一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统，包括光源、偏振光分光棱镜PBS、硅基液晶LCOS组、星模拟器平行光光学系统以及星图控制及光源控制器；光源、偏振光分光棱镜PBS以及硅基液晶LCOS组依次设置于同一光路上；偏振光分光棱镜PBS与星模拟器平行光光学系统设置于同一光路上；星图控制及光源控制器和硅基液晶LCOS组电性连接。本实用新型专利技术提出了一种能够有效的在实验室内高精度、动态模拟各种天区星图的变化的动态大视场小畸变星模拟器光学系统。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属光学领域，涉及一种动态星模拟器，尤其涉及一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统。
技术介绍
星模拟技术是研究模拟星体辐照特性及星体间相互位置关系的一门技术。应用星模拟技术研制的星模拟器是航天技术中卫星空间环境模拟试验的主要组成部分，星模拟器用于卫星姿态控制的导航光学星敏感器地面模拟试验与标定。过去研制的各种星模拟器，主要是以静态星模拟器为主，动态星模拟器的目标源均以液晶光阀为主。其中静态星模动态模拟性能差，不能实时模拟不同天区的星图变化情况；而动态星模其分辨率低，在有限焦距条件下模拟单星张角大，准直精度也较低。同时以往的各种星模拟器都由于视场较小，或者视场大而畸变也偏大，故不能在像面大范围精确模拟各种天区的星图。因此，开展高精度、高分辨率、模拟单星张角小、高可靠性的动态大视场星模拟器作为课题研究，具有较高的实用价值。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的上述技术问题，本技术提出了一种能够有效的在实验室内高精度、动态模拟各种天区星图的变化的动态大视场小畸变星模拟器光学系统。本技术的技术解决方案是本技术提供了一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统，其特殊之处在于所述动态大视场小畸变星模拟器光学系统包括光源、 PBS(偏振光分光棱镜)、LC0S(硅基液晶)组、星模拟器平行光光学系统以及星图控制及光源控制器；所述光源、PBS以及LCOS组依次设置于同一光路上；所述PBS与星模拟器平行光光学系统设置于同一光路上；所述星图控制及光源控制器和LCOS电性连接。上述LCOS组包括第一 LCOS以及第二 LCOS ；所述光源经PBS后分为反射光以及透射光；所述反射光经PBS反射后入射至第一 LCOS ；所述透射光经PBS透射后入射至第二 LCOS。上述动态大视场小畸变星模拟器光学系统还包括设置在PBS与LCOS组之间的1/4 波片组。上述1/4波片组包括第一 1/4波片以及第二 1/4波片；所述第一 1/4波片设置于 PBS与第一 LCOS之间；所述第二 1/4波片设置于PBS与第二 LCOS之间。上述动态大视场小畸变星模拟器光学系统还包括偏振片，所述偏振片设置于光源和PBS之间。上述星模拟器平行光光学系统包括第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜以及第五正透镜；所述第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜以及第五正透镜依次设置于同一光轴上；所述第一负透镜设置于PBS的出射光路上。上述动态大视场小畸变星模拟器光学系统还包括光阑，所述光阑与第五正透镜设置于同一光路上。上述PBS、第一负透镜以及第一正透镜依次设置于同一光轴上。上述光源是均勻光源，一般可采用均勻积分球或LED面均勻发光体。上述星图控制及光源控制器分别是指控制不同天区星体变化的模拟软件及星等能量控制的仿真器。本技术的优点是本技术主要围绕星模拟技术开展研究，完成了一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统的设计；该星模拟器光学系统的设计，解决了高精度大视场星图的星间角间距动态模拟难题，为星敏感器在实验室内完成大天区精确动态标定奠定了基础，研究动态大视场小畸变星模拟器对卫星上姿态测量关键部件导航光学星敏感器的质量考核、性能测试和生产具有重要意义，具体而言，本技术的优点是1、可动态模拟星图。本技术所提供的动态大视场星模拟器光学系统，利用电动可变光阑可以使输出光能进行衰减，模拟不同星等的辐照度，其星等模拟精度高，可实时模拟不同天区星图的变化情况，具有动态星等模拟的功能。