專利名稱：光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種星等模擬器系統(tǒng)，尤其涉及一種大口徑、消雜光的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在進(jìn)行深空探測和天文觀測中，為了探測到亮度很弱或者距離地球更遠(yuǎn)的星體，需要研制一些高靈敏度的探測相機(jī)，而這種探測相機(jī)探測能力很強(qiáng)，國內(nèi)還沒有有效的標(biāo)準(zhǔn)測試設(shè)備去標(biāo)定其探測能力。對于常規(guī)的探測相機(jī)，國內(nèi)通常用以下兩種方法對探測相機(jī)探測能力進(jìn)行標(biāo)定:一種是在遠(yuǎn)離城市的深山中對國際上公認(rèn)的已知星等的恒星進(jìn)行拍攝，然后將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對探測相機(jī)的校準(zhǔn)與標(biāo)定。此種方法的缺點(diǎn)是:①受到自然條件和天氣的影響，有時連續(xù)等待幾十天也不一定等到滿足實(shí)驗條件的天氣
受到大氣對光譜的吸收，大氣密度的測量精度以及大氣透過率的不穩(wěn)定性影響由于大氣對星體輻射光譜的不均勻吸收，使得探測相機(jī)接收到的光譜分布與星體實(shí)際輻射光譜分布不同；④對高探測能力的弱光探測相機(jī)，由于大氣的散射產(chǎn)生雜散光，使得探測相機(jī)背景變亮，微弱目標(biāo)信息淹沒在暗背景中；另一種標(biāo)定方法是在實(shí)驗室用星模擬器模擬無窮遠(yuǎn)星點(diǎn)，完成對探測相機(jī)探測能力的標(biāo)定，此種方法不受天氣條件的影響，實(shí)施比較簡單，但該方法同樣存在諸多缺點(diǎn):①由于星模擬器自身雜散光難以消除，無法模擬星等較高星等；②目前國內(nèi)的星模擬器有效口徑較小，不能完成大口徑探測相機(jī)的標(biāo)定任務(wù)；③模擬光譜單一，即實(shí)驗室只能模擬星體的輻亮度，不能模擬星體的輻射光譜分布情況，導(dǎo)致對探測相機(jī)標(biāo)定不夠準(zhǔn)確。所以，對探測相機(jī)探測能力的標(biāo)定既要考慮到雜散光對微弱目標(biāo)信息的淹沒，也要考慮模擬星點(diǎn)光譜與實(shí)際星體輻射光譜的不匹配導(dǎo)致錯誤的標(biāo)定結(jié)果。為了解決現(xiàn)階段國內(nèi)標(biāo)定探測相機(jī)探測能力的諸多缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明設(shè)計研制了一種大口徑、消雜散光、光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)。以滿足對探測相機(jī)在各種光譜曲線分布情況下對探測能力的聞精度標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決背景技術(shù)中所存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種大口徑、消雜散光以及測量精度高的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:本發(fā)明提供了一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特殊之處在于:所述光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)包括光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)以及設(shè)置在光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)出射光路上的大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)。上述光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；所述分光系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)依次設(shè)置于光源系統(tǒng)的出射光路上；所述控制系統(tǒng)分別與光源系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)相連。