CN105716629A - 分体式高均匀度星模拟器照明系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种分体式高均匀度星模拟器照明系统，由分光棱镜、高均匀度星点照明系统和高均匀度天空背景照明系统组成。分光棱镜、高均匀度星点照明系统与星模拟器光学系统在同一光轴上，高均匀度天空背景照明系统置于星模拟器光学系统光轴的垂直平面上，经过分光棱镜的作用后，合束进入星模拟器光学系统，可为星模拟器提供与其主体分离的具有高均匀度的照明系统。

Description

分体式高均匀度星模拟器照明系统

技术领域

本发明涉及航天器地面测试与标定技术，尤其涉及一种星模拟器的照明系统。

背景技术

星模拟器作为星敏感器地面标定系统的重要组成设备，可在实验室条件下提供来自无穷远的恒星图像供星敏感器观测。

传统的星模拟器照明系统根据使用要求，可以是溴钨灯、卤钨灯和LED光源等，可以满足星模拟器的光谱模拟要求和星等模拟要求，但是不能满足光源均匀性要求。尤其是当星模拟器具有天空背景模拟要求时，传统的星模拟器光源很难达到背景光源均匀度优于95%的要求；同时，为了避免光源发热对环境试验造成影响，越来越多的星模拟器要求光源外置。因此，需要一种分体式高均匀度星模拟器照明系统。

发明内容

本发明专利是针对现有技术存在的问题，设计一种分体式高均匀度星模拟器照明系统。针对现有星模拟器照明系统无法实现与星模拟器主体分离、高均匀度模拟的缺陷，提出利用光源控制器、氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源、积分球和照度计，搭建具有高均匀度的且与星模拟器主体分离的光源系统。

本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：设计一种分体式高均匀度星模拟器照明系统，由分光棱镜、高均匀度星点照明系统和高均匀度天空背景照明系统组成，可分别提供星点照明和背景照明并经过分光棱镜的作用后，合束进入星模拟器光学系统。

所述分光棱镜置于所述星模拟器光学系统的光轴上，所述分光棱镜的分光面与所述星模拟器光轴成45°夹角，使所述星模拟器光学系统具有共轭焦面，即第一焦面和第二焦面。其中所述第一焦面与所述星模拟器光学系统的光轴上，所述第一焦面上放置星点分划板，所述高均匀度星点照明系统置于所述星点分划板之后，并点亮所述星点分划板；所述第二焦面与所述星模拟器光学系统的光轴呈90°夹角，所述第二焦面上放置所述天空背景分划板，所述高均匀度天空背景照明系统置于所述天空背景分划板之后，并点亮所述天空背景分划板；

所述高均匀度星点照明系统包括：

星点光源控制器、氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅰ、星点光源积分球和星点照度计；

所述星点光源控制器，由电控可变光阑Ⅰ和步进电机Ⅰ组成，用于控制所述星点光源积分球的进光量，实现星等模拟的精度要求；其中，所述步进电机Ⅰ控制所述电控可变光阑Ⅰ的通光孔径，所述电控可变光阑Ⅰ的通光孔径控制所述星点光源积分球的进光量。

所述氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅰ，由氙灯Ⅰ、卤钨灯Ⅰ、传输光纤Ⅰ和电源Ⅰ组成，与所述星点光源控制器相连，用于提供波长范围为250nm-2500nm、传输距离为2m的光源，可实现所述高均匀度星点照明系统与星模拟器主体分离。其中，所述氙灯Ⅰ和所述卤钨灯Ⅰ共同实现了高色温和低色温模拟，所述传输光纤Ⅰ长度为2m，将所述氙灯Ⅰ和所述卤钨灯Ⅰ的能量导入所述传输光纤Ⅰ后，所述传输光纤Ⅰ与所述星点光源积分球相连，并将能量导入所述星点光源积分球。

所述星点光源积分球，用于实现星点光源的均匀化，使星点光源均匀度优于98%，所述星点光源积分球具有出光口，所述星点光源积分球的出光口置于所述星点分划板之后，可照亮所述星点分划板。

