一种离轴三反式漫反射板照明系统的制作方法

本发明涉及辐射定标技术领域，特别涉及一种离轴三反式漫反射板照明系统。

背景技术：

随着人类对全球气候变暖、极端灾害预报、高分辨率对地观测等若干重大问题的持续深入研究，对高质量航天遥感数据的需求越来越迫切。现有的各种卫星光学遥感载荷迫切需要高精度的辐射定标，减小卫星遥感数据的测量误差，使遥感卫星满足气候、资源和环境等某些领域大量的科学数据需求。溯源至空间低温辐射计的地月成像光谱仪，其绝对辐射定标传递链路包括低温辐射计、传递辐射计、漫反射板等环节，通过辐射定标实现地球反射波段辐亮度绝对定标精度优于1％的高指标。漫反射板是辐射定标中亮度定标与传递的重要组成部分，作为成像光谱仪定标环节中关键的一环，具有举足轻重的作用。

目前航天仪器的漫反射板照明通常采用标准灯直接照明或采用透镜准直的方式照明，具有结构简单、可靠的特点，但存在能量利用率低、漫反射板辐亮度低、光经过透镜后由于色差导致各光谱间能量的空间分布在漫板上不一致等缺点，严重制约辐射定标精度。

技术实现要素：

本发明要解决现有技术中的传统光源能量利用率低、被照明的漫反射板辐亮度低、折射系统存在色差导致各光谱能量的空间分布不一致的技术问题，提供一种离轴三反式漫反射板照明系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种离轴三反式漫反射板照明系统，包括：

积分球，积分球内安装有卤钨灯，积分球的一侧设有出光口；

离轴三反式光学系统，离轴三反式光学系统包含沿着光路依次设置的一个凹面二次曲面反射镜、一个凸面二次曲面反射镜和一个离轴抛物面反射镜，凹面二次曲面反射镜负责收集积分球发出的光线，凸面二次曲面反射镜和离轴抛物面反射镜将光源准直为高平行度准直光；

漫反射板，漫反射板设置在离轴抛物面反射镜的光线发出方向、并接收准直光。

进一步的，积分球内部为聚四氟乙烯涂层。

进一步的，凹面二次曲面反射镜在积分球出光口处，并倾斜固定放置在镜框内，凹面二次曲面反射镜用于接收并折射积分球发出的光；

凸面二次曲面反射镜放置在凹面二次曲面反射镜的折射光方向，凸面二次曲面反射镜无倾斜固定放置在镜框内，凸面二次曲面反射镜用于接收并折射由凹面二次曲面反射镜发出的光；

离轴抛物面反射镜的偏心率为-1，离轴抛物面反射镜放置在凸面二次曲面反射镜的折射光方向，并倾斜固定放置在镜框内。

进一步的，漫反射板放置在离轴抛物面反射镜出射的准直光方向，离轴抛物面反射镜出射的准直光照射到漫反射板上，漫反射板的材料为聚四氟乙烯。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的一种离轴三反式漫反射板照明系统，解决传统光源能量利用率低、被照明的漫反射板辐亮度低、折射系统存在色差导致各光谱能量的空间分布不一致等问题，采用离轴三反式光学系统，将光源准直为高平行度准直光，利用反射系统无色差的特点，确保各光谱间能量在漫板上的空间分布一致性；采用积分球和离轴三反式光学系统，提高标准灯能量利用率、提高漫反射板上的辐亮度，从而使成像光谱仪可获得更高的信噪比，提高了定标精度。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的一种离轴三反式漫反射板照明系统的结构示意图。

图中的附图标记表示为：

1、卤钨灯；2、积分球；3、凹面二次曲面反射镜；4、凸面二次曲面反射镜；5、离轴抛物面反射镜；6、漫反射板。

具体实施方式

下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种离轴三反式漫反射板照明系统，包括：

积分球2，积分球2内安装有卤钨灯1，积分球2的一侧设有出光口；

离轴三反式光学系统，离轴三反式光学系统包含沿着光路依次设置的一个凹面二次曲面反射镜3、一个凸面二次曲面反射镜4和一个离轴抛物面反射镜5，凹面二次曲面反射镜3负责收集积分球发出的光线，凸面二次曲面反射镜4和离轴抛物面反射镜5将光源准直为高平行度准直光；

