本发明涉及一种航天光学遥感器反射式拼接分光镜的设计方法,属于航天光学遥感器制造技术领域。在遥感器光学系统中加入一个长方体棱镜,棱镜上正方形表面的对角线分割面为分光镜反射面;将遥感器每片CCD在焦平面上的位置作为遥感器光学系统线视场,利用光线追迹法计算每片CCD接收到的光线对应在长方体棱镜前表面和后表面的通光口径;在长方体棱镜上加工透射区,然后沿长方体棱镜的对角线剖开,得到分光镜。本发明先控制分光镜加工成形前的长方体棱镜的通光口径,将长方体的透射区全部切除,再做分光镜反射面的切割成形,避免了在反射面上复杂形状的尺寸计算,而且得到的分光镜通光口径尺寸准确。
1.一种航天光学遥感器反射式拼接分光镜的设计方法,其特征在于步骤如下:1)在遥感器光学系统中加入一个长方体棱镜,横截面为正方形,棱镜上正方形表面的一条对角线分割面为分光镜反射面;2)将遥感器每片CCD在焦平面上的位置作为遥感器光学系统线视场,利用光线追迹法计算每片CCD接收到的光线对应在长方体棱镜前表面和后表面的通光口径;3)按照步骤2)得到的通光口径在长方体棱镜上加工透射区,然后沿长方体棱镜的正方形表面的对角线剖开,含有长方体棱镜的后表面的部分为所需要的分光镜,所剖开的表面为分光镜的反射面;步骤1)中长方体棱镜的前表面和后表面均垂直于光学系统主光轴。技术领域
本发明涉及一种航天光学遥感器反射式拼接分光镜的设计方法,属于航天光学遥感器制造技术领域。
背景技术
航天光学遥感器的焦面拼接方式通常有视场拼接和光学拼接两种。如图1、2所示。光学拼接又有透射式分光和反射式分光的区别。在透射式光学系统中普遍应用半反半透棱镜实现光学拼接,而反射式光学系统里加入透镜将带来较大像差,成像质量明显下降,因此应用反射式分光镜,如图3所示。反射式光学拼接一定会造成每片CCD重叠区附近像元都有成像光线被部分遮挡的情况,遮挡范围主要受分光镜位置、分光镜上反射区与透射区分界位置影响。因此采用反射式分光镜进行焦面拼接,分光镜的通光口径尺寸计算很重要,尺寸不合适将发生不该有的挡光或漏光现象,即CCD接收到的光线能量不均衡。以往对分光镜通光口径的计算通常采用绘图法,计算出瞳两端点到焦面CCD连线在分光镜位置上截取的线段长度,如图4所示,CCD1、CCD3都对应分光镜反射区,L1、L3分别为分光镜反射面在CCD线阵方向上的宽度。绘图法简单明了,对于很窄的线视场而言,计算是准确的,但对于宽视场、垂直于CCD线阵方向上也具有一定视场角的光学系统,到焦面的入射光线角度变化很大,每片CCD对应在分光反射镜上的通光口径变得不规则且尺寸不同,所以仍然采用绘图法必将产生计算误差,CCD重叠区边缘接收光线不均衡,造成较严重的漏光或挡光现象。本发明提出的分光镜设计方法能有效避免这个问题,根据反射式光学系统的特点,改用光线追迹法,可以准确计算各片分光镜的通光口径,精确分配每片CCD实际接收到的光线范围。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足,提供一种航天光学遥感器反射式拼接分光镜的设计方法,该方法以反射式光学拼接分光镜的通光口径计算为主,能精确得到分光镜的通光口径尺寸。本发明的目的是通过以下技术方案实现的。本发明的一种航天光学遥感器反射式拼接分光镜的设计方法,步骤为:1)在遥感器光学系统中加入一个长方体棱镜,横截面为正方形,棱镜上正方形表面的对角线分割面为分光镜反射面;2)将遥感器每片CCD在焦平面上的位置作为遥感器光学系统线视场,利用光线追迹法计算CCD接收到的光线通过长方体棱镜前表面和后表面时的通光口径;3)按照步骤2)得到的通光口径在长方体棱镜上加工透射区,然后沿长方体棱镜的正方形表面的对角线剖开,含有棱镜后表面的部分为所需要的分光镜,所剖开的表面为分光镜的反射面。必须保证长方体棱镜的对角线分割面与分光镜反射面重合,且长方体棱镜的前表面和后表面均垂直于光学系统主光轴。有益效果本发明的方法没有直接计算在分光镜反射面上复杂的通光口径,而是结合实际的光学加工工艺,先控制分光镜加工成形前的长方体棱镜的通光口径,将长方体的透射区全部切除,再做分光镜反射面的切割成形,避免了在反射面上复杂形状的尺寸计算,而且得到的分光镜通光口径尺寸准确。
附图说明
图1为视场拼接的CCD排列方式;图2为光学拼接的CCD排列方式;图3为采用反射式拼接的光学系统;图4a为绘图法计算示意图;图4b为绘图法计算示意图的放大图;图5为切除透射区的长方体棱镜;图6为由长方体棱镜剖开得到的分光镜。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。实施例1)在遥感器光学系统中加入一个长方体棱镜,其正方形表面的对角线分割面为分光镜反射面;长方体棱镜尺寸为400cm*50cm*50cm;2)遥感器第1片至第8片CCD边缘上端点在遥感器的焦平面上的位置坐标分别为(-200,60),(-150,60),(-100,60),(-50,60),(0,60),(50,60),(100,60),(150,60),(200,60);下端点坐标分别为(-200,50),(-150,50),(-100,50),(-50,50),(0,50),(50,50),(100,50),(150,50),(200,50);将这些坐标分别作为遥感器光学系统线视场,利用光线追迹法计算CCD边缘上端点接收到的光线对应长方体棱镜前表面的通光口径中心坐标分别为(-190,58),(-140,58),(-92,58),(-45,58),(0,58),(45,58),(-92,58),(140,58),(190,58);上端点接收到的光线对应长方体棱镜后表面通光口径中心坐标分别为(-192,59),(-142,59),(-94,59),(-47,59),(0,59),(47,59),(94,59),(142,59),(192,59);下端点接收到的光线对应长方体棱镜前表面通光口径中心坐标分别为(-190,48),(-140,48),(-92,48),(-45,48),(0,48),(45,48),(-92,48),(140,48),(190,48);下端点接收到的光线对应长方体棱镜后表面通光口径中心坐标分别为(-192,49),(-142,49),(-94,49),(-47,49),(0,49),(47,49),(94,49),(142,49),(192,49);3)8片CCD中的第1、3、5、7片为一组,对应分光镜的透射区,按照步骤2)计算的CCD边缘上下端点在长方体棱镜前后表面通光口径中心坐标值加工透射区,都为矩形,如图5所示,然后沿长方体棱镜的正方形表面的对角线剖开,含有棱镜后表面的部分为所需要的分光镜,所剖开的表面为分光镜的反射面,如图6所示。必须保证长方体棱镜的对角线分割面与分光镜反射面重合,且长方体棱镜的前表面和后表面均垂直于光学系统主光轴。本发明可以准确计算反射式拼接分光镜的通光口径,不但可应用于航天遥感器反射式拼接分光镜的设计,而且其原理可以广泛应用于其他领域的光学元件的通光口径计算、加工。