[發明專利]一種長焦距無熱化星敏感器光學系統

有效

• 申請號: 201811184151.1
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109212750B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 伍雁雄;譚海曙;曾亞光;王茗祎
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B13/00;G02B1/00
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 王國標

本發明公開了一種長焦距無熱化星敏感器光學系統，包括：孔徑光闌、前透鏡組、中透鏡組、后透鏡組和像平面，前透鏡組包括第一透鏡，孔徑光闌位于第一透鏡的前表面上，中透鏡組包括第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡，后透鏡組包括第七透鏡和第八透鏡，所述第一透鏡、第三透鏡、第六透鏡和第八透鏡的材質均為重火石玻璃，所述第二透鏡、第四透鏡和第五透鏡的材質均為重冕玻璃，所述第七透鏡的材質為冕牌玻璃；本發明采用常規玻璃材料實現不同溫度下的像差平衡與設計，解決了長焦距光學系統容易受到溫度變化產生熱離焦像質下降的問題，成像質量良好，滿足空間環境溫度使用要求，降低了對星敏感器光學系統溫度控制的要求。

技術領域

本發明涉及一種星敏感器光學系統，特別涉及一種長焦距無熱化星敏感器光學系統。

背景技術

在已知的慣性導航設備中，星敏感器作為測量精度最高之一的測量儀器，測量精度可以達到亞秒級。由于星敏感器采用光學系統探測太空中位置及光譜穩定分布的恒星光信號，測量精度不隨時間發生漂移，為航天飛行器的長時間高精度飛行提供了穩定的三軸姿態角信息輸出。

星敏感器光學系統作為星敏感器的核心裝置，是星敏感器實現高信噪比恒星光譜能量收集、高精度恒星質心位置探測的關鍵部件。星敏感器光學系統所探測對象是能量弱、光譜分布寬的恒星，屬于點目標探測。同時為了實現亞像元細分，提高恒星位置測量精度，需要將星光能量彌散到2×2像元～5×5像元，以供后續電子學進行細分處理，達到亞像元的質心測量精度。

星敏感器光學系統的主要參數包括焦距、視場、相對孔徑、成像光譜以及工作溫度范圍等。星敏感器光學系統的焦距與單星測量精度成反比，焦距越長，測量精度越高。當前主流星敏感器光學系統的焦距一般不超過50mm，多數集中在20mm～30mm范圍，其探測視場比較大，單星測量精度不高，恒星探測能力比較有限。為追求更高的恒星探測精度，采用更長焦距的光學系統是非常有效的手段。在同樣的相對孔徑下，長焦距光學系統的恒星探測能力與焦距的平方成正比。長焦距星敏感器光學系統可以提升探測精度和提高探測能力，但二級光譜的校正難度大幅增加。更為嚴重的問題是空間應用環境下溫度變化范圍較大，幅度一般達到60°以上。長焦距光學系統受光學玻璃線膨脹、折射率溫度變化以及結構件熱膨脹的影響，溫度發生變化后最佳像面將會偏離探測器件所處的光敏面，從而引起像質的劣化，光學彌散斑變大，探測能力急劇下降，探測精度同樣會受到嚴重的影響。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：長焦距光學系統在空間應用環境大范圍溫度變化引起的成像質量下降。

本發明解決其技術問題的解決方案是：一種長焦距無熱化星敏感器光學系統，包括：孔徑光闌、前透鏡組、中透鏡組、后透鏡組和像平面，其特征在于：所述前透鏡組的光焦度φ_A與所述光學系統的光焦度φ的比值滿足：0.95≤φ_A/φ≤1.25；

所述中透鏡組的光焦度φ_B與所述光學系統的光焦度φ的比值滿足：-1.15≤φ_B/φ≤-1.05；

后透鏡組的光焦度φ_C與所述光學系統的光焦度φ的比值滿足：2.05≤φ_C/φ≤2.55；

所述前透鏡組包括第一透鏡，所述孔徑光闌位于第一透鏡的前表面上；

所述中透鏡組包括第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡；

所述后透鏡組包括第七透鏡和第八透鏡，所述第一透鏡、第三透鏡、第六透鏡和第八透鏡的材質均為重火石玻璃，所述第二透鏡、第四透鏡和第五透鏡的材質均為重冕玻璃，所述第七透鏡的材質為冕牌玻璃；所述孔徑光闌、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、第五透鏡、第六透鏡、第七透鏡、第八透鏡和像平面沿著進光入射方向同軸依次排列。