專利名稱：一種紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種相機光學系統(tǒng)性能指標及星等標定系統(tǒng)，尤其涉及一種紫外弱光星等模擬標定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在月基天文觀測中，為了觀測各種天體在近紫外波段的亮度變化，需要研制一種紫外天體觀測相機，該觀測相機具有高靈敏度弱光紫外探測性能。高靈敏度星體觀測相機的探測能力都在8等星以上，但8等星的照度很低，沒有相應(yīng)的標準測量設(shè)備，用常規(guī)的方法難以標定。目前國內(nèi)的可見光探測相機常在遠離城區(qū)的深山中，對國際公認的已知星等的恒星進行野外拍攝，并采集有關(guān)星等數(shù)據(jù)帶回實驗室，再通過圖像處理對星模擬器進行調(diào)整和校準，用調(diào)整校準過的星模擬器對其他星跟蹤器進行校準。在這個過程中，用探測相機在外場采集星等數(shù)據(jù)時，受自然條件的影響非常大，有時因天氣原因，在外場采集數(shù)據(jù)需要連續(xù)等待幾十天也不一定能獲得理想的滿足采集到該試驗是用于深空紫外星等觀測，而大氣對紫外光譜的吸收很嚴重，如果用相機直接在地面上對紫外天體拍攝，則很難拍攝到較高的星等；與此同時，大氣密度的測量精度，大氣透過率的不確定性均會導(dǎo)致光譜信息的變化，天文背景光的影響等都不可避免地影響光電探測器指標測量的穩(wěn)定性。因此研究室內(nèi)紫外弱光星體成為衛(wèi)星觀測相機等設(shè)備室內(nèi)定標的一種必然選擇。另外，國內(nèi)已經(jīng)研制了一套標準星等模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于可見光星等定標用，而該系統(tǒng)的動態(tài)星等模擬范圍小(6 14等星)，無法直接標定出射光的星等大??；同時該星模擬器測試口徑較小， 不能完成紫外弱光大口徑相機的星等定標，因此需要研制一種用于大口徑紫外弱光星等定標用的星等模擬標定系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，本實用新型提出了一種弱光紫外星模擬標定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點板，可以從弱光星等模擬到強光星等，滿足很大的星等動態(tài)模擬范圍；同時在平行光管出口處設(shè)置有弱光PMT測試單元，可以實時測試輸出光的輻照度，從而可以對出射光的星等進行定標。本實用新型的技術(shù)解決方案是一種紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特殊之處在于所述模擬標定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點板以及弱光PMT測試單元；所述平行光管設(shè)置在光源系統(tǒng)的出射光路上，所述星點板設(shè)置在平行光管的焦面處， 所述弱光PMT測試單元設(shè)置在平行光管的出口處。上述光源系統(tǒng)包括氙燈、紫外光積分球、平面反射鏡、第一可變光闌以及第二可變光闌；所述紫外光積分球設(shè)置在氙燈和平行光管之間；所述平面反射鏡設(shè)置在紫外光積分球內(nèi)光源的出射光路上，所述第一可變光闌設(shè)置在氙燈與紫外光積分球之間；所述第二可變光闌設(shè)置在紫外光積分球出口和平行光管之間。上述平行光管是口徑Φ 500mm、焦距5M的離軸三反射光學結(jié)構(gòu)。[0007]上述離軸三反平行光管的出射光路上設(shè)置有反射系統(tǒng)，所述反射系統(tǒng)包括三鏡、 次鏡以及主鏡；所述主鏡設(shè)置在離軸三反平行光管的出射光路上，所述三鏡設(shè)置焦面的出射光路上，所述次鏡設(shè)置在主鏡與三鏡之間的反射光路上。上述平行光管內(nèi)包括消雜光光闌，所述消雜光光闌設(shè)置在星點板的后側(cè)。上述紫外光積分球與平行光管之間設(shè)置有紫外光學濾光片。上述星點板是0. 02mm星點。上述的紫外光積分球內(nèi)壁涂層是Specpralon材料制作的。本實用新型的優(yōu)點是1)本實用新型的星等模擬標定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點板，可以從弱光星等模擬到強光星等，具有很大的星等動態(tài)模擬范圍(3 16等星)；2)本實用新型的光源利用氙燈的發(fā)光特性，采用特殊材料研制的紫外光積分球， 積分球內(nèi)壁涂層采用的是抗高溫脫落的紫外高反射式涂層，更大程度的提高了光能的反射率及輻射光的均勻性；3)本實用新型的星模擬器系統(tǒng)，利用電動可變光闌可以使輸出光能的最小細分精度達到對應(yīng)16等星的分辨率要求，故在低星等時可以實現(xiàn)更小精度的星等細分(15等星以下時可實現(xiàn)0. 