[发明专利]一种星敏感器小型化光学系统

说明书

本发明公开了一种星敏感器小型化光学系统，包括孔径光阑、透镜组和像平面，所述透镜组包括：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，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第六透镜以及第七透镜的光焦度均为正，所述第四透镜和第五透镜的光焦度均为负，所述孔径光阑位于第一透镜和第二透镜之间；所述第一透镜、孔径光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及像平面沿着进光入射方向依次排列；本发明光学系统具有较好的色差及二级光谱校正能力，实现宽谱段恒星探测，仅采用七片透镜，满足了星敏感器光学系统轻小型化需求。

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别涉及一种星敏感器小型化光学系统。

背景技术

在已知的惯性导航设备中，星敏感器作为测量精度最高之一的测量仪器，且由于探测对象为位置及光谱分布确定的恒星点目标，测量精度不随时间发生漂移，在各类航空航天飞行器中获得广泛的应用。星敏感器光学系统作为星敏感器的核心装置，是星敏感器实现高信噪比恒星光谱能量收集、高精度恒星质心位置探测的关键部件。与照相物镜相比，星敏感器光学系统所探测对象是能量弱、光谱分布宽的恒星，属于点目标探测。同时为了实现亚像元细分，提高恒星位置测量精度，需要将星光能量弥散到2×2像元～5×5像元，以供后续电子学进行细分处理，达到亚像元的质心测量精度。根据星敏感器的需求，星敏感器光学系统应具有高动态范围、大视场、低畸变以及轻小型化的特点，并且能够有效抑制或避免恒星之外的假点目标出现。

由于恒星为连续光谱分布，以往星敏感器光学系统设计为实现大相对孔径、大视场以及低畸变的性能，像差控制难度较大。探测谱段如果太宽，随之产生的色差及二级光谱难以校正，不易获得好的成像质量，一般达到300nm带宽就可以称之为宽谱段探测。

为了避免探测谱段外的光信号入射到探测器靶面成为像质下降的噪声信号，星敏感器光学系统需要在光学系统与探测器之间加入一个薄的平行平板滤光片，镀长波或者短波截止膜抑制探测谱段外的杂光。该方式存在两方面的问题：

(1)单独设置滤光片会增加星敏感器光学系统的复杂度，光学元件的数量增多，导致制造成本增加，不利于光学系统的小型化；

(2)平行平板滤光片镀制截止膜的平面在探测波段的剩余反射率较高，平面之间的剩余反射容易在探测器靶面产生鬼像，降低系统的性能，增加星敏感器恒星识别失败的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题：星敏感器光学系统的探测谱段宽，产生的色差及二级光谱难以校正，不易获得好的成像质量，光学系统结构复杂，不利于小型化。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种星敏感器小型化光学系统，包括孔径光阑、透镜组和像平面，所述透镜组包括：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，所述第一透镜、第二透镜、第三透镜、第六透镜以及第七透镜的光焦度均为正，所述第四透镜和第五透镜的光焦度均为负，所述孔径光阑位于第一透镜和第二透镜之间；所述第一透镜、孔径光阑、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、第七透镜以及像平面沿着进光入射方向同轴依次排列；

所述第一透镜的前表面曲率半径为65.417mm，后表面为平面，中心厚度为5.0mm，透镜通光口径为φ30.0mm；

所述第二透镜的前表面曲率半径为25.172mm，后表面曲率半径为121.072mm，中心厚度为6.175mm，透镜通光口径为φ28.6mm；

所述第三透镜的前表面曲率半径为22.839mm，后表面曲率半径为41.958mm，中心厚度为5.0mm，透镜通光口径为φ24.9mm；

所述第四透镜的前表面曲率半径为443.583mm，后表面曲率半径为15.025mm，中心厚度为5.0mm，透镜通光口径为φ22.2mm；