[發明專利]一種光學鏡頭光軸熱穩定性的測試裝置及方法

有效

• 申請號: 202010187740.6
• 申請日: 2020-03-17
• 公開（公告）號: CN111323210B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 隋杰;武延鵬;鄭然;張騰飛;梁士通;王曉燕;鐘俊;李林
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01M11/02
• 分類號: G01M11/02;G01M11/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種光學鏡頭光軸熱穩定性測試方法，涉及的裝置包括光學平臺、星模擬器、成像組合體、控溫及夾持裝置、探測電路、采圖計算設備；所述成像組合體包括光學鏡頭及探測器組件；

所述光學平臺作為試驗的基礎支撐設備提供穩定測試環境；星模擬器、成像組合體、控溫及夾持裝置在測試中均安置于光學平臺上，星模擬器與光學鏡頭在軸線方向對齊且要求星模擬器出光能完全覆蓋光學鏡頭的入瞳；星模擬器模擬無窮遠處星點，作為測試中的探測目標；星模擬器發出的光線在成像組合體中的探測器組件上成像；控溫及夾持裝置用于夾持成像組合體，通過控溫及夾持裝置內置的電加熱片或油路管道設施實現控制成像組合體溫度的變化；成像組合體中的光學鏡頭作為試驗中的被測單元，對目標源光線匯聚并在探測器組件上成像；探測電路與成像組合體中的探測器組件相連，用于圖像的形成控制與輸出；采圖計算設備與探測電路相連，用于圖像的采集、記錄和分析計算；

試驗時，成像組合體對星模擬器發出的平行光束成像，通過控溫及夾持裝置，給光學鏡頭施加不同的溫度控制并保持穩定，采集和記錄不同溫度水平下星點在探測器像面上的位置變化，通過計算光軸熱漂移評估光學鏡頭的熱穩定性；

其特征在于步驟如下：

步驟一：將成像組合體安裝于控溫及夾持裝置上，對星模擬器發出的平行光束成像；通過控溫及夾持裝置中的電加熱器或油路管道設施的溫度變化，通過熱傳導作用控制鏡頭安裝面處溫度變化，分別記錄溫度T₁和T₂的溫度穩定狀態下，像面星點坐標位置，并計算溫度變化ΔT＝T₂-T₁后星點坐標變化量(u₁，v₁)；所述T₁和T₂為被測光學鏡頭工作溫度區間內兩溫度值，根據測試目的確定；

步驟二：將成像組合體中的探測器組件逆時針旋轉90度重新安裝；試驗過程同步驟一，計算溫度變化ΔT＝T₂-T₁后星點坐標變化量(u₂，v₂)；所述逆時針指在從鏡頭向探測器方向看的狀態下；

步驟三：溫度變化ΔT后，由鏡頭光軸偏移引起的像面星點坐標變化為(u_L，v_L)，探測器組件受熱變形導致的像面星點坐標變化記為(u_P，v_P)，下標L表示鏡頭Lens，P表示像面Phase；則通過前后兩次試驗，得到關系式：其中

其中，為測量結果，為待求量，為轉換矩陣；

求解上式，得即

則光學鏡頭在溫度T₁到T₂區間內的光軸熱穩定性，以單位溫度下鏡頭光軸繞機械坐標系兩軸的旋轉角度的形式表示為：

其中，FOV為以度為單位的鏡頭全視場角，N_Upixel和N_Vpixel分別為探測器U、V兩個方向的像素數目；至此，光學鏡頭自身光軸的熱穩定性測試完畢。