02等星的細分)，具有高的星等模擬精度；4)本實用新型的星模擬器系統(tǒng)，采用的是離軸三反平行光管，全光譜反射，具有紫外、可見、紅外光管通用的光學性能，同時其具有較大的輸出口徑(Φ500mm)，可以滿足更多的航天探測相機多光譜定標測試；5)本實用新型具有實時弱光星等定標功能，通過自檢平行光管輸出光能輻照度， 來直接計算出射光輻照度與對應(yīng)星等等級的關(guān)系，解決了國內(nèi)以往弱光星等無法直接定標的難題。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；3-控制單元、4-弱光PMT測試單元、11-氙燈、12-第一可變光闌、13-球內(nèi)平面反射鏡、14-紫外光積分球、15-第二可變光闌、16-紫外光學濾光片、21-主鏡、22-次鏡、 23-三鏡、24-星點板、25-消雜光光闌；
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的紫外弱光星等模擬標定系統(tǒng)，包括光源、平行光管、控制單元3、弱光PMT測試單元4 ；光源1包括氙燈11、第一可變光闌12、球內(nèi)平面反射鏡13、紫外光積分球14、第二可變光闌15、紫外光學濾光片16、設(shè)置在紫外光積分球14的出射光路上的星點板對；第一可變光闌12設(shè)置在紫外光積分球14和氙燈11之間，第二可變光闌15設(shè)置在紫外光積分球14出口和紫外光學濾光片16之間；第一可變光闌12是手動的，第二可變光闌15是電動的；平行光管是離軸三反射系統(tǒng)，包括主鏡21、次鏡22、三鏡23 ；三鏡23 設(shè)置在紫外光積分球14、星點板M的出射光路上；消雜光光闌25設(shè)置在星點板M后側(cè)、 離軸三反平行光管2內(nèi)，次鏡22在三鏡23的出射光路上，主鏡21設(shè)置在次鏡22的出射光路上；弱光PMT測試單元4設(shè)置在離軸三反平行光管的出口附近。控制單元3是紫外光積分球14以及弱光PMT測試單元4連接的，通過控制軟件調(diào)整積分球可變光闌VA的大小來控制輸出光譜輻亮度。氙燈11發(fā)出的紫外光經(jīng)過第一可變光闌12衰減后，到達球內(nèi)平面反射鏡13，經(jīng)過全反射后進入紫外光積分球14內(nèi)壁，經(jīng)過多次漫反射后，到達第二可變光闌15，經(jīng)過第二可變光闌15的衰減與紫外光學濾光片16的光譜修正后，最后發(fā)出均勻的紫外光譜；此時， 離軸三反平行光管的焦面處放置一星點板對，紫外光積分球14出口處的光照亮星點板M 上的星點孔，則在離軸三反平行光管出口處發(fā)出一束平行光，對著離軸三反平行光管看去， 正如來自無窮遠處的星光輻射；最后通過弱光PMT測試單元4來標定出射光的星等等級，本實用新型正是利用上述的系統(tǒng)來模擬紫外星模擬器的工作原理及星等標定，具體工作原理如下氙燈11主要提供高亮度紫外波長的光譜，光譜的亮度要達到輸出輻亮度大于 250W/m2gSr，通過修正濾光片的作用，可以模擬到光譜范圍滿足設(shè)計要求的輻射光光譜曲線。第一可變光闌12的作用是使氙燈11光能在進入紫外光積分球14后亮度可粗調(diào)，配合第二可變光闌15(VA，可細分)，這樣使得紫外光積分球14出口處的光輻射亮度滿足所要模擬星等照度動態(tài)變化的要求。紫外光積分球14主要作用是提供面均勻性和角均勻性 (發(fā)散角士20° )，這樣性能優(yōu)于99%的均勻光源。為了能夠直接監(jiān)測出離軸三反平行光管的出射光光譜輻射特性及輻照度值，在離軸三反平行光管出口附近采用弱光PMT測試單元4來實時監(jiān)測輸出光譜輻照度變化，在離軸三反平行光管出口附近利用弱光PMT測試單元4準確測出離軸三反平行光管出口處打在PMT探測器上的光譜輻照度，弱光PMT測試單元4上設(shè)置有PMT探測器及光子計數(shù)器。從而可準確計算出星點經(jīng)過離軸三反平行光管2 后出射光的星等等級，從而解決了星模擬系統(tǒng)弱光星等標定的難題。星點板M采用的是 0. 02mm星點，離軸三反平行光管2采用的是5m平行光管，通過理論計算可以模擬出目標星等?？刂茊卧?由包括VA控制軟件、光譜曲線采集軟件的計算機組成，主要是配合第二可變光闌15完成紫外光積分球14出口輻亮度的動態(tài)調(diào)整，其中輻亮度調(diào)節(jié)范圍是200W/ m2gSr 1.0X10_4W/m2gSr ；為了使星模擬器出射光的輻照度可以細分到0.2等星，即星等分辨率是0. 