一种光学掩膜及基于光学掩膜的太阳敏感器制造技术

本发明专利技术公开了一种光学掩膜，该光学掩膜采用由两条平行线及两条圆弧线构成的圆矩形结构，所述圆矩形结构沿x轴方向及y轴方向均对称，且带有V字形狭缝；该光学掩膜用于通过所述V字形狭缝的两条缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器。如此，本发明专利技术实施例中的光学掩膜采用圆矩形的结构形式，易于加工和装配且可以避免旋转移位；采用V字形狭缝滤波并引入太阳光线，形成的光线交点数量较少，在后续测量姿态角的过程中对应的信息处理算法较为简单、快速且精确。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种光学掩膜，该光学掩膜采用由两条平行线及两条圆弧线构成的圆矩形结构，所述圆矩形结构沿x轴方向及y轴方向均对称，且带有V字形狭缝；该光学掩膜用于通过所述V字形狭缝的两条缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器。如此，本专利技术实施例中的光学掩膜采用圆矩形的结构形式，易于加工和装配且可以避免旋转移位；采用V字形狭缝滤波并引入太阳光线，形成的光线交点数量较少，在后续测量姿态角的过程中对应的信息处理算法较为简单、快速且精确。【专利说明】一种光学掩膜及基于光学掩膜的太阳敏感器
本专利技术涉及航空航天领域的太阳敏感器技术，尤其涉及一种光学掩膜及基于光学掩膜的太阳敏感器。
技术介绍
太阳敏感器是卫星上重要的姿态测量光学敏感器。太阳敏感器按工作原理主要可分为如下几种:基于光电池的模拟式太阳敏感器、基于光电码盘的编码式太阳敏感器、基于二维线阵式图像传感器的数字太阳敏感器、基于面阵图像传感器的面阵式数字太阳敏感器和基于一维线阵图像传感器的线阵式数字太阳敏感器等；其中，线阵式数字太阳敏感器是新出现的一种太阳敏感器，其重量轻，功耗低，成本低，精度适中，因而成为低成本、中低精度微小卫星的首选。太阳敏感器的主要组成部分是光学掩膜(即光线引入器)和信息处理系统两大部分。太阳光线通过刻有特殊图案形式的光学掩膜照射到图像传感器，图像传感器的输出按一定的规律随太阳光线的入射角度变化而变化；光学掩膜的图案形式直接决定太阳敏感器的姿态测量方法，尤其对于基于一维线阵图像传感器的太阳敏感器来说，由于一维线阵图像传感器只能感知一维的信息，所以要利用一维线阵图像传感器测量太阳光线在二维方向的入射角，必须通过特殊图案形式的光学掩膜将太阳光线的入射形式进行变换。光学掩膜的结构形式及装配结构既要保证太阳敏感器的各项技术指标，又要具有较高的稳定性和可靠性，以适应航天恶劣的力学环境(例如，强振动、冲击和加速度)和热学环境(例如，极端高、低温)的要求，具体来说即要求光学掩膜到图像传感器的距离保持稳定，且光学掩膜不会旋转移位，又要求光学掩膜不会因强振动、冲击、材料热胀冷缩特性不一致等情况而破碎，同时还要求光学掩膜装配工艺的可操作性强，光学掩膜的镀膜不会在装配过程中被划伤或污染。由此可见，光学掩膜设计及其装配是太阳敏感器的一项关键技术，光学掩膜的图案形式、结构形式及其装配结构均会影响太阳敏感器的性能。现有线阵式数字太阳敏感器中的光学掩膜图案形式有两种:一种是井字形，一种是N字形；太阳光线经过井字形的光学掩膜将形成四个光线交点，经过N字形光学掩膜将形成三个光线交点；结构形式分别为圆形和矩形。装配结构有灌胶封装式和粘结式，其中，所谓灌胶封装式是将光学掩膜、电路板和机壳全部灌胶封死；所谓粘结式是先将光学掩膜粘结在图像传感器上，然后将焊有图像传感器的电路板通过螺钉固定在太阳敏感器的机壳上。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有线阵式数字太阳敏感器中的光学掩膜及其装配结构至少存在以下缺陷:I)现有的光学掩膜采用井字形或N字形的图案形式时，在后续测量姿态角过程中对应的信息处理算法均较为复杂；2)现有的光学掩膜若采用圆形的结构形式，则在安装时容易产生旋转移位，从而给后续姿态角的测量带来较大的误差；若采用矩形的结构形式，则在加工处理和装配时均较为复杂。3)现有光学掩膜的装配结构稳定性高，但是，灵活性差，不利于调试，且安装误差大。可以看出，在图案形式方面，目前亟需一种形成光线交点数量较少，且在后续测量姿态角过程中对应的信息处理算法较为简单的光学掩膜图案形式；在结构形式方面，也亟需一种易于加工，且不易旋转移位的光学掩膜结构形式；在装配结构方面，需要一种既能适应航天环境又简单灵活的装配结构。