一种具有中间像的星敏感器成像结构制造技术

本发明专利技术涉及一种具有中间像的星敏感器成像结构，包括第一级镜头、中间消杂光光纤面板、第二级镜头、探测器消杂光光纤面板和光电探测器；所述结构第一次成像由第一级镜头成中间像，第二次成像由第二级镜头成最终像，两次成像均为像方远心光路；所述中间消杂光光纤面板设置在第一级镜头的成像平面处，其前端面与第一级镜头像面一致，后端面作为第二次成像的目标；所述探测器消杂光光纤面板安装在第二级镜头的像面处，其出口面紧密贴合光电探测器。本发明专利技术使星敏感器光学系统本身具有了消杂光功能，还可以使遮光罩尺寸和重量大幅度减小，甚至不用遮光罩，节省成本和资源，更加便于星体上安装。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种具有中间像的星敏感器成像结构，包括第一级镜头、中间消杂光光纤面板、第二级镜头、探测器消杂光光纤面板和光电探测器；所述结构第一次成像由第一级镜头成中间像，第二次成像由第二级镜头成最终像，两次成像均为像方远心光路；所述中间消杂光光纤面板设置在第一级镜头的成像平面处，其前端面与第一级镜头像面一致，后端面作为第二次成像的目标；所述探测器消杂光光纤面板安装在第二级镜头的像面处，其出口面紧密贴合光电探测器。本专利技术使星敏感器光学系统本身具有了消杂光功能，还可以使遮光罩尺寸和重量大幅度减小，甚至不用遮光罩，节省成本和资源，更加便于星体上安装。【专利说明】一种具有中间像的星敏感器成像结构
本专利技术及一种飞行器姿态控制系统所应用的恒星测量敏感器，尤其是涉及一种具有中间像的星敏感器成像结构。
技术介绍
星敏感器是飞行器姿态控制系统所经常采用的一种姿态测量敏感器，在飞行器控制领域发挥非常重要的作用。星敏感器一般由光学成像系统、CXD (Charge CoupledDevices,电荷稱合器件)或APS (Active Pixel Sensor,有源像素传感器)成像电子线路、DSP (Data Signal Processor,数字信号处理器)信息处理单元、星图处理软件、通讯接口等几大部分构成。其中光学系统完成将恒星成像在CCD焦平面上的功能。星敏感器光学系统与一般的成像系统相比具有如下的特点: (I)对于点目标成像，不要求成像的细节，代之以较高的消色差和畸变水平，而且还要求像点在(XD/APS上占有至少2X2个像素，以便保证星点能量中心的准确提取。(2)要求采用全分离式光学结构设计，以防胶合面空间使用脱胶。(3)要求一定的弥散斑尺寸的调整能力，以便在标定时确定最终的弥散斑大小； (4)要求各个光谱的弥散斑能量中心误差在规定以内，一般不超过I微米； (5)尽可能少的光学零件数目； (6)尽可能小的镜头轴向尺寸和径向尺寸； (7)具有良好的内部消杂光特性。国内外目前在该领域对其研究工作主要有以下方式，第一是在2004年第2期光子学报上发表的“折反式大视场星敏感器光学系统”;第二是在2004年第11期光子学报上发表的“轻小型星敏感器光学系统设计”；第三是在2005年第12期光子学报上发表的“宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计”;第四件是ZL200610170214专利所提出的一种7片透镜组成的光学系统。上述已知技术均不完全具备以上所述的7个特点，而且都存在着各自的不足。在“轻小型星敏感器光学系统设计”中提出的光学系统焦距22.7mm，相对孔径1/1.4，视场角17.lo°X17.lo°,总长度与焦距之比为2:1，虽然视场较大，但是没有设计为近远心光路，对弥散斑调整带来不便，另外像面位于最后一面的球心附近，易产生鬼像。上述提出的一种折反射式星敏感器光学系统，视场角Φ 200,入瞳直径36.3mm,相对孔径1/1.2，焦距为43.56mm。该系统虽具有色差校正良好，覆盖谱段宽等优点，其主要不足是外形尺寸较大，而且不是像方远心光路； 上述提到的宽视场大相对孔径星敏感器光学系统设计，虽然视场较大，相对孔径也较高，但是使用了 9片镜片(包括一片窗口)，而且采用了一个空间系统应避免采用的双胶合结构，而且也不是像方近远心光学系统，不便于弥散斑调整。上述已有专利提到的7片透镜组成的星敏感器光学系统结构形式虽然克服了许多缺点，但是在内部消杂光特性方面没有考虑。综上所述，现有的星敏感器设计存在的问题主要是没有考虑系统内部消杂光特性。