上述光源系統(tǒng)包括氙燈光源、拋物面聚光鏡、狹縫光闌以及準(zhǔn)直透鏡；所述氙燈光源設(shè)置在由拋物面聚光鏡所形成的凹腔中；所述狹縫光闌以及準(zhǔn)直透鏡依次設(shè)置在經(jīng)拋物面聚光鏡反射后的出射光路上；所述分光系統(tǒng)包括閃耀光柵以及匯聚透鏡；所述閃耀光柵設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后的出射光路上；所述匯聚透鏡設(shè)置在閃耀光柵的出射光路上；光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括入射光纖陣列、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器以及出射光纖陣列；所述入射光纖陣列設(shè)置在經(jīng)匯聚透鏡后的出射光路上，所述入射光纖陣列的入射端與匯聚透鏡的像方焦平面重合；所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器設(shè)置在入射光纖的出射光路上；所述出射光纖陣列設(shè)置在光強(qiáng)調(diào)節(jié)器的出射光路上；所述光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)包括積分球、光譜輻亮度計探頭以及手動可變光闌；所述積分球設(shè)置在出射光纖陣列的出射光路上；所述光譜輻亮度計探頭設(shè)置在積分球內(nèi)壁上；所述手動可變光闌設(shè)置在積分球的出口處；所述控制系統(tǒng)包括氙燈控制器、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器和光譜輻亮度計控制器；所述氙燈控制器與氙燈光源相連；所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器光強(qiáng)調(diào)節(jié)器相連；所述光譜輻亮度計控制器與積分球相連并用于監(jiān)視積分球的輸出的光譜輻亮度值和光譜分布曲線。上述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器包括電動可變光闌以及中繼透鏡；所述電動可變光闌以及中繼透鏡依次設(shè)置在經(jīng)入射光纖陣列后的出射光路上。上述中繼鏡是口徑是Φ8πιπι、焦距是5mm的透鏡；所述狹縫光闌是矩形光闌，所述矩形光闌的尺寸是lmmX4mm ;所述準(zhǔn)直透鏡是口徑為Φ50ι πι、焦距為150mm的透鏡；所述閃耀光柵的光柵常數(shù)為3.33X IO-W閃耀波長為0.5 μ m，閃耀角為4.3°，有效刻畫面積為64mmX64mm ;所述匯聚透鏡是口徑為Φ 100mm,焦距為300mm的透鏡；所述入射光纖陣列包括168根光纖；所述入射光纖陣列的所有光纖按正六角形分4排排列；所述入射光纖陣列的單根光纖直徑是Φ 1.5mm,所述入射光纖陣列的纖芯直徑是Φ 1.0mm ;所述出射光纖陣列包括168根光纖,所述出射光纖陣列的單根光纖直徑是Φ2mm,所述出射光纖陣列的纖芯直徑是Φ 1.5mm。上述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)包括平行光管，所述平行光管包括主鏡、第一次反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡以及平面反射鏡；所述平面反射鏡設(shè)置在光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)的出射光路上；所述第二次反射鏡設(shè)置在平面反射鏡以及第三次反射鏡的反射光路上；所述第三次反射鏡以及第一次反射鏡設(shè)置在第二次反射鏡的反射光路上；所述主鏡設(shè)置在第一次反射鏡的反射光路上；所述光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)的出射光依次經(jīng)過平面反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡、第二次反射鏡、第一次反射鏡以及主鏡反射出去。上述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)還包括設(shè)置在平行光管內(nèi)部的消雜光組件。上述消雜光組件包括設(shè)置在第三次反射鏡和第二次反射鏡之間的消雜光光闌以及設(shè)置在消雜光光闌上的消光罩；所述消雜光光闌設(shè)置在經(jīng)第三次反射鏡至第二次反射鏡的反射光路上。上述消雜光組件還包括設(shè)置在平行光管出射口內(nèi)部的第一消雜光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、設(shè)置在主反射鏡的外側(cè)的第二消雜光筒、設(shè)置在第一次反射鏡外側(cè)的第三消雜光筒以及設(shè)置在第二次反射鏡和第三次反射鏡中間的光路上的消光體；所述消光體是兩個口徑不同的消光筒拼接而成的；所述消雜光光闌是Φ1_的通光孔。上述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)還包括星點(diǎn)板，所述星點(diǎn)板設(shè)置在平行光管的
