專利名稱：一種紫外弱光星等模擬及星等標(biāo)定系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)性能指標(biāo)及星等標(biāo)定系統(tǒng)，尤其涉及一種紫外弱光星等模擬標(biāo)定系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在月基天文觀測(cè)中，為了觀測(cè)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(cè)相機(jī)，該觀測(cè)相機(jī)具有高靈敏度弱光紫外探測(cè)性能。高靈敏度星體觀測(cè)相機(jī)的探測(cè)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備，用常規(guī)的方法難以標(biāo)定。目前國(guó)內(nèi)的可見光探測(cè)相機(jī)常在遠(yuǎn)離城區(qū)的深山中，對(duì)國(guó)際公認(rèn)的已知星等的恒星進(jìn)行野外拍攝，并采集有關(guān)星等數(shù)據(jù)帶回實(shí)驗(yàn)室，再通過圖像處理對(duì)星模擬器進(jìn)行調(diào)整和校準(zhǔn)，用調(diào)整校準(zhǔn)過的星模擬器對(duì)其他星跟蹤器進(jìn)行校準(zhǔn)。在這個(gè)過程中，用探測(cè)相機(jī)在外場(chǎng)采集星等數(shù)據(jù)時(shí)，受自然條件的影響非常大，有時(shí)因天氣原因，在外場(chǎng)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(yàn)是用于深空紫外星等觀測(cè)，而大氣對(duì)紫外光譜的吸收很嚴(yán)重，如果用相機(jī)直接在地面上對(duì)紫外天體拍攝，則很難拍攝到較高的星等；與此同時(shí)，大氣密度的測(cè)量精度，大氣透過率的不確定性均會(huì)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(cè)器指標(biāo)測(cè)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(cè)相機(jī)等設(shè)備室內(nèi)定標(biāo)的一種必然選擇。另外，國(guó)內(nèi)已經(jīng)研制了一套標(biāo)準(zhǔn)星等模擬系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于可見光星等定標(biāo)用，而該系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)星等模擬范圍小(6 14等星)，無法直接標(biāo)定出射光的星等大小；同時(shí)該星模擬器測(cè)試口徑較小， 不能完成紫外弱光大口徑相機(jī)的星等定標(biāo)，因此需要研制一種用于大口徑紫外弱光星等定標(biāo)用的星等模擬標(biāo)定系統(tǒng)。

實(shí)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(shí)用新型提出了一種弱光紫外星模擬標(biāo)定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點(diǎn)板，可以從弱光星等模擬到強(qiáng)光星等，滿足很大的星等動(dòng)態(tài)模擬范圍；同時(shí)在平行光管出口處設(shè)置有弱光PMT測(cè)試單元，可以實(shí)時(shí)測(cè)試輸出光的輻照度，從而可以對(duì)出射光的星等進(jìn)行定標(biāo)。本實(shí)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(biāo)定系統(tǒng)，其特殊之處在于所述模擬標(biāo)定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點(diǎn)板以及弱光PMT測(cè)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(diǎn)板設(shè)置在平行光管的焦面處， 所述弱光PMT測(cè)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(xué)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(diǎn)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(xué)濾光片。上述星點(diǎn)板是0. 02mm星點(diǎn)。上述的紫外光積分球內(nèi)壁涂層是Specpralon材料制作的。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)本實(shí)用新型的星等模擬標(biāo)定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點(diǎn)板，可以從弱光星等模擬到強(qiáng)光星等，具有很大的星等動(dòng)態(tài)模擬范圍(3 16等星)；2)本實(shí)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(shí)用新型的星模擬器系統(tǒng)，利用電動(dòng)可變光闌可以使輸出光能的最小細(xì)分精度達(dá)到對(duì)應(yīng)16等星的分辨率要求，故在低星等時(shí)可以實(shí)現(xiàn)更小精度的星等細(xì)分(15等星以下時(shí)可實(shí)現(xiàn)0. 02等星的細(xì)分)，具有高的星等模擬精度；4)本實(shí)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(xué)性能，同時(shí)其具有較大的輸出口徑(Φ500mm)，可以滿足更多的航天探測(cè)相機(jī)多光譜定標(biāo)測(cè)試；5)本實(shí)用新型具有實(shí)時(shí)弱光星等定標(biāo)功能，通過自檢平行光管輸出光能輻照度， 來直接計(jì)算出射光輻照度與對(duì)應(yīng)星等等級(jí)的關(guān)系，解決了國(guó)內(nèi)以往弱光星等無法直接定標(biāo)的難題。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；3-控制單元、4-弱光PMT測(cè)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(xué)濾光片、21-主鏡、22-次鏡、 23-三鏡、24-星點(diǎn)板、25-消雜光光闌；
具體實(shí)施方式
