CN103206963B - 大口径消杂光星模拟器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大口径消杂光星模拟器系统，该系统包括平行光管，平行光管包括主镜、第一次反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜以及平面反射镜；平面反射镜设置在入射至平行光管的入射光路上；第二次反射镜设置在平面反射镜以及第三次反射镜的反射光路上；第三次反射镜以及第一次反射镜设置在第二次反射镜的反射光路上；主镜设置在第一次反射镜的反射光路上；入射至平行光管的入射光依次经过平面反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜、第二次反射镜、第一次反射镜以及主镜反射出去。本发明提出了一种可实现消杂光、模拟精度高的大口径消杂光星模拟器系统。
Description
技术领域
本发明属于光学探测技术领域，涉及一种大口径星等模拟器系统，尤其涉及一种大口径、消杂光弱光星等的大口径消杂光星模拟器系统。
背景技术
在进行深空探测时，为了探测到亮度更弱或者距离地球更远的星体，需要研制一些高灵敏度的探测相机，高灵敏度的相机探测能力很强，目前，国内还没有相应的标准测试设备去模拟亮度很弱的星体。国内标定探测相机的方法是用探测相机在深山中对国际上公认的已知星等的恒星进行拍摄，然后将采集到的数据进行处理，完成对探测相机的校准与标定，但这种标定方法受到自然条件和天气的影响，有时连续等待几十天也不一定等到满足实验条件的天气，而且此种方法受到大气对光谱的吸收，大气密度的测量精度以及大气透过了的不稳定性影响，所以标定精度较低，尤其是对高探测能力的弱光探测相机，由于大气的散射产生杂散光，使得探测相机背景变亮，微弱目标信息完全淹没在暗背景中。所以，研究实验室内标定探测相机是一种必然的选择，虽然国内已经研制出了标准星等的星模拟器，但是由于星模拟器自身杂散光难以消除，无法模拟较高星等，因此，国内的星模拟器无法标定弱光探测相机探测能力，而且，目前国内的星模拟器有效口径较小，不能完成大口径星模拟器的标定任务，因此，需要研制一种大口径，消杂光的星模拟器来完成对高探测能力的弱光探测相机的标定任务。
发明内容
为了解决背景技术中所存在的上述技术问题，本发明提出了一种可实现消杂光、模拟精度高的大口径消杂光星模拟器系统。
本发明的技术解决方案是：一种大口径消杂光星模拟器系统，其特殊之处在于：所述大口径消杂光星模拟器系统包括平行光管，所述平行光管包括主镜、第一次反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜以及平面反射镜；所述平面反射镜设置在入射至平行光管的入射光路上；所述第二次反射镜设置在平面反射镜以及第三次反射镜的反射光路上；所述第三次反射镜以及第一次反射镜设置在第二次反射镜的反射光路上；所述主镜设置在第一次反射镜的反射光路上；所述入射至平行光管的入射光依次经过平面反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜、第二次反射镜、第一次反射镜以及主镜反射出去。
上述大口径消杂光星模拟器系统还包括设置在平行光管内部的消杂光组件。
上述消杂光组件包括设置在第三次反射镜和第二次反射镜之间的消杂光光阑。
上述消杂光光阑设置在经第三次反射镜至第二次反射镜的反射光路上。
上述消杂光组件还包括设置在消杂光光阑上的消光罩。
上述消杂光组件还包括设置在平行光管出射口内部的第一消杂光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、设置在主反射镜的外侧的第二消杂光筒、设置在第一次反射镜外侧的第三消杂光筒以及设置在第二次反射镜和第三次反射镜中间的光路上的消光体。
上述消光体是两个口径不同的消光筒拼接而成的。
上述消杂光光阑是Φ1mm的通光孔。
上述大口径消杂光星模拟器系统还包括光源以及星点板，所述星点板设置在平行光管的一次像面上；所述平行光管的平面反射镜设置在光源的出射光路上。
上述光源是积分球光源。
本发明的优点是：
本发明所提供大口径消杂光星等模拟器的光学系统结构，与传统的星等模拟器不同之处是，消杂光星等模拟器系统中存在一个二次像面，在二次像面处安装有消杂光光阑和遮光罩，二次像面与一次像面之间的光路是一个封闭的空间，这样，从系统发出的光束，只有有效立体角内的光束可以通过遮光罩并从消杂光光阑入射到星模拟器系统，而光源发出的有效立体角以外的光束均被遮光罩和消杂光光阑遮挡，从而实现消杂光功能。本发明的消杂光星模拟器，由于在光学路中设置有二次像面，在二次像面处设置有Φ1mm的消杂光光阑和遮光罩，并且系统还设置有3个消光筒和1个消光体，消杂光装置可以有效的遮挡系统的杂散光。所以，本系统具有极高的消杂光能力，可以模拟到16等星乃至更高的星等，解决了国内现有星模拟器由于系统杂散光太大，无法高精度模拟10等及10等以上的星等。
附图说明
图1是本发明所提供的光学系统的结构示意图；
图2是图1中消杂光光阑部分的放大图；
其中：
1-主反射镜、2-第一次反射镜、3-第二次反射镜、4-第三次反射镜、5-平面反射镜、6-消杂光光阑、7-消光罩、8-第一消光筒、9-第二消光筒、10-第三消光筒、11-消光体、12-遮光罩、13-星点板、14-积分球光源。
具体实施方式
参见图1，本发明的消杂光星模拟器，主要由平行光管、消杂光组件、光源系统组成；
平行光管包括主反射镜1、第一次反射镜2、第二次反射镜3、第三次反射镜4、平面反射镜5，主反射镜1设置在星模拟器的出射光路上、第一次反射镜2、第二次反射镜3、第三次反射镜4和平面反谁镜5设置在平行光管主镜与焦平面之间的光路上，平面反射镜5是用来折转系统光路的；
