一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法

本发明涉及光学，特别涉及一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法。

背景技术：

1、空间光学遥感相机是获得地面遥感图像的重要手段之一，被广泛地应用于气象、地质勘探、农林、海洋、环境、军事、救灾等领域，具有巨大的经济与军事效益。遥感信息领域不断扩大，遥感技术也在不断发展，遥感卫星的时间分辨率、空间分辨率不断提高，具有越来越广阔的应用前景。

2、在地面实验室环境(常温、常压)下装调的空间相机，在轨运行时，由于环境条件(如温度、压力等)的改变，使相机系统中各光学镜面的位置、面形发生变化，各光学元件的折射率发生改变，进而在一定程度上使光学系统焦距发生变化，引起光学系统焦平面位置的偏移，导致成像质量的恶化，因此，为了获取清晰的图像，需要改变空间相机的焦面位置，对焦平面位置的偏移进行补偿。

3、现有的补偿焦面位置偏移的方法包括“在轨调整法”及“焦面位置预置法”等。

4、“在轨调整法”即在空间相机的仪器当中添加调焦机构，所谓调焦就是指沿光轴方向改变物面(或镜头)的位置，使物像关系满足高斯公式，以获取清晰图像。现有的调焦技术可以分为自动调焦和人工指令调焦。其中，自动调焦是指调焦机构基于某一光学评价准则，自动判别图像质量并使感光元件处于最佳的位置；人工指令调焦是指技术人员根据光学图像的质量确定光学系统焦面的位置，之后发送指令，实现调焦。空间相机的光学系统各不相同，其调焦机构也常常采用不同的调焦方式，常用的调焦方式有三种：焦面调焦、镜组调焦和反射镜调焦，分别是通过调整感光元器件的位置、在焦平面前增加一个透镜组，通过移动透镜组来调焦、移动光学系统中折转光路的折叠镜改变光线的光程实现。但是总的来说，“在轨调整法”的方法技术对复杂，通常都需要对空间相机内部组件进行结构上的移动改变，会增加其质量，降低其可靠性，不适用于小型空间光学相机。

5、“焦面预置法”即在空间相机发射前，将空间相机镜头焦面调整至真空中焦面位置。针对没有调焦机构的空间相机，在实验室进行装调时，将光电探测器的感光面安装在预置的真空焦面上。现有焦面预置方法需要将待测相机放入真空罐，通过光学传递函数或者弥散斑法判断像质，再根据测试参数，计算焦面垫片的修切量然后开罐更换或者修切焦面垫片，再次抽真空后进行测试，如此反复测试，直到真空环境下的像质满足指标要求。因此此种方法需要探测相机反复调整从而造成反复进罐，虽然有发射后无需再进行在轨调整的好处，但是实验阶段需要对光源焦距与相机均进行实测与多次进罐，反复进罐也会造成成本高，时间长，测试成本高的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，所述测试装调系统包括平行光管组件、待测相机装调平台，以及真空罐；

3、所述平行光管组件包括散射光源、毛玻璃、分划板、光源镜头、反射屏，以及鉴别率板；

4、所述待测相机包括待测相机镜头，以及面阵光电探测器；

5、所述焦面预置方法包括以下步骤：

6、步骤s1、根据实验测试情况对平行光管组件进行装调；

7、步骤s2、再根据实验测试情况搭建待测相机装调平台；

8、步骤s3、模拟在轨环境进行中心视场的预置焦面；

9、步骤s4、根据不同环境下的多种典型视场角下进行装调。

10、作为本发明的进一步的方案：所述步骤s1中的具体步骤包括：

11、步骤s11、在所述散射光源前，且与所述散射光源的最大透过方向上的垂直面设置毛玻璃；

12、步骤s12、再在毛玻璃的光轴处前方垂直面处设置分划板；

13、步骤s13、依次同轴布置散射光源、毛玻璃、分划板、光源镜头，以及反射屏；由所述散射光源发出的光线，穿过毛玻璃进行光源拓展，再依次穿过分划板、光源镜头，再经反射屏反射，通过光源镜头后在分划板上形成分划板标线像，以形成光路；

