專(zhuān)利名稱(chēng)：大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種大口徑星等模擬器系統(tǒng)，尤其涉及一種大口徑、消雜光弱光星等的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在進(jìn)行深空探測(cè)時(shí)，為了探測(cè)到亮度更弱或者距離地球更遠(yuǎn)的星體，需要研制一些高靈敏度的探測(cè)相機(jī)，高靈敏度的相機(jī)探測(cè)能力很強(qiáng)，目前，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備去模擬亮度很弱的星體。國(guó)內(nèi)標(biāo)定探測(cè)相機(jī)的方法是用探測(cè)相機(jī)在深山中對(duì)國(guó)際上公認(rèn)的已知星等的恒星進(jìn)行拍攝，然后將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對(duì)探測(cè)相機(jī)的校準(zhǔn)與標(biāo)定，但這種標(biāo)定方法受到自然條件和天氣的影響，有時(shí)連續(xù)等待幾十天也不一定等到滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)條件的天氣，而且此種方法受到大氣對(duì)光譜的吸收，大氣密度的測(cè)量精度以及大氣透過(guò)了的不穩(wěn)定性影響，所以標(biāo)定精度較低，尤其是對(duì)高探測(cè)能力的弱光探測(cè)相機(jī)，由于大氣的散射產(chǎn)生雜散光，使得探測(cè)相機(jī)背景變亮，微弱目標(biāo)信息完全淹沒(méi)在暗背景中。所以，研究實(shí)驗(yàn)室內(nèi)標(biāo)定探測(cè)相機(jī)是一種必然的選擇，雖然國(guó)內(nèi)已經(jīng)研制出了標(biāo)準(zhǔn)星等的星模擬器，但是由于星模擬器自身雜散光難以消除，無(wú)法模擬較高星等，因此，國(guó)內(nèi)的星模擬器無(wú)法標(biāo)定弱光探測(cè)相機(jī)探測(cè)能力，而且，目前國(guó)內(nèi)的星模擬器有效口徑較小，不能完成大口徑星模擬器的標(biāo)定任務(wù)，因此，需要研制一種大口徑，消雜光的星模擬器來(lái)完成對(duì)高探測(cè)能力的弱光探測(cè)相機(jī)的標(biāo)定任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種可實(shí)現(xiàn)消雜光、模擬精度高的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特殊之處在于:所述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)包括平行光管，所述平行光管包括主鏡、第一次反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡以及平面反射鏡；所述平面反射鏡設(shè)置在入射至平行光管的入射光路上；所述第二次反射鏡設(shè)置在平面反射鏡以及第三次反射鏡的反射光路上；所述第三次反射鏡以及第一次反射鏡設(shè)置在第二次反射鏡的反射光路上；所述主鏡設(shè)置在第一次反射鏡的反射光路上；所述入射至平行光管的入射光依次經(jīng)過(guò)平面反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡、第二次反射鏡、第一次反射鏡以及主鏡反射出去。上述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)還包括設(shè)置在平行光管內(nèi)部的消雜光組件。上述消雜光組件包括設(shè)置在第三次反射鏡和第二次反射鏡之間的消雜光光闌。上述消雜光光闌設(shè)置在經(jīng)第三次反射鏡至第二次反射鏡的反射光路上。上述消雜光組件還包括設(shè)置在消雜光光闌上的消光罩。上述消雜光組件還包括設(shè)置在平行光管出射口內(nèi)部的第一消雜光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、設(shè)置在主反射鏡的外側(cè)的第二消雜光筒、設(shè)置在第一次反射鏡外側(cè)的第三消雜光筒以及設(shè)置在第二次反射鏡和第三次反射鏡中間的光路上的消光體。
上述消光體是兩個(gè)口徑不同的消光筒拼接而成的。上述消雜光光闌是ΦΙ Π 的通光孔。上述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)還包括光源以及星點(diǎn)板，所述星點(diǎn)板設(shè)置在平行光管的一次像面上；所述平行光管的平面反射鏡設(shè)置在光源的出射光路上。上述光源是積分球光源。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明所提供大口徑消雜光星等模擬器的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)的星等模擬器不同之處是，消雜光星等模擬器系統(tǒng)中存在一個(gè)二次像面，在二次像面處安裝有消雜光光闌和遮光罩，二次像面與一次像面之間的光路是一個(gè)封閉的空間，這樣，從系統(tǒng)發(fā)出的光束，只有有效立體角內(nèi)的光束可以通過(guò)遮光罩并從消雜光光闌入射到星模擬器系統(tǒng)，而光源發(fā)出的有效立體角以外的光束均被遮光罩和消雜光光闌遮擋，從而實(shí)現(xiàn)消雜光功能。本發(fā)明的消雜光星模擬器，由于在光學(xué)路中設(shè)置有二次像面，在二次像面處設(shè)置有Φ1_的消雜光光闌和遮光罩，并且系統(tǒng)還設(shè)置有3個(gè)消光筒和I個(gè)消光體，消雜光裝置可以有效的遮擋系統(tǒng)的雜散光。所以，本系統(tǒng)具有極高的消雜光能力，可以模擬到16等星乃至更高的星等，解決了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有星模擬器由于系統(tǒng)雜散光太大，無(wú)法高精度模擬10等及10等以上的星等。


