深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一種深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，可應(yīng)用于外太空深空 探測(cè)飛行器定姿，屬于光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 星敏感器根據(jù)使用的波段范圍、探測(cè)器種類(lèi)有多種成像類(lèi)型。目前已報(bào)道過(guò)的星 敏感器結(jié)構(gòu)大多采用全透射鏡片的透射式，系統(tǒng)焦距一般20mm~60mm，有效入瞳直徑一般 10mm~50mm。這會(huì)造成當(dāng)觀(guān)測(cè)深空微弱小星等目標(biāo)時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)圖像探測(cè)器接收到的入 射光能量少，動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)成像積分時(shí)間加長(zhǎng)，圖像刷新率慢，衛(wèi)星定姿態(tài)速度慢等缺點(diǎn)，無(wú)法 適用于未來(lái)深空探測(cè)飛船衛(wèi)星的定姿態(tài)領(lǐng)域。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器 光學(xué)成像系統(tǒng)。
[0004] 深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，按光線(xiàn)入射順序同軸設(shè)置第一反 射鏡、第二反射鏡、第一正彎月透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二負(fù)彎月透鏡、第二正彎月透鏡和 探測(cè)器，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一反射鏡前表面反射，入射到第二反射鏡后表面，經(jīng)其反射后入射 到第一正彎月透鏡，該入射光依次透過(guò)第一正彎月透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二負(fù)彎月透鏡 和第二正彎月透鏡，最終被探測(cè)器接收；
[0005] 所述第一反射鏡前表面與第二反射鏡后表面中心距離為dl，75mm〈dl〈82mm，第二 反射鏡后表面與第一正彎月透鏡前表面中心距離為d2，83mm〈d2〈90mm，第一正彎月透鏡后 表面與第一負(fù)彎月透鏡前表面中心距離為d3,3.2mm〈d3〈6mm，第一負(fù)彎月透鏡后表面與第 二負(fù)彎月透鏡前表面中心距離為(14,7臟〈(14〈8 111111，第二負(fù)彎月透鏡后表面與第二正彎月透 鏡前表面中心距離d5，0 . Imm〈d5〈0.5mm，第二正彎月透鏡后表面與探測(cè)器中心距離d6為 8mm 〇
[0006] 本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)中各光學(xué)元件的焦距、折射率、曲率半徑及通光口徑量值分別滿(mǎn) 足以下條件：
[0007]
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：
[0009] 1)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，選擇兩反射鏡的距離與面型可降低入射光線(xiàn) 入射到透鏡的矢高和角度，較好地減輕了后組透鏡元件的像差校正壓力，合理選擇后組原 件數(shù)量和結(jié)構(gòu)，保證了較高的成像質(zhì)量，使鏡頭的MTF值在50 lp/mm時(shí)接近衍射極限，全視場(chǎng) 范圍內(nèi)大于0.80。
[0010] 2)集光能力是傳統(tǒng)星敏感器的3~4倍，且85%彌散圓能量集中在8μπι~ΙΟμπι范圍 內(nèi)，能量集中度高，有利于探測(cè)器離焦下提高定位精度，全波段內(nèi)能量質(zhì)心偏差小于2μπι、垂 軸色偏差小于1.9μπι，單星測(cè)量精度優(yōu)于2〃。
[0011] 3)第一反射鏡、第二反射鏡可使用常規(guī)非球面檢測(cè)手段，分別裝調(diào)，透鏡原件均為 球面面型，共軸擺放，便于加工和裝調(diào)，透鏡材料均為普通商用玻璃，降低了光學(xué)系統(tǒng)材料 采購(gòu)難度和制造成本。
[0012] 4)工作波段全視場(chǎng)范圍內(nèi)相對(duì)畸變小于0.08%，相比于傳統(tǒng)定姿采用透射型星敏 感器的方法具有更小的相對(duì)畸變。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為本發(fā)明深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為本發(fā)明深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)能量分布曲線(xiàn)。
[0015] 圖3為本發(fā)明深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)垂軸色差曲線(xiàn)。
[0016] 圖4為本發(fā)明深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)MTF曲線(xiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1所示，一種深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，按光線(xiàn)入射順序 同軸設(shè)置第一反射鏡1、第二反射鏡2、第一正彎月透鏡3、第一負(fù)彎月透鏡4、第二負(fù)彎月透 鏡5、第二正彎月透鏡6和探測(cè)器7,入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一反射鏡1前表面11反射，入射到第二反 射鏡2后表面21，經(jīng)其反射后入射到第一正彎月透鏡3,該入射光依次透過(guò)第一正彎月透鏡 3、第一負(fù)彎月透鏡4、第二負(fù)彎月透鏡5和第二正彎月透鏡6,最終被探測(cè)器7接收。
