CN107728315A - 一种航天相机系统 - Google Patents

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郭疆
李元鹏
薛栋林
李宪斌
孙继明
邵明东
朱磊
龚大鹏
齐洪宇
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    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
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Abstract

本发明提供的航天相机系统，在轨工作时可以根据成像情况对次镜进行调整，从而获得良好的成像性能。同时地面装调时，可以进行装配后调整，即将次镜安装后进行调整，通过检测系统波像差，确定次镜最终位置。这样可将航天相机光学系统调至最佳状态。

Description

一种航天相机系统
技术领域
本发明涉及航天遥感领域，特别涉及一种航天相机系统。
背景技术
大口径长焦距航天相机已成为空间遥感领域的重要发展方向。然而随着口径及焦距的增加，相机质量也逐渐增大。
对于大质量的航天相机，如何进行有效地面装调一直是急需解决的问题。其一，由于相机质量增加，因此地面装调时各镜组重力影响增大。最终导致带重力装调的航天相机，在轨工作时由于失重环境并不能获得较好的成像性能。其二，常规的相机装调，大多是采用修调垫法进行装配，该方法是在装配前将镜组调整到位，再通过修垫法将其与机身固连。这种方法缺陷是无法保证镜组装配后进行调整，只允许装配前调整。因此，导致最终相机光学系统很难达到最优状态。
发明内容
本发明实施例提供了一种航天相机系统，可以对大口径长焦距的航天相机具有显著效果。次镜可调航天相机系统，在轨工作时可以根据成像情况对次镜进行调整，从而获得良好的成像性能。同时地面装调时，可以进行装配后调整，即将次镜安装后进行调整，通过检测系统波像差，确定次镜最终位置，这样可将航天相机系统调至最佳状态。
一种航天相机系统，包括相机机身、主镜组件、次镜组件、次镜调整机构、三镜组件、调焦镜组件、调焦机构和焦面组件，所述主镜组件、所述三镜组件、所述焦面组件均与所述相机机身固定，所述次镜组件与所述调焦镜组件分别通过所述次镜调整机构和所述调焦机构与所述相机机身连接，通过所述次镜调整机构对所述次镜组件的位置进行调整。
可选地，所述次镜调整机构为并联六自由机构，通过次镜调整机构对次镜组件进行X轴、Y轴、Z轴三个平动方向和俯仰、扭摆、旋转三个转动方向上的六维调整。
可选地，调焦机构为单自由度平移机构。
可选地，所述次镜调整机构具有六个步进电机，所述六个步进电机分别为第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机及第六步进电机，所述六个步进电机分别设有对应的绝对式编码器，在所述步进电机进行驱动时利用所述步进电机对应的绝对式编码器进行位置记录。
可选地，所述调焦机构具有第七步进电机，所述第七步进电机设有第七绝对式编码器，在所述第七步进电机进行驱动时利用所述第七绝对式编码器进行位置记录。
可选地，所述相机机身设有进光孔，所述主镜组件的光轴与所述进光孔对正，所述次镜组件通过次镜调整机构安装在相邻所述进光孔一侧的内壁，所述三镜组件设置在与所述主镜组件同侧的所述相机机身的底部，所述调焦镜组件设置在所述三镜组件和所述相机机身底部之间的内壁上，由进光孔进入的光线照射在所述主镜组件上，经由所述主镜组件反射后照射在所述次镜组件上，经由所述三镜组件的反射照射在所述调焦镜组件上，通过所述调焦镜组件反射在所述焦面组件上。
可选地，所述焦面组件设置在所述相机机身内部底面上，所述焦面组件与所述调焦镜组件镜面相对且互成锐角。
可选地，所述相机机身的横截面为矩形。
本发明提供的航天相机系统，在轨工作时可以根据成像情况对次镜进行调整，从而获得良好的成像性能。同时地面装调时，可以进行装配后调整，即将次镜安装后进行调整，通过检测系统波像差，确定次镜最终位置。这样可将航天相机系统调至最佳状态。
附图说明
图1是本发明实施例中提供的航天相机系统的结构示意图。
相机机身1、主镜组件2、三镜组件3、焦面组件4、调焦镜组件5、调焦机构6、次镜调整机构7、次镜组件8。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
结合图1所示，本发明提供一种航天相机系统，包括相机机身1、主镜组件2、次镜组件8、次镜调整机构7、三镜组件3、调焦镜组件5、调焦机构6和焦面组件4，所述主镜组件2、所述三镜组件3、所述焦面组件4均与所述相机机身1固定，所述次镜组件8与所述调焦镜组件5分别通过所述次镜调整机构7和所述调焦机构6与所述相机机身1连接，通过所述次镜调整机构7对所述次镜组件8的位置进行调整，调焦机构6为单自由度平移机构，所述次镜调整机构7为并联六自由机构，通过次镜调整机构7对次镜组件8进行X轴、Y轴、Z轴三个平动方向和俯仰、扭摆、旋转三个转动方向上的六维调整，该设计尤其对大口径长焦距的航天相机系统具有显著效果，在轨工作时可以根据成像情况对次镜进行调整，从而获得良好的成像性能，同时地面装调时，可以进行装配后调整，即将次镜安装后进行调整，通过检测系统波像差，确定次镜最终位置，这样可将航天相机系统调至最佳状态。