圖1是本發(fā)明所提供的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中消雜光光闌部分的放大圖；其中: 1-主反射鏡、2-第一次反射鏡、3-第二次反射鏡、4-第三次反射鏡、5-平面反射鏡、6-消雜光光闌、7-消光罩、8-第一消光筒、9-第二消光筒、10-第三消光筒、11-消光體、12-遮光罩、13-星點(diǎn)板、14-積分球光源。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的消雜光星模擬器，主要由平行光管、消雜光組件、光源系統(tǒng)組成；平行光管包括主反射鏡1、第一次反射鏡2、第二次反射鏡3、第三次反射鏡4、平面反射鏡5，主反射鏡I設(shè)置在星模擬器的出射光路上、第一次反射鏡2、第二次反射鏡3、第三次反射鏡4和平面反誰(shuí)鏡5設(shè)置在平行光管主鏡與焦平面之間的光路上，平面反射鏡5是用來(lái)折轉(zhuǎn)系統(tǒng)光路的；消雜光組件包括消雜光光闌6、消光罩7、第一消光筒8、第二消光筒9、第三消光筒
10、消光體11和遮光罩12，消雜光光闌6設(shè)置在星模擬器的二次像面上，消光罩7設(shè)置在消雜光光闌6的外側(cè)，第一消光筒8設(shè)置星模擬器的光出射口內(nèi)，第二消光筒9在主反射鏡I的外側(cè)，第三消光筒10設(shè)置在第一次反射鏡2的外側(cè)，消光體11設(shè)置星模擬器二次像面和一次像面中間的光路上；光源系統(tǒng)由星點(diǎn)板13和積分球光源14組成，星點(diǎn)板13設(shè)置在星模擬器的焦平面上，積分球光源14設(shè)置在星點(diǎn)板13的外側(cè)。積分球光源14發(fā)出的光線(xiàn)照亮星點(diǎn)板后，經(jīng)過(guò)平面反射鏡5的反射進(jìn)入星模擬器，最終從星模擬器出射口形成平行光束出射，由于積分球光源14發(fā)出的光束立體角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平行光管的F#所對(duì)應(yīng)的立體角，所以積分球光源14發(fā)出的光能量絕大部分不能模擬無(wú)窮遠(yuǎn)星點(diǎn)發(fā)出的光能量，而經(jīng)過(guò)系統(tǒng)內(nèi)壁的漫反射變成對(duì)星模擬器系統(tǒng)有害的雜散光，而現(xiàn)有的星模擬器只是在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置一些遮擋雜散光的裝置，并不能有效阻止雜散光從系統(tǒng)出射口出射。為了解決雜散光對(duì)系統(tǒng)星等模擬精度的影響，本發(fā)明提出了一種新的星模擬器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)平行光管光路中增加一個(gè)二次像面，并用消光體11將二次像面與一次像面中間的光路形成一個(gè)密閉，在二次像面上安裝一個(gè)消雜光光闌6和消光罩7用來(lái)吸收和遮擋雜散光，參見(jiàn)圖2，而有效的模擬光束則順利通過(guò)消雜光光闌6和消光罩7形成平行光束從星模擬器出射口出射。本發(fā)明正是利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)星模擬器的消雜光功能的，具體原理如下:積分球光源14以2π (Sr)立體角發(fā)出的光線(xiàn)照亮星點(diǎn)板13后，星點(diǎn)輻射出的光能量覆蓋2π (Sr)立體角的空間，假設(shè)在這2π (Sr)立體角空間的光能量是均勻分布的。一般星模擬器系統(tǒng)的F#= 10，對(duì)應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑角U = 2.86°，所以，一般星模擬器系統(tǒng)的出瞳對(duì)焦點(diǎn)處星點(diǎn)光源的圍成的立體角為0.031 (Sr)，而星點(diǎn)輻射的立體角為
