CN102435314B - 星载差分吸收测量仪的多光路切换系统 - Google Patents

星载差分吸收测量仪的多光路切换系统 Download PDF

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本发明公开了一种星载差分吸收测量仪多光路切换系统，所述多光路切换系统包含三条光路：地球测量主光路、太阳光测量光路和标准灯测量光路。通过两镜式望远镜接收地球辐射，太阳辐射，以及石英卤钨灯辐射，并会聚输出的光学机械系统。本发明通过控制旋转光路切换反射镜、太阳光遮挡盘和漫反射板旋转座三处转动机构同时实现三条光路测量，从而降低了系统体积和重量，且便于后续光学测量系统与其连接。

Description

星载差分吸收测量仪的多光路切换系统
技术领域
本发明涉及一种光学遥测及标定多光路切换装置，具体是涉及一种通过离轴反射望远镜接收地球辐射，太阳辐射，以及石英卤钨灯辐射，并会聚后传递给后续测量机构。
背景技术
星载差分吸收测量仪系统是过探测地球大气或表面反射、散射的紫外/可见光辐射来解析痕量气体成分的分布和变化。仪器覆盖114度大视场，满足1 天覆盖全球的要求；仪器在轨需采用太阳光与标准灯实现光谱与辐射定标。其关键技术有大视场、宽光谱、高分辨率光谱成像技术。要求其前置光学系统同时具有好的空间维与光谱维的成像质量，以达到所要求的空间分辨率和光谱分辨率。还需具备在轨标定光路，包括太阳光与标准灯标定光路，且满足卫星的尺寸、重量、结构和可靠性要求。
目前国外一些测量仪器前置测量光路的多采用三反射镜望远镜系统，使得望远镜尺寸变大，同时设置独立的校准光路也导致系统复杂，体积过大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种通过两镜式望远镜接收地球辐射，太阳辐射，以及石英卤钨灯辐射，会聚输出并能在三者之间自由切换的光学和机械系统，解决目前系统体积过大，光路切换结构复杂，远距离接收能量弱的难题。
为解决上述问题，本发明的方案为：
星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，包括有三条测量光路：地球测量主光路、太阳光测量光路和标准灯测量光路；所述的地球测量主光路有一个入射狭缝及出射狭缝，3个光栏一、二、三，球面主镜，扰偏器，球面次镜；所述的太阳光测量光路有太阳网孔，太阳光遮挡旋转盘，光路切换反射镜，铝漫反射体，石英漫反射体；所述的标准灯测量光路有石英透漫射体，石英卤钨灯光源，成像透镜，金属反射镜；其特征在于：地球测量主光路时，太阳光遮挡旋转盘向下挡住太阳光，光路切换反射镜转到地球主光路之外；所述的主光路为一望远镜，所述的球面主镜和球面次镜组成离轴两镜反射系统，具有像方远心结构，像方每一视场的主光线平行于出射狭缝；所述的扰偏器采用两个形状互补的双折射晶体楔形结构，地球方向的光通过入射狭缝进入望远镜，通过光栏一入射到前置球面主镜上，会聚到光栏二处，发散到光栏三处，光线经球面次镜后再会聚到出射狭缝处形成所测量的线光斑；
所述的太阳光测量光路时，太阳光遮挡旋转盘向上，使得太阳光经太阳网孔直接照射到放置在漫射体旋转座上的石英漫反射体、铝漫反射体，经过铝漫射体反射形成一定角度内的漫射光照亮了光路切换反射镜，从而进入所述的主光路，再反射到望远镜的球面次镜，从而聚焦到出射狭缝处；
所述的标准灯测量光路时，装备了一个石英卤钨灯光源，光源发出的光通过成像透镜、转折光路的金属反射镜成像在放置于漫射体旋转座的石英透漫射体上，再经光路切换反射镜反射到球面次镜上，最后会聚到出射狭缝处。
所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的太阳网孔能通过10%-20%的太阳光。
所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的光路切换反射镜放置在旋转的反射镜机械装置上，所述机械装置有两个位置：地面反射光位置、太阳光位置。
所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的铝漫反射体的厚度为4mm。
所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的石英卤钨灯光源的型号为（5W，12V）。
所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的漫射体旋转座有三个旋转位置，分别设置了石英透漫射体、铝漫反射体、石英漫反射体。
本发明的有益效果：
（1）利用小口径两镜反射式望远镜作为星载仪器的前置测量主光路，由于该系统长度短，可以缩小系统尺寸，减小整体体积，结构简单、重量轻、有利于发射和运载，且辐射能量利用率高、成像质量好。由于主镜和副镜形成像方远心光路，相当于出瞳位于无限远，便于后续光学测量系统与其连接。同时，另两路标定光路皆可利用其实现光路共享，简化了系统结构。
（2）、在前置测量主光路中加入三处转动机构：光路切换反射镜、太阳光遮挡旋转盘和漫射体旋转座，可同时实现地球光测量、太阳光定标和卤钨灯定标，减少了零部件数量，降低了整体体积和重量。
附图说明
图1为本发明的装置及光路示意图（其中A为地球光，B为太阳光，C为漫反射板出射光）。
具体实施方式
参见图1，
一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，包含三条测量光路：地球测量主光路、太阳光测量光路和标准灯测量光路；
所述的地球测量主光路有一个入射狭缝1及出射狭缝8，3个光栏一2、二4、三6，球面主镜3，扰偏器5，球面次镜7，所述的主光路为一望远镜，所述的球面主镜3和球面次镜7组成离轴两镜反射系统，具有像方远心结构，像方每一视场的主光线平行于狭缝；所述的扰偏器5采用两个形状互补的双折射晶体楔形结构，使仪器对入射光的偏振不敏感；地球方向的光A通过入射狭缝1进入望远镜，通过光栏一2入射到前置望远镜球面主镜3上，会聚到光栏二4处，发散到光栏三6处，所述光栏三6为孔径光栏，决定系统能量，光栏三的位置为球面次镜7物方焦点位置，光线经成像次镜7后再会聚到狭缝8处形成所测量的线光斑；所述的地球主光路测量时，所述的太阳光遮挡旋转盘16向下挡住太阳光，光路切换反射镜17转到地球主光路之外；
所述的太阳光测量光路有太阳网孔15，太阳光遮挡旋转盘16，光路切换反射镜17，铝漫反射体10，石英漫反射体11；所述的太阳网孔15可以通过10%-20%的太阳光，有许多狭缝。太阳网孔15设计杜绝了边缘效应，狭缝的大小足够大以消除在所测波长范围带来的衍射效应。太阳光B经太阳网孔15直接照射到放置在漫射体旋转座上的两个漫反射体（石英漫反射体11或铝漫反射体10）中的一个。经过漫射体反射形成一定角度内的漫射光照亮了光路切换反射镜17，从而进入所述的主光路，再反射到望远镜球面成像次镜7，从而聚焦到狭缝8处。所述的光路切换反射镜17放置在旋转的反射镜机械装置上。这个机械装置有两个位置：地面反射光位置，使来自主镜3的光线进入望远镜主光路；太阳光位置，不仅使来自铝漫反射体10或石英漫反射体11的太阳光进入望远镜主光路，而且阻挡了来自球面主镜3方向的地面辐射。这样，所述的望远镜装置就可以同时用于测量地面辐射和太阳辐射，两种模式的不同点就是前一种模式中使用望远镜球面主镜3；后一种模式使用铝漫反射体10、石英漫反射体11和光路切换反射镜17，利用太阳夫琅禾费线进行光谱定标。所述铝漫反射体10的厚度为4mm ，皆放置于漫射体旋转座上。
所述的标准灯测量光路有石英透漫射体9，石英卤钨灯光源14，成像透镜13，金属反射镜12，装备了一个石英卤钨灯光源14（5W，12V），光源发出的光通过成像透镜13、转折光路的金属反射镜12成像在放置于漫射体旋转座的石英透漫射体9上，再经光路切换反射镜17反射到球面次镜上，最后会聚到出射狭缝8处。
所述的漫射体旋转座有三个旋转位置：两个用于太阳光模式的石英漫反射体11和铝漫反射体10，一个是用于标准灯的透射漫射体9。为了测量标准灯光源，光路切换反射镜17需要放置在校准设置的位置，也就是用于太阳观测的位置，以阻隔地球光辐射。石英透射漫射体9的漫射面是第一个面，后面被抛光。石英卤钨灯标定主要用于探测器自检。

