[发明专利]一种应用于空间碎片广域探测的光学系统

说明书

本发明公开了一种应用于空间碎片广域探测的光学系统。该系统包括沿光传播方向依次设置在同一光轴上的第一负透镜、第一正透镜、第二负透镜、孔径光阑、第二正透镜、第三正透镜、第三负透镜、第四负透镜和探测器；该系统其性能指标优良，不仅入瞳直径可达100mm以上，光谱范围450nm‑850nm，并且能够在28°*28°视场范围满足空间目标广域探测的使用要求。

技术领域

本发明属于空间光学系统技术领域，具体涉及一种应用于空间碎片广域探测的光学系统。

背景技术

空间碎片是指环绕地球并在空间按照一定轨道运行的物体，如助推器、保护罩、卫星碎片、失效卫星等。空间碎片严重的威胁着在轨运行航天器的安全，它们和航天器的碰撞直接改变卫星表面性能，造成航天器表面损伤，导致航天器系统故障，对航天器的在轨常运行带来极大危害。同时近年来，人类的空间活动越来越频繁，空间碎片的数量越来越多，使得空间环境日益恶化。大视场空间碎片广域探测技术可以对空间碎片进行搜索、发现，为空间碎片规避和空间安全提供信息基础，保证航天器在轨运行安全。

大视场空间碎片广域探测系统不同于一般的光学系统，其光学设计要求主要有以下几个方面：

(1)光学系统孔径大；孔径大小直接关系到系统的探测能力，孔径越大，探测能力越强，弱小目标可以被探测；

(2)光学系统视场大；视场越大，系统的时效性越强，短时间内即可完成目标区域内的碎片探测；

(3)视场内弥散斑直径与探测器2*2或3*3像元接近；

(4)各个视场弥散斑大小分布均匀；

(5)系统光谱范围较宽，光谱宽度大于等于400nm；

由于光学系统视场、孔径、光谱范围增大直接影响光学系统的球差、慧差、畸变、场曲和垂轴色差，极大的增加了系统的设计难度。现有的光学系统存在视场大的入瞳直径较小，系统探测能力有限，反之入瞳直径大的视场角较小，系统时效性较低，同时光谱范围较窄，均无法不能满足大视场空间目标广域探测的需求。

发明内容

为了解决背景技术中现有光学系统存在的视场大而入瞳直径较小，或者入瞳直径大而视场角较小，并且光谱范围较窄的技术问题，本发明目的提供了一种应用于空间碎片广域探测的光学系统，其性能指标优良，入瞳直径可达100mm以上，光谱范围450nm-850nm，能够在28°*28°视场范围满足空间目标广域探测的使用要求。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下：

本发明提供了一种应用于空间碎片广域探测的光学系统，包括沿光传播方向依次设置在同一光轴上的第一负透镜、第一正透镜、第二负透镜、孔径光阑、第二正透镜、第三正透镜、第三负透镜、第四负透镜和探测器；

第二负透镜、第三负透镜的前表面均为高次非球面；

第一负透镜前、后表面的曲率半径分别为：115.5mm～119.2mm和89.4mm～93mm，厚度为15mm～19mm；

第一正透镜的材料折射率为1.422～1.555，第一正透镜前、后表面的曲率半径分别为：89.5mm～93.4mm和345mm～348.3mm，厚度为27mm～31mm；第一正透镜前表面与第一负透镜后表面的距离为3mm～4.5mm；

第二负透镜的材料折射率为1.65～1.72，第二负透镜前、后表面的曲率半径分别为：-284.65mm～-286.3mm和391.88mm～392.45mm，厚度为9.8mm～11mm；第二负透镜前表面与第一正透镜后表面的距离为22.4mm～23.8mm；

孔径光阑与第二负透镜后表面的距离为21.4mm～22.85mm；