一次像面上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明所提供的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)與傳統(tǒng)的星等模擬器的不同之處在于:①本發(fā)明提出的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)置了一個二次像面，將二次像面與一次像面之間的空間圍成一個密閉的空間，在二次像面上安裝有消雜光光闌和遮光罩。這樣，從光源發(fā)出的光束，只有有效立體角內(nèi)的光線可以通過遮光罩并從消雜光光闌出射，而光源發(fā)出的有效立體角以外的光束均被遮光罩和消雜光光闌遮擋，從而從根本上解決了傳統(tǒng)星模擬器雜散光無法完全消除的缺點(diǎn)；②本發(fā)明提出的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，光源系統(tǒng)采用光譜曲線可調(diào)諧型均勻光源，該功能通過氙燈，閃耀光柵，光強(qiáng)調(diào)節(jié)器和積分球?qū)崿F(xiàn)。與傳統(tǒng)的星模擬器相比，該光源系統(tǒng)可以模擬任意星體的輻射譜線，避免了由于模擬譜線與實(shí)際星體譜線誤差帶來的標(biāo)定不準(zhǔn)確。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):I)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):使用閃耀光柵作為分光元件，再用匯聚透鏡將各種波長的單色光分別整合到不同的光纖中進(jìn)行傳輸，減小了系統(tǒng)光能損失，縮小了系統(tǒng)的體積；2)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):使用粗纖芯、薄包覆層的光纖陣列，采用正六角形排列方式，具有很高的填充系數(shù)；3)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):在0.35μπι 1.Ομπι譜段上，使用了 84根光纖，平均光譜分辨率為7.86nm，具有較高的光譜模擬分辨能力；4)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):使用電動可變光闌，自動改變各種波長能量的權(quán)重，可以很方便的根據(jù)要求的光譜分布曲線模擬出合適的輻射光譜；5)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):使用積分球做光譜混合器，使模擬出來的光譜具有很高的光譜均勻性、角均勻性和面均勻性；6)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):在積分球內(nèi)壁上安裝有光譜輻亮度計探頭，可以實(shí)時監(jiān)測輸出光譜的輻亮度和光譜分布曲線；7)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):在積分球出口處安裝有手動可變光闌，可以很方便的改變輻射面的大小。8)本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng):由于在光路中設(shè)置有二次像面，在二次像面處設(shè)置有Φ 1_的消雜光光闌和遮光罩，并且系統(tǒng)還設(shè)置有3個消光筒和I個消光體，消雜光裝置可以有效的遮擋系統(tǒng)的雜散光。本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，由于系統(tǒng)具有極高的消雜光能力，可以模擬到16等星乃至更高的星等，解決了國內(nèi)現(xiàn)有星模擬器由于系統(tǒng)雜散光太大，無法高精度模擬10等以上的星等；同時本發(fā)明的微弱光星等模擬系統(tǒng)可根據(jù)要求提供不同光譜權(quán)重的均勻面光源，國內(nèi)目前只能用氙燈或者鹵鎢燈做光源，模擬光譜單一，無法滿足天體探測相機(jī)在不同光譜能量分布情況下的標(biāo)定工作，所以，本發(fā)明填補(bǔ)了國內(nèi)無法模擬任意星體輻射譜線的空白。


圖1是本發(fā)明所提供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明所采用的入射光纖陣列結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖3是本發(fā)明所采用的光強(qiáng)調(diào)節(jié)器的放大示意圖；圖4是本發(fā)明所采用的消雜光光闌的放大示意圖；1-氣燈光源、2-拋物面聚光鏡、3-狹縫光闌、4-準(zhǔn)直透鏡、5-閃耀光柵、6_匯聚透鏡、7-入射光纖陣列、8-光強(qiáng)調(diào)節(jié)器、81-電動可變光闌、82-中繼透鏡、9-出射光纖陣列、10-積分球、11-手動可變光闌、12-探頭、13-光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器、14-光譜輻亮度計、15-氙燈光源控制器、16-主反射鏡、17-第一次反射鏡、18-第二次反射鏡、19-第三次反射鏡、20-平面反射鏡、21-消雜光光闌、22-消光罩、23-第一消光筒、24-第二消光筒、25-第三消光筒、26-消光體、27-遮光罩、28-星點(diǎn)板。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，包括氙燈光源