6.28 (Sr)，可以計(jì)算出，從星點(diǎn)輻射出的光能量?jī)H有不到I %的能量是真正有用的光能，而其余99%的能量照射到模擬器系統(tǒng)內(nèi)壁形成雜散光，由于雜散光形成的原因很多(系統(tǒng)內(nèi)壁的漫反射，散射，光學(xué)玻璃的散射以及孔徑衍射等)，雜散光的分布是不能被準(zhǔn)確追跡和計(jì)算的。傳統(tǒng)的星模擬器只是在系統(tǒng)各光學(xué)玻璃周?chē)惭b遮光罩，并將系統(tǒng)內(nèi)壁做染黑處理，但這并不能有效的消除系統(tǒng)的雜散光。本發(fā)明研制的星模擬器在光路中加入一個(gè)二像面，并用消光體11將二次像面與一次像面中間的光路包成一個(gè)密閉的空間，在二次像面出安裝一個(gè)大小適中的通光孔(消雜光光闌6)，這樣，I %有效光束將會(huì)在二次像面上匯聚成一個(gè)與通光孔大小相當(dāng)?shù)墓獍撸樌錾涞较乱幻娣瓷溏R，而其余99%形成雜散光的光線(xiàn)會(huì)在這個(gè)密閉的空間內(nèi)經(jīng)過(guò)多次的反射而被內(nèi)壁吸收。本發(fā)明就是利用這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)星模擬器消雜光功能的，解決了傳統(tǒng)的星模擬器由于雜散光太大而不能精確模擬星點(diǎn)在星模擬器系統(tǒng)出瞳處的照度，無(wú)法高精度模擬微弱星點(diǎn)目標(biāo)的難題。本發(fā)明的星模擬器系統(tǒng)具有很高消雜光能力，可以模擬現(xiàn)有星模擬器無(wú)法模擬的微弱目標(biāo)，同時(shí)，本發(fā)明也可用于測(cè)試相機(jī)的其它光學(xué)性能指標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)包括平行光管，所述平行光管包括主鏡、第一次反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡以及平面反射鏡；所述平面反射鏡設(shè)置在入射至平行光管的入射光路上；所述第二次反射鏡設(shè)置在平面反射鏡以及第三次反射鏡的反射光路上；所述第三次反射鏡以及第一次反射鏡設(shè)置在第二次反射鏡的反射光路上；所述主鏡設(shè)置在第一次反射鏡的反射光路上；所述入射至平行光管的入射光依次經(jīng)過(guò)平面反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡、第二次反射鏡、第一次反射鏡以及主鏡反射出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)還包括設(shè)置在平行光管內(nèi)部的消雜光組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光組件包括設(shè)置在第三次反射鏡和第二次反射鏡之間的消雜光光闌。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光光闌設(shè)置在經(jīng)第三次反射鏡至第二次反射鏡的反射光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光組件還包括設(shè)置在消雜光光闌上的消光罩。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4或5所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光組件還包括設(shè)置在平行光管出射口內(nèi)部的第一消雜光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、設(shè)置在主反射鏡的外側(cè)的第二消雜光筒、設(shè)置在第一次反射鏡外側(cè)的第三消雜光筒以及設(shè)置在第二次反射鏡和第三次反射鏡中間的光路上的消光體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消光體是兩個(gè)口徑不同的消光筒拼接而成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光光闌是Φ Imm的通光孔。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)還包括光源以及星點(diǎn)板，所述星點(diǎn)板設(shè)置在平行光管的一次像面上；所述平行光管的平面反射鏡設(shè)置在光源的出射光路上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，其特征在于:所述光源是積分球光源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括平行光管，平行光管包括主鏡、第一次反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡以及平面反射鏡；平面反射鏡設(shè)置在入射至平行光管的入射光路上；第二次反射鏡設(shè)置在平面反射鏡以及第三次反射鏡的反射光路上；第三次反射鏡以及第一次反射鏡設(shè)置在第二次反射鏡的反射光路上；主鏡設(shè)置在第一次反射鏡的反射光路上；入射至平行光管的入射光依次經(jīng)過(guò)平面反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡、第二次反射鏡、第一次反射鏡以及主鏡反射出去。本發(fā)明提出了一種可實(shí)現(xiàn)消雜光、模擬精度高的大口徑消雜光星模擬器系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK103206963SQ201210012190
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者劉峰, 趙建科, 周艷, 張周鋒, 徐亮, 薛勛, 胡丹丹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所