2等星，則需要使紫外光積分球14出射光的輻亮度增量可細分到1. OX KT4W/ m2/sr (通過理論計算，此結(jié)果可滿足0. 2等星分辨率的要求)。為此，需要弱光PMT測試單元4與第二可變光闌15聯(lián)合使用，來達到調(diào)整精度目的。由于國內(nèi)10 16等星的輻照度目前是沒有任何測試設(shè)備能直接測出來的，都是通過間接的測試來實現(xiàn)星等的標定。一般采用間接測試紫外光積分球14出口的輻亮度，利用以下計算公式間接計算出離軸三反平行光管的出射光模擬星等水平式中d為星點板星點孔的大小，f'為平行光管的焦距，L為積分球出口的輻亮度， τ為平行光管的反射率。該方法由于受環(huán)境影響及測試誤差影響較大，故對弱光星等的標定不能準確測試，而本實用新型所采用的弱光PMT測試單元4可直接對出射光星等等級標定，解決了國內(nèi)弱光星等準確標定的難題。本實用新型的星模擬器系統(tǒng)是用來模擬3 16等星連續(xù)變化的輻照度，滿足月基觀測相機定標用3 15等星的要求，本實用新型也可用于測試月基探測相機及其他相機的光學性能指標，如焦距、視場、畸變、彌散圓等光學指標。
權(quán)利要求1.一種紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述模擬標定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點板以及弱光PMT測試單元；所述平行光管設(shè)置在光源系統(tǒng)的出射光路上，所述星點板設(shè)置在平行光管的焦面處，所述弱光PMT測試單元設(shè)置在平行光管的出口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述光源系統(tǒng)包括氙燈、紫外光積分球、平面反射鏡、第一可變光闌以及第二可變光闌；所述紫外光積分球設(shè)置在氙燈和平行光管之間；所述平面反射鏡設(shè)置在紫外光積分球內(nèi)光源的出射光路上，所述第一可變光闌設(shè)置在氙燈與紫外光積分球之間；所述第二可變光闌設(shè)置在紫外光積分球出口和平行光管之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述平行光管是口徑Φ 500mm、焦距5M的離軸三反射光學結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述離軸三反平行光管的出射光路上設(shè)置有反射系統(tǒng)，所述反射系統(tǒng)包括三鏡、次鏡以及主鏡；所述主鏡設(shè)置在離軸三反平行光管的出射光路上，所述三鏡設(shè)置焦面的出射光路上，所述次鏡設(shè)置在主鏡與三鏡之間的反射光路上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述平行光管內(nèi)包括消雜光光闌，所述消雜光光闌設(shè)置在星點板的后側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述紫外光積分球與平行光管之間設(shè)置有紫外光學濾光片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述星點板是0. 02謹星點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，其特征在于所述紫外光積分球內(nèi)壁是Specpralon材料的涂層。
專利摘要本實用新型提出了一種紫外弱光星等模擬及星等標定系統(tǒng)，該模擬標定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點板以及弱光PMT測試單元；平行光管設(shè)置在光源系統(tǒng)的出射光路上，星點板設(shè)置在平行光管的焦面處，弱光PMT測試單元設(shè)置在平行光管的出口處。本實用新型的一種弱光紫外星模擬標定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點板，可以從弱光星等模擬到強光星等，滿足很大的星等動態(tài)模擬范圍；同時在平行光管出口處設(shè)置有弱光PMT測試單元，可以實時測試輸出光的輻照度，從而可以對出射光的星等進行定標。
文檔編號G01C25/00GK201983798SQ20102064353
公開日2011年9月21日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者周艷, 徐亮, 胡丹丹, 薛勛, 趙建科 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所