1、拋物面聚光鏡2、狹縫光闌3、準(zhǔn)直透鏡4、閃耀光柵5、匯聚透鏡6、入射光纖陣列7、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8、電動可變光闌81、中繼透鏡82、出射光纖陣列9、積分球10、手動可變光闌11、探頭12、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器13、光譜輻亮度計14、氙燈光源控制器15、主反射鏡16、第一次反射鏡17、第二次反射鏡18、第三次反射鏡19、平面反射鏡20、消雜光光闌21、消光罩22、第一消光筒23、第二消光筒24、第三消光筒25、消光體26、遮光罩27、星點(diǎn)板28 ;拋物面聚光鏡2設(shè)置在氙燈光源I的外邊，狹縫光闌3設(shè)置在拋物面聚光鏡2的出射光路上，準(zhǔn)直透鏡4設(shè)置在狹縫光闌3的出射光路上，且其焦點(diǎn)位于狹縫光闌4上，閃耀光柵5設(shè)置在準(zhǔn)直透鏡4的出射光路上，使入射光波發(fā)生衍射，匯聚透鏡6設(shè)置在閃耀光柵5的出射光路上，使不同波長的衍射波匯聚在其焦平面上發(fā)生干涉，從而將不同波長的光譜分開，實(shí)現(xiàn)分光，入射光纖陣列7的入射端設(shè)置在匯聚透鏡6的焦面上，出射端分別設(shè)置在光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8的入射口上，出射光纖陣列9的入射端設(shè)置在光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8的出射口上，其出射端設(shè)置在積分球10上，手動可變光闌11設(shè)置在積分球10的出口上,探頭12設(shè)置在積分球10的內(nèi)壁上，主反射鏡16設(shè)置在微弱光星等模擬系統(tǒng)的出射光路上、第一次反射鏡17、第二次反射鏡18、第三次反射鏡19和平面反射鏡20設(shè)置在平行光管主鏡16與焦平面之間的光路上，平面反射鏡20是用來折轉(zhuǎn)系統(tǒng)光路的，消雜光光闌21設(shè)置在星模擬器的二次像面上，消光罩22設(shè)置在消雜光光闌21的外側(cè)(參見圖4)，第二消雜光筒3設(shè)置星模擬器的光出射口內(nèi)，第二消雜光筒4在主反射鏡16的外側(cè)，第二消雜光筒5設(shè)置在第二次反射鏡18的外側(cè)，消光體26設(shè)置星模擬器二次像面和一次像面中間的光路上，遮光罩27設(shè)置在微弱光星等模擬系統(tǒng)的出射口外，星點(diǎn)板28設(shè)置在星模擬器的焦平面上，光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器13、光譜輻亮度計14和氙燈控制器15設(shè)置在系統(tǒng)的外邊，用于控制整個模擬系統(tǒng)輸出的輻亮度值和光譜分布。氙燈光源I發(fā)出的光譜經(jīng)過拋物面聚光鏡2匯聚到狹縫光闌3上，經(jīng)狹縫光闌3調(diào)制后，通過準(zhǔn)直透鏡4形成準(zhǔn)直光束入射到閃耀光柵5上，復(fù)色準(zhǔn)直光束經(jīng)過閃耀光柵5衍射后，不同波長光譜的出射角相對于光柵面法線的出射角不同，再經(jīng)過匯聚透鏡6匯聚后，在匯聚透鏡6的焦平面上發(fā)射干涉，形成彩色的干涉條紋，入射光纖陣列7將不同波長的光譜能量收集到不同的光纖中傳輸?shù)焦鈴?qiáng)調(diào)節(jié)器8，通過電動光闌81改變中繼鏡通光口徑的大小，實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)的調(diào)整(參見圖3)，調(diào)整后的光線經(jīng)過中繼透鏡82匯聚到出射光纖陣列9中，再經(jīng)出射光纖陣列9傳輸?shù)椒e分球10，在積分球10內(nèi)壁的漫反射，使各種波長的光波重新混合，從積分球口輸出。手動可變光闌11用來改變出射光源有效面積的大小，光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器12用來控制電動可變光闌81的有效通光口徑，從而調(diào)整對應(yīng)波長的光譜能量，光譜輻亮度計13用來監(jiān)視積分球10輸出的光譜輻亮度值和光譜分布曲線，氙燈光源控制器14是用來控制氙燈光源I的。本發(fā)明正是利用上述系統(tǒng)來模擬不同權(quán)重光譜分布的均勻面光源的。