專利名稱：航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，尤其涉及一種航天相機(jī)在發(fā)射上天后，用于在地面對航天相機(jī)的焦面進(jìn)行預(yù)置，保證航天相機(jī)上天后能夠清晰成像的目的的真空中焦面預(yù)置裝置。
背景技術(shù)：
目前眾多航天光學(xué)載荷上天后，都存在焦面會偏離原來地面標(biāo)定的位置，這樣將直接降低其傳遞函數(shù)，影響成像質(zhì)量。在各種航天相機(jī)的研制中所設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)都是按照真空工作條件來設(shè)計(jì)的，而實(shí)際的光機(jī)裝調(diào)及測試都是在地面環(huán)境空氣中完成的。然而這種地面的裝配環(huán)境一般和天上的工作環(huán)境是不同的，即航天相機(jī)都會受真空環(huán)境的影響，像面產(chǎn)生真空離焦現(xiàn)象。若航天相機(jī)工作在這種像面離焦情況中，則相機(jī)不能在天空中清晰成像，滿足不了航天相機(jī)對地觀測的需要。 目前對于航天相機(jī)焦面真空離焦的問題有兩種解決辦法，第一種通過設(shè)計(jì)焦深大，真空離焦量小的光學(xué)系統(tǒng)來彌補(bǔ)真空離焦對成像質(zhì)量的影響；第二種通過航天相機(jī)在軌實(shí)時(shí)控制像面位置，即實(shí)時(shí)調(diào)整焦面前后來保證其清晰成像。上述兩種方法雖然在實(shí)際工程中已被廣泛應(yīng)用，但是仍然存在很多缺陷。第一種方法雖然對于長焦距航天相機(jī)可靠性很好，但是對于短焦、大相對孔徑航天相機(jī)來說，其焦深太小，在真空中光學(xué)系統(tǒng)的離焦量超過了焦深的承受范圍，則對相機(jī)的成像質(zhì)量會產(chǎn)生較大的影響，嚴(yán)重時(shí)可能無法清晰成像。對于第二種方法，一般在衛(wèi)星可承載負(fù)載質(zhì)量較大時(shí)被采用，但對于小型航天相機(jī)，要在其焦面上安裝一種自動調(diào)焦機(jī)構(gòu)，這樣機(jī)構(gòu)將大大增加相機(jī)的整機(jī)質(zhì)量。對于航天相機(jī)來說，增加相機(jī)質(zhì)量來保證像質(zhì)是很不可取的方法；另外，這種調(diào)焦機(jī)構(gòu)的安置，將大大降低航天相機(jī)在軌工作的可靠性。因此，上述兩種方法急需進(jìn)一步改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型結(jié)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(jī)的焦面進(jìn)行預(yù)置、可保證航天相機(jī)在上天后能清晰成像的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是本實(shí)用新型提供了一種航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，其特殊之處在于所述航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置包括光源、平行光光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)與平行光光學(xué)系統(tǒng)相連；所述平行光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在光源的出射光路上；所述真空系統(tǒng)設(shè)置在平行光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上，待測相機(jī)置于平行光光學(xué)系統(tǒng)后的出射光路上并與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)電性連接。上述平行光光學(xué)系統(tǒng)包括平行光管、設(shè)置在平行光管端部的平行光管目標(biāo)靶以及光柵尺；所述光柵尺與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)電性連接；所述光源的出射光依次經(jīng)過平行光管目標(biāo)靶以及平行光管。上述真空系統(tǒng)包括真空罐；所述真空罐包括罐體以及設(shè)置在罐體上的光入射窗口 ；所述光入射窗口設(shè)置在經(jīng)平行光光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上；待測相機(jī)置于罐體內(nèi)部并處于平行光管的出射光路上。上述光入射窗口是透光玻璃。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是I、本實(shí)用新型所提供的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，利用幾何光學(xué)成像原理，結(jié)合光學(xué)系統(tǒng)在真空中焦面離焦現(xiàn)象，首次突破性的提出了一種航天相機(jī)在地面對其焦面預(yù)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(kuò)展應(yīng)用于各類相機(jī)光電對接時(shí)，焦面修切量的精確測試，這種裝置的應(yīng)用對于光電對接裝調(diào)中修切墊的精確研磨，提供了可靠的測試保證；應(yīng)用范圍廣，涵蓋航天相機(jī)中紫外、可見、紅外、透射、反射、折反射式等各類光學(xué)系統(tǒng)的真空焦面預(yù)置，因此具有廣泛的推廣前景；本實(shí)用新型是用于對在軌航天相機(jī)焦面預(yù)置的關(guān)鍵技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的研究成功，將預(yù)示著國內(nèi)航天相機(jī)地面定標(biāo)技術(shù)進(jìn)入一個(gè)新的臺階。