[发明专利]一种星敏感器光学成像系统

说明书

本发明涉及一种空间光学成像系统，公开了一种星敏感器光学成像系统，该成像系统包括一个光阑和五个镜片，五个镜片分别为第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；所述光阑、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片依次排列，其中，光阑、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片的中心轴线同轴；所述第一镜片和第三镜片均为非球面正透镜，第二镜片和第五镜片为球面负透镜，第四镜片为球面正透镜。本发明正负透镜相互交替，采用非球面透镜、高折射率材料，使折射面曲率减少，从而减少轴外像差，使整个视场范围内像面畸变场曲较小，做到各视场弥散斑直径分布均匀。

技术领域

本发明涉及一种空间光学成像系统，尤其涉及一种适合航天空间环境高低轨道长期应用的、工程化的、轻小型化的星敏感器光学成像系统。

背景技术

光学敏感器技术利用对星空成像，利用恒星的间距和方位信息不变形作为参考系进行飞行器姿态导航定位的惯性姿态敏感器。由于具有测量精度高、长时间使用无漂移的优点，从二十世纪五十年代研制成功以来获得了极大的发展。而光学敏感器光学技术尤以星敏感器光学系统的技术发展为先导。

国内已刊登的2004年《光子学报》中“轻小型星敏感器光学系统设计”提出的焦距为22.7mm，相对孔径1∶1.4，视场角为17.1°×17.1°(方视场)的光学系统，该系统入瞳直径较小，仅为16.2mm；申请号为200610170214.9的申请文件公布了星敏感光学系统结构采用7片式近远心的结构形式，焦距为49mm，相对孔径为1∶1.2，视场角为14.14°×14.14°(圆视场)的光学系统。该系统成像质量较好，但可用视场角较小；中国专利ZL 2011 2 0363264.5，名称为《基于APS探测器的星敏感器光学系统》采用了8片球面镜片，并且考虑了光学系统的长寿命设计；上述公布的设计实例均采用球面透镜的折射式系统结构，并且元件片数较多。

近年来，随着技术的发展和进步，星敏感器光学系统的发展也向质量、体积、使用寿命等方面提出了更高的要求。非球面技术应用到星敏感器系统的需求日益加大，目前使用的非球面主要有椭球面、双曲面、抛物面等，相对于传统的球面透镜，非球面有着变化的曲率半径，不能像球面透镜那样采用样板进行加工和检测，加工及检测难度急剧提高。现今非球面主要为塑料模压和玻璃模压，精度较低，主要用于成像质量要求较低的批量照明系统和投影系统。塑料材质使用温度范围较窄，而玻璃模压种类较少。德国Jcna公司较早开展了星敏感器镜头的非球面化，并将其应用到实际产品当中，取得了较好的效果。其开发的ASTRO-15星敏感光学系统采用两片高次非球面透镜 进行球差校正，采用胶合镜进行色差校正。而该系统的后工作距非常短，不到2mm。国内的星敏感器光学系统杜绝使用胶合镜避免光胶在空间环境下变质脱落，而不到2mm的后工作距也给探测器组件的装配带来了较大的难度。

发明内容

本发明提供一种星敏感器光学成像系统，该光学成像系统通过特有的五片式结构，以及正负透镜的相互交替，采用非球面透镜、高折射率材料，使折射面曲率减少，从而减少轴外像差，使整个视场范围内像面畸变场曲较小，做到各视场弥散斑直径分布均匀，解决了星敏感器光学成像系统普遍存在的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种星敏感器光学成像系统，其特殊之处在于：该成像系统包括一个光阑和五个镜片，五个镜片分别为第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片；

所述光阑、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片依次排列，其中，光阑、第一镜片、第二镜片、第三镜片、第四镜片和第五镜片的中心轴线同轴；

所述第一镜片和第三镜片均为非球面正透镜，第二镜片和第五镜片为球面负透镜，第四镜片为球面正透镜。

上述光阑固定在第一镜片上。