航天相機真空中焦面預置裝置的製作方法
2023-09-11 06:34:00
專利名稱：航天相機真空中焦面預置裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於光學領域，涉及一種航天相機真空中焦面預置裝置，尤其涉及一種航天相機在發射上天后，用於在地面對航天相機的焦面進行預置，保證航天相機上天后能夠清晰成像的目的的真空中焦面預置裝置。
背景技術：
目前眾多航天光學載荷上天后，都存在焦面會偏離原來地面標定的位置，這樣將直接降低其傳遞函數，影響成像質量。在各種航天相機的研製中所設計的光學系統都是按照真空工作條件來設計的，而實際的光機裝調及測試都是在地面環境空氣中完成的。然而這種地面的裝配環境一般和天上的工作環境是不同的，即航天相機都會受真空環境的影響，像面產生真空離焦現象。若航天相機工作在這種像面離焦情況中，則相機不能在天空中清晰成像，滿足不了航天相機對地觀測的需要。 目前對於航天相機焦面真空離焦的問題有兩種解決辦法，第一種通過設計焦深大，真空離焦量小的光學系統來彌補真空離焦對成像質量的影響；第二種通過航天相機在軌實時控制像面位置，即實時調整焦面前後來保證其清晰成像。上述兩種方法雖然在實際工程中已被廣泛應用，但是仍然存在很多缺陷。第一種方法雖然對於長焦距航天相機可靠性很好，但是對於短焦、大相對孔徑航天相機來說，其焦深太小，在真空中光學系統的離焦量超過了焦深的承受範圍，則對相機的成像質量會產生較大的影響，嚴重時可能無法清晰成像。對於第二種方法，一般在衛星可承載負載質量較大時被採用，但對於小型航天相機，要在其焦面上安裝一種自動調焦機構，這樣機構將大大增加相機的整機質量。對於航天相機來說，增加相機質量來保證像質是很不可取的方法；另外，這種調焦機構的安置，將大大降低航天相機在軌工作的可靠性。因此，上述兩種方法急需進一步改進。
實用新型內容為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本實用新型結合真空成像原理提供了一種能夠有效的在地面對航天相機的焦面進行預置、可保證航天相機在上天后能清晰成像的航天相機真空中焦面預置裝置。本實用新型的技術解決方案是本實用新型提供了一種航天相機真空中焦面預置裝置，其特殊之處在於所述航天相機真空中焦面預置裝置包括光源、平行光光學系統、數據採集及處理系統以及真空系統；所述數據採集及處理系統與平行光光學系統相連；所述平行光光學系統設置在光源的出射光路上；所述真空系統設置在平行光學系統的出射光路上，待測相機置於平行光光學系統後的出射光路上並與數據採集及處理系統電性連接。上述平行光光學系統包括平行光管、設置在平行光管端部的平行光管目標靶以及光柵尺；所述光柵尺與數據採集及處理系統電性連接；所述光源的出射光依次經過平行光管目標靶以及平行光管。上述真空系統包括真空罐；所述真空罐包括罐體以及設置在罐體上的光入射窗口 ；所述光入射窗口設置在經平行光光學系統的出射光路上；待測相機置於罐體內部並處於平行光管的出射光路上。上述光入射窗口是透光玻璃。本實用新型的優點是I、本實用新型所提供的航天相機真空中焦面預置裝置，利用幾何光學成像原理，結合光學系統在真空中焦面離焦現象，首次突破性的提出了一種航天相機在地面對其焦面預置的裝置，解決了焦平面在真空中偏移量修正的問題；該裝置也可擴展應用於各類相機光電對接時，焦面修切量的精確測試，這種裝置的應用對於光電對接裝調中修切墊的精確研磨，提供了可靠的測試保證；應用範圍廣，涵蓋航天相機中紫外、可見、紅外、透射、反射、折反射式等各類光學系統的真空焦面預置，因此具有廣泛的推廣前景；本實用新型是用於對在軌航天相機焦面預置的關鍵技術，該項技術的研究成功，將預示著國內航天相機地面定標技術進入一個新的臺階。因此，開展航天相機真空焦面預置的研究，將對我國航天光學載荷的發展起著推動性作用。 2、本實用新型所提供的航天相機真空中焦面預置裝置，利用地面環境試驗設備，搭建了一套較簡單、可靠性好、測試精度高的焦面在真空中離焦量測試系統，其在地面上可真實模擬航天相機在軌工作情況；該裝置解決了以往真空焦面離焦量，通過軟體估算精度低的難題，其實際測試精度可達到±2 μ m，完全滿足各類航天相機真空焦面預置的測試要求；同時，該裝置利用環境試驗設備一一真空罐，在相機光學像質測試時，將待測相機放置於真空罐中，則其不受環境雜散光及氣流對真實成像質量測量帶來的影響，尤其對於大口徑、長焦距的航天相機更為顯著。