次镜调整机构7具有六个步进电机，所述六个步进电机分别为第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机及第六步进电机，所述六个步进电机分别设有对应的绝对式编码器，在所述步进电机进行驱动时利用所述步进电机对应的绝对式编码器进行位置记录，即所述第一步进电机设有第一绝对式编码器，所述第二步进电机设有第二绝对式编码器，第三步进电机设有第三绝对式编码器，第四步进电机设有第四绝对式编码器，第五步进电机设有第五绝对式编码器，第六步进电机设有第六绝对式编码器，在所述第一至第六步进电机进行驱动时利用所述第一至第六绝对式编码器进行位置记录，所述调焦机构6具有第七步进电机，所述第七步进电机设有第七绝对式编码器，在所述第七步进电机进行驱动时利用所述第七绝对式编码器进行位置记录，通过调整功能，可进行相机0度和180度两种状态装调，即相机+Y轴向上和+Y轴向下两种状态，每种状态分别对应一个次镜位置，两个位置的变化量便是相机由于两倍重力变化引起的次镜调整量，根据调整量的实测值，可估算一倍重力变化带来的次镜调整量。
相机机身1设有进光孔，所述主镜组件2的光轴与所述进光孔对正，所述次镜组件8通过第一步进电机安装在相邻所述进光孔一侧的内壁，所述三镜组件3设置在与所述主镜组件2同侧的所述相机机身1的底部，所述调焦镜组件5设置在所述三镜组件3和所述相机机身1底部之间的内壁上，由进光孔进入的光线照射在所述主镜组件2上，经由所述主镜组件2反射后照射在所述次镜组件8上，经由所述三镜组件3的反射照射在所述调焦镜组件5上，通过所述调焦镜组件5反射在所述焦面组件4上。
所述焦面组件4设置在所述相机机身1内部底面上，所述焦面组件4与所述调焦镜组件5镜面相对且互成锐角，通过调焦镜组件5的调整，使焦面组件4获得清晰的图象。
可选地，所述相机机身1的横截面为矩形，当然对于具体可以根据实际情况灵活选择，此处不做限定。
采用本发明提供的航天相机系统，可通过调整次镜消除系统像散、球差和慧差，并利用次镜调整功能，可进行相机0度和180度两种状态装调，即相机+Y轴向上和+Y轴向下两种状态，每种状态分别对应一个次镜位置，两个位置的变化量便是相机由于两倍重力变化引起的次镜调整量，根据调整量的实测值，可估算一倍重力变化带来的次镜调整量，因此，可为相机在轨工作时对次镜调整提供试验指导。
经过测试发现，采用本发明方案制作的航天相机系统，相机质量为1吨，地面装调时受重力影响较大，在相机0度状态装调完成后，将相机翻转180度检测，像质明显变差。经过对次镜进行调整，该相机在0度和180度均可获得最好的系统波像差和传函，并且0度至180度次镜的调整量也将作为航天相机在轨工作时次镜的调整依据。
本发明提供的航天相机系统，在轨工作时可以根据成像情况对次镜进行调整，从而获得良好的成像性能。同时地面装调时，可以进行装配后调整，即将次镜安装后进行调整，通过检测系统波像差，确定次镜最终位置。这样可将航天相机光学系统调至最佳状态。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上对本发明所提供的一种航天相机系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种航天相机系统，其特征在于，包括相机机身、主镜组件、次镜组件、次镜调整机构、三镜组件、调焦镜组件、调焦机构和焦面组件，所述主镜组件、所述三镜组件、所述焦面组件均与所述相机机身固定，所述次镜组件与所述调焦镜组件分别通过所述次镜调整机构和所述调焦机构与所述相机机身连接，通过所述次镜调整机构对所述次镜组件的位置进行调整。
2.根据权利要求1所述的航天相机系统，其特征在于，所述次镜调整机构为并联六自由机构，通过次镜调整机构对次镜组件进行X轴、Y轴、Z轴三个平动方向和俯仰、扭摆、旋转三个转动方向上的六维调整。
3.根据权利要求1所述的航天相机系统，其特征在于，所述调焦机构为单自由度平移机构。
4.根据权利要求1所述的航天相机系统，其特征在于，所述次镜调整机构具有六个步进电机，所述六个步进电机分别为第一步进电机、第二步进电机、第三步进电机、第四步进电机、第五步进电机及第六步进电机，所述六个步进电机分别设有对应的绝对式编码器，在所述步进电机进行驱动时利用所述步进电机对应的绝对式编码器进行位置记录。
5.根据权利要求1或4所述的航天相机系统，其特征在于，所述调焦机构具有第七步进电机，所述第七步进电机设有第七绝对式编码器，在所述第七步进电机进行驱动时利用所述第七绝对式编码器进行位置记录。
6.根据权利要求1所述的航天相机系统，其特征在于，所述相机机身设有进光孔，所述主镜组件的光轴与所述进光孔对正，所述次镜组件通过所述次镜调整机构安装在相邻所述进光孔一侧的内壁，所述三镜组件设置在与所述主镜组件同侧的所述相机机身的底部，所述调焦镜组件设置在所述三镜组件和所述相机机身底部之间的内壁上，由进光孔进入的光线照射在所述主镜组件上，经由所述主镜组件反射后照射在所述次镜组件上，经由所述三镜组件的反射照射在所述调焦镜组件上，通过所述调焦镜组件反射在所述焦面组件上。
7.根据权利要求1或6所述的航天相机系统，其特征在于，所述焦面组件设置在所述相机机身内部底面上，所述焦面组件与所述调焦镜组件镜面相对且互成锐角。
8.根据权利要求1或6所述的航天相机系统，其特征在于，所述相机机身的横截面为矩形。
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