CN109737882B - 真空低温环境下摄影测量相机用的复合光学窗口 - Google Patents

真空低温环境下摄影测量相机用的复合光学窗口 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航天器形变测量时设置在保护舱内的摄影相机用复合光学窗口，由通过胶粘方式结合成一体的内环窗口和外环窗口两部分构成，其中，内环窗口采用A1级别或更高级别的熔融石英玻璃制成，外环采用普通石英玻璃，内环窗口与外环窗口之间的分界面与窗口表面法线呈10°倾角，主要起到对入射到保护舱内的光线进行全反射作用，避免杂闪光进入到相机镜头内。本发明能够明显克服保护舱窗口对摄影相机工作时的影响，消除在摄影测量过程中由于窗口对闪光灯反射而导致拍摄图像的过曝现象发生，满足需要采用密闭光学窗口的特殊环境下的摄影测量应用需求。

Description

真空低温环境下摄影测量相机用的复合光学窗口
技术领域
本发明属于光学测试技术领域，具体涉及到一种测量相机中的部件，特别是光学窗口。
背景技术
在真空低温环境下，采用摄影测量方法对航天器形变进行测量时，需要将摄影测量相机在容器内于不同位置对试件进行拍摄，然后进行测量，该步骤是真空低温环境下进行摄影测量的重要保证。由于摄影测量相机不能直接在真空低温环境下使用，因此需要设计有专用的保护舱。例如参见图1，图1显示了摄影测量相机的保护舱结构图，其中，保护舱4上安装有光学投射窗口1，主要起到提供无畸变视场和密封舱体的作用。在摄影测量相机工作过程中，相机配置的强闪光灯2会在相机镜头3快门打开的同时发出闪光。
目前国内在真空低温环境下，用于摄影测量的保护舱采用的都是传统光学窗口，在工作过程中，闪光灯发出的强闪光会经过窗口玻璃反射到摄影测量相机镜头内，导致拍摄的数字相片部分区域曝光，影响到相机拍摄效果，出现测量误差。特别对于热真空试验，如果拍摄效果差，可能导致试验数据误差大，影响试验成功。
因此，需要研制一种摄影测量相机使用的复合光学窗口，能够利用全反射原理将闪光灯发射的杂闪光反射，获得最佳的拍摄效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种摄影测量相机使用的复合光学窗口，复合光学窗口用于真空低温环境下的摄影测量相机的保护舱中，主要用于提供精密、无畸变的拍摄。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
航天器形变测量时设置在保护舱内的摄影相机用复合光学窗口，由通过胶粘方式结合成一体的内环窗口和外环窗口两部分构成，其中，内环窗口采用A1级别或更高级别的熔融石英玻璃制成，外环采用普通石英玻璃，内环窗口与外环窗口之间的分界面与窗口表面法线呈10°倾角，其中，内环窗口在窗口内表面一侧的直径大于在窗口外表面一侧的直径，主要起到对入射到保护舱内的光线进行全反射作用，避免杂闪光进入到相机镜头内。
其中，内环窗口与外环窗口之间采用光胶结合成一体。
其中，内环窗口的平行度不大于5"，窗口双面平面度优于λ/10，λ＝633nm。
进一步地，内环窗口的表面质量为10-5。
外环窗口的平行度不大于1′，表面质量为20-10。
本发明能够明显克服保护舱窗口对摄影相机工作时的影响，消除在摄影测量过程中由于窗口对闪光灯反射而导致拍摄图像的过曝光现象发生，满足需要采用密闭光学窗口的特殊环境下的摄影测量应用需求。
附图说明
图1为现有技术中摄影测量相机的保护舱的结构示意图；
其中，1为光学窗口；2为闪光灯；3为相机镜头；4为保护舱；
在工作状态下，保护舱位于真空环境模拟器内，保护舱内为大气常温环境，保护舱外为真空低温环境；
图2为本发明一具体实施方式中用于摄影测量相机的复合光学窗口的结构示意图；
图3(a)为闪光灯光线在现有技术窗口内的光路示意图；
