CN201983798U - 一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统，该模拟标定系统包括光源系统、离轴三反平行光管、星点板以及弱光PMT测试单元；平行光管设置在光源系统的出射光路上，星点板设置在平行光管的焦面处，弱光PMT测试单元设置在平行光管的出口处。本实用新型的一种弱光紫外星模拟标定系统，在光源处直接安装有星点板，可以从弱光星等模拟到强光星等，满足很大的星等动态模拟范围；同时在平行光管出口处设置有弱光PMT测试单元，可以实时测试输出光的辐照度，从而可以对出射光的星等进行定标。

Description

一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统

技术领域

本实用新型涉及一种相机光学系统性能指标及星等标定系统，尤其涉及一种紫外弱光星等模拟标定系统。

背景技术

在月基天文观测中，为了观测各种天体在近紫外波段的亮度变化，需要研制一种紫外天体观测相机，该观测相机具有高灵敏度弱光紫外探测性能。高灵敏度星体观测相机的探测能力都在8等星以上，但8等星的照度很低，没有相应的标准测量设备，用常规的方法难以标定。目前国内的可见光探测相机常在远离城区的深山中，对国际公认的已知星等的恒星进行野外拍摄，并采集有关星等数据带回实验室，再通过图像处理对星模拟器进行调整和校准，用调整校准过的星模拟器对其他星跟踪器进行校准。在这个过程中，用探测相机在外场采集星等数据时，受自然条件的影响非常大，有时因天气原因，在外场采集数据需要连续等待几十天也不一定能获得理想的满足采集到该试验是用于深空紫外星等观测，而大气对紫外光谱的吸收很严重，如果用相机直接在地面上对紫外天体拍摄，则很难拍摄到较高的星等；与此同时，大气密度的测量精度，大气透过率的不确定性均会导致光谱信息的变化，天文背景光的影响等都不可避免地影响光电探测器指标测量的稳定性。因此研究室内紫外弱光星体成为卫星观测相机等设备室内定标的一种必然选择。另外，国内已经研制了一套标准星等模拟系统，该系统主要用于可见光星等定标用，而该系统的动态星等模拟范围小(6～14等星)，无法直接标定出射光的星等大小；同时该星模拟器测试口径较小，不能完成紫外弱光大口径相机的星等定标，因此需要研制一种用于大口径紫外弱光星等定标用的星等模拟标定系统。

实用新型内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本实用新型提出了一种弱光紫外星模拟标定系统，在光源处直接安装有星点板，可以从弱光星等模拟到强光星 等，满足很大的星等动态模拟范围；同时在平行光管出口处设置有弱光PMT测试单元，可以实时测试输出光的辐照度，从而可以对出射光的星等进行定标。

本实用新型的技术解决方案是：一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特殊之处在于：所述模拟标定系统包括光源系统、离轴三反平行光管、星点板以及弱光PMT测试单元；所述平行光管设置在光源系统的出射光路上，所述星点板设置在平行光管的焦面处，所述弱光PMT测试单元设置在平行光管的出口处。

上述光源系统包括氙灯、紫外光积分球、平面反射镜、第一可变光阑以及第二可变光阑；所述紫外光积分球设置在氙灯和平行光管之间；所述平面反射镜设置在紫外光积分球内光源的出射光路上，所述第一可变光阑设置在氙灯与紫外光积分球之间；所述第二可变光阑设置在紫外光积分球出口和平行光管之间。

上述平行光管是口径Φ500mm、焦距5M的离轴三反射光学结构。

上述离轴三反平行光管的出射光路上设置有反射系统，所述反射系统包括三镜、次镜以及主镜；所述主镜设置在离轴三反平行光管的出射光路上，所述三镜设置焦面的出射光路上，所述次镜设置在主镜与三镜之间的反射光路上。