2、成像质量高。本技术所提供的动态大视场星模拟器光学系统，将原来的第四块透镜，分割成两块透镜，增加了设计的变量参数，进而大大提高了光学系统在大视场、 长焦距的前提下，仍然有很好的成像像质。该动态大视场星模拟器光学系统是一种大视场非对称式光学结构，其像质优良，畸变小于0.05%，能量中心与主光线位置偏差小于8〃， 光学系统准直性精度优于10"，成像质量高。3、应用范围广。本技术所提供的动态大视场星模拟器光学系统，突破了以往星模拟器模拟星图范围小的缺陷，其可在短焦星模拟器中模拟大线视场星图(焦距90mm)， 线视场Φ22πιπι，并且其质量轻、体积小，可与被测星敏感器连接在一起进行各种试验，尤其是在环境试验中，可配合模拟环境模拟真实天区的变化情况。附图说明图1是本技术所提供的动态大视场小畸变星模拟器光学系统的结构示意图；图2是本技术所采用的星模拟器光学系统的结构示意图；其中1-光阑；2-星模拟器平行光光学系统；3-第四组镜；12-PBS ；5_像面；6-CCD ； 7-星敏感器光学系统；10-偏振片；11-均勻光源；13-第一 LCOS ； 14-第二 LCOS ；15-1/4波片；16-星图控制及光源控制器。具体实施方式参见图1，本技术提供了一种全新的非对称式大视场长焦距结构的动态大视场小畸变星模拟器光学系统，该系统包括光源，尤其是均勻光源、偏振片10、PBS12、LCOS 组、1/4波片组、星模拟器平行光光学系统2以及星图控制及光源控制器16 ；光源、偏振片 10、PBS12、l/4波片组以及LCOS组依次设置于同一光路上；PBS12与星模拟器平行光光学系统2设置于同一光路上；星图控制及光源控制器16和LCOS组电性连接。(XD6是星敏感器光学系统的焦面组件，用于接收星敏感器光学系统所成的星体像。LCOS组包括第一 LC0S13以及第二 LC0S14 ；光源经PBS12后分为反射光以及透射光；反射光经PBS12反射后入射至第一 LC0S13 ；透射光经PBS12透射后入射至第二 LC0S14。1/4波片组包括第一 1/4波片以及第二 1/4波片；第一 1/4波片设置于PBS12与第一 LC0S13之间；第二 1/4波片设置于PBS12与第二 LC0S14之间。星模拟器平行光光学系统2包括第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜以及第五正透镜；第一负透镜、第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第二负透镜、第三负透镜、第四正透镜以及第五正透镜依次设置于同一光轴上；第一负透镜设置于PBS12的出射光路上。动态大视场小畸变星模拟器光学系统还包括光阑1，光阑1与第五正透镜设置于同一光路上。PBS、第一负透镜以及第一正透镜依次设置于同一光轴上。以往的星模拟器均采用光阑内置或光阑位于某块透镜边框的结构，而该系统光阑设置在光学系统外，有利于与被测系统共用光阑；另外，该光学系统在设计时，将原来的第四块透镜，分割成两块透镜(就是本技术中的第三正透镜以及第二负透镜)，增加了设计的变量参数，进而大大提高了光学系统在大视场、长焦距的前提下，仍然有很好的成像像质。考虑到整个系统要求有高的模拟精度，并且能够模拟较大的天区，故在设计整个星模拟器光学系统时，在像面采用LCOS光学拼接的方式来保证该系统具有较大的线视场。此设计方式，改变了传统像面采用LCD或TFT模拟精度低，以及靶面线视场小的缺陷。该星模拟器的光学系统设计方案如图2所示，星模拟器装置设计原理如图1所示。如图2所示，在星敏感器进行测试时，将其星敏感器的光轴与星模拟器光轴调至平行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种动态大视场小畸变星模拟器光学系统，其特征在于：所述动态大视场小畸变星模拟器光学系统包括光源、偏振光分光棱镜ＰＢＳ、硅基液晶ＬＣＯＳ组、星模拟器平行光光学系统以及星图控制及光源控制器；所述光源、偏振光分光棱镜ＰＢＳ以及硅基液晶ＬＣＯＳ组依次设置于同一光路上；所述偏振光分光棱镜ＰＢＳ与星模拟器平行光光学系统设置于同一光路上；所述星图控制及光源控制器和硅基液晶ＬＣＯＳ组电性连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，赵建科，周艳，刘峰，胡丹丹，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87