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种光学掩膜及基于光学掩膜的太阳敏感器，不仅易于加工、装配简单灵活，能避免旋转移位；而且能减少光线交点数，使后续所用信息处理算法更简单、快速、精确。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的:本专利技术实施例提供了一种光学掩膜，应用于太阳敏感器，该光学掩膜采用由两条平行线及两条圆弧线构成的圆矩形结构，所述圆矩形结构沿X轴方向及y轴方向均对称，且带有V字形狭缝；所述光学掩膜，用于通过所述V字形狭缝的两条狭缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器。上述方案中，所述V字形狭缝的夹角为90度，且所述V字形狭缝的中心与所述圆矩形结构的中心重合，所述V字形狭缝的宽度I满足如下条件: Ia/2-<^-其中，a为所述线阵图像传感器的长度。 上述方案中，所述V字形狭缝的夹角顶点与所述封闭型结构的上边沿的距离I1、左顶点与所述封闭型结构的下边沿的距离I2、右顶点与所述封闭型结构的下边沿的距离13，满足如下条件:FOVI1 = I1 = L > tan(^^) x L + C其中，FOV为所述光学掩膜的视场范围，L为太阳敏感器中掩膜窗口的厚度，C为安装余量常数。基于上述的光学掩膜，本专利技术实施例还提供了一种太阳敏感器，该太阳敏感器包括权利要求上述的光学掩膜。上述方案中，所述太阳敏感器还包括:掩膜窗口、压接环、压接橡胶圈；其中，所述掩膜窗口，用于承载所述光学掩膜，并配合所述压接环对所述光学掩膜进行固定，所述掩膜窗口与所述光学掩膜相契合；所述压接环，用于将所述光学掩膜固定于所述掩膜窗口中；所述压接橡胶圈，固定于所述光学掩膜的非入射面与所述压接环之间，用于对所述光学掩膜提供力学缓冲。上述方案中，所述光学掩膜的V字形狭缝的夹角顶点与所述掩膜窗口的上边沿的距离I4、左顶点与所述掩膜窗口的下边沿的距离I5、右顶点与所述掩膜窗口的下边沿的距离I6、左顶点与所述掩膜窗口的左边沿距离I7、右顶点与所述掩膜窗口的右边沿距离I8，满足如下条件:【权利要求】1.一种光学掩膜，应用于太阳敏感器，其特征在于，所述光学掩膜采用由两条平行线及两条圆弧线构成的圆矩形结构，所述圆矩形结构沿X轴方向及I轴方向均对称，且带有V字形狭缝； 所述光学掩膜，用于通过所述V字形狭缝的两条狭缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器。2.根据权利要求1所述的光学掩膜，其特征在于，所述V字形狭缝的夹角为90度，且所述V字形狭缝的中心与所述圆矩形结构的中心重合，所述V字形狭缝的宽度I满足如下条件: 3.根据权利要求1所述的光学掩膜，其特征在于，所述V字形狭缝的夹角顶点与所述封闭型结构的上边沿的距离I1、左顶点与所述封闭型结构的下边沿的距离I2、右顶点与所述封闭型结构的下边沿的距离I3，满足如下条件:4.一种太阳敏感器，其特征在于，所述太阳敏感器包括权利要求1至3任一项所述的光学掩膜。5.根据权利要求4所述的太阳敏感器，其特征在于，所述太阳敏感器还包括:掩膜窗口、压接环、压接橡胶圈；其中， 所述掩膜窗口，用于承载所述光学掩膜，并配合所述压接环对所述光学掩膜进行固定，所述掩膜窗口与所述光学掩膜相契合； 所述压接环，用于将所述光学掩膜固定于所述掩膜窗口中； 所述压接橡胶圈，固定于所述光学掩膜的非入射面与所述压接环之间，用于对所述光学掩膜提供力学缓冲。6.根据权利要求4所述的太阳敏感器，其特征在于，所述光学掩膜的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学掩膜，应用于太阳敏感器，其特征在于，所述光学掩膜采用由两条平行线及两条圆弧线构成的圆矩形结构，所述圆矩形结构沿x轴方向及y轴方向均对称，且带有V字形狭缝；所述光学掩膜，用于通过所述V字形狭缝的两条狭缝分别滤波并引入第一条太阳光线及第二条太阳光线到线阵图像传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：樊巧云，高鑫洋，张广军，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11