已有技术中的星敏感器光学系统，无论是哪种形式，都是由成像元件和焦平面探测器构成的，没有消杂光光纤面板这种非成像元件。因此，以往的星敏感器光学系统不能抵挡来自外界进入镜头的杂光，导致探测器感光面上覆盖一层背景杂光，严重时将使得星敏感器不能正常工作。已有技术中的星敏感器光学系统主要的杂光光源来自太阳、地球大气散射、月球反照，为了遮挡这种杂光，必须采用一个尺寸和重量很大的遮光罩，否则，视场外的太阳等杂光照射到镜头后，将在镜头内部引起很强的散射，甚至直接达到探测器上，造成强杂光干扰恒星成像，导致星敏感器失效。遮光罩尺寸和重量是星敏感器的一个较大负担，而且遮光罩的消杂光能力也是有限的，只能遮挡某个角度以外的杂光，这个角度成为杂光抑制角，杂光抑制角以内的杂光遮光罩是无能为力的。外遮光罩给星敏感器带来的缺点如下: (1)遮光罩在星敏感器外部，尺寸重量较大，带来发射成本增加和星上安装的不便； (2)外遮光罩消杂光能力不足。主要体现在杂光抑制角距离视场角较远，一般都在10°以上。
技术实现思路
本专利技术的目的克服上述现有技术的缺陷，提出一种具有具有中间像的并具有内消杂光特性的综合性能优良的星敏感器光学系统成像结构。本专利技术是通过以下技术方案实现的: 一种具有中间像的星敏感器成像结构，其特征在于:包括第一级镜头1、中间消杂光光纤面板2、第二级镜头3、探测器消杂光光纤面板4和光电探测器8 ;所述结构第一次成像由第一级镜头I成中间像，第二次成像由第二级镜头3成最终像，两次成像均为像方远心光路；所述中间消杂光光纤面板2设置在第一级镜头I的成像平面处，其前端面与第一级镜头I像面一致，后端面作为第二次成像的目标；所述探测器消杂光光纤面板4安装在第二级镜头3的像面处，其出口面紧密贴合光电探测器8。上述技术方案中，进一步的，所述第一级镜头I是一种具有像方远心光学系统结构的光学系统，其成像弥散斑能量的80%集中于直径为I个至3个光电探测器像素尺寸的圆内，具有小于3%的畸变差，具有小于1/2像素的倍率色差，具有10mm±5mm范围的后截距，具有多片(5片、6片、7片、8片可选)分离镜片，具有从0.45微米到可近红外0.9微米的光谱段(谱段边界可为0.45微米?0.85微米，0.5微米?0.8微米，0.5微米?0.85微米，并在此边界基础上再允许边界在±0.05微米内略微调整)，光学镜头的F数范围在1.5到4，典型值是 1.5、2、2.5、3、3.5、4。进一步的，所述第二级镜头3是一种具有物方像方双远心光学系统结构的光学系统，放大倍率为光电探测器8最大尺寸与中间像尺寸之比，其成像弥散斑能量的80%集中于直径为I个至3个光电探测器像素尺寸的圆内，具有小于3%的畸变差，具有小于1/2像素的倍率色差，具有10mm±5mm范围的后截距，具有多片(5片、6片、7片、8片可选)分离镜片，具有从0.45微米到可近红外0.9微米的光谱段(谱段边界可为0.45微米85微米，0.5微米8微米，0.5微米85微米，并在此边界基础上再允许边界在±0.05微米内略微调整)，光学镜头的F数范围在2到4。进一步的，所述中间消杂光光纤面板2和探测器消杂光光纤面板4由若干具有5^20mm长度的光纤并齐紧密排列而成，所有光纤等长排列，光纤面板的厚度等于每根光纤的长度，所有的光纤两个端面均分别对齐，构成两个合成的大面积有效端面，两个大的有效端面是以小于10角秒公差平行分布，当光学图像在一个大端面进入后，经过光纤内部多次反射，在另一个大端面出射，这样相当于把光学成像面平移了光纤面板厚度的距离。光纤面板的厚度确定可有两种方式，一种是不小于光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有中间像的星敏感器成像结构，其特征在于：包括第一级镜头（1）、中间消杂光光纤面板（2）、第二级镜头（3）、探测器消杂光光纤面板（4）和光电探测器（8）；所述结构第一次成像由第一级镜头（1）成中间像，第二次成像由第二级镜头（3）成最终像，两次成像均为像方远心光路；所述中间消杂光光纤面板（2）设置在第一级镜头（1）的成像平面处，其前端面与第一级镜头（1）像面一致，后端面作为第二次成像的目标；所述探测器消杂光光纤面板（4）安装在第二级镜头（3）的像面处，其出口面紧密贴合光电探测器（8）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郝云彩，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11