所述星点照度计，用于监测所述星点光源积分球的输出能量，置于所述星点光源积分球的出光口处，并与所述星点光源控制器相连，实现输出星点光源的闭环控制。

所述高均匀度天空背景照明系统包括：

天空背景光源控制器、氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅱ、天空背景光源积分球和天空背景照度计。

所述天空背景光源控制器，由电控可变光阑Ⅱ和步进电机Ⅱ组成，用于所述控制天空背景光源积分球的进光量，实现天空背景不同照度的模拟；其中，所述步进电机Ⅱ控制所述电控可变光阑Ⅱ的通光孔径，所述电控可变光阑Ⅱ的通光孔径控制所述天空背景光源积分球的进光量。

所述氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅱ，由氙灯Ⅱ、卤钨灯Ⅱ、传输光纤Ⅱ和电源Ⅱ组成，与所述天空背景光源控制器相连，用于提供波长范围为250nm-2500nm、传输距离为1.5m的光源，可实现所述高均匀度天空背景照明系统与所述星模拟器主体分离。其中，所述氙灯Ⅱ和所述卤钨灯Ⅱ共同实现了高色温和低色温模拟，所述传输光纤Ⅱ长度为1.5m，将所述氙灯Ⅱ和所述卤钨灯Ⅱ的能量导入所述传输光纤Ⅱ后，所述传输光纤Ⅱ与所述天空背景光源积分球相连，并将能量导入所述天空背景光源积分球。

所述天空背景光源积分球，用于实现天空背景光源的均匀化，使天空背景光源均匀度优于98%，所述天空背景光源积分球具有出光口，所述天空背景光源积分球的出光口置于所述天空背景分划板之后，可照亮所述天空背景分划板。

所述天空背景照度计，用于监测所述天空背景光源积分球的输出能量，置于所述天空背景光源积分球的出光口处，并与所述天空背景光源控制器相连，实现输出天空背景光源的闭环控制。

综上所述，本发明一种所述分体式高均匀度星模拟器照明系统由所述分光棱镜、所述高均匀度星点照明系统和所述高均匀度天空背景照明系统组成。本发明一种所述分体式高均匀度星模拟器照明系统组成简单、结构紧凑，实现了星模拟器的高均匀度分体式照明。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种分体式高均匀度星模拟器照明系统的组成和结构示意图；

附图标记：1——分光棱镜1；2-——高均匀度星点照明系统2；3——高均匀度天空背景照明系统3；4——星模拟器光学系统4；21——星点光源控制器21；22——氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅰ22；23——星点光源积分球23；24——星点照度计24；31——天空背景光源控制器31；32——氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅱ32；33——天空背景光源积分球33；34——天空背景照度计34；211——电控可变光阑Ⅰ211；212——步进电机Ⅰ212；221——氙灯Ⅰ221；222——卤钨灯Ⅰ222；223——传输光纤Ⅰ223；224——电源Ⅰ224；311——电控可变光阑Ⅱ311；312——步进电机Ⅱ312；321——氙灯Ⅱ321；322——卤钨灯Ⅱ322；323——传输光纤Ⅱ323；324——电源Ⅱ324；41——星点分划板41；42——天空背景分划板42。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明实施例提供的分体式高均匀度星模拟器照明系统的组成和结构示意图，如图1所示，该分体式高均匀度星模拟器照明系统包括由分光棱镜1、高均匀度星点照明系统2和高均匀度天空背景照明系统3组成，可分别提供星点照明和背景照明并经过分光棱镜1的作用后，合束进入星模拟器光学系统4。

分光棱镜1置于星模拟器光学系统4的光轴上，分光棱镜1的分光面与星模拟器光轴成45°夹角，使星模拟器光学系统4具有共轭焦面，即第一焦面和第二焦面。其中第一焦面与星模拟器光学系统4的光轴上，第一焦面上放置星点分划板41，高均匀度星点照明系统2置于星点分划板41之后，并点亮星点分划板41；第二焦面与星模拟器光学系统4的光轴呈90°夹角，第二焦面上放置天空背景分划板42，高均匀度天空背景照明系统3置于天空背景分划板42之后，并点亮天空背景分划板42；

