[發明專利]一種寬光譜大孔徑星敏感器光學系統

無效

• 申請號: 201210358933.9
• 申請日: 2012-09-12
• 公開（公告）號: CN103149666A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 錢義先;洪雪婷;邵杰
• 申請（專利權）人: 浙江師范大學
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00;G02B13/02;G02B1/00;G02B1/02;G01C21/02
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技術領域

本發明屬于光學設計領域，涉及一種利用恒星作為參照系進行導航定位的星敏感器光學系統，尤其涉及一種寬光譜大孔徑星敏感器光學系統。

背景技術

星敏感器是一種以恒星為參照系，以星空為工作對象的高精度的空間姿態測量裝置，是迄今為止最精密且漂移最小的姿態測量部件，經常為衛星、洲際戰略導彈，宇宙飛船等航空航天飛行器提供準確的空間方位和基準，并且與慣性陀螺一樣都具有自主導航的能力，具有極為重要的應用價值。

近些年來，隨著空間技術的發展，空間任務更強調規模化、小型化與廉價，未來的星敏感器將向著微型化的方向發展，這無疑對星敏感器在系統體積、重量、功耗及成本上提出了更高的要求，而星敏感器的性能在很大程度上取決于成像系統中星光探測的性能。作為星敏感器重要組成部分的光學系統是決定總系統成像性能好壞的關鍵，其設計的難點就在于保證恒星像質的特殊要求。目前，國內星敏感器光學系統缺點是所采用的光學系統一般相對孔徑較小，光譜范圍窄，造成探測星等等級低，探測能力弱，不利于系統姿態測量的提高。另外，現在的星敏感器在體積、重量、功耗及成本與飛行器平臺對光學有效載荷輕量化，小型化的目標要求不符，現有的星敏感相機結構復雜、龐大。

因此，本發明的目的在于提供一種具有良好像質的寬光譜、大孔徑的星敏感器光學系統，可為星敏感器實現對高極限星等恒星的探測、足夠高的恒星捕獲概率和探信噪比打下堅實的基礎，同時滿足體積小、重量輕的優點，滿足飛行器對有效載荷輕量化的需求。

發明內容

針對以上問題，本發明的目的是提供一種結構簡單小巧輕便的寬光譜大孔徑星敏感器光學系統。

一種寬光譜大孔徑星敏感器光學系統，含有6塊透鏡，其特征在于：系統采用遠攝型系統；六塊透鏡的材料分別CaF2，TF5，CaF2，CaF2，LaK2，ZF6；透鏡軸心在一直線上依次排開，分別為第一正透鏡1，第一負透鏡2，第二正透鏡3，第三正透鏡4，第二負透鏡5，第四正透鏡6；第一正透鏡1和第一負透鏡2為正負透鏡膠合件；光闌設在第一正透鏡1上。

在本發明中，上述第一正透鏡1的材料為晶體CaF2，上述第一負透鏡2的材料為特火石玻璃TF5，上述第二正透鏡3的材料為晶體CaF2，上述第三正透鏡4的材料為晶體CaF2，上述第二負透鏡5的材料為鑭火石玻璃LaF2，上述第四正透鏡6的材料為重火石玻璃ZF6。

本發明采用攝遠系統，實現筒長小于焦距，具有體積小重量輕的優點。本發明系統的相對孔徑為1∶2，實現增大相對孔徑，提高通光能量。

由于星敏感器光學系統對于成像質量的特殊要求，而且光譜范圍較寬，所以首要解決的問題是復消色差難點。由于正透鏡產生負色差、負透鏡產生正色差，所以，本發明通過正負透鏡以適當的曲率膠合和組合，實現校正色差。同時本發明中為實現校正二級光譜、實現復消色差，采用特殊光學材料，選用低折射率、低色散材料的螢石(CaF2，晶體)。除此之外，利用鑭冕玻璃比同等系列冕牌玻璃具有更小的色散，而重火石玻璃相對于火石玻璃有更大的色散的特點，即色散的較大差異對校正色差極為有利，所以本發明采取鑭冕玻璃(LaK)和重火石玻璃(ZF)匹配來校正色差。

因此，本發明的目的在于提供一種具有良好像質的寬光譜、大孔徑的星敏感器光學系統，可為星敏感器實現對高極限星等恒星的探測、足夠高的恒星捕獲概率和探信噪比打下堅實的基礎，同時滿足體積小、重量輕的優點，滿足飛行器對有效載荷輕量化的需求。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明實施例的傳遞函數圖，

圖3是本發明實施例的彌散斑能量分布圖，

圖4是本發明實施例的色差曲線圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例進行詳述：

一種寬光譜大孔徑星敏感器光學系統，含有6塊透鏡，其特征在于系統采用遠攝型系統；六塊透鏡的材料分別CaF2，TF5，CaF2，CaF2，LaK2，ZF6；透鏡軸心在一直線上依次排開，分別為第一正透鏡1，第一負透鏡2，第二正透鏡3，第三正透鏡4，第二負透鏡5，第四正透鏡6；第一正透鏡1和第一負透鏡2為正負透鏡膠合件；光闌設在第一正透鏡1上。

在本發明中，上述第一正透鏡1的材料為晶體CaF2，上述第一負透鏡2的材料為特火石玻璃TF5，上述第二正透鏡3的材料為晶體CaF2，上述第三正透鏡4的材料為晶體CaF2，上述第二負透鏡5的材料為鑭火石玻璃LaK2，上述第四正透鏡6的材料為重火石玻璃ZF6。