[發明專利]一種超寬譜段長焦距星敏感器光學系統

在審

• 申請號: 201910839798.1
• 申請日: 2019-09-03
• 公開（公告）號: CN110703411A
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 伍雁雄;譚海曙
• 申請（專利權）人: 佛山科學技術學院
• 主分類號: G02B13/00
• 分類號: G02B13/00
• 代理公司: 44205 廣州嘉權專利商標事務所有限公司
• 代理人: 蔡偉杰

本發明公開了一種超寬譜段長焦距星敏感器光學系統，包括沿光線射入方向自前向后依次設置前透鏡組、反射鏡組、后透鏡組和像面，所述前透鏡組包括自前向后依次設置的第一透鏡和第二透鏡，所述后透鏡組包括自前向后依次設置的第三透鏡和第四透鏡；所述反射鏡組包括自前向后依次設置的次反射鏡和主反射鏡，次反射鏡為凸面反射鏡，主反射鏡為凹面反射鏡；本光學系統采用基于全球面光學元件的折反射式光學系統結構型式，通過兩個反射鏡折疊光路，可以獲得光學系統長度遠小于焦距的設計結果，有效實現輕小化，提高恒星光信號收集效率。

技術領域

本發明涉及光學系統技術領域，更具體地說涉及一種超寬譜段長焦距星敏感器光學系統。

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甚至更高，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，因而在高精度自主導航領域獲得了廣泛應用。

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。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、成像光譜以及單星測量精度等。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，探測視場比較大，探測光譜范圍一般不超過300nm，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，采用長焦距光學系統是有效的手段。隨著高分辨率對地立體測繪相機、空間天文觀測望遠鏡以及空間導引武器系統等領域技術的發展，對亞秒級甚至更高精度的星敏感器提出了需求，滿足應用系統的高精度對地定位、長時間穩像觀測或者長航時飛行姿態的自主導航等關鍵性能。核心技術是采用長焦距星敏感器光學系統提高單像元分辨率，進而采用細分算法進一步提高質心分辨率精度。

然而，當星敏感器光學系統的焦距接近或達到米級時，純透射光學系統不僅系統尺寸長，且難以校正寬光譜下的二級光譜像差，無法實現寬光譜的恒星光信號收集，無論從體量還是性能上都不能滿足空間平臺的應用需求；采用反射式光學系統雖然可以實現光路折疊，獲得緊湊的光學系統布局設計，但在校正像差方面需要采用非球面，制造及裝調難度高，不利于降低成本。

發明內容

本發明型要解決的技術問題是：現有的星敏感器光學系統實現高精度的同時系統尺寸長，難以校正寬光譜下的二級光譜像差。

本發明提供一種超寬譜段長焦距星敏感器光學系統，提高光譜范圍和測量精度，同時大幅度縮短光學系統的長度尺寸，有效實現輕小型。

本發明解決其技術問題的解決方案是：

一種超寬譜段長焦距星敏感器光學系統，包括沿光線射入方向自前向后依次設置前透鏡組、反射鏡組、后透鏡組和像面，所述前透鏡組包括自前向后依次設置的第一透鏡和第二透鏡，所述后透鏡組包括自前向后依次設置的第三透鏡和第四透鏡；所述第一透鏡為雙凸正光焦度透鏡，所述第二透鏡為彎月形負光焦度透鏡，所述第三透鏡為雙凹負光焦度透鏡，所述第四透鏡為彎月形正光焦度透鏡，所述第三透鏡和第四透鏡組成雙膠合透鏡；所述次反射鏡和主反射鏡均為球面型；

所述反射鏡組包括自前向后依次設置的次反射鏡和主反射鏡，次反射鏡為凸面反射鏡，主反射鏡為凹面反射鏡，所述次反射鏡和主反射鏡的反射面相對，所述主反射鏡的中部開有通孔；所述主反射鏡的反射面上設有孔徑光闌；

入射光依次通過第一透鏡和第二透鏡后射向所述主反射鏡，光束經過所述主反射鏡反射到達所述次反射鏡，所述次反射鏡將光束反射形成反射光，反射光透過所述主反射鏡的通孔后依次通過第三透鏡和第四透鏡。