[发明专利]一种离轴三反相机焦面装调的方法

摘要

本发明属于航天光学遥感器技术领域，涉及一种离轴三反相机焦面装调的方法。离轴三反相机对焦面装调有着严格的要求，既要保证相机焦面各视场的无穷远共面性，保证相机焦面组件中CCD器件的两端在同一水平面内，还要保证相机CCD器件的中心与卫星基准在误差范围内。特别是对于离轴三反系统，其成像CCD器件的位置与焦面安装面存在一定的倾斜角度，在对上述一种装配需求进行调整时，其它两指标的结果也会进行相应变化，使得满足以上要求更加困难。介绍了一种通过仿真预估指导焦面装调的方法，并对方法中的关键技术进行了阐述，最后在离轴三反相机上对该方法进行验证，实现了相机焦面的高精度装配要求。

主权项

一种离轴三反相机焦面装调的方法，其特征在于由基准转换阶段和仿真辅助装调阶段配合完成，所述基准转换阶段实现步骤如下：步骤(1)建立平行光管坐标系，用平行光管的光轴方向代表卫星的+Z方向，平行光管竖直向上的方向代表卫星+X方向，平行光管水平面与+Z垂直的方向为卫星的+Y方向，三个方向符合右手定则；步骤(2)中建立相机坐标系O′‑X′Y′Z′，用粘在相机上的立方镜的法线引出，其中沿光轴方向为Z′轴，竖直向上为X′轴，水平方向与Z′轴垂直为Y′轴，三个方向符合右手定则，通过已知的卫星与相机立方镜的矩阵推算出相机+Z′在卫星坐标系YOZ平面的投影Z″与+Z方向的水平夹角∏ZOZ″、相机+Z′与其在卫星坐标系YOZ平面的投影Z″的竖直夹角∏Z′OZ″和相机+Y′在卫星坐标系YOZ平面的投影Y″与+Y方向的竖直夹角∏Y′OY″，式中∏Y卫星Z′相机为+Y卫星与+Z′相机之间的夹角，∏Z卫星Z′相机为+Z卫星与+Z′相机之间的夹角，∏X卫星Z′相机为+X卫星与+Z′相机之间的夹角，∏X卫星Y′相机为+X卫星与+Y′相机之间的夹角：∏ZOZ″＝atan(cos(∏Y卫星Z′相机)/cos(∏Z卫星Z′相机))∏Z′OZ″＝90°‑∏X卫星Z′相机∏Y′OY″＝90°‑∏X卫星Y′相机步骤(3)利用经纬仪瞄准平行光管，将平行光管光轴的竖直角度调整为90°，水平角度调整为0，再根据步骤(2)中所得夹角调整相机与平行光管之间的关系，使之和相机与卫星之间的角度关系相匹配，以上基准转换阶段结束；所述仿真辅助装调阶段实现步骤如下：步骤(4)根据步骤(3)中将相机和平行光管调整好位置后，利用平行光管的传函靶标计算出相机的无穷远焦面位置，调整相机的焦面组件的垫片厚度，保证焦面组件中的CCD器件位于相机的最佳焦面位置处，并且根据平行光管的靶标在CCD器件上的成像位置调整焦面组件与镜头的相对位置，使平行光管靶标成像在CCD器件的位置能够满足相机视轴在水平面和竖直面内的投影与卫星Z方向偏差不大于3′；步骤(5)利用ProE仿真软件画出步骤(4)调整后的相机焦面组件中CCD器件和垫片的相对位置，其中需画两组位置大小相同的垫片，其中一组垫片位置不动，作为原始基准，另外一组垫片变化位置，作为调整基准，以便于将变化后的垫片位置与未变化的垫片位置进行比对；步骤(6)根据步骤(5)得到的相机焦面组件中CCD器件和垫片的相对位置，以相机的光轴方向为Z轴，相机的CCD器件线阵方向为Y轴，根据右手定则做出一个坐标系O‑XYZ，使得CCD器件和垫片这一组合体绕Z轴旋转时可以保证旋转后相机的CCD器件在相机的共焦面位置不变，再以垂直于相机底面方向为Z′轴，任意水平方向为Y′轴重新设定一个坐标系O′‑X′Y′Z′；步骤(7)根据步骤(6)建立的两个坐标系，在坐标系O′‑X′Y′Z′中测量CCD器件两端沿Z′轴方向是否高度一致，若不一致则绕步骤(6)中建立的坐标系O‑XYZ的Z轴旋转CCD器件和一组垫片的组合体，旋转至CCD器件两端高度一致后，测量此时旋转后的垫片与原垫片位置的高度差，从而指导相机垫片厚度的调整，进而完成相机焦面的装调。