[发明专利]一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置及方法

说明书

本发明一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置及方法，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；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。

技术领域

本发明涉及一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置及方法，属于空间星敏感器测试领域。

背景技术

空间星敏感器的热漂移是其低频误差的主要来源，增强星敏感器的热稳定性能，对其精度的提升意义重大。而星敏感器整机的热稳定性可进一步分解到成像链路上的主要光机结构上，如光学镜头、探测器组件、机械结构等。其中光学镜头的热稳定性能尤为重要，而其准确测量是光学镜头改善设计、增强热稳定性的前提。

光学镜头光轴热稳定性，是指光学镜头光轴指向抵抗温度变化影响的能力，通常以一定温度变化范围内的光轴指向偏移角度(称热漂移)来衡量，单位为：角秒每度。数值越低表示热稳定性越高。光轴热稳定性是光学镜头自身的固有特性，由光学镜头的设计、加工、装配等决定。

光学镜头光轴热稳定性的测试方法一般是用光学镜头与探测器组件(光电探测器及其安装法兰)构成的组合体(下文称“成像组合体”)对星模拟器发出的平行光束成像，光学镜头处施加温度控制，温度变化下星点在探测器像面上位置(坐标)发生变化，星点位置变化可以换算为光轴的角度变化。

但常规测试方法是针对镜头与探测器组件构成的组合体进行整体测量的，温度变化下星点在探测器像面上位置变动，一方面可以由光学镜头的光轴指向变化引起，另一方面，光电探测器同样也会随温度变化导致热变形，进而导致成像星点位置的变化。因此，常规方法测量结果包含了探测器像面热变形对星点成像位置变化的影响，代表的是组合体整体的热稳定性水平，并非光学镜头本身特性，测量误差较大。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置及方法，可通过先后两次试验，即十字交叉试验，可准确拆分出光学镜头光轴自身热漂移，并可定量计算探测器组件热变形对星点成像位置产生的影响。

本发明的技术方案是：一种光学镜头光轴热稳定性的测试装置，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。

一种光学镜头光轴热稳定性测试方法，步骤如下：