圖I是本實用新型所提供的航天相機真空中焦面預置裝置的結構示意圖；其中I-真空罐；2_待測相機焦面；3_待測相機；4_真空罐窗口玻璃；5_平行光管；6-平行光管目標靶；7_光柵尺；8_數據採集及處理系統。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型提供了航天相機真空中焦面預置裝置，該裝置包括光源、平行光光學系統、數據採集及處理系統8以及真空系統；數據採集及處理系統8與平行光光學系統相連；平行光光學系統設置在光源的出射光路上；真空系統設置在平行光學系統的出射光路上，待測相機3置於平行光光學系統後的出射光路上並與數據採集及處理系統8電性連接。平行光光學系統包括平行光管5、設置在平行光管5端部的平行光管目標靶6以及光柵尺7 ;光柵尺7與數據採集及處理系統8電性連接；光源的出射光依次經過平行光管目標靶6以及平行光管5。真空系統包括真空罐I ;真空罐包括罐體以及設置在罐體上的光入射窗口 ；光入射窗口設置在經平行光光學系統的出射光路上；待測相機置於罐體內部並處於平行光管的出射光路上。光入射窗口是透光玻璃。[0018]基於本實用新型的工作原理以及圖I所示內容，本實用新型的具體工作過程是在真空罐I外的平行光管5將其焦面部件調至最佳焦面位置(即平行光管出射光為平行光)，此時使待測相機3對準平行光管5進行拍攝，若待測相機3所拍攝的目標像其光學傳遞函數MTF滿足使用要求，則此時待測相機的焦面2位置為地面標定的最佳位置。然後將真空罐I抽真空，使其能真實模擬真空的實際環境。此時再次將待測相機3對平行光管5目標進行拍攝，同時不斷延光軸方向前後調整平行光管5焦平面的位置，直到待測相機3所拍攝的目標像光學傳遞函數MTF與抽真空前光學傳遞函數MTF值相同時為止，這時根據平行光管焦面後的光柵尺7讀數，利用公式(I)可精確計算出待測相機焦面2位置的修切量(修切方向與平行光管5焦面移動方向保持一致)。修切完待測相機焦面2後，再次將待測相機3放置在真空罐I內並對其抽真空，同時將平行光管5焦面復位，若待測相機3再次對平行光管5目標拍攝，則其所拍攝的目標像光學傳遞函數MTF可滿足使用要求，即完成待測相機3的真空焦面預置。
f / Y
I - Im. X；_ _
,41丨_ f X,光⑴
V .,光 J式中I #為待測相機焦面修切量，f*為待測相機的焦距，f I為平行光管的焦距，I ^為平行光管的離焦量。其中各部分的功能如下介紹真空罐I主要模擬真空環境，保證待測相機3能夠真實的工作在真空環境中。待測相機焦面2主要是保證待測相機3在真空環境中能夠前後調節，以保證待測相機3達到最佳成像的目的。待測相機3是該試驗的被測試件，用於驗證該定標裝置的可行性。真空罐窗口玻璃4主要提供理想的光學窗口，保證待測相機3放在真空罐I中可接收到平行光管5的出射光目標，同時該窗口玻璃4要求不對待測相機3的成像質量產生影響。平行光管5主要提供無窮遠的目標，用於標定待測相機3在真空中的離焦量。平行光管目標靶6用於測試待測相機的傳遞函數，通過調整目標靶的離焦量，計算其不同位置的傳遞函數，來定標待測相機焦面2的實際離焦量。光柵尺7安裝在平行光管目標靶6後面，用來測量平行光管焦面6離焦量的大小。數據採集及處理系統8用於實時採集待測相機3拍攝的目標圖像，並對該圖像進行處理、計算其傳遞函數，保證待測相機3放置在真空罐I前後傳遞函數一致；同時對光柵尺7輸出的平行光管5離焦量進行採集，利用公式(I)計算其待測相機焦面2的離焦量。
權利要求1.一種航天相機真空中焦面預置裝置，其特徵在於所述航天相機真空中焦面預置裝置包括光源、平行光光學系統、數據採集及處理系統以及真空系統；所述數據採集及處理系統與平行光光學系統相連；所述平行光光學系統設置在光源的出射光路上；所述真空系統設置在平行光學系統的出射光路上，待測相機置於平行光光學系統後的出射光路上並與數據採集及處理系統電性連接。
2.根據權利要求I所述的航天相機真空中焦面預置裝置，其特徵在於所述平行光光學系統包括平行光管、設置在平行光管端部的平行光管目標靶以及光柵尺；所述光柵尺與數據採集及處理系統電性連接；所述光源的出射光依次經過平行光管目標靶以及平行光管。
3.根據權利要求2所述的航天相機真空中焦面預置裝置，其特徵在於所述真空系統包括真空罐；所述真空罐包括罐體以及設置在罐體上的光入射窗ロ ；所述光入射窗ロ設置在經平行光光學系統的出射光路上；待測相機置於罐體內部並處於平行光管的出射光路上。
4.根據權利要求3所述的航天相機真空中焦面預置裝置，其特徵在於所述光入射窗ロ是透光玻璃。
專利摘要本實用新型涉及一種航天相機真空中焦面預置裝置，該預置包括光源、平行光光學系統、數據採集及處理系統以及真空系統；數據採集及處理系統與平行光光學系統相連；平行光光學系統設置在光源的出射光路上；真空系統設置在平行光學系統的出射光路上，待測相機置於平行光光學系統後的出射光路上並與數據採集及處理系統電性連接。本實用新型結合真空成像原理提供了一種能夠有效的在地面對航天相機的焦面進行預置、可保證航天相機在上天后能清晰成像的航天相機真空中焦面預置裝置。
文檔編號G01C11/02GK202614226SQ201220215270
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月15日 優先權日2012年5月15日
發明者徐亮, 趙建科, 周豔, 薛勳, 劉峰, 胡丹丹, 張潔, 昌明 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所