一种紫外月球敏感器的光学系统技术方案

一种紫外月球敏感器的光学系统包括环形遮光罩、平面反射镜、Ｎ面锥反射镜、滤光片、对称式广角物镜、ＣＣＤ接收器，入射光线由环形遮光罩入射至Ｎ面锥反射镜，经Ｎ面锥反射镜和平面反射镜反射后再经滤光片进入对称式广角物镜，入射光线首先经第一透镜和第二透镜完成视场拓展进入光栏，入射光线充满光栏后射入第三透镜，第三透镜将入射光线向光轴方向汇聚射入第四透镜、第五透镜、第六透镜，经第七透镜折射后成像，该成像由ＣＣＤ接收器进行光电转换。本发明专利技术由二面镜反射阵列系统、对称式广角物镜和ＣＣＤ接收器组成，这种结构形式适用于大环形视场的工作条件，大大提高了测量视场的动态范围；本发明专利技术可以克服视场外杂光和子视场间的相互干扰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种紫外敏感器的光学系统，尤其涉及一种紫外月球敏感器的 光学系统。技术背景目前，用于卫星姿态测量的敏感器主要有星敏感器、地球敏感器和太阳敏感器，如美国的Honeywell公司、德国的Jena Optronik GmbH/>司、意大利 的Officine Galileo公司、法国的Sodern公司以及丹麦的Terma公司等，其中 美国的Honeywell公司报道了的紫外敏感器。目前，国外发表了两篇有关紫外 敏感器的文章，1992年《Proc， of6thAIAA/USUCont. onSmallSatellites》， Session W发表了名为《紫外三轴姿态敏感器》的文章，著者为James Bling -Ross,Teresa Fritz'Douglas Pledger,主要介绍了。 1993年《Proc， of 7th AIAA/USU Cont.on Small Satellites)) Session VH.发表了名为《小卫星地球基 准姿态确定系统的研制》的文章，著者为Douglas Pledger,主要介绍了。国 内文献主要报道了哈尔滨工业大学的紫外星敏感器、中国科学院光电技术研究 所和国家天文台的星敏感器、清华大学的太阳敏感器，其中哈尔滨工业大学研 究的是紫外星敏感器，但观测对象、探测波段及成像原理与该技术均不相同。紫外月球敏感器的工作原理源于紫外三轴地球姿态敏感器，美国霍尼韦尔 公司申请的专利号为US5837894名称为"WideField of View Sensor with diffrative Optical Corrector"中公开的一种利用紫外谱段的三轴姿态敏感器，利 用一个组合反射式二面镜反射阵列和一个球透镜系统，构成了一个具有超大视 场角的组合光学系统，由于对地观测的是地球环形的图像，所以可利用中心视 场来观测其它天体目标，这样就构成了一个光学系统具有两个信息通道同时敏 感来自两个信息通道(如恒星、地球)的非常规光学系统，紫外地球敏感器通过对提取的目标信息进行处理后，为卫星提供三轴姿态数据和自主导航数据。图1是美国Honeywell公司紫外地球敏感器光学系统的工作原理图，紫外地球 敏感器光学系统由平面反射镜和六面锥反射镜组成的二面镜反射阵列、球透镜 与二元衍射元件组成的物镜光学系统、光纤面板与CCD器件组合成的探测器。 成像过程是地球环形的紫外辐射首先经六面锥反射到平面反射镜，再由平面反 射镜反射后进入球透镜，然后球透镜将地球环形成像到探测器组件上，由光纤 面板将弯曲的像面再转换为平面像，同时完成紫外光谱转换；中心视场内的恒 星直接通过球透镜成像在像面上，这个过程同时完成了对恒星和地球环形的成 像。从图1中可以看出Honeywell公司紫外地球敏感器用于敏感恒星的中心视 场为30°,用于敏感地球环形的环形视场为133° ~ 143°，工作波段为260nm~ 280nm。紫外月球敏感器主要通过观测月球边缘与星敏感器联合确定卫星的滚动、 俯仰和偏航姿态，紫外月球敏感器要观测的范围是从月球的表面到月球表面以 上15°,因此要求紫外月球敏感器具有超大的观测视场角。 一般对月观测卫星 通常工作在低轨道上(大约在50 ~ 200公里左右)，卫星在轨对月球环形的张 角>130°,而且轨道越低，对环形视场的动态范围要求越高。而现有Honeywell 公司紫外地球敏感器的环形视场动态范围太小，只有5°,不能满足卫星对月球 观测的动态工作范围。由于月球与地球刚好相反，月球周围没有大气包围，月 球本身不发光，只是反射太阳光，从月球表面的反射光i普分布可看出，月球的 反射特性与太阳的辐射分布基本相似，所以月球敏感器的工作波段与地球敏感 器的工作波段不同，而现有的Honeywell公司紫外地球敏感器的工作波段为 260nm 280nm，不能满足月球观测的要求。