氙燈發(fā)射的光譜經(jīng)上述系統(tǒng)進(jìn)行光譜調(diào)整后從積分球出射口出射照亮星點(diǎn)板后，經(jīng)過平面反射鏡的反射進(jìn)入星模擬器，最終從星模擬器出射口形成平行光束出射，由于積分球光源發(fā)出的光束立體角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平行光管的F#所對應(yīng)的立體角，所以光源發(fā)出的光能量絕大部分不能模擬無窮遠(yuǎn)星點(diǎn)發(fā)出的光能量，而經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)壁的漫反射變成對星模擬器系統(tǒng)有害的雜散光，而現(xiàn)有的星模擬器只是在系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置一些遮擋雜散光的裝置，并不能有效阻止雜散光從系統(tǒng)出射口出射。為了從根本上解決雜散光對系統(tǒng)星等模擬精度的影響，本提出了一種新的星模擬器光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)平行光管光路中增加一個二次像面，并用消光體將二次像面與一次像面中間的光路形成一個密閉，在二次相面上安裝一個消雜光光闌和消光罩用來吸收和遮擋雜散光，有效的模擬光束順利通過消雜光光闌和消光罩形成平行光束從星模擬器出射口出射。本發(fā)明正是利用上述系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)微弱光星等模擬系統(tǒng)的消雜光功能的。具體原理如下:①光譜權(quán)重可調(diào)諧實(shí)現(xiàn)原理氙燈光源I輻射出的光譜能量被拋物面聚光鏡2匯聚到狹縫光闌3上，狹縫光闌3的通光面積為l_X4mm，狹縫光闌3同時位于準(zhǔn)直透鏡4的物方焦平面上，準(zhǔn)直透鏡4的有效通光孔徑為Φ 50mm,焦距為150mm,平面閃耀光柵5安裝在準(zhǔn)直透鏡4之后約400mm處，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡4出射的準(zhǔn)直光束在平面光柵5上的光斑大小為Φ60_，閃耀光柵5的刻畫面為矩形，有效面積為64_X64mm，所以，所有的光能量均被有效的反射和衍射，在衍射光出射的方向上，距離閃耀光柵500mm處安裝了一個焦距為300mm，口徑為IOOmm的匯聚透鏡6，根據(jù)閃耀光柵的特征尺寸、閃耀角和匯聚透鏡6的焦距計算可知，350nm IOOOnm的光波在匯聚透鏡焦平面上排列總寬度約為63mm，長度約為8mm。入射光纖陣列7的入射端安裝在匯聚透鏡6的焦平面上，這樣，在匯聚透鏡6焦平面上匯聚的單色光束將被分別整合到不同的光纖中，入射光纖陣列7總共包含168根光纖，按正六角形分4排排列(參見圖2)，每排42根,單根光纖的外徑為Φ 1.5mm,纖芯直徑為C>1.2mm。所以,光纖陣列上下兩排光纖纖芯重合寬度為0.45_，這樣可避免位于光纖包覆層處的光譜能量大量損失而導(dǎo)致最終光譜不連續(xù)。由于在350nm IOOOnm的譜段上共使用了 84根光纖收集光譜能量，所以該光譜模擬器的平均光譜分辨率可以達(dá)到7.8nm。單色光譜分別經(jīng)過入射光纖陣列7輸入到光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8內(nèi)，光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8總共包含了 168個小單元，每個小單元各自控制一根光纖光能的輸出功率，當(dāng)光譜從光強(qiáng)調(diào)節(jié)器8的入射端入射，經(jīng)過電動可變光闌81改變中繼透鏡82有效通光口徑的大小達(dá)到調(diào)整光譜輸出功率的目的，經(jīng)過中繼透鏡82匯聚后，有效的光譜被整合的出射光纖中，168根出射光纖組成出射光纖陣列9將調(diào)整后的光譜傳輸?shù)姆e分球10內(nèi)，積分球10的內(nèi)壁為高漫反射的均與涂層，將168根光纖輸出的光譜重新混合，形成均勻的光譜從積分球口出射。光譜輻亮度計11可是實(shí)時監(jiān)測積分球內(nèi)部的光譜能量分布曲線和從積分球口出射的光譜輻亮度值，手動可變光闌10用來改變均勻面光源的大小。②消雜光功能實(shí)現(xiàn)原理積分球光源以2 π (Sr)立體角發(fā)出的光線照亮星點(diǎn)板后，星點(diǎn)輻射出的光能量覆蓋2π (Sr)立體角的空間，在這2π (Sr)立體角空間的光能量是按余弦輻射體分布的，總光通量為LS。一般星模擬器系統(tǒng)的F# = 10，對應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)的孔徑角U = 2.86°，星模擬器系統(tǒng)的出瞳對焦點(diǎn)處星點(diǎn)光源的圍成的立體角為0.031 (Sr)，包含的光通量為0.031LS，而星點(diǎn)輻射的總光通量為nLS，可以計算出，從星點(diǎn)輻射出的光能量僅有不到1%的能量是真正有用的光能，而其余99%的能量照射到模擬器系統(tǒng)內(nèi)壁形成雜散光，由于雜散光形成的原因很多(系統(tǒng)內(nèi)壁的漫反射，散射，光學(xué)玻璃的散射以及孔徑衍射等)，雜散光的分布是不能被準(zhǔn)確追跡和計算的。