[实用新型]一种长焦距无热化星敏感器光学系统

说明书

本实用新型公开了一种长焦距无热化星敏感器光学系统，包括：孔径光阑、前透镜组、中透镜组、后透镜组和像平面，前透镜组包括第一透镜，孔径光阑位于第一透镜的前表面上，中透镜组包括第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜，后透镜组包括第七透镜和第八透镜，所述第一透镜、第三透镜、第六透镜和第八透镜的材质均为重火石玻璃，所述第二透镜、第四透镜和第五透镜的材质均为重冕玻璃，所述第七透镜的材质为冕牌玻璃；本实用新型采用常规玻璃材料实现不同温度下的像差平衡与设计，解决了长焦距光学系统容易受到温度变化产生热离焦像质下降的问题，成像质量良好，满足空间环境温度使用要求，降低了对星敏感器光学系统温度控制的要求。

技术领域

本实用新型涉及一种星敏感器光学系统，特别涉及一种长焦距无热化星敏感器光学系统。

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，测量精度可以达到亚秒级。由于星敏感器采用光学系统探测太空中位置及光谱稳定分布的恒星光信号，测量精度不随时间发生漂移，为航天飞行器的长时间高精度飞行提供了稳定的三轴姿态角信息输出。

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。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。

星敏感器光学系统的主要参数包括焦距、视场、相对孔径、成像光谱以及工作温度范围等。星敏感器光学系统的焦距与单星测量精度成反比，焦距越长，测量精度越高。当前主流星敏感器光学系统的焦距一般不超过50mm，多数集中在20mm～30mm范围，其探测视场比较大，单星测量精度不高，恒星探测能力比较有限。为追求更高的恒星探测精度，采用更长焦距的光学系统是非常有效的手段。在同样的相对孔径下，长焦距光学系统的恒星探测能力与焦距的平方成正比。长焦距星敏感器光学系统可以提升探测精度和提高探测能力，但二级光谱的校正难度大幅增加。更为严重的问题是空间应用环境下温度变化范围较大，幅度一般达到60°以上。长焦距光学系统受光学玻璃线膨胀、折射率温度变化以及结构件热膨胀的影响，温度发生变化后最佳像面将会偏离探测器件所处的光敏面，从而引起像质的劣化，光学弥散斑变大，探测能力急剧下降，探测精度同样会受到严重的影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：长焦距光学系统在空间应用环境大范围温度变化引起的成像质量下降。

本实用新型解决其技术问题的解决方案是：一种长焦距无热化星敏感器光学系统，包括：孔径光阑、前透镜组、中透镜组、后透镜组和像平面，其特征在于：所述前透镜组的光焦度φ_A与所述光学系统的光焦度φ的比值满足：0.95≤φ_A/φ≤1.25；

所述中透镜组的光焦度φ_B与所述光学系统的光焦度φ的比值满足：-1.15≤φ_B/φ≤-1.05；

后透镜组的光焦度φ_C与所述光学系统的光焦度φ的比值满足：2.05≤φ_C/φ≤2.55；

所述前透镜组包括第一透镜，所述孔径光阑位于第一透镜的前表面上；

所述中透镜组包括第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜和第六透镜；

所述后透镜组包括第七透镜和第八透镜，所述第一透镜、第三透镜、第六透镜和第八透镜的材质均为重火石玻璃，所述第二透镜、第四透镜和第五透镜的材质均为重冕玻璃，所述第七透镜的材质为冕牌玻璃；所述孔径光阑、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、第八透镜和像平面沿着进光入射方向同轴依次排列。