高均匀度星点照明系统2包括：

星点光源控制器21、氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅰ22、星点光源积分球23和星点照度计24；

星点光源控制器21，由电控可变光阑Ⅰ211和步进电机Ⅰ212组成，用于控制星点光源积分球23的进光量，实现星等模拟的精度要求；其中，步进电机Ⅰ212控制电控可变光阑Ⅰ211的通光孔径，电控可变光阑Ⅰ211的通光孔径控制星点光源积分球23的进光量。

氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅰ22，由氙灯Ⅰ221、卤钨灯Ⅰ222、传输光纤Ⅰ223和电源Ⅰ224组成，与星点光源控制器21相连，用于提供波长范围为250nm-2500nm、传输距离为2m的光源，可实现高均匀度星点照明系统2与星模拟器主体分离。其中，氙灯Ⅰ221和卤钨灯Ⅰ222共同实现了高色温和低色温模拟，传输光纤Ⅰ223长度为2m，将氙灯Ⅰ221和卤钨灯Ⅰ222的能量导入传输光纤Ⅰ223后，传输光纤Ⅰ223与星点光源积分球23相连，并将能量导入星点光源积分球23。

星点光源积分球23，用于实现星点光源的均匀化，使星点光源均匀度优于98%，星点光源积分球23具有出光口，星点光源积分球23的出光口置于星点分划板41之后，可照亮星点分划板41。

星点照度计24，用于监测星点光源积分球23的输出能量，置于星点光源积分球23的出光口处，并与星点光源控制器21相连，实现输出星点光源的闭环控制。

高均匀度天空背景照明系统3包括：

天空背景光源控制器31、氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅱ32、天空背景光源积分球33和天空背景照度计34。

天空背景光源控制器31，由电控可变光阑Ⅱ311和步进电机Ⅱ312组成，用于控制天空背景光源积分球33的进光量，实现天空背景不同照度的模拟；其中，步进电机Ⅱ312控制电控可变光阑Ⅱ311的通光孔径，电控可变光阑Ⅱ311的通光孔径控制天空背景光源积分球33的进光量。

氙灯和卤钨灯混合光纤传输光源Ⅱ32，由氙灯Ⅱ321、卤钨灯Ⅱ322、传输光纤Ⅱ323和电源Ⅱ324组成，与天空背景光源控制器31相连，用于提供波长范围为250nm-2500nm、传输距离为1.5m的光源，可实现高均匀度天空背景照明系统3与星模拟器主体分离。其中，氙灯Ⅱ321和卤钨灯Ⅱ322共同实现了高色温和低色温模拟，传输光纤长度为1.5m，将氙灯Ⅱ321和卤钨灯Ⅱ322的能量导入传输光纤Ⅱ323后，传输光纤Ⅱ323与天空背景光源积分球33相连，并将能量导入天空背景光源积分球33。

天空背景光源积分球33，用于实现天空背景光源的均匀化，使天空背景光源均匀度优于98%，天空背景光源积分球33具有出光口，天空背景光源积分球33的出光口置于天空背景分划板42之后，可照亮天空背景分划板42。

天空背景照度计34，用于监测天空背景光源积分球33的输出能量，置于天空背景光源积分球33的出光口处，并与天空背景光源控制器31相连，实现输出天空背景光源的闭环控制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种分体式高均匀度星模拟器照明系统，其特征在于，包括分光棱镜、高均匀度星点照明系统和高均匀度天空背景照明系统；

所述分光棱镜置于所述星模拟器光学系统的光轴上，所述分光棱镜的分光面与所述星模拟器光轴成45°夹角，使所述星模拟器光学系统具有共轭焦面，即第一焦面和第二焦面；

所述第一焦面与所述星模拟器光学系统的光轴上，所述第一焦面上放置星点分划板，所述高均匀度星点照明系统置于所述星点分划板之后，并点亮所述星点分划板；

所述第二焦面与所述星模拟器光学系统的光轴呈90°夹角，所述第二焦面上放置所述天空背景分划板，所述高均匀度天空背景照明系统置于所述天空背景分划板之后，并点亮所述天空背景分划板。