[发明专利]一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置及方法

权利要求书

1.一种光学镜头光轴热稳定性测试方法，涉及的装置包括光学平台、星模拟器、成像组合体、控温及夹持装置、探测电路、采图计算设备；所述成像组合体包括光学镜头及探测器组件；

所述光学平台作为试验的基础支撑设备提供稳定测试环境；星模拟器、成像组合体、控温及夹持装置在测试中均安置于光学平台上，星模拟器与光学镜头在轴线方向对齐且要求星模拟器出光能完全覆盖光学镜头的入瞳；星模拟器模拟无穷远处星点，作为测试中的探测目标；星模拟器发出的光线在成像组合体中的探测器组件上成像；控温及夹持装置用于夹持成像组合体，通过控温及夹持装置内置的电加热片或油路管道设施实现控制成像组合体温度的变化；成像组合体中的光学镜头作为试验中的被测单元，对目标源光线汇聚并在探测器组件上成像；探测电路与成像组合体中的探测器组件相连，用于图像的形成控制与输出；采图计算设备与探测电路相连，用于图像的采集、记录和分析计算；

试验时，成像组合体对星模拟器发出的平行光束成像，通过控温及夹持装置，给光学镜头施加不同的温度控制并保持稳定，采集和记录不同温度水平下星点在探测器像面上的位置变化，通过计算光轴热漂移评估光学镜头的热稳定性；

其特征在于步骤如下：

步骤一：将成像组合体安装于控温及夹持装置上，对星模拟器发出的平行光束成像；通过控温及夹持装置中的电加热器或油路管道设施的温度变化，通过热传导作用控制镜头安装面处温度变化，分别记录温度T₁和T₂的温度稳定状态下，像面星点坐标位置，并计算温度变化ΔT＝T₂-T₁后星点坐标变化量(u₁，v₁)；所述T₁和T₂为被测光学镜头工作温度区间内两温度值，根据测试目的确定；

步骤二：将成像组合体中的探测器组件逆时针旋转90度重新安装；试验过程同步骤一，计算温度变化ΔT＝T₂-T₁后星点坐标变化量(u₂，v₂)；所述逆时针指在从镜头向探测器方向看的状态下；

步骤三：温度变化ΔT后，由镜头光轴偏移引起的像面星点坐标变化为(u_L，v_L)，探测器组件受热变形导致的像面星点坐标变化记为(u_P，v_P)，下标L表示镜头Lens，P表示像面Phase；则通过前后两次试验，得到关系式：其中

其中，为测量结果，为待求量，为转换矩阵；

求解上式，得即

则光学镜头在温度T₁到T₂区间内的光轴热稳定性，以单位温度下镜头光轴绕机械坐标系两轴的旋转角度的形式表示为：

其中，FOV为以度为单位的镜头全视场角，N_Upixel和N_Vpixel分别为探测器U、V两个方向的像素数目；至此，光学镜头自身光轴的热稳定性测试完毕。