一种静态星模拟器投影光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种静态星模拟器投影光学系统，包括读数显微镜、镜筒和光源，所述读数显微镜安装在镜筒的前端，所述光源安装在镜筒的尾端，在镜筒内自前端至尾端依次同轴设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和星点分划板；本发明专利技术利用不同折射率和色散系数的正负光学透镜进行组合，以便达到消除球差和轴向色差；星点分划板用于模拟星图，光源发出的光通过星点分划板星图靶标出射的光，经过第一至第七透镜的折射后，将星图成像到无穷远，以模拟高精度星敏感器在轨观测到的星图，本发明专利技术为折射一次成像光学系统，可以避免胶合透镜的胶合面对成像的影响，进一步提高了成像精度，且结构简单，有利于加工和装配。

【技术实现步骤摘要】
一种静态星模拟器投影光学系统
本专利技术属于航天器标定
，特别涉及一种静态星模拟器投影光学系统。
技术介绍
空间飞行器在太空中运行时，利用空间姿态测量仪器捕获和测量其飞行姿态信息。星敏感器是空间飞行器中广泛使用的一种高精度空间姿态测量仪器，它通过识别天球中不同位置的恒星来提取运载体姿态。星模拟器作为星敏感器的地面标定设备也得到了越来越广泛的关注，研制能够满足星敏感器地面测试工作的大视场高精度星模拟器已迫在眉睫，静态星模拟器主要由驱动电路、光源、星点分划板、滤光片及光学系统五个部分组成。其中，光学系统实现的主要功能是利用星点分划板给出的星图以模拟来自无穷远的星光，光学系统的性能直接影响到星模拟器的技术指标，如模拟的星空范围、恒星位置模拟的精度等。目前的光学系统，由于像点中心偏移和系统畸变，造成星点成像精度不高，从而影响星敏感器的探测精度；为了提高光学系统的精度，通常需要将镜片胶合，但胶合面对成像具有一定的影响，且粘结胶的性能会影响胶合镜片的稳定性。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种静态星模拟器投影光学系统；为达到上述目的所采取的技术方案是：一种静态星模拟器投影光学系统，包括读数显微镜、镜筒和光源，所述读数显微镜安装在镜筒的前端，所述光源安装在镜筒的尾端，在镜筒内自前端至尾端依次同轴设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和星点分划板；所述第一透镜为正透镜，第一透镜的材料为HK54玻璃；所述第二透镜为正透镜，第二透镜的材料为HK54玻璃；所述第三透镜为负透镜，第三透镜的材料为HZF4A玻璃；所述第四透镜为正透镜，第四透镜的材料为HZF4A玻璃；所述第五透镜为正透镜，第五透镜的材料为HK65玻璃；所述第六透镜为正透镜，第六透镜的材料为HZF7LA玻璃；所述第七透镜为负透镜，第七透镜的材料为HK51玻璃；其中，第二透镜与第一透镜的间隔为1.0~4.0mm，且在间隔内设有第一隔圈；第三透镜与第二透镜的间隔为1.5~4.5mm，且在间隔内设有第二隔圈；第四透镜与第三透镜的间隔为2~6.5mm，且在间隔内设有第三隔圈；第五透镜与第四透镜的间隔为0.5~4.4mm，且在间隔内设有第四隔圈；第六透镜与第五透镜的间隔为1.5~5.5mm，且在间隔内设有第五隔圈；第七透镜与第六透镜的间隔为2.5~8.5mm，且在间隔内设有第六隔圈。