DragonCam 显微相机的光机设计

DragonCam 显微相机是为 NASA 的 Dragonfly 任务 [1] 开发的一种仪器，旨在探测土星的卫星 Titan。该显微相机将固定安装于 Dragonfly 飞行器本体上，在大约一米（标称 98.6 cm）的距离对表面成像，像素尺度优于 60 微米/像素，且与 Titan 表面呈标称 52 度角。结合传感器的 4.8 微米像素间距，这对应约 77.5 mm 的焦距。为适应由飞行器姿态和表面地形引起的距离变化，该显微相机配备了对焦机构，使其景深（DOF）约为 130mm。由于显微相机的视轴偏离垂直方向倾斜 52{\deg}，光学配置采用了补偿性倾斜焦平面，利用了 Scheimpflug 成像原理。光学系统为全折射式，包含九个透镜元件：一个六元件固定组和一个三元件移动组。一个平-平窗口将光学系统与环境密封隔离，同时兼作带通滤光片的基底。光机系统衍生自火星手持透镜成像仪 [11]；移动组安装在直线导轨上，通过凸轮从动件由步进电机驱动的凸轮旋转来平移。该显微相机设计为在无供电情况下可承受低至 -130C 的温度。相机封装在覆盖航天器的泡沫隔热层的一个腔体内，通过单层窗口向外观察。成像前，相机将被加热至工作温度（标称 -30C），以确保机构的正常驱动。已进行 STOP 分析以证明加热后光学性能得以保持。将在机载相机控制电子设备中执行软件焦点合成，以最小化图像数据下行需求。