傳統(tǒng)的星模擬器只是在系統(tǒng)各光學(xué)玻璃周圍安裝遮光罩，并將系統(tǒng)內(nèi)壁做染黑處理，但這并不能有效的消除系統(tǒng)的雜散光。本設(shè)計研制的星模擬器在光路中加入一個二像面，并用遮光體將二次像面與一次像面中間的光路包成一個密閉的空間，在二次像面出安裝一個大小適中的通光孔(消雜光光闌)，這樣，I %有效光束將會在二次像面上匯聚成一個與通光孔大小相當(dāng)?shù)墓獍?，順利出射到下一面反射鏡，而其余99%形成雜散光的光線會在這個密閉的空間內(nèi)經(jīng)過多次的反射而被內(nèi)壁吸收。本發(fā)明使用色散型光學(xué)器件將復(fù)色光按波長分開排列并整合入光纖陣列中，經(jīng)過光纖陣列將不同波長的光譜分別傳輸?shù)焦鈴?qiáng)調(diào)節(jié)器中，光強(qiáng)調(diào)節(jié)器按所需要的光譜能量權(quán)重調(diào)整各波長通光量，最后通過出射光纖將調(diào)整后的光譜輸出到積分球內(nèi)混合，然后從積分球口均勻輸出所需要的光譜分布能量；在光學(xué)系統(tǒng)上通過設(shè)置二次像面，并用遮光體將二次像面與一次像面圍成一個密閉的空間，在二次像面上設(shè)置一個大小適中的通光孔(消雜光光闌)，這樣，1%有效光束將會在二次像面上匯聚成一個與通光孔大小相當(dāng)?shù)墓獍?，順利出射到下一面反射鏡，而其余99%形成雜散光的光線會在這個密閉的空間內(nèi)經(jīng)過多次的反射而被內(nèi)壁吸收。本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)的星模擬器由于雜散光太大無法高精度模擬微弱星點(diǎn)目標(biāo)的難題；填補(bǔ)了國內(nèi)無法模擬任意光譜譜線的分布的光源的空白。本發(fā)明的一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)具有很高的消雜光能力和光譜譜線權(quán)重可調(diào)的功能，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有星模擬器無法模擬目標(biāo)星體的光譜信息和微弱目標(biāo)的亮度信息；同時，本發(fā)明也可用于測試相機(jī)的其它光學(xué)性能指標(biāo)(焦距，視場，MTF,目視鑒別率，彌散圓質(zhì)心等)。
權(quán)利要求
1.一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)包括光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)以及設(shè)置在光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)出射光路上的大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)；所述分光系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)依次設(shè)置于光源系統(tǒng)的出射光路上；所述控制系統(tǒng)分別與光源系統(tǒng)、光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于: 所述光源系統(tǒng)包括氙燈光源、拋物面聚光鏡、狹縫光闌以及準(zhǔn)直透鏡；所述氙燈光源設(shè)置在由拋物面聚光鏡所形成的凹腔中；所述狹縫光闌以及準(zhǔn)直透鏡依次設(shè)置在經(jīng)拋物面聚光鏡反射后的出射光路上； 所述分光系統(tǒng)包括閃耀光柵以及匯聚透鏡；所述閃耀光柵設(shè)置在經(jīng)準(zhǔn)直透鏡后的出射光路上；所述匯聚透鏡設(shè)置在閃耀光柵的出射光路上；光強(qiáng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括入射光纖陣列、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器以及出射光纖陣列；所述入射光纖陣列設(shè)置在經(jīng)匯聚透鏡后的出射光路上，所述入射光纖陣列的入射端與匯聚透鏡的像方焦平面重合；所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器設(shè)置在入射光纖的出射光路上；所述出射光纖陣列設(shè)置在光強(qiáng)調(diào)節(jié)器的出射光路上； 