一种热控调焦机构有效性检测方法

摘要

本发明公开了一种热控调焦机构有效性检测方法，它是在含有热控调焦机构的空间相机系统中，将所述热控调焦机构的调焦环温度分别调节至调焦最低温度和调焦最高温度，并分别计算出这两种温度时所述空间相机系统中感光芯片的离焦量，这两种温度时的离焦量之差即为所述热控调焦机构的实际调焦范围，将该实际调焦范围与理论设计的调焦范围进行对比，从而确定出所述热控调焦机构在所述空间相机系统中的调焦范围是否有效。本发明可以检测出热控调焦机构在光学系统中的调焦范围是否有效。

说明书

技术领域

本发明涉及空间相机的热控调焦机构领域，尤其涉及一种热控调焦机构有效性检测方法。

背景技术

星载反射式、大焦距光学相机通常会由于发射期间的剧烈震动导致感光芯片偏离清晰成像的位置，称之为离焦。为了解决发射入轨后感光芯片离焦的问题，会在相机上增加调焦机构，发射入轨后通过调焦使感光芯片重新回到清晰成像的位置。申请号为201710302694.8的中国专利申请公开了一种空间相机主动热控调焦装置，它是利用温控系统控制调焦环的长度，将次镜安装在调焦环上，间接调节像面的位置，实现调焦的目的。虽然可以在安装前测试调焦环的调焦量是否满足要求，但由于相机系统复杂，调焦环安装后无法对其变形量进行确认，因此需要一种检测方法对安装进空间相机系统的调焦环的有效性进行检测，确保调焦环的调焦范围(调焦范围是清晰像面前后移动的距离)满足要求，但现有技术中没有相关检测方法。

发明内容

针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种热控调焦机构有效性检测方法，可以检测出热控调焦机构在光学系统中的调焦范围是否有效。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热控调焦机构有效性检测方法，包括以下步骤：在含有热控调焦机构的空间相机系统中，将所述热控调焦机构的调焦环温度分别调节至调焦最低温度和调焦最高温度，并分别计算出这两种温度时所述空间相机系统中感光芯片的离焦量，这两种温度时的离焦量之差即为所述热控调焦机构的实际调焦范围，将该实际调焦范围与理论设计的调焦范围进行对比，从而确定出所述热控调焦机构在所述空间相机系统中的调焦范围是否有效；

其中，所述空间相机系统中感光芯片的离焦量的计算方法包括以下步骤：

步骤1、在所述空间相机系统的入射光方向同光轴依次设置平行光管和靶标，平行光管的焦面位置为靶标标定位置，将所述靶标在所述平行光管的焦面附近前后移动，使所述靶标通过所述平行光管成像在所述空间相机系统的感光芯片上，记录此时的靶标图像和靶标位置，然后利用该靶标图像计算出该靶标位置时所述空间相机系统的光学传递函数MTF；

步骤2、将所述靶标前后等间隔移动，每移动一次，记录一次靶标图像和靶标位置，并利用该靶标图像计算出该靶标位置时所述空间相机系统的光学传递函数MTF；

步骤3、根据上述每个靶标位置时所述空间相机系统的光学传递函数MTF确定出每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF，并将靶标位置作为横坐标，将每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF作为纵坐标，画成奈奎斯特频率下的MTF随靶标位置变化的曲线，然后用高斯函数进行拟合，拟合的高斯函数的最大值点的横坐标为所述靶标在所述空间相机系统中成像质量最好的位置；该成像质量最好的位置与所述靶标标定位置之间存在偏差，根据该偏差、所述平行光管的焦距、所述空间相机系统的焦距按照下述公式计算出所述空间相机系统中感光芯片的离焦量：

偏差÷离焦量＝平行光管的焦距的平方÷空间相机系统的焦距的平方。

优选地，所述靶标为刃边靶标或条纹靶标。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所提供的热控调焦机构有效性检测方法分别计算出了调焦环在调焦最低温度和调焦最高温度时空间相机系统中感光芯片的离焦量，这两种温度时的离焦量之差即为调焦环的实际调焦范围，将该实际调焦范围与理论设计的调焦范围进行对比，即可判定调焦环的调焦作用是否有效，也就是检测出了热控调焦机构在空间相机系统中的调焦范围是否有效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供热控调焦机构有效性检测方法的设备布局示意图。

图2为本发明实施例1中拟合后的高斯函数的曲线的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面对本发明所提供的热控调焦机构有效性检测方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，一种热控调焦机构有效性检测方法，包括以下步骤：

在含有热控调焦机构的空间相机系统1中，调节所述热控调焦机构的调焦环温度，使调焦环温度分别稳定在调焦最低温度(所述调焦最低温度是指所述热控调焦机构在设计时给调焦环设计的最低工作温度，低于这个温度则成像质量不能保证)和调焦最高温度(所述调焦最高温度是指所述热控调焦机构在设计时给调焦环设计的最高工作温度，高于这个温度则成像质量不能保证)，并分别计算出这两种温度时所述空间相机系统1中感光芯片的离焦量，这两种温度时的离焦量之差即为所述热控调焦机构的实际调焦范围，将该实际调焦范围与理论设计的调焦范围(所述理论设计的调焦范围是指所述热控调焦机构在设计时设计的调焦范围)进行对比，从而确定出所述热控调焦机构在所述空间相机系统1中的调焦范围是否有效。

其中，所述空间相机系统1中感光芯片的离焦量的计算方法包括以下步骤：

步骤1、在所述空间相机系统1的入射光方向同光轴依次设置平行光管2和靶标3(所述靶标3为刃边靶标或条纹靶标)，平行光管2的焦面位置为靶标标定位置，将所述靶标3在所述平行光管2的焦面附近前后移动，使所述靶标3通过所述平行光管2成像在所述空间相机系统1的感光芯片上，记录此时的靶标图像和靶标位置，然后利用该靶标图像计算出该靶标位置时所述空间相机系统1的光学传递函数MTF。

