深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明一種深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統，可應用于外太空深空 探測飛行器定姿，屬于光學系統技術領域。
【背景技術】
[0002] 星敏感器根據使用的波段范圍、探測器種類有多種成像類型。目前已報道過的星 敏感器結構大多采用全透射鏡片的透射式，系統焦距一般20mm~60mm，有效入瞳直徑一般 10mm~50mm。這會造成當觀測深空微弱小星等目標時，單位時間內圖像探測器接收到的入 射光能量少，動態運動成像積分時間加長，圖像刷新率慢，衛星定姿態速度慢等缺點，無法 適用于未來深空探測飛船衛星的定姿態領域。

【發明內容】

[0003] 本發明為了克服現有技術存在的問題，提供一種深空探測飛行器定姿用星敏感器 光學成像系統。
[0004] 深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統，按光線入射順序同軸設置第一反 射鏡、第二反射鏡、第一正彎月透鏡、第一負彎月透鏡、第二負彎月透鏡、第二正彎月透鏡和 探測器，入射光線經過第一反射鏡前表面反射，入射到第二反射鏡后表面，經其反射后入射 到第一正彎月透鏡，該入射光依次透過第一正彎月透鏡、第一負彎月透鏡、第二負彎月透鏡 和第二正彎月透鏡，最終被探測器接收；
[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 表面與第一負彎月透鏡前表面中心距離為d3,3.2mm〈d3〈6mm，第一負彎月透鏡后表面與第 二負彎月透鏡前表面中心距離為(14,7臟〈(14〈8 111111，第二負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器中心距離d6為 8mm 〇
[0006] 本發明光學系統中各光學元件的焦距、折射率、曲率半徑及通光口徑量值分別滿 足以下條件：
[0007]
[0008] 本發明的有益效果是：
[0009] 1)通過計算機輔助光學設計和優化，選擇兩反射鏡的距離與面型可降低入射光線 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 件數量和結構，保證了較高的成像質量，使鏡頭的MTF值在50 lp/mm時接近衍射極限，全視場 范圍內大于0.80。
[0010] 2)集光能力是傳統星敏感器的3~4倍，且85%彌散圓能量集中在8μπι~ΙΟμπι范圍 內，能量集中度高，有利于探測器離焦下提高定位精度，全波段內能量質心偏差小于2μπι、垂 軸色偏差小于1.9μπι，單星測量精度優于2〃。
[0011] 3)第一反射鏡、第二反射鏡可使用常規非球面檢測手段，分別裝調，透鏡原件均為 球面面型，共軸擺放，便于加工和裝調，透鏡材料均為普通商用玻璃，降低了光學系統材料 采購難度和制造成本。
[0012] 4)工作波段全視場范圍內相對畸變小于0.08%，相比于傳統定姿采用透射型星敏 感器的方法具有更小的相對畸變。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統結構示意圖。
[0014] 圖2為本發明深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統能量分布曲線。
[0015] 圖3為本發明深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統垂軸色差曲線。
[0016] 圖4為本發明深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統MTF曲線。
【具體實施方式】
[0017] 如圖1所示，一種深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統，按光線入射順序 同軸設置第一反射鏡1、第二反射鏡2、第一正彎月透鏡3、第一負彎月透鏡4、第二負彎月透 鏡5、第二正彎月透鏡6和探測器7,入射光線經過第一反射鏡1前表面11反射，入射到第二反 射鏡2后表面21，經其反射后入射到第一正彎月透鏡3,該入射光依次透過第一正彎月透鏡 3、第一負彎月透鏡4、第二負彎月透鏡5和第二正彎月透鏡6,最終被探測器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與第一負彎月透鏡4前表面41中心距離d3,3.2mm〈d3〈6mm，第一負彎月透 鏡4后表面42與第二負彎月透鏡5前表面51中心距離(147臟〈(14〈8111111，第二負彎月透鏡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 面與探測器2中心距離d6為8mm。
[0019] 本發明光學系統中各光學元件的焦距、折射率(λ = 632.8ηπι)和曲率半徑量值分別 滿足以下條件：
[0020]
[0021] 本發明光學系統達到如下的光學指標：
[0022] 焦距:f ' =321.978mm;相對孔徑:F = 2.01;實用譜線范圍：450nm~900nm;視場角： 2W=2.2° ;畸變:〈0.08%;能量質心偏差:〈2μπι;色偏差:〈1.9ym;MTF:>0.8(501p/mm)。
[0023] 如圖2所示，得到光學系統能量分布曲線，80%能量集中在12μηι之內，各視場能量 集中度較為統一。
[0024] 如圖3所示，得到光學系統短波與參考波的垂軸色差小于1.5μπι，短波與長波的垂 軸色差小于lwn。
[0025] 如圖4所示，得到光學系統各視場調制傳遞函數均在0.8以上，各視場較為統一。
【主權項】
1. 深空探測飛船定姿用星敏感器光學成像系統，其特征是，按光線入射順序同軸設置 第一反射鏡（1)、第二反射鏡(2)、第一正彎月透鏡(3)、第一負彎月透鏡(4)、第二負彎月透 鏡(5)、第二正彎月透鏡(6)和探測器(7)，入射光線經過第一反射鏡（1)前表面(11)反射，入 射到第二反射鏡(2)后表面(21)，經其反射后入射到第一正彎月透鏡(3)，該入射光依次透 過第一正彎月透鏡(3)、第一負彎月透鏡(4)、第二負彎月透鏡(5)和第二正彎月透鏡(6)，最 終被探測器(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)與第一負彎月透鏡(4)前表面(41)中心距離d3,3.2mm <d3〈6mm，第一負彎月透鏡（4)后表面(42)與第二負彎月透鏡（5)前表面(51)中心距離d4， 7111 111〈(14〈8111111，第二負彎月透鏡（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)與探測器(2)中心距離(16為81111]1。2. 根據權利要求1所述的深空探測飛船定姿用星敏感器光學成像系統，其特征是，各光 學元件的光學參數量值分別滿足以下條件： 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
【專利摘要】深空探測飛行器定姿用星敏感器光學成像系統，屬于光學系統技術領域，為克服現有技術存在的問題，入射光線經過第一反射鏡前表面反射，入射到第二反射鏡后表面，經其反射后入射到第一正彎月透鏡，該入射光依次透過第一正彎月透鏡、第一負彎月透鏡、第二負彎月透鏡和第二正彎月透鏡，最終被探測器接收；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彎月透鏡前表面中心距離為d3，第一負彎月透鏡后表面與第二負彎月透鏡前表面中心距離為d4，第二負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器中心距離為d6。
【IPC分類】G01C21/02, G02B17/08
【公開號】CN105467570
【申請號】CN201510967562
【發明人】呂博, 劉偉奇, 姜珊, 馮睿
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月22日