上述平行光管内包括消杂光光阑，所述消杂光光阑设置在星点板的后侧。

上述紫外光积分球与平行光管之间设置有紫外光学滤光片。

上述星点板是0.02mm星点。

上述的紫外光积分球内壁涂层是Specpralon材料制作的。

本实用新型的优点是：

1)本实用新型的星等模拟标定系统，在光源处直接安装有星点板，可以从弱光星等模拟到强光星等，具有很大的星等动态模拟范围(3～16等星)；

2)本实用新型的光源利用氙灯的发光特性，采用特殊材料研制的紫外光积分球，积分球内壁涂层采用的是抗高温脱落的紫外高反射式涂层，更大程度的提高了光能的反射率及辐射光的均匀性；

3)本实用新型的星模拟器系统，利用电动可变光阑可以使输出光能的最小细分精度达到对应16等星的分辨率要求，故在低星等时可以实现更小精度的星 等细分(15等星以下时可实现0.02等星的细分)，具有高的星等模拟精度；

4)本实用新型的星模拟器系统，采用的是离轴三反平行光管，全光谱反射，具有紫外、可见、红外光管通用的光学性能，同时其具有较大的输出口径(Φ500mm)，可以满足更多的航天探测相机多光谱定标测试；

5)本实用新型具有实时弱光星等定标功能，通过自检平行光管输出光能辐照度，来直接计算出射光辐照度与对应星等等级的关系，解决了国内以往弱光星等无法直接定标的难题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

3-控制单元、4-弱光PMT测试单元、11-氙灯、12-第一可变光阑、13-球内平面反射镜、14-紫外光积分球、15-第二可变光阑、16-紫外光学滤光片、21-主镜、22-次镜、23-三镜、24-星点板、25-消杂光光阑；

具体实施方式

参见图1，本实用新型的紫外弱光星等模拟标定系统，包括光源、平行光管、控制单元3、弱光PMT测试单元4；光源1包括氙灯11、第一可变光阑12、球内平面反射镜13、紫外光积分球14、第二可变光阑15、紫外光学滤光片16、设置在紫外光积分球14的出射光路上的星点板24；第一可变光阑12设置在紫外光积分球14和氙灯11之间，第二可变光阑15设置在紫外光积分球14出口和紫外光学滤光片16之间；第一可变光阑12是手动的，第二可变光阑15是电动的；平行光管是离轴三反射系统，包括主镜21、次镜22、三镜23；三镜23设置在紫外光积分球14、星点板24的出射光路上；消杂光光阑25设置在星点板24后侧、离轴三反平行光管2内，次镜22在三镜23的出射光路上，主镜21设置在次镜22的出射光路上；弱光PMT测试单元4设置在离轴三反平行光管的出口附近。控制单元3是紫外光积分球14以及弱光PMT测试单元4连接的，通过控制软件调整积分球可变光阑VA的大小来控制输出光谱辐亮度。

氙灯11发出的紫外光经过第一可变光阑12衰减后，到达球内平面反射镜13，经过全反射后进入紫外光积分球14内壁，经过多次漫反射后，到达第二可 变光阑15，经过第二可变光阑15的衰减与紫外光学滤光片16的光谱修正后，最后发出均匀的紫外光谱；此时，离轴三反平行光管的焦面处放置一星点板24，紫外光积分球14出口处的光照亮星点板24上的星点孔，则在离轴三反平行光管出口处发出一束平行光，对着离轴三反平行光管看去，正如来自无穷远处的星光辐射；最后通过弱光PMT测试单元4来标定出射光的星等等级，本实用新型正是利用上述的系统来模拟紫外星模拟器的工作原理及星等标定，具体工作原理如下：

