[发明专利]一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别涉及一种宽谱段轻小型的星敏感器光学系统。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。