甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证

面向甚高精度微型星敏感器在商业卫星以及中低轨资源勘探卫星的实际应用需求,开展了甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证研究。基于甚高精度微型星敏感器姿态测量精度要求,完成了光学系统技术指标论证工作,具体包括:根据材料透过率与折射率,给出了适用于轻小化镜头的工作波段;根据恒星像点的弥散特性,给出了适用于高精度质心提取的高斯半径;根据黑体辐射定律与探测器参数,给出了适用于提取6.5等星时所需通光口径;根据恒星色温与星等之间的关系,并结合蒙特卡洛方法,给出了最佳工作视场大小。基于光学系统指标论证方法,确定了光学系统设计参数,并依次实现了光路设计以及像质分析,结果表明:在-40~60℃工作温度区间内,其星点质心偏移不超过0.05μm,且弥散斑尺寸变化量不大于1μm。基于设计甚高精度微型星敏感器光学系统,开展了标定测试、外场观星以及耐辐射测试,结果表明:系统标定精度为0.6″,外场测量精度为1.5″(3σ),外场测量下可探测极限星等为6.51等星,累计60 krad(Si)辐射下可探测极限星等为6.01等星,进一步验证了所设计光学系统的精度以及可靠性,可为甚高精度微型星敏感器的工程应用提供理论基础与技术支持。

一种用于OLED屏疵病检测的高解析度线扫描镜头设计

为了满足OLED屏疵病检测的成像需求,设计了一种高解析度线阵扫描镜头。光学系统基于双高斯对称结构,镜头焦距f′=116mm、放大倍率β=-0.5^(×)、物方数值孔径NA=0.038、物方线视场2y=120mm。利用光学设计软件Zemax仿真可得镜头的调制传递函数MTF在奈奎斯特频率120lp/mm时能达到0.2以上,接近衍射极限;各视场点列图基本都在艾里斑之内,均方根半径较小;利用双高斯的对称特性降低畸变,相对畸变q<0.5%。针对景深和曝光量可调的成像需求,即F#的切换需求,以及光学元件的尺寸排布,给出了光阑孔径可变的镜头光机结构设计。最终利用MTF测试仪对镜头的成像质量进行检测,实验结果表明此镜头能够满足OLED屏疵病检测功能的工业成像需求。

星敏感器杂散光抑制设计与验证

以杂散光在探测器像面平均照度低至6等星为例,首先从理论及工程应用角度对星敏感器遮光罩进行论证、设计、仿真、测试,并提出在遮光罩设计阶段应该充分结合光学镜头、星点提取算法、技术要求特点,确定遮光罩有效通光口径、视场、外形包络尺寸、消光性能;其次,利用几何作图的方法确定遮光罩挡光环位置、刃口倒角角度、刃口倒角朝向,并建立起散射关键面;然后,根据仿真过程中一次散射与多次散射对像面照度的影响确定刃口厚度;最后,通过仿真和实验室测试方式证明所设计的遮光罩结构合理,可满足太阳光抑制低至6等星,星敏感器受杂散光影响测量精度偏差在2″以内。