漫反射板6，漫反射板6设置在离轴抛物面反射镜5的光线发出方向、并接收准直光。

工作原理：凹面二次曲面反射镜3负责收集积分球2内发出的光线，凸面二次曲面反射镜4和离轴抛物面反射镜5将光源准直为高平行度准直光；充分利用反射系统无色差的特点，确保各光谱间能量在漫反射板6上的空间分布一致性；采用积分球2和离轴三反式光学系统，提高标准灯能量利用率、提高漫反射板6上的辐亮度，从而使成像光谱仪可获得更高的信噪比，提高了定标精度；卤钨灯1，作为系统的光源；积分球2，用于卤钨灯1出射光线的收集和多次反射匀光；凹面二次曲面反射镜3，为反射系统的组成部分，用于积分球2出射光线的收集；凸面二次曲面反射镜4，为反射系统的组成部分，用于光线的准直；离轴抛物面反射镜5，为反射系统的组成部分，用于光线的准直；漫反射板6，为系统的照明目标，作为成像光谱仪辐射定标中的朗伯目标。

积分球2内部为聚四氟乙烯涂层。

凹面二次曲面反射镜3在积分球2出光口处，并倾斜固定放置在镜框内，凹面二次曲面反射镜3用于接收并折射积分球2发出的光；

凸面二次曲面反射镜4放置在凹面二次曲面反射镜3的折射光方向，凸面二次曲面反射镜4无倾斜固定放置在镜框内，凸面二次曲面反射镜4用于接收并折射由凹面二次曲面反射镜3发出的光；

离轴抛物面反射镜5的偏心率为-1，离轴距离为70mm，离轴抛物面反射镜5放置在凸面二次曲面反射镜4的折射光方向，并倾斜固定放置在镜框内。

漫反射板6放置在离轴抛物面反射镜5出射的准直光方向，离轴抛物面反射镜5出射的准直光照射到漫反射板6上，漫反射板6的材料为聚四氟乙烯。

工作原理：以产生一个直径100mm的均匀光斑为例，卤钨灯1安装于积分球2内部，供电电压为12v、功率为35w，灯丝有效发光长度约5mm，卤钨灯1发出的光由积分球2在整个4π空间内收集；积分球2的内径为50.8mm，开有直径10mm的出光口，内部为聚四氟乙烯涂层，在350-2350nm光谱范围内具有95％以上的反射率，确保有最大的光输出效率；由积分球2出光口发出的光线依次经过凹面二次曲面反射镜3、凸面二次曲面反射镜4、离轴抛物面反射镜5，其中凹面二次曲面反射镜3负责积分球2出射光的收集并将光线反射至凸面二次曲面反射镜4上；凹面二次曲面反射镜3的偏心率为0.43，离轴距离为-94mm，口径为112mm×44mm的矩形，其中心与积分球2出光口中心的距离为63.5mm，并倾斜16.3°放置；凸面二次曲面反射镜4的偏心率为-0.385，无离轴距离，口径为104mm×64mm的矩形，其中心与凹面二次曲面反射镜3中心的水平距离为43.9mm、垂直距离为51.8mm，无倾斜放置；离轴抛物面反射镜5的偏心率为-1，离轴距离为70mm，口径为200mm×130mm的矩形，其中心与凸面二次曲面反射镜4中心的水平距离为81.2mm、垂直距离为97.6mm，并倾斜15°放置；离轴抛物面反射镜5出射的准直光照射到漫反射板6上，漫反射板6的直径为105mm，与离轴抛物面反射镜5的距离为500mm，漫反射板6的材料为聚四氟乙烯，具有良好的朗伯反射特性，其反射光线供成像光谱仪辐射定标使用。凹面二次曲面反射镜3、凸面二次曲面反射镜4和离轴抛物面反射镜5构成相对口径为1：1.85的准直系统，具有高聚光效率的特点，满足成像光谱仪高定标精度的需求；离轴抛物面反射镜5的偏心率为-1为定值，可根据电脑仿真来计算其他部件相应的尺寸量。

综上，本发明的一种离轴三反式漫反射板照明系统，解决传统光源能量利用率低、被照明的漫反射板辐亮度低、折射系统存在色差导致各光谱能量的空间分布不一致等问题，采用离轴三反式光学系统，将光源准直为高平行度准直光，利用反射系统无色差的特点，确保各光谱间能量在漫板上的空间分布一致性；采用积分球和离轴三反式光学系统，提高标准灯能量利用率、提高漫反射板上的辐亮度，从而使成像光谱仪可获得更高的信噪比，提高了定标精度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。