优选的，第一透镜的厚度为3.5mm，第一透镜入射面的曲率半径为25.491mm，第一透镜出射面的曲率半径为130.2mm；第二透镜的厚度为3.43mm，第二透镜入射面的曲率半径为29.806mm，第二透镜出射面的曲率半径为3319.845mm；第三透镜的厚度为4.51mm，第三透镜入射面的曲率半径为-56.24mm，第三透镜出射面的曲率半径为210.33mm；第四透镜的厚度为1.92mm，第四透镜入射面的曲率半径为44.98mm，第四透镜出射面的曲率半径为14.025mm；第五透镜的厚度为8.8mm，第五透镜入射面的曲率半径为18.884mm，第五透镜出射面的曲率半径为-86.89mm；第六透镜的厚度为6.2mm，第六透镜入射面的曲率半径为39.215mm，第六透镜出射面的曲率半径为120.238mm；第七透镜的厚度为5.4mm，第七透镜入射面的曲率半径为-21.56mm，第七透镜出射面的曲率半径为54.622mm。优选的，第二透镜与第一透镜的间隔为3.1mm；第三透镜与第二透镜的间隔为2.86mm；第四透镜与第三透镜的间隔为4.532mm；第五透镜与第四透镜的间隔为22.325mm；第六透镜与第五透镜的间隔为2.55mm；第七透镜与第六透镜的间隔为3.6mm。优选的，还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在第一透镜的前面用于与星敏感器相连接。优选的，所述孔径光阑与第一透镜的间隔为18.5mm优选的，所述星点分划板位于第七透镜的焦平面上。优选的，将第一至第六隔圈统称为隔圈，每个隔圈的材质热膨胀系数不完全相同，且当隔圈安装位置的轴向热变形许用范围通过更换材质制作隔圈仍不能够满足要求时，采用异形隔圈；所述异形隔圈包括圈本体，在圈本体外表面绕周向开设有应力环槽或者多个应力弧形槽节。本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术利用不同折射率和色散系数的正负光学透镜进行组合，以便达到消除球差和轴向色差；具体的，星点分划板用于模拟星图，光源发出的光通过，星点分划板星图靶标出射的光，经过第一至第七透镜的折射后，将星图成像到无穷远，以模拟高精度星敏感器在轨观测到的星图。通过第一至第七透镜组成的小畸变、倍率色差小、弥散斑均匀且小的高成像质量投影光学系统，提高了静态星模拟器投影光学系统的成像精度；本专利技术为折射一次成像光学系统，可以避免胶合透镜的胶合面对成像的影响，进一步提高了成像精度，且结构简单，有利于加工和装配。在本实施例中，第一至第七透镜参数的设定，除了考虑光学传递函数与点列图之外，也需要观察主光线与质心偏差，以避免偏差在存在部分误差时发生较大变化；本专利技术具有高成像质量，在全视场内弥散斑直径最大为12.4μm，在全视场内最大相对畸变误差不大于0.086％，倍率色差在全视场内最大值不大于1.5μm，能量中心与主光线误差在全视场内的误差小于0.5μm的稳定性；同时，在温度-45℃~60℃范围内引起的光学系统离焦波动最大30μm，能量中心位置变化产生的角度误差为0.04″。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步描述。如图1所示，本专利技术包括读数显微镜1、镜筒2和光源11，所述读数显微镜1安装在镜筒2的前端，所述光源11安装在镜筒2的尾端，在镜筒2内自前端至尾端依次同轴设有第一透镜3、第二透镜4、第三透镜5、第四透镜6、第五透镜7、第六透镜8、第七透镜9和星点分划板10；所述第一透镜3为正透镜，第一透镜3的材料为HK54玻璃，属于环保冕玻璃；所述第二透镜4为正透镜，第二透镜4的材料为HK54玻璃，属于环保冕玻璃；所述第三透镜5为负透镜，第三透镜5的材料为HZF4A玻璃，属于环保重火石玻璃；所述第四透镜6为正透镜，第四透镜6的材料为HZF4A玻璃，属于环保重火石玻璃；所述第五透镜7为正透镜，第五透镜7的材料为HK65玻璃，属于环保冕玻璃；所述第六透镜8为正透镜，第六透镜8的材料为HZF7LA玻璃，属于环保重火石玻璃；所述第七透镜9为负透镜，第七透镜9的材料为HK51玻璃，属于环保冕玻璃；其中，第二透镜4与第一透镜3的间隔为1.0