一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统，包括：孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面，所述孔径光阑位于第一透镜上；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面沿光线入射的方向同光轴依次排列；本发明专利技术光学系统相同口径下的恒星探测光谱宽度是常规星敏感器光学系统的1.8倍；在需要的探测能力相同的前提下，可以降低本光学系统口径，降低星敏感器整机的重量和尺寸，适合应用在星敏感器领域。

A Wide Band Light and Small Star Sensor Optical System

The invention discloses a light and small star sensor optical system with wide spectral band, including an aperture diaphragm, a first lens, a second lens, a third lens, a fourth lens, a fifth lens, a sixth lens, a seventh lens and an image plane. The aperture diaphragm is located on the first lens, a second lens, a third lens, a fourth lens, a fifth lens and a sixth lens. The seventh lens and image plane are arranged along the optical axis in turn along the direction of light incidence; the spectral width of the optical system of the invention is 1.8 times of that of the conventional star sensor optical system under the same aperture; on the premise of the same detection capability, the aperture of the optical system can be reduced, the weight and size of the whole star sensor can be reduced, and it is suitable for application in the field of star sensor.

【技术实现步骤摘要】
一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统
本专利技术涉及一种光学系统，特别涉及一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统。
技术介绍
星敏感器通过探测太空位置精确已知的恒星，通过位置及角度的检测识别，实现空间飞行器在空间惯性坐标系下的姿态角测量。在已知的姿态测量装置中，星敏感器具有探测精度高且姿态精度不随时间漂移的优点，获得了广泛的应用。星敏感器的发展趋势是大视场、轻小型化以及高精度等。在研究高性能星敏感器光学系统技术方面，核心是追求在保证恒星探测需求(包括成像质量、弥散斑对称分布以及低畸变等)的基础上，最大限度的降低星敏感器光学系统的重量和体积，满足星敏感器的轻小型化需求。在解决上述难题方面，现有技术主要包括：(1)采用非球面透镜，减少星敏感器光学系统的镜片数量，从而降低光学系统的重量和体积，但随之带来的加工、装调成本大幅上升，不符合经济性；(2)采用大相对孔径光学系统提高恒星探测能力，有利于降低光学系统的长度，但径向尺寸仍然较大，且光学系统以及星敏感器的重量与径向尺寸的平方成正比增加，难以进一步降低光学系统的重量和尺寸。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：在保证恒星探测精度的同时降低星敏感器光学系统体积和重量。本专利技术解决其技术问题的解决方案是：一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统，包括：孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面，所述孔径光阑位于第一透镜上；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面沿光线入射的方向同光轴依次排列；所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜的组合为正光焦度，并满足下式：1.75φ≤φ123≤2.65φ；所述第四透镜、第五透镜以及第六透镜的组合为负光焦度，并满足下式：3.55φ≤|φ456|≤4.25φ；所述第七透镜的光焦度满足以下公式：1.55φ≤φ7≤2.25φ；其中φ123为第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合光焦度，φ456为第四透镜、第五透镜和第六透镜的组合光焦度，φ7为第七透镜的光焦度，φ为光学系统整体光焦度。进一步，所述第一透镜、第三透镜和第五透镜的光焦度均为正，所述第二透镜、第四透镜和第六透镜的光焦度均为负，所述第七透镜的光焦度为正。进一步，所述第一透镜的材质为石英，所述第二透镜的材质为镧火石玻璃或特种火石玻璃，所述第三透镜的材质为镧冕玻璃或重镧火石玻璃，所述第四透镜的材质为重火石玻璃，所述第五透镜和第七透镜的材质为重镧火石玻璃，所述第六透镜的材质为重火石玻璃。进一步，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜和第七透镜均为球面透镜。进一步，所述光学系统的入瞳直径φ12.85mm。本专利技术光学系统相同口径下的恒星探测光谱宽度是常规星敏感器光学系统的1.8倍；在需要的探测能力相同的前提下，可以降低本光学系统口径，降低星敏感器整机的重量和尺寸。