表述有关的测量不确定度的评估应是估算值和在规定概率水平的置信区间，不确定度由观察到的重复测量的变差与辅助设备校准时的不确定度组合确定。