參見圖1，本實(shí)用新型的紫外弱光星等模擬標(biāo)定系統(tǒng)，包括光源、平行光管、控制單元3、弱光PMT測(cè)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(xué)濾光片16、設(shè)置在紫外光積分球14的出射光路上的星點(diǎn)板對(duì)；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(xué)濾光片16之間；第一可變光闌12是手動(dòng)的，第二可變光闌15是電動(dòng)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(diǎn)板M的出射光路上；消雜光光闌25設(shè)置在星點(diǎn)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(cè)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(cè)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(dá)球內(nèi)平面反射鏡13，經(jīng)過全反射后進(jìn)入紫外光積分球14內(nèi)壁，經(jīng)過多次漫反射后，到達(dá)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(xué)濾光片16的光譜修正后，最后發(fā)出均勻的紫外光譜；此時(shí)， 離軸三反平行光管的焦面處放置一星點(diǎn)板對(duì)，紫外光積分球14出口處的光照亮星點(diǎn)板M 上的星點(diǎn)孔，則在離軸三反平行光管出口處發(fā)出一束平行光，對(duì)著離軸三反平行光管看去， 正如來自無窮遠(yuǎn)處的星光輻射；最后通過弱光PMT測(cè)試單元4來標(biāo)定出射光的星等等級(jí)，本實(shí)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(biāo)定，具體工作原理如下氙燈11主要提供高亮度紫外波長(zhǎng)的光譜，光譜的亮度要達(dá)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(jì)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(jìn)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(xì)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(dòng)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(cè)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(cè)試單元4來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)試單元4準(zhǔn)確測(cè)出離軸三反平行光管出口處打在PMT探測(cè)器上的光譜輻照度，弱光PMT測(cè)試單元4上設(shè)置有PMT探測(cè)器及光子計(jì)數(shù)器。從而可準(zhǔn)確計(jì)算出星點(diǎn)經(jīng)過離軸三反平行光管2 后出射光的星等等級(jí)，從而解決了星模擬系統(tǒng)弱光星等標(biāo)定的難題。星點(diǎn)板M采用的是 0. 02mm星點(diǎn)，離軸三反平行光管2采用的是5m平行光管，通過理論計(jì)算可以模擬出目標(biāo)星等?？刂茊卧?由包括VA控制軟件、光譜曲線采集軟件的計(jì)算機(jī)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(dòng)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(xì)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(xì)分到1. OX KT4W/ m2/sr (通過理論計(jì)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(cè)試單元4與第二可變光闌15聯(lián)合使用，來達(dá)到調(diào)整精度目的。由于國(guó)內(nèi)10 16等星的輻照度目前是沒有任何測(cè)試設(shè)備能直接測(cè)出來的，都是通過間接的測(cè)試來實(shí)現(xiàn)星等的標(biāo)定。一般采用間接測(cè)試紫外光積分球14出口的輻亮度，利用以下計(jì)算公式間接計(jì)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(diǎn)板星點(diǎn)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(cè)試誤差影響較大，故對(duì)弱光星等的標(biāo)定不能準(zhǔn)確測(cè)試，而本實(shí)用新型所采用的弱光PMT測(cè)試單元4可直接對(duì)出射光星等等級(jí)標(biāo)定，解決了國(guó)內(nèi)弱光星等準(zhǔn)確標(biāo)定的難題。本實(shí)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(cè)相機(jī)定標(biāo)用3 15等星的要求，本實(shí)用新型也可用于測(cè)試月基探測(cè)相機(jī)及其他相機(jī)的光學(xué)性能指標(biāo)，如焦距、視場(chǎng)、畸變、彌散圓等光學(xué)指標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種紫外弱光星等模擬及星等標(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述模擬標(biāo)定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點(diǎn)板以及弱光PMT測(cè)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(diǎn)板設(shè)置在平行光管的焦面處，所述弱光PMT測(cè)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(biāo)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(biāo)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(xué)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(biāo)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(biāo)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(diǎn)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(biāo)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(xué)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(biāo)定系統(tǒng)，其特征在于所述星點(diǎn)板是0. 02謹(jǐn)星點(diǎn)。
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(biāo)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(shí)用新型提出了一種紫外弱光星等模擬及星等標(biāo)定系統(tǒng)，該模擬標(biāo)定系統(tǒng)包括光源系統(tǒng)、離軸三反平行光管、星點(diǎn)板以及弱光PMT測(cè)試單元；平行光管設(shè)置在光源系統(tǒng)的出射光路上，星點(diǎn)板設(shè)置在平行光管的焦面處，弱光PMT測(cè)試單元設(shè)置在平行光管的出口處。本實(shí)用新型的一種弱光紫外星模擬標(biāo)定系統(tǒng)，在光源處直接安裝有星點(diǎn)板，可以從弱光星等模擬到強(qiáng)光星等，滿足很大的星等動(dòng)態(tài)模擬范圍；同時(shí)在平行光管出口處設(shè)置有弱光PMT測(cè)試單元，可以實(shí)時(shí)測(cè)試輸出光的輻照度，從而可以對(duì)出射光的星等進(jìn)行定標(biāo)。
文檔編號(hào)G01C25/00GK201983798SQ20102064353
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所