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本专利技术的组成结构示意图；图2是本专利技术光的点列曲线图；图3是本专利技术光学传递函数曲线图；图4是本专利技术相对畸变曲线图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。另外，文中所提到的所有连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少连接辅件，来组成更优的连接结构。本专利技术创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。实施例1，参照图1，一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统，包括：孔径光阑9、第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和像平面8，所述孔径光阑9位于第一透镜1上；所述第一透镜1、第二透镜2、第三透镜3、第四透镜4、第五透镜5、第六透镜6、第七透镜7和像平面8沿光线入射的方向同光轴依次排列；所述第一透镜1、第二透镜2以及第三透镜3的组合为正光焦度，并满足下式：1.75φ≤φ123≤2.65φ；所述第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6的组合为负光焦度，并满足下式：3.55φ≤|φ456|≤4.25φ；所述第七透镜7的光焦度满足以下公式：1.55φ≤φ7≤2.25φ；其中φ123为第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3的组合光焦度，φ456为第四透镜4、第五透镜5和第六透镜6的组合光焦度，φ7为第七透镜7的光焦度，φ为光学系统整体光焦度。本专利技术工作时，恒星点目标光信号通过孔径光阑9限制的第一透镜1，第一透镜1、第二透镜2以第三透镜3组成三分离的第一透镜组为正透镜组，对光线进行会聚，主要校正球差，彗差以及轴向色差，第二透镜2与第三透镜3相邻的两个面实现一定的像散校正能力；第四透镜4、第五透镜5以及第六透镜6组成三分离的第二透镜组为负透镜组，主要校正像散、畸变等；第七透镜7的光焦度为负，校正残余的畸变，并主要将主光线进行压低，实现像方远心的光路。七个透镜通过光焦度的合理分配，校正了场曲。系统架构的失对称变化校正了由于成像目标位于无穷远引入的垂轴像差。不同视场的恒星点目标光信号经过七个透镜的透射，以像方远心的方式成像到像平面8，主光线与光轴的夹角不超过0.5°，避免了探测器像平面8受力学振动或温度变化引起的位置变化导致的质心位置漂移，保证了高成像精度。常规星敏感器光学系统工作谱段一般为300nm，通过实验得出数据，本专利技术的光学系统探测光谱宽度达到550nm，提高了1.8倍。在入瞳直径φ12.85mm探测口径下等同于入瞳直径φ17.24mm的常规星敏感器光学系统探测能力。在光学系统长度等同的条件下，光学系统的体积减小43.8％。在保证探测能力的前提下降低光学系统口径，也有利于星敏感器整机的杂散光抑制，进一步降低星敏感器整机的重量和尺寸。本专利技术光学系统具有较好的色差及二级光谱校正能力，探测恒星光谱探测范围宽，配合探测器的响应曲线，相同口径下恒星探测能力比常规星敏感器光学系统提高1.8倍以上，满足了星敏感器光学系统轻小型化需求。本专利技术光学系统的工作光谱范围为400nm～950nm，探测谱段带宽为550nm，系统焦距36mm，全视场25°，入瞳直径φ12.85mm。作为优化，所述第一透镜1、第三透镜3和第五透镜5的光焦度均为正，所述第二透镜2、第四透镜4和第六透镜6的光焦度均为负，所述第七透镜7的光焦度为正。第一透镜1、第二透镜2和第三透镜3采用正、负、正的光焦度分配，透镜光焦度结构组合较好，对光线进行会聚，主要校正球差，彗差以及轴向色差，实现较好的像散校正能力。作为优化，所述第一透镜1的材质为石英，所述第二透镜2的材质为镧火石玻璃或特种火石玻璃，所述第三透镜3的材质为镧冕玻璃或重镧火石玻璃，所述第四透镜4的材质为重火石玻璃，所述第五透镜5和第七透镜7的材质为重镧火石玻璃，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统，其特征在于：包括：孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面，所述孔径光阑位于第一透镜上；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面沿光线入射的方向同光轴依次排列；所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜的组合为正光焦度，并满足下式：1.75φ≤φ123≤2.65φ；所述第四透镜、第五透镜以及第六透镜的组合为负光焦度，并满足下式：3.55φ≤|φ456|≤4.25φ；所述第七透镜的光焦度满足以下公式：1.55φ≤φ7≤2.25φ；其中φ123为第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合光焦度，φ456为第四透镜、第五透镜和第六透镜的组合光焦度，φ7为第七透镜的光焦度，φ为光学系统整体光焦度。

【技术特征摘要】
1.一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统，其特征在于：包括：孔径光阑、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面，所述孔径光阑位于第一透镜上；所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和像平面沿光线入射的方向同光轴依次排列；所述第一透镜、第二透镜以及第三透镜的组合为正光焦度，并满足下式：1.75φ≤φ123≤2.65φ；所述第四透镜、第五透镜以及第六透镜的组合为负光焦度，并满足下式：3.55φ≤|φ456|≤4.25φ；所述第七透镜的光焦度满足以下公式：1.55φ≤φ7≤2.25φ；其中φ123为第一透镜、第二透镜和第三透镜的组合光焦度，φ456为第四透镜、第五透镜和第六透镜的组合光焦度，φ7为第七透镜的光焦度，φ为光学系统整体光焦度。2.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍雁雄，谭海曙，曾亚光，王茗祎，
申请(专利权)人：佛山科学技术学院，
类型：发明
国别省市：广东,44