[0018] 所述第一反射鏡1前表面11與第二反射鏡2后表面21中心距離dl，75mm〈dl〈82mm， 第二反射鏡2后表面21與第一正彎月透鏡3前表面31中心距離d2，831111]1〈(12〈9〇1]11]1，第一正彎 月透鏡3后表面32與第一負(fù)彎月透鏡4前表面41中心距離d3,3.2mm〈d3〈6mm，第一負(fù)彎月透 鏡4后表面42與第二負(fù)彎月透鏡5前表面51中心距離(147臟〈(14〈8111111，第二負(fù)彎月透鏡5后表 面52與第二正彎月透鏡6前表面61中心距離d5，0.1 mm〈d5〈0.5mm，第二正彎月透鏡6后表62 面與探測(cè)器2中心距離d6為8mm。
[0019] 本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)中各光學(xué)元件的焦距、折射率(λ = 632.8ηπι)和曲率半徑量值分別 滿(mǎn)足以下條件：
[0020]
[0021] 本發(fā)明光學(xué)系統(tǒng)達(dá)到如下的光學(xué)指標(biāo)：
[0022] 焦距:f ' =321.978mm;相對(duì)孔徑:F = 2.01;實(shí)用譜線(xiàn)范圍：450nm~900nm;視場(chǎng)角： 2W=2.2° ;畸變:〈0.08%;能量質(zhì)心偏差:〈2μπι;色偏差:〈1.9ym;MTF:>0.8(501p/mm)。
[0023] 如圖2所示，得到光學(xué)系統(tǒng)能量分布曲線(xiàn)，80%能量集中在12μηι之內(nèi)，各視場(chǎng)能量 集中度較為統(tǒng)一。
[0024] 如圖3所示，得到光學(xué)系統(tǒng)短波與參考波的垂軸色差小于1.5μπι，短波與長(zhǎng)波的垂 軸色差小于lwn。
[0025] 如圖4所示，得到光學(xué)系統(tǒng)各視場(chǎng)調(diào)制傳遞函數(shù)均在0.8以上，各視場(chǎng)較為統(tǒng)一。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 深空探測(cè)飛船定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征是，按光線(xiàn)入射順序同軸設(shè)置 第一反射鏡（1)、第二反射鏡(2)、第一正彎月透鏡(3)、第一負(fù)彎月透鏡(4)、第二負(fù)彎月透 鏡(5)、第二正彎月透鏡(6)和探測(cè)器(7)，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一反射鏡（1)前表面(11)反射，入 射到第二反射鏡(2)后表面(21)，經(jīng)其反射后入射到第一正彎月透鏡(3)，該入射光依次透 過(guò)第一正彎月透鏡(3)、第一負(fù)彎月透鏡(4)、第二負(fù)彎月透鏡(5)和第二正彎月透鏡(6)，最 終被探測(cè)器(7)接收； 所述第一反射鏡（1)前表面（11)與第二反射鏡（2)后表面(21)中心距離dl，75mm〈dl〈 82mm，第二反射鏡（2)后表面(21)與第一正彎月透鏡(3)前表面(31)中心距離d2,83mm〈d2〈 90mm，第一正彎月透鏡(3)后表面(32)與第一負(fù)彎月透鏡(4)前表面(41)中心距離d3,3.2mm <d3〈6mm，第一負(fù)彎月透鏡（4)后表面(42)與第二負(fù)彎月透鏡（5)前表面(51)中心距離d4， 7111 111〈(14〈8111111，第二負(fù)彎月透鏡（5)后表面(52)與第二正彎月透鏡（6)前表面(61)中心距離 d5,0.1臟〈(15〈0.51111]1，第二正彎月透鏡(6)后表面(62)與探測(cè)器(2)中心距離(16為81111]1。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的深空探測(cè)飛船定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征是，各光 學(xué)元件的光學(xué)參數(shù)量值分別滿(mǎn)足以下條件： 焦距（mm) 折射率 中心厚度 _曲率半徑:（_mm) 第一反射 _ -120<fi<-115 m=-l 10.2<tli<13.5 -240<Rn--2iO W 第一 /5.射 '^ -64<('-.<-58 ?2=-1 7.1<tb<9.4 -I24<R，卜-120 鏡__~_____^__^_ 第一正彎 .。 , 52<Rn<57 90<l-,<94 1.6S<n-.<l：7S 5.2<d 3<6.2 。 月透鏡 270<R32<275 第一負(fù)彎 115<R4i<119 Η.^：Γ -35<f4<-32 1.61<Π 4<1.72 3,2<d4<4.2 。" 10 月透鏡 15<R42<18 第二負(fù)彎 ，， m 15<Rsi<19 -64<Γ5<-60 1.68<n5<l.7 3.\<ch<5.2 n ' ^ 月透鏡 10<Rs2<13 第25<fs<2:8 1.64<m<1.67 6.3<d 6<7.5 月域m 22<R62<28
【專(zhuān)利摘要】深空探測(cè)飛行器定姿用星敏感器光學(xué)成像系統(tǒng)，屬于光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)第一反射鏡前表面反射，入射到第二反射鏡后表面，經(jīng)其反射后入射到第一正彎月透鏡，該入射光依次透過(guò)第一正彎月透鏡、第一負(fù)彎月透鏡、第二負(fù)彎月透鏡和第二正彎月透鏡，最終被探測(cè)器接收；第一反射鏡前表面與第二反射鏡后表面中心距離為d1，第二反射鏡后表面與第一正彎月透鏡前表面中心距離為d2，第一正彎月透鏡后表面與第一負(fù)彎月透鏡前表面中心距離為d3，第一負(fù)彎月透鏡后表面與第二負(fù)彎月透鏡前表面中心距離為d4，第二負(fù)彎月透鏡后表面與第二正彎月透鏡前表面中心距離為d5，第二正彎月透鏡后表面與探測(cè)器中心距離為d6。
【IPC分類(lèi)】G01C21/02, G02B17/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105467570
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510967562
【發(fā)明人】呂博, 劉偉奇, 姜珊, 馮睿
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月22日