步骤2、将所述靶标3前后等间隔移动，每移动一次，记录一次靶标图像和靶标位置，并利用该靶标图像计算出该靶标位置时所述空间相机系统1的光学传递函数MTF。

步骤3、根据上述每个靶标位置时所述空间相机系统1的光学传递函数MTF确定出每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF，并将靶标位置作为横坐标，将每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF作为纵坐标，画成奈奎斯特频率下的MTF随靶标位置变化的曲线，然后用高斯函数进行拟合，拟合的高斯函数的最大值点的横坐标为所述靶标3在所述空间相机系统1中成像质量最好的位置；该成像质量最好的位置与所述靶标标定位置之间存在偏差，根据该偏差、所述平行光管2的焦距、所述空间相机系统1的焦距按照下述公式计算出所述空间相机系统1中感光芯片的离焦量：

偏差÷离焦量＝平行光管2的焦距的平方÷空间相机系统1的焦距的平方。

具体地，本发明所提供的热控调焦机构有效性检测方法分别计算出调焦环在调焦最低温度和调焦最高温度时空间相机系统1中感光芯片的离焦量，这两种温度时的离焦量之差即为调焦环的实际调焦范围，将该实际调焦范围与理论设计的调焦范围进行对比，即可判定调焦环的调焦作用是否有效，也就是检测出了热控调焦机构在空间相机系统1中的调焦范围是否有效。

综上可见，本发明实施例可检测出热控调焦机构在光学系统中调焦范围是否有效。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的热控调焦机构有效性检测方法进行详细描述。

实施例1

一种热控调焦机构有效性检测方法，用于对某含有热控调焦机构的空间相机系统进行热控调焦机构有效性检测，具体可以包括以下步骤：

步骤A1、在该含有热控调焦机构的空间相机系统中，调节所述热控调焦机构的调焦环温度，使调焦环温度稳定在调焦最高温度(30℃)。

步骤A2、在该空间相机系统的入射光方向同光轴依次设置平行光管和刃边靶标，平行光管的焦面位置(15mm)为靶标标定位置，将所述刃边靶标在所述平行光管的焦面附近前后移动，使所述刃边靶标通过该平行光管成像在该空间相机系统的感光芯片上，记录此时的靶标图像和靶标位置，然后利用该靶标图像计算出该靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF。

步骤A3、将所述刃边靶标前后等间隔移动，每移动一次，记录一次靶标图像和靶标位置，并利用该靶标图像计算出该靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF。

步骤A4、根据上述每个靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF确定出每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF，并将靶标位置作为横坐标，将每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF作为纵坐标，画成奈奎斯特频率下的MTF随靶标位置变化的曲线，然后用高斯函数进行拟合，拟合后的高斯函数的曲线如图2所示；在图2中，横坐标为靶标位置(即平行光管上靶标的位置，平行光管上有刻度，单位mm)，纵坐标为该空间相机系统奈奎斯特频率下的MTF，拟合的高斯函数的最大值点为0.12，拟合的高斯函数的最大值点的横坐标是靶标位置20mm处，该位置是刃边靶标在该空间相机系统中成像质量最好的位置，该成像质量最好的位置与所述靶标标定位置(即15mm)之间的偏差为5mm，根据该偏差(5mm)、该平行光管的焦距(1000mm)、该空间相机系统的焦距(100mm)计算出调焦环温度在调焦最高温度(即30℃)时该空间相机系统中感光芯片的离焦量为0.05mm。

步骤A5、在该含有热控调焦机构的空间相机系统中，调节所述热控调焦机构的调焦环温度，使调焦环温度稳定在调焦最低温度(10℃)。

步骤A6、在该空间相机系统的入射光方向同光轴依次设置平行光管和刃边靶标，平行光管的焦面位置(15mm)为靶标标定位置，将所述刃边靶标在所述平行光管的焦面附近前后移动，使所述刃边靶标通过该平行光管成像在该空间相机系统的感光芯片上，记录此时的靶标图像和靶标位置，然后利用该靶标图像计算出该靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF。

步骤A7、将所述刃边靶标前后等间隔移动，每移动一次，记录一次靶标图像和靶标位置，并利用该靶标图像计算出该靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF。

步骤A8、根据上述每个靶标位置时该空间相机系统的光学传递函数MTF确定出每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF，并将靶标位置作为横坐标，将每个靶标位置时奈奎斯特频率下的MTF作为纵坐标，画成奈奎斯特频率下的MTF随靶标位置变化的曲线，然后用高斯函数进行拟合，拟合的高斯函数的最大值点的横坐标为所述刃边靶标在该空间相机系统中成像质量最好的位置；该成像质量最好的位置与所述靶标标定位置(即15mm)的偏差为-5mm，根据该偏差、该平行光管的焦距(1000mm)、该空间相机系统的焦距(100mm)计算出调焦环温度在调焦最低温度(即10℃)时该空间相机系统中感光芯片的离焦量为-0.05mm。

步骤A9、计算出调焦环温度在调焦最高温度(即30℃)时该空间相机系统中感光芯片的离焦量(即0.05mm)与调焦环温度在调焦最低温度(即10℃)时该空间相机系统中感光芯片的离焦量(即-0.05mm)之间的差值为0.1mm，该差值为所述热控调焦机构的实际调焦范围，将该实际调焦范围(0.1mm)与理论设计的调焦范围(0.1mm)进行对比，从而确定出所述热控调焦机构在该空间相机系统中的调焦范围有效。

综上可见，本发明实施例可检测出热控调焦机构在光学系统中调焦范围是否有效。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。