一种大容差空间相机的光机结构和装调方法

本发明涉及光学系统装调，具体提供一种大容差空间相机的光机结构和装调方法。

背景技术：

1、随着空间光学系统口径和焦距的增加，各反射镜之间的间距也相应增加，导致反射镜的位置精度更难把控。在多功能空间相机的光学系统中，为了实现光路的分视场功能，每个视场的光路中均配备有自由曲面反射镜，导致该光学系统的配置较为复杂，这种复杂的光学系统配置使得光学系统的装调和校准面临巨大的技术挑战。对于大口径空间光学系统，由于反射镜和相机的体积庞大且质量沉重，尽管地面装配时采用了重力卸载技术来模拟空间的微重力环境，但受限于模拟精度和各种环境因素，重力卸载并不能完全消除重力对光学系统的影响，这导致了光学系统在地面的装调和在轨运行时的性能之间存在差异，即无法确保“天地一致性”，这种差异可能导致在轨运行后光学系统的成像质量下降，无法满足预定的成像要求。

2、现有的技术方案多采用在轨后重新进行次镜调整的方法来调整在轨成像质量，不足以满足多视场光学系统的高性能成像需求，且在面对共口径多视场通道的空间相机光学系统的精密调整需求时，光学系统的结构复杂性高，导致光路设计困难，每个视场通道都需要精确的光学元件配置和校准，以确保成像质量，主镜、次镜以及其他光学元件之间的位置关系和相对姿态对成像质量有着显著影响，任何微小的调整都可能引起整个系统成像性能的显著变化，因此在轨次镜调整技术面临诸多挑战。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种大容差空间相机的光机结构和装调方法，该方法为每个视场通道配置了独立的调整机制，确保各视场通道在进行焦点调整、光轴校准和视场对准时互不干扰，从而显著提升了光学系统的调整自由度，有效满足了共口径多视场通道空间相机光学系统的发展需求。

2、本发明提供的大容差空间相机的光机结构，包括：

3、主镜、次镜、第一镜组、第二镜组、第三镜组、第一精密调整平台、第二精密调整平台和第三精密调整平台，主镜具有中心孔，第一镜组包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，第二镜组包括第一非球面反射镜和第二非球面反射镜，第三镜组包括第三平面反射镜和第四平面反射镜；

4、次镜与主镜设置在同一光轴上，第一镜组、第二镜组和第三镜组均设置在远离次镜的一侧，且第一平面反射镜、第一非球面反射镜和第三平面反射镜设置在光轴的一侧，第二平面反射镜、第二非球面反射镜和第四平面反射镜设置在光轴的另一侧；

5、次镜、第一非球面反射镜和第二非球面反射镜分别安装在第一精密调整平台、第二精密调整平台和第三精密调整平台上，可通过第一精密调整平台、第二精密调整平台和第三精密调整平台独立调整次镜、第一非球面反射镜和第二非球面反射镜；

6、主镜将入射光反射至次镜，次镜通过中心孔将入射光反射至第一镜组，第一镜组将入射光反射至第二镜组，并将入射光分成两束，第二镜组将两束入射光分别反射至第三镜组。

7、优选的，第一平面反射镜和第二平面反射镜关于光轴对称；第一非球面反射镜和第二非球面反射镜关于光轴对称；第三平面反射镜和第四平面反射镜关于光轴对称。

8、一种大容差空间相机的装调方法，利用大容差空间相机的光机结构进行在地装调和在轨调试。

9、优选的，在地装调阶段包括以下步骤：

10、s1：将主镜和次镜安装在预设的指定位置，以主镜为参照，将次镜调整至光学设计所确定的光学成像的最佳位置；

11、s2：按照预设的指定位置安装第一镜组；

12、s3：按照预设的指定位置将第二镜组的第一非球面反射镜和第二非球面反射镜分别安装在第二精密调整平台和第三精密调整平台上，并通过第二精密调整平台和第三精密调整平台分别调整第一非球面反射镜和第二非球面反射镜至光学成像的最佳位置；

13、s4：按照预设的指定位置安装第三镜组；

14、s5：确定焦平面位置。

15、优选的，在轨调试阶段包括以下步骤：

16、q1：通过任意一个视场通道进行成像，并对成像结果进行波像差分析，若成像质量不满足要求，依据波像差分析结果，通过第一精密调整平台调整次镜的位置；

17、q2：再次通过q1中选定的视场通道成像并对成像结果进行波像差分析；

18、若成像质量仍不满足要求，通过第二精密调整平台调整第一非球面反射镜；

19、若存在离焦现象，则通过调焦机构调整第三平面反射镜；

20、q3：重复执行q1和q2，直至q1中选定的视场通道成像质量满足要求；

21、q5：保持次镜位置不变，更换为其他视场通道，重复执行q1至q3直至所有视场通道成像质量满足要求。

22、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

23、本发明设置了多个精密调整平台，对次镜、第一非球面反射镜和第二非球面反射镜进行独立调整，显著提升了光学系统的调整自由度，在进行在地装调和在轨调试时，引入了独立的调整机制，各视场通道能够独立进行焦点调整和光轴校准，互不干扰，一个视场通道的调整，不会引起其他视场通道的耦合效应，显著增加各视场通道的调整自由度，实现了在地、在轨光学系统的独立、精确、可靠的调整，确保了空间光学系统的高性能成像，同时提升了操作的灵活性和系统的可靠性，有效地降低了系统装调和校准的技术难度，并显著增强了空间光学系统的容错能力，有效满足了共口径多视场通道空间相机光学系统的发展需求。

技术特征：

1.一种大容差空间相机的光机结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的大容差空间相机的光机结构，其特征在于，所述第一平面反射镜和所述第二平面反射镜关于所述光轴对称；所述第一非球面反射镜和所述第二非球面反射镜关于所述光轴对称；所述第三平面反射镜和所述第四平面反射镜关于所述光轴对称。

3.一种大容差空间相机的装调方法，其特征在于，利用如权利要求1或权利要求2所述的大容差空间相机的光机结构进行在地装调和在轨调试。

4.如权利要求3所述的大容差空间相机的装调方法，其特征在于，所述在地装调阶段包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的大容差空间相机的装调方法，其特征在于，所述在轨调试阶段包括以下步骤：

技术总结本发明涉及光学系统装调技术领域，具体提供一种大容差空间相机的光机结构和装调方法，该光机结构具备主镜、次镜、第一镜组、第二镜组、第三镜组、第一精密调整平台、第二精密调整平台和第三精密调整平台，次镜和第二镜组均安装在相应的精密调整平台上，并可通过精密调整平台独立调整次镜和第二镜组的位置，空间相机在地装调后进入在轨阶段，通过上述各精密调整平台可对空间相机的各个视场通道进行独立的调整，使各个视场通道成像满足需求。本发明提供的空间相机的光机结构和装调方法，显著提升了光学系统的调整自由度，为每个视场通道配置了独立的调整机制，确保在进行焦点调整时，各视场通道互不干扰。技术研发人员：王浩,郭疆,薛栋林,朱磊,崔永鹏,邵明东,田富湘,杨利伟受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/17