~4.0毫米，且在间隔内设有第一隔圈19；第三透镜5与第二透镜4的间隔为1.5~4.5mm，且在间隔内设有第二隔圈18；第四透镜6与第三透镜5的间隔为2~6.5mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静态星模拟器投影光学系统，其特征在于，包括读数显微镜、镜筒和光源，所述读数显微镜安装在镜筒的前端，所述光源安装在镜筒的尾端，在镜筒内自前端至尾端依次同轴设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和星点分划板；/n所述第一透镜为正透镜，第一透镜的材料为HK54玻璃；/n所述第二透镜为正透镜，第二透镜的材料为HK54玻璃；/n所述第三透镜为负透镜，第三透镜的材料为HZF4A玻璃；/n所述第四透镜为正透镜，第四透镜的材料为HZF4A玻璃；/n所述第五透镜为正透镜，第五透镜的材料为HK65玻璃；/n所述第六透镜为正透镜，第六透镜的材料为HZF7LA玻璃；/n所述第七透镜为负透镜，第七透镜的材料为HK51玻璃；/n其中，第二透镜与第一透镜的间隔为1.0~4.0mm，且在间隔内设有第一隔圈；/n第三透镜与第二透镜的间隔为1.5~4.5mm，且在间隔内设有第二隔圈；/n第四透镜与第三透镜的间隔为2~6.5mm，且在间隔内设有第三隔圈；/n第五透镜与第四透镜的间隔为0.5~4.4mm，且在间隔内设有第四隔圈；/n第六透镜与第五透镜的间隔为1.5~5.5mm，且在间隔内设有第五隔圈；/n第七透镜与第六透镜的间隔为2.5~8.5mm，且在间隔内设有第六隔圈。/n...

【技术特征摘要】
1.一种静态星模拟器投影光学系统，其特征在于，包括读数显微镜、镜筒和光源，所述读数显微镜安装在镜筒的前端，所述光源安装在镜筒的尾端，在镜筒内自前端至尾端依次同轴设有第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜和星点分划板；
所述第一透镜为正透镜，第一透镜的材料为HK54玻璃；
所述第二透镜为正透镜，第二透镜的材料为HK54玻璃；
所述第三透镜为负透镜，第三透镜的材料为HZF4A玻璃；
所述第四透镜为正透镜，第四透镜的材料为HZF4A玻璃；
所述第五透镜为正透镜，第五透镜的材料为HK65玻璃；
所述第六透镜为正透镜，第六透镜的材料为HZF7LA玻璃；
所述第七透镜为负透镜，第七透镜的材料为HK51玻璃；
其中，第二透镜与第一透镜的间隔为1.0~4.0mm，且在间隔内设有第一隔圈；
第三透镜与第二透镜的间隔为1.5~4.5mm，且在间隔内设有第二隔圈；
第四透镜与第三透镜的间隔为2~6.5mm，且在间隔内设有第三隔圈；
第五透镜与第四透镜的间隔为0.5~4.4mm，且在间隔内设有第四隔圈；
第六透镜与第五透镜的间隔为1.5~5.5mm，且在间隔内设有第五隔圈；
第七透镜与第六透镜的间隔为2.5~8.5mm，且在间隔内设有第六隔圈。


2.根据权利要求1所述的静态星模拟器投影光学系统，其特征在于，
第一透镜的厚度为3.5mm，第一透镜入射面的曲率半径为25.491mm，第一透镜出射面的曲率半径为130.2mm；
第二透镜的厚度为3.43mm，第二透镜入射面的曲率半径为29.806mm，第二透镜出射面的曲率半径为3319.845mm；
第三透镜的厚度为4.51mm，第三透镜入射面的曲率半径为-56.24mm，第三透镜出射面的曲率半径为210.33mm；...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦高林，魏巍，程方，孙永生，段俊法，杨芸箔，李瑶，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41