所述光譜混合與監(jiān)測系統(tǒng)包括積分球、光譜輻亮度計探頭以及手動可變光闌；所述積分球設(shè)置在出射光纖陣列的出射光路上；所述光譜輻亮度計探頭設(shè)置在積分球內(nèi)壁上；所述手動可變光闌設(shè)置在積分球的出口處； 所述控制系統(tǒng)包括氙燈控制器、光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器和光譜輻亮度計控制器；所述氙燈控制器與氙燈光源相連；所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器控制器光強(qiáng)調(diào)節(jié)器相連；所述光譜輻亮度計控制器與積分球相連并用于監(jiān)視積分球的輸出的光譜輻亮度值和光譜分布曲線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述光強(qiáng)調(diào)節(jié)器包括電動可變光闌以及中繼透鏡；所述電動可變光闌以及中繼透鏡依次設(shè)置在經(jīng)入射光纖陣列后的出射光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述中繼鏡是口徑是Φ8πιπι、焦距是5mm的透鏡；所述狹縫光闌是矩形光闌，所述矩形光闌的尺寸是ImmX4mm ;所述準(zhǔn)直透鏡是口徑為Φ50mm、焦距為150mm的透鏡；所述閃耀光柵的光柵常數(shù)為3.33X閃耀波長為0.5 μ m,閃耀角為4.3° ,有效刻畫面積為64mmX64mm ；所述匯聚透鏡是口徑為ΦΙΟΟπιπι，焦距為300mm的透鏡；所述入射光纖陣列包括168根光纖；所述入射光纖陣列的所有光纖按正六角形分4排排列；所述入射光纖陣列的單根光纖直徑是Φ 1.5mm,所述入射光纖陣列的纖芯直徑是Φ 1.0mm ;所述出射光纖陣列包括168根光纖，所述出射光纖陣列的單根光纖直徑是Φ2πιπι，所述出射光纖陣列的纖芯直徑是Φ 1.5mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)包括平行光管，所述平行光管包括主鏡、第一次反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡以及平面反射鏡；所述平面反射鏡設(shè)置在光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)的出射光路上；所述第二次反射鏡設(shè)置在平面反射鏡以及第三次反射鏡的反射光路上；所述第三次反射鏡以及第一次反射鏡設(shè)置在第二次反射鏡的反射光路上；所述主鏡設(shè)置在第一次反射鏡的反射光路上；所述光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)的出射光依次經(jīng)過平面反射鏡、第二次反射鏡、第三次反射鏡、第二次反射鏡、第一次反射鏡以及主鏡反射出去。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)還包括設(shè)置在平行光管內(nèi)部的消雜光組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光組件包括設(shè)置在第三次反射鏡和第二次反射鏡之間的消雜光光闌以及設(shè)置在消雜光光闌上的消光罩；所述消雜光光闌設(shè)置在經(jīng)第三次反射鏡至第二次反射鏡的反射光路上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述消雜光組件還包括設(shè)置在平行光管出射口內(nèi)部的第一消雜光筒、平行光管出射口外部的遮光罩、設(shè)置在主反射鏡的外側(cè)的第二消雜光筒、設(shè)置在第一次反射鏡外側(cè)的第三消雜光筒以及設(shè)置在第二次反射鏡和第三次反射鏡中間的光路上的消光體；所述消光體是兩個口徑不同的消光筒拼接而成的；所述消雜光光闌是Φ1_的通光孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，其特征在于:所述大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)還包括星點(diǎn)板，所述星點(diǎn)板設(shè)置在平行光管的一次像面上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)以及設(shè)置在光譜權(quán)重可調(diào)型光譜模擬子系統(tǒng)出射光路上的大口徑消雜光星模擬器子系統(tǒng)。本發(fā)明提出了一種大口徑、消雜散光以及測量精度高的光譜權(quán)重可調(diào)諧型微弱光星等模擬系統(tǒng)。
文檔編號G01C25/00GK103206964SQ201210012829
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者劉峰, 趙建科, 賽建剛, 張周鋒, 周艷, 徐亮, 胡丹丹 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所