Claims (6)

1.一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，包括有三条测量光路：地球测量主光路、太阳光测量光路和标准灯测量光路；所述的地球测量主光路有一个入射狭缝及出射狭缝，3个光栏一、二、三，球面主镜，扰偏器，球面次镜；
所述的太阳光测量光路有太阳网孔，太阳光遮挡旋转盘，光路切换反射镜，铝漫反射体，石英漫反射体；所述的标准灯测量光路有石英透漫射体，石英卤钨灯光源，成像透镜，金属反射镜；其特征在于：地球测量主光路时，太阳光遮挡旋转盘向下挡住太阳光，光路切换反射镜转到地球主光路之外；所述的主光路为一望远镜，所述的球面主镜和球面次镜组成离轴两镜反射系统，具有像方远心结构，像方每一视场的主光线平行于出射狭缝；所述的扰偏器采用两个形状互补的双折射晶体楔形结构，地球方向的光通过入射狭缝进入望远镜，通过光栏一入射到前置球面主镜上，会聚到光栏二处，发散到光栏三处，光线经球面次镜后再会聚到出射狭缝处形成所测量的线光斑；
所述的太阳光测量光路时，太阳光遮挡旋转盘向上，使得太阳光经过太阳网孔直接照射到放置在漫射体旋转座上的石英漫反射体、铝漫反射体，经过铝漫射体反射形成一定角度内的漫射光照亮了光路切换反射镜，从而进入所述的主光路，再反射到望远镜的球面次镜，从而聚焦到出射狭缝处；
所述的标准灯测量光路时，装备了一个石英卤钨灯光源，光源发出的光通过成像透镜、转折光路的金属反射镜成像在放置于漫射体旋转座的石英透漫射体上，再经光路切换反射镜反射到球面次镜上，最后会聚到出射狭缝处。
2.根据权利要求1所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的太阳网孔能通过10%-20%的太阳光。
3.根据权利要求1所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的光路切换反射镜放置在旋转的反射镜机械装置上，所述机械装置有两个位置：地面反射光位置、太阳光位置。
4.根据权利要求1所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的铝漫反射体的厚度为4mm。
5.根据权利要求1所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的石英卤钨灯光源的型号为（5W，12V）。
6.根据权利要求1所述的一种星载差分吸收测量仪的多光路切换系统，其特征在于：所述的漫射体旋转座有三个旋转位置，分别设置了石英透漫射体、铝漫反射体、石英漫反射体。
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