图3(b)为闪光灯光线在本发明的复合窗口内的光路示意图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的火星表面热环境模拟系统进行详细说明，但该描述仅仅示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。
参见图2，图2为本发明一具体实施方式中用于摄影测量相机的复合光学窗口的结构示意图。该航天器形变测量时设置在保护舱内的摄影相机用复合光学窗口，为圆形光学窗口，直径为Φ170mm，直径和厚度比为10：1。其中，内环窗口外表面一侧直径为Φ64mm，内表面一侧直径为Φ70mm。内环窗口采用A1级别的熔融石英玻璃，通过光学精密抛光加工，达到窗口两面平行度不大于5"；窗口双面平面度优于λ/10(λ＝633nm)；内环窗口的表面质量为10-5的技术指标。外环窗口相比于内环窗口的材料和加工技术要求略低，其采用普通石英玻璃，通过光学精密抛光加工，达到窗口两面平行度不大于1′，表面质量为20-10的技术指标。最后，内、外窗口通过光胶工艺紧密结合成整体窗口。其中内环窗口与外环窗口之间的分界面与窗口表面法线呈10°倾角，主要起到对入射到保护舱内的光线进行全反射作用，避免杂闪光进入到相机镜头内。
在摄影测量相机实际工作中，采用现有技术窗口，摄影相机配备的闪光灯工作时闪光光线会经过窗口反射进入到摄影相机镜头内，导致拍摄的相片上约占全部图幅1/4面积的外圈区域会出现过曝光现象，导致图像信息丢失，影响后续图像处理结果和处理精度。
采用本发明中复合窗口，闪光灯发出的光线经过外窗口表面、内外窗口分界面后基本上沿出射方向反向反射回去，能够有效避免相机配备的闪光灯工作时闪光灯反射进入摄影相机镜头内的情况发生，经过相机拍摄的数字图像没有过曝光现象发生，图像清晰可辨，后续图像处理结果和处理精度均能够满足使用要求。
该复合光学窗口投入使用后，可以应用在模拟空间环境下航天器的热变形测量试验中，获取质量更高的数字图像，提高摄影测量精度，进而提高热试验的可靠性。同时该技术也可以用于其它需要光学窗口的高精度测量领域，提高通过光学窗口的图像质量，具有重要的经济效益及推广前景。
当进行摄影测量时，相机快门启动，同时触发闪光灯发出强光，实现在黑暗背景下对回光反射标志点的拍摄。闪光灯发出的强光透过光学窗口，部分光线会反射回保护舱内。
图3对可能进入到相机镜头视场内的闪光灯光线的光路进行了分析，分别对普通光学窗口和复合光学窗口的光路进行了分析。该部分光线经过窗口大气表面被反射。对于普通光学窗口，反射后的光线直接进入到相机镜头视场内；对于复合光学窗口，反射光线经过复合窗口的分界面，达到分界面的全反射条件，然后被反射出去，避免了闪光灯强光入射到相机镜头内，确保了相机拍摄效果。
通过比较，本发明中的复合光学窗口能够有效减少闪光灯杂闪光的影响，大幅提高摄影测量相机的拍摄效果，提高摄影测量后续工作的可靠性。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.航天器形变测量时设置在保护舱内的摄影相机用复合光学窗口，由通过胶粘方式结合成一体的内环窗口和外环窗口两部分构成，其中，内环窗口采用A1级别或更高级别的熔融石英玻璃制成，外环采用普通石英玻璃，内环窗口与外环窗口之间的分界面与窗口表面法线呈10°倾角，其中，内环窗口在窗口内表面一侧的直径大于在窗口外表面一侧的直径，主要起到对入射到保护舱内的光线进行全反射作用，避免杂闪光进入到相机镜头内。
2.如权利要求1所述摄影相机用复合光学窗口，其中，内环窗口与外环窗口之间采用光胶结合成一体。
3.如权利要求1所述摄影相机用复合光学窗口，其中，内环窗口的平行度不大于5"，窗口双面平面度优于λ/10，λ=633nm。
4.如权利要求1所述摄影相机用复合光学窗口，其中，内环窗口的表面质量为10-5。
5.如权利要求1-4任一项所述摄影相机用复合光学窗口，其中，外环窗口的平行度不大于1′，表面质量为20-10。
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