[发明专利]一种小型化高精度星敏感器用光学系统

说明书

本发明为一种小型化高精度星敏感器用光学系统，本发明的光学系统采用了准高斯透镜结构，共由6片透镜组成，全部采用球面透镜，第一透镜玻璃采用熔石英材料，使其即可用于校正像差，也可充当光学系统的保护玻璃。本发明光学系统具有宽光谱、大视场、大相对孔径等特点；在较大的光谱范围和视场内具有很小的畸变量，各视场弥散斑能量集中度分布均匀，成像质量良好。系统可以工作于‑50℃到+70℃，可以在各温度点具有良好的像质和离焦量，可以满足工作于空间恶劣温度环境下的高精度星敏感器的姿态测量需求。

技术领域

本发明涉及一种星敏感器用光学系统，属于光学工程范畴。

背景技术

星敏感器以恒星为测量目标，通过光学系统将恒星成像于光电转换器上，输出信号经过A/D转换送数据处理单元，经星点提取和星图识别，确定星敏感器光轴矢量在惯性坐标系下的指向，通过星敏感器在飞行器、星光导航系统及舰船的上的安装矩阵，确定其在惯性坐标系下的三轴姿态。

星敏感器一般由遮光罩、光学系统、探测器组件及其电路、数据处理电路、二次电源、软件(系统软件、应用软件及星表)、主体结构和基准镜等组成。

星敏感器光学系统对星敏感器的整机性能，特别是精度等核心性能有着重要影响，光学系统性能的降低将带来整机精度、灵敏度等核心指标的降低，因此光学系统是星敏感器的关键部件之一。相比较于常用的照相物镜，星敏感器用光学系统的观测目标是恒星目标，恒星目标一般具有宽光谱、低照度的特点；同时为了提高整机对恒星像点的定位精度，光学系统需将恒星目标在光电探测器上，恒星像点应接近高斯分布。

由于星敏感器用于空间环境，因此光学系统在满足成像性能的同时，需具有较好的抗力学性能，耐高温差能力和抗宇宙辐射能力等。这些要求使得星敏感器光学系统在材料选择、结构设计等方面有较大限制。

根据星敏感器整机和恒星目标的特点，星敏感器光学系统设计难度较大，对结构设计、系统装调等要求很高，星敏感器光学系统的相关设计及装调技术是星敏感器的核心技术之一。

星敏感器光学系统一般使用复杂化的光学系统、甚至非球面光学系统保证光学系统具有良好的成像性能。光学系统复杂化后一般体积重量较大。光学系统体积重量变大后，使得星敏感器需进行结构加固设计才能满足光学系统的稳定性等要求，导致星敏感器产品的整机体积和重量较大，不利星敏感器整机的轻量化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型化高精度星敏感器用光学系统，具有宽光谱、大视场、大相对孔径特点，满足了工作于空间恶劣温度环境下的高精度星敏感器的姿态测量需求。

本发明所采用的技术方案是：一种小型化高精度星敏感器用光学系统，包括依次排列的第一透镜、第二透镜、孔径光阑、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、探测器保护玻璃和光电探测器；入射光线从第一透镜入射，第一透镜为正透镜，收集目标的发射光线，并将目标发出的光能量汇聚后入射至第二透镜上；第二透镜为正透镜，用于校正第一透镜产生的球差；第三透镜对第二透镜发出的光能量进行像差校正后发送给第四透镜；第四透镜、第五透镜和第六透镜对光学系统焦距进行修正，并对第一透镜、第二透镜和第三透镜的像差进行校正；光电探测器对接收的光能量进行探测；第四透镜、第五透镜均为正透镜，第三透镜、第六透镜均为负透镜。

所述光学系统焦距为37.6mm，入瞳直径为34mm，F数为1.1，全视场角为17°；第一透镜顶点距光电探测器的总长度为62.7mm，光学系统焦距与长度的比例为1:2。

所述第一透镜前表面曲率半径57.94mm，后表面曲率半径-192.31mm，透镜中心厚度5mm，外轮廓直径38mm，材料为熔石英材料；

第二透镜前表面曲率半径31.05mm，后表面曲率半径81.41mm，透镜中心厚度6mm，外轮廓直径35mm，玻璃牌号为ZK9；