另外紫外地球敏感器的二面镜反 射阵列视场系统中6个子视场间没有隔离，不能避免视场外杂光干扰和子视场 间的相互干^i^。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种紫外月球敏感器的光学系统，适用于月球轨道，环形视场动态工作范围宽，并可以克月M见场外 杂光和子^L场间的相互干扰。本专利技术的技术解决方案是 一种紫外月球^:感器的光学系统包括环形遮光 罩、平面反射镜、N面锥反射镜、滤光片、对称式广角物镜、CCD接收器，所 述的对称式广角物镜由第一透镜、第二透镜、光栏、第三透镜、第四透镜、第 五透镜、第六透镜和第七透镜组成，光栏位于第二透镜和第三透镜之间；入射 光线由环形遮光罩入射至N面锥反射镜，由N面锥反射镜反射至平面反射镜， 再由平面反射镜反射后经滤光片将工作范围外的光谱滤掉进入对称式广角物 镜，入射光线首先经第一透镜和第二透镜组成的负组完成视场拓展进入光栏， 入射光线充满光栏后射入第三透镜，第三透镜将入射光线向光轴方向汇聚射入 第四透镜、第五透镜、第六透镜，经第七透镜折射后成像，该成像由CCD接 收器进行光电转换。所述的光学系统还包括N个子视场隔离板，每个子视场隔离板分别对应N 面锥反射镜的每个棱面。所述的N为6、或8、或10。所述的第一透镜、第二透镜、和第七透镜为熔石英材料，折射率均为 1.45843,第一透镜的曲率半径分别为34.2mm、 3.4mm,中心厚度为 1.05士0.01mm,第二透镜的曲率半径分别为10,5mm、 -7.5mm、 63mm,中心 厚度为5.1士0.01mm，第七透镜的曲率半径分别为-3.4mm、 -11.32mm,中心 厚度为0.9土0.01mm。所述的第五透镜为光学玻璃bak2,折射率为1.5399，曲率半径分别为 -3.7mm、 6.2mm,中心厚度为1土0.01mm。所述的第三透镜、第四透4竟、第六透镜为光学晶体材料CaF2，折射率均 为1.43384,第三透镜的曲率半径分别为25.8mm、 -5.3mm，中心厚度为 1.8土0.01mm,第四透镜的曲率半径分别为5.2mm、 -3.6mm,中心厚度为 3士0.01mm,第六透镜的曲率半径分别为13.5mm、 -5.4mm，中心厚度为2.35士0.1mm。所述的第一透镜与第二透镜的间距为0.94±0.01mm,第二透镜与光栏的间 距为0.19士0.01mm,光栏与第三透镜间距为0.1±0.01mm，第三透镜与第四透 镜的间距为0.1 ±0.01 mm,第四透镜与第五透镜的间距为0.1土0.01mm，第五 透镜与第六透镜的间距为0.38±0.01mm,第六透镜与第七透镜的间距为 0.94士0.01mm。所述的环形视场入射光谱范围为300~450nm。所述的滤光片为带通滤光片，材料为Si02。本专利技术与现有技术相比具有以下优点(1 )本专利技术由二面镜反射阵列系统、对称式广角物镜和CCD接收器组成， 这种结构形式适用于大环形视场的工作条件，可以满足月球110°~ 150°环形视 场才笨测的需要，环形-现场的动态范围达到20°,是国外的4倍，大大才是高了测 量视场的动态范围，本专利技术不同环行^f见场的MTF值均大于0.5， 80。/o能量集中 度的弥散斑小于20ium。(2)本专利技术通过采用环形视场遮光罩的方式，可有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紫外月球敏感器的光学系统，其特征在于：包括环形遮光罩（１）、平面反射镜（２）、Ｎ面锥反射镜（３）、滤光片（４）、对称式广角物镜（５）、ＣＣＤ接收器（６），所述的对称式广角物镜（５）由第一镜片（４０１）、第二透镜（４０２）、光栏（４０３）、第三透镜（４０４）、第四透镜（４０５）、第五透镜（４０６）、第六透镜（４０７）和第七透镜（４０８）组成，光栏（４０３）位于第二透镜（４０２）和第三透镜（４０４）之间；入射光线由环形遮光罩（１）入射至Ｎ面锥反射镜（３），由Ｎ面锥反射镜（３）反射至平面反射镜（２），再由平面反射镜（２）反射后经滤光片（４）将工作范围外的光谱滤掉进入对称式广角物镜（５），入射光线首先经第一透镜（４０１）和第二透镜（４０２）组成的负组完成视场拓展进入光栏（４０３），入射光线充满光栏（４０３）后射入第三透镜（４０４），第三透镜（４０４）将入射光线向光轴方向会聚射入第四透镜（４０５）、第五透镜（４０６）、第六透镜（４０７），经第七透镜（４０８）折射后成像，该成像由ＣＣＤ接收器（６）进行光电转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尉志军，郝云彩，白清兰，张韩笑，蔡伟，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]