因此，開展航天相機(jī)真空焦面預(yù)置的研究，將對我國航天光學(xué)載荷的發(fā)展起著推動性作用。 2、本實(shí)用新型所提供的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，利用地面環(huán)境試驗(yàn)設(shè)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(tǒng)，其在地面上可真實(shí)模擬航天相機(jī)在軌工作情況；該裝置解決了以往真空焦面離焦量，通過軟件估算精度低的難題，其實(shí)際測試精度可達(dá)到±2 μ m，完全滿足各類航天相機(jī)真空焦面預(yù)置的測試要求；同時(shí)，該裝置利用環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備一一真空罐，在相機(jī)光學(xué)像質(zhì)測試時(shí)，將待測相機(jī)放置于真空罐中，則其不受環(huán)境雜散光及氣流對真實(shí)成像質(zhì)量測量帶來的影響，尤其對于大口徑、長焦距的航天相機(jī)更為顯著。

圖I是本實(shí)用新型所提供的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中I-真空罐；2_待測相機(jī)焦面；3_待測相機(jī)；4_真空罐窗口玻璃；5_平行光管；6-平行光管目標(biāo)靶；7_光柵尺；8_數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型提供了航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，該裝置包括光源、平行光光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8以及真空系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8與平行光光學(xué)系統(tǒng)相連；平行光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在光源的出射光路上；真空系統(tǒng)設(shè)置在平行光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上，待測相機(jī)3置于平行光光學(xué)系統(tǒng)后的出射光路上并與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8電性連接。平行光光學(xué)系統(tǒng)包括平行光管5、設(shè)置在平行光管5端部的平行光管目標(biāo)靶6以及光柵尺7 ;光柵尺7與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8電性連接；光源的出射光依次經(jīng)過平行光管目標(biāo)靶6以及平行光管5。真空系統(tǒng)包括真空罐I ;真空罐包括罐體以及設(shè)置在罐體上的光入射窗口 ；光入射窗口設(shè)置在經(jīng)平行光光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上；待測相機(jī)置于罐體內(nèi)部并處于平行光管的出射光路上。光入射窗口是透光玻璃。[0018]基于本實(shí)用新型的工作原理以及圖I所示內(nèi)容，本實(shí)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(diào)至最佳焦面位置(即平行光管出射光為平行光)，此時(shí)使待測相機(jī)3對準(zhǔn)平行光管5進(jìn)行拍攝，若待測相機(jī)3所拍攝的目標(biāo)像其光學(xué)傳遞函數(shù)MTF滿足使用要求，則此時(shí)待測相機(jī)的焦面2位置為地面標(biāo)定的最佳位置。然后將真空罐I抽真空，使其能真實(shí)模擬真空的實(shí)際環(huán)境。此時(shí)再次將待測相機(jī)3對平行光管5目標(biāo)進(jìn)行拍攝，同時(shí)不斷延光軸方向前后調(diào)整平行光管5焦平面的位置，直到待測相機(jī)3所拍攝的目標(biāo)像光學(xué)傳遞函數(shù)MTF與抽真空前光學(xué)傳遞函數(shù)MTF值相同時(shí)為止，這時(shí)根據(jù)平行光管焦面后的光柵尺7讀數(shù)，利用公式(I)可精確計(jì)算出待測相機(jī)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(jī)焦面2后，再次將待測相機(jī)3放置在真空罐I內(nèi)并對其抽真空，同時(shí)將平行光管5焦面復(fù)位，若待測相機(jī)3再次對平行光管5目標(biāo)拍攝，則其所拍攝的目標(biāo)像光學(xué)傳遞函數(shù)MTF可滿足使用要求，即完成待測相機(jī)3的真空焦面預(yù)置。