氙灯11主要提供高亮度紫外波长的光谱，光谱的亮度要达到输出辐亮度大于250W/m²gsr，通过修正滤光片的作用，可以模拟到光谱范围满足设计要求的辐射光光谱曲线。第一可变光阑12的作用是使氙灯11光能在进入紫外光积分球14后亮度可粗调，配合第二可变光阑15(VA，可细分)，这样使得紫外光积分球14出口处的光辐射亮度满足所要模拟星等照度动态变化的要求。紫外光积分球14主要作用是提供面均匀性和角均匀性(发散角±20°)，这样性能优于99％的均匀光源。为了能够直接监测出离轴三反平行光管的出射光光谱辐射特性及辐照度值，在离轴三反平行光管出口附近采用弱光PMT测试单元4来实时监测输出光谱辐照度变化，在离轴三反平行光管出口附近利用弱光PMT测试单元4准确测出离轴三反平行光管出口处打在PMT探测器上的光谱辐照度，弱光PMT测试单元4上设置有PMT探测器及光子计数器。从而可准确计算出星点经过离轴三反平行光管2后出射光的星等等级，从而解决了星模拟系统弱光星等标定的难题。星点板24采用的是0.02mm星点，离轴三反平行光管2采用的是5m平行光管，通过理论计算可以模拟出目标星等。控制单元3由包括VA控制软件、光谱曲线采集软件的计算机组成，主要是配合第二可变光阑15完成紫外光积分球14出口辐亮度的动态调整，其中辐亮度调节范围是200W/m²gsr∶1.0×10^-4W/m²gsr；为了使星模拟器出射光的辐照度可以细分到0.2等星，即星等分辨率是0.2等星，则需要使紫外光积分球14出射光的辐亮度增量可细分到1.0×10^-4W/m²/sr(通过理论计算，此结果可满足0.2等星分辨率的要求)。为此，需要弱光PMT测试单元4与第二可变光阑15联合使用，来达到 调整精度目的。

由于国内10～16等星的辐照度目前是没有任何测试设备能直接测出来的，都是通过间接的测试来实现星等的标定。一般采用间接测试紫外光积分球14出口的辐亮度，利用以下计算公式间接计算出离轴三反平行光管的出射光模拟星等水平：

$E=\frac{\mathrm{\π}}{4}g{\left(\frac{d}{f^{\′}}\right)}^2\mathrm{gLg\τ}$

式中d为星点板星点孔的大小，f′为平行光管的焦距，L为积分球出口的辐亮度，τ为平行光管的反射率。该方法由于受环境影响及测试误差影响较大，故对弱光星等的标定不能准确测试，而本实用新型所采用的弱光PMT测试单元4可直接对出射光星等等级标定，解决了国内弱光星等准确标定的难题。

本实用新型的星模拟器系统是用来模拟3～16等星连续变化的辐照度，满足月基观测相机定标用3～15等星的要求，本实用新型也可用于测试月基探测相机及其他相机的光学性能指标，如焦距、视场、畸变、弥散圆等光学指标。

Claims (8)

1.一种紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述模拟标定系统包括光源系统、离轴三反平行光管、星点板以及弱光PMT测试单元；所述平行光管设置在光源系统的出射光路上，所述星点板设置在平行光管的焦面处，所述弱光PMT测试单元设置在平行光管的出口处。

2.根据权利要求1所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述光源系统包括氙灯、紫外光积分球、平面反射镜、第一可变光阑以及第二可变光阑；所述紫外光积分球设置在氙灯和平行光管之间；所述平面反射镜设置在紫外光积分球内光源的出射光路上，所述第一可变光阑设置在氙灯与紫外光积分球之间；所述第二可变光阑设置在紫外光积分球出口和平行光管之间。

3.根据权利要求2所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述平行光管是口径Φ500mm、焦距5M的离轴三反射光学结构。

4.根据权利要求3所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述离轴三反平行光管的出射光路上设置有反射系统，所述反射系统包括三镜、次镜以及主镜；所述主镜设置在离轴三反平行光管的出射光路上，所述三镜设置焦面的出射光路上，所述次镜设置在主镜与三镜之间的反射光路上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述平行光管内包括消杂光光阑，所述消杂光光阑设置在星点板的后侧。

6.根据权利要求5所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述紫外光积分球与平行光管之间设置有紫外光学滤光片。

7.根据权利要求6所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述星点板是0.02mm星点。

8.根据权利要求7所述的紫外弱光星等模拟及星等标定系统，其特征在于：所述紫外光积分球内壁是Specpralon材料的涂层。 

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