消杂光组件包括消杂光光阑6、消光罩7、第一消光筒8、第二消光筒9、第三消光筒10、消光体11和遮光罩12，消杂光光阑6设置在星模拟器的二次像面上，消光罩7设置在消杂光光阑6的外侧，第一消光筒8设置星模拟器的光出射口内，第二消光筒9在主反射镜1的外侧，第三消光筒10设置在第一次反射镜2的外侧，消光体11设置星模拟器二次像面和一次像面中间的光路上；
光源系统由星点板13和积分球光源14组成，星点板13设置在星模拟器的焦平面上，积分球光源14设置在星点板13的外侧。
积分球光源14发出的光线照亮星点板后，经过平面反射镜5的反射进入星模拟器，最终从星模拟器出射口形成平行光束出射，由于积分球光源14发出的光束立体角远远大于平行光管的F#所对应的立体角，所以积分球光源14发出的光能量绝大部分不能模拟无穷远星点发出的光能量，而经过系统内壁的漫反射变成对星模拟器系统有害的杂散光，而现有的星模拟器只是在系统内部设置一些遮挡杂散光的装置，并不能有效阻止杂散光从系统出射口出射。为了解决杂散光对系统星等模拟精度的影响，本发明提出了一种新的星模拟器光学系统结构，在传统平行光管光路中增加一个二次像面，并用消光体11将二次像面与一次像面中间的光路形成一个密闭，在二次像面上安装一个消杂光光阑6和消光罩7用来吸收和遮挡杂散光，参见图2，而有效的模拟光束则顺利通过消杂光光阑6和消光罩7形成平行光束从星模拟器出射口出射。本发明正是利用上述系统实现星模拟器的消杂光功能的，具体原理如下：
积分球光源14以2π(Sr)立体角发出的光线照亮星点板13后，星点辐射出的光能量覆盖2π(Sr)立体角的空间，假设在这2π(Sr)立体角空间的光能量是均匀分布的。一般星模拟器系统的F#＝10，对应光学系统的孔径角U＝2.86°，所以，一般星模拟器系统的出瞳对焦点处星点光源的围成的立体角为0.031(Sr)，而星点辐射的立体角为6.28(Sr)，可以计算出，从星点辐射出的光能量仅有不到1％的能量是真正有用的光能，而其余99％的能量照射到模拟器系统内壁形成杂散光，由于杂散光形成的原因很多(系统内壁的漫反射，散射，光学玻璃的散射以及孔径衍射等)，杂散光的分布是不能被准确追迹和计算的。传统的星模拟器只是在系统各光学玻璃周围安装遮光罩，并将系统内壁做染黑处理，但这并不能有效的消除系统的杂散光。本发明研制的星模拟器在光路中加入一个二像面，并用消光体11将二次像面与一次像面中间的光路包成一个密闭的空间，在二次像面出安装一个大小适中的通光孔(消杂光光阑6)，这样，1％有效光束将会在二次像面上汇聚成一个与通光孔大小相当的光斑，顺利出射到下一面反射镜，而其余99％形成杂散光的光线会在这个密闭的空间内经过多次的反射而被内壁吸收。本发明就是利用这种结构实现星模拟器消杂光功能的，解决了传统的星模拟器由于杂散光太大而不能精确模拟星点在星模拟器系统出瞳处的照度，无法高精度模拟微弱星点目标的难题。
本发明的星模拟器系统具有很高消杂光能力，可以模拟现有星模拟器无法模拟的微弱目标，同时，本发明也可用于测试相机的其它光学性能指标。
Claims (6)
1.一种大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述大口径消杂光星模拟器系统包括平行光管，所述平行光管包括主镜、第一次反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜以及平面反射镜；所述平面反射镜设置在入射至平行光管的入射光路上；所述第二次反射镜设置在平面反射镜以及第三次反射镜的反射光路上；所述第三次反射镜以及第一次反射镜设置在第二次反射镜的反射光路上；所述主镜设置在第一次反射镜的反射光路上；所述入射至平行光管的入射光依次经过平面反射镜、第二次反射镜、第三次反射镜、第二次反射镜、第一次反射镜以及主镜反射出去；
所述大口径消杂光星模拟器系统还包括设置在平行光管内部的消杂光组件；
所述消杂光光阑设置在经第三次反射镜至第二次反射镜的反射光路上；
所述消杂光组件还包括设置在平行光管出射口内部的第一消光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、设置在主反射镜的外侧的第二消光筒、设置在第一次反射镜外侧的第三消光筒以及设置在第二次反射镜和第三次反射镜中间的光路上的消光体；
所述消光体是两个口径不同的消光筒拼接而成的。
2.根据权利要求1所述的大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述消杂光组件包括设置在第三次反射镜和第二次反射镜之间的消杂光光阑。
3.根据权利要求2所述的大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述消杂光组件还包括设置在消杂光光阑上的消光罩。
4.根据权利要求1或2或3所述的大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述消杂光光阑是Φ1mm的通光孔。
5.根据权利要求4所述的大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述大口径消杂光星模拟器系统还包括光源以及星点板，所述星点板设置在平行光管的一次像面上；所述平行光管的平面反射镜设置在光源的出射光路上。
6.根据权利要求5所述的大口径消杂光星模拟器系统，其特征在于：所述光源是积分球光源。
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