14、步骤s14、将所述光源镜头进行位置与角度的移动，直至分划板上形成的分划板标线像与标线重合，用目镜观察分划板上的标线与标线像，同时调整分划板相对光源镜头的位置，直到划板上的标线与标线像清晰呈现，则平行光管组件装调完成。

15、作为本发明的进一步的方案：所述步骤s2中的具体步骤包括：

16、步骤s21、将平行光管组件中分划板在所述原位置替换为鉴别率板；

17、步骤s22、将步骤s1中所述平行光管组件安装在真空罐中，使其光束由真空罐窗口出射；

18、步骤s23、在真空罐外，沿平行光管组件光轴依次布置待测相机镜头、面阵光电探测器；鉴别率板发出的光经过光源镜头、待测相机镜头后，成像在面阵光电探测器的中部，形成光路。

19、作为本发明的进一步的方案：所述步骤s3中的具体步骤包括：

20、步骤s31、关闭真空罐罐门，抽真空，罐内温度整至在轨温度，在模拟的在轨真空和温度环境下光源镜头发生离焦，由面阵光电探测器获取的鉴别率板的条纹组图像发生变化；

21、步骤s32、观察面阵光电探测器获取的鉴别率板图像，同时通过调整机构或更换垫片的方法，改变面阵光电探测器相对待测相机镜头的位置，直至图像中能够清晰观察的条纹组的号码达到最高；

22、步骤s33、测量记录调整机构的调节量或垫片的厚度，作为所述待测相机的离焦量中心视场的装调结果；

23、步骤s34、通过这种方法装调得到的待测相机的离焦量，恰好等于光源镜头在给定环境条件下的离焦量。

24、作为本发明的进一步的方案：所述步骤s4中的具体步骤包括：

25、步骤s41、改变待测相机镜头的方位，使平行光管组件的出射光束由待测相机镜头的其他视场角入射；

26、步骤s42、重复步骤s3，记录待测相机在该视场角下的装调结果；

27、步骤s43、在若干典型视场角下进行装调，综合评价各视场角下的像质，选取最佳的焦面位置。

28、与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

29、采用上述的技术方案，通过用平行光管和待测相机对准测量获得待测相机的真空焦面位置预置，传递环节少，操作简单，从而有效提升了了焦面预置的可操作度。利用了光源镜头，我们不需要对光源镜头的焦距进行实测，即不关心其焦距绝对值，简化了焦面预置流程，该特性基于高斯光学公式的理论计算，便于实验，操作简便。

30、将平行光管置于真空罐而非待测相机直接置于真空罐，利用高斯光学公式的理论对待测相机焦面进行装调，从而得到相机真空中的变化，从而实现焦面预置。

31、平行光管只需一次真空低温测量，无需反复进罐和抽真空，极大的节约了测试成本，提高了测试效率。

技术特征：

1.一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，其特征在于，所述测试装调系统包括平行光管组件、待测相机装调平台，以及真空罐；

2.根据权利要求1所述一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，其特征在于，所述步骤s1中的具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，其特征在于，所述步骤s2中的具体步骤包括：

4.根据权利要求1所述一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，其特征在于，所述步骤s3中的具体步骤包括：

5.根据权利要求1所述一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，其特征在于，所述步骤s4中的具体步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种用于空间相机的实验测试装调系统及焦面预置方法，测试装调系统包括平行光管组件、待测相机装调平台，以及真空罐；平行光管组件包括散射光源、毛玻璃、分划板、光源镜头、反射屏，以及鉴别率板；待测相机包括待测相机镜头，以及面阵光电探测器；焦面预置方法包括以下步骤：根据实验测试情况对平行光管组件进行装调；再根据实验测试情况搭建待测相机装调平台；模拟在轨环境进行中心视场的预置焦面；根据不同环境下的多种典型视场角下进行装调。本发明通过在地面对空间相机的焦面进行预置，保证相机入轨后清晰成像，从而解决现有技术结构复杂、步骤繁琐、耗时长、成本高的问题。

技术研发人员：洪津,汪军,孙亮,赵群,裘桢炜
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15