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V .,光 J式中I #為待測相機(jī)焦面修切量，f*為待測相機(jī)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(huán)境，保證待測相機(jī)3能夠真實(shí)的工作在真空環(huán)境中。待測相機(jī)焦面2主要是保證待測相機(jī)3在真空環(huán)境中能夠前后調(diào)節(jié)，以保證待測相機(jī)3達(dá)到最佳成像的目的。待測相機(jī)3是該試驗(yàn)的被測試件，用于驗(yàn)證該定標(biāo)裝置的可行性。真空罐窗口玻璃4主要提供理想的光學(xué)窗口，保證待測相機(jī)3放在真空罐I中可接收到平行光管5的出射光目標(biāo)，同時(shí)該窗口玻璃4要求不對待測相機(jī)3的成像質(zhì)量產(chǎn)生影響。平行光管5主要提供無窮遠(yuǎn)的目標(biāo)，用于標(biāo)定待測相機(jī)3在真空中的離焦量。平行光管目標(biāo)靶6用于測試待測相機(jī)的傳遞函數(shù)，通過調(diào)整目標(biāo)靶的離焦量，計(jì)算其不同位置的傳遞函數(shù)，來定標(biāo)待測相機(jī)焦面2的實(shí)際離焦量。光柵尺7安裝在平行光管目標(biāo)靶6后面，用來測量平行光管焦面6離焦量的大小。數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)8用于實(shí)時(shí)采集待測相機(jī)3拍攝的目標(biāo)圖像，并對該圖像進(jìn)行處理、計(jì)算其傳遞函數(shù)，保證待測相機(jī)3放置在真空罐I前后傳遞函數(shù)一致；同時(shí)對光柵尺7輸出的平行光管5離焦量進(jìn)行采集，利用公式(I)計(jì)算其待測相機(jī)焦面2的離焦量。
權(quán)利要求1.一種航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，其特征在于所述航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置包括光源、平行光光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)與平行光光學(xué)系統(tǒng)相連；所述平行光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在光源的出射光路上；所述真空系統(tǒng)設(shè)置在平行光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上，待測相機(jī)置于平行光光學(xué)系統(tǒng)后的出射光路上并與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)電性連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，其特征在于所述平行光光學(xué)系統(tǒng)包括平行光管、設(shè)置在平行光管端部的平行光管目標(biāo)靶以及光柵尺；所述光柵尺與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)電性連接；所述光源的出射光依次經(jīng)過平行光管目標(biāo)靶以及平行光管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，其特征在于所述真空系統(tǒng)包括真空罐；所述真空罐包括罐體以及設(shè)置在罐體上的光入射窗ロ ；所述光入射窗ロ設(shè)置在經(jīng)平行光光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上；待測相機(jī)置于罐體內(nèi)部并處于平行光管的出射光路上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，其特征在于所述光入射窗ロ是透光玻璃。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種航天相機(jī)真空中焦面預(yù)置裝置，該預(yù)置包括光源、平行光光學(xué)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)；數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)與平行光光學(xué)系統(tǒng)相連；平行光光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在光源的出射光路上；真空系統(tǒng)設(shè)置在平行光學(xué)系統(tǒng)的出射光路上，待測相機(jī)置于平行光光學(xué)系統(tǒng)后的出射光路上并與數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)電性連接。本實(shí)用新型結(jié)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(jī)的焦面進(jìn)行預(yù)置、可保證航天相機(jī)在上天后能清晰成像的航天相機(jī)真空中焦面預(yù)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(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者徐亮, 趙建科, 周艷, 薛勛, 劉峰, 胡丹丹, 張潔, 昌明 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所