一种深空探测用导航星敏感器镜头的制作方法

本发明涉及一种深空探测用导航星敏感器镜头。

背景技术：

光学星敏感器是通过对视场范围内的恒星进行拍摄，利用恒星间距和相对位置进行导航定位的惯性姿态敏感器，具有测量精度高、重量轻、功耗低、无漂移等优点。近年来，随着空间技术的发展，对星敏感器的性能提出了更高的要求。光学镜头作为星敏感器最重要的光学组件，对其宽光谱、大视场、轻小型、高分辨率等综合性能提出了更高的要求。

星敏感器镜头光学结构一般分为三类：折射式、反射式和折反射式。目前已公布的星敏感器镜头大多采用全透射式，光学系统焦距一般为20mm~50mm，入瞳直径一般为10mm~50mm。焦距大于100mm的星敏感器镜头大多采用反射式或折反射式光学结构，如专利申请号201410820853.x的“大相对孔径高精度折反射型星敏感器光学系统”，其焦距f’=180mm，相对孔径1/2，视场角2ω=3°，镜头综合性能较好。对于长焦系统，反射式及折反射结构有利于长度的减小，且不存在色差，但存在加工及装调难度大、容易产生杂散光的缺点。专利申请号201210358933.9的“一种宽光谱大孔径星敏感器光学系统”采用全透射式光学结构，通过6片球面镜片实现128mm的焦距，1/2的相对孔径，3.6°的光学视场，像质良好，但采用了萤石caf2与tf5胶合组，具有良好光学均匀性的大块萤石极少且贵，而且胶合组在空间环境中可能出现脱胶，因此该光学系统成本较高，实际可操作性不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种深空探测用导航星敏感器镜头，不仅结构简单，而且实现了长焦距、大入瞳直径、宽光谱范围内清晰成像。

本发明的技术方案在于：一种深空探测用导航星敏感器镜头，包括主镜筒，所述主镜筒内沿光线入射方向依次设置有前组镜片a、光阑b及后组镜片c，所述前组镜片由正月牙透镜a1、第一双凸透镜a2、负月牙透镜a3、第二双凸透镜a4及第一双凹透镜a5组成，所述后组镜片由第二双凹透镜c1和第三双凸透镜c2组成。

进一步地，所述前组镜片与光阑之间的空气间隔为96.95mm，所述光阑与后组镜片之间的空气间隔为34.27mm。

进一步地，所述前镜镜片中正月牙透镜与第一双凸透镜之间的空气间隔为13.72mm，所述第一双凸透镜与负月牙透镜之间的空气间隔为0.12mm，负月牙透镜与第二双凸透镜之间的空气间隔为12.59mm，第二双凸透镜与双凹透镜之间的空气间隔为2.45mm；所述后镜组中第二双凹透镜与第三双凸透镜之间的空气间隔为0.52mm。

进一步地，所述正月牙透镜由耐辐照玻璃lak9g15制成。

进一步地，所述主镜筒的前部内壁沿光线入射方向呈阶梯状设置有用于与正月牙透镜的后侧面边缘相抵接的第一阶梯部、用于与负月牙透镜的后侧面边缘相抵接的第二阶梯部以及用于与第一双凹透镜的后侧面边缘相抵接的第三阶梯部；所述主镜筒的后部内壁设置有用于与第二双凹透镜的前侧面边缘相抵接的第四阶梯部。

进一步地，所述主镜筒内位于正月牙透镜的前侧设置有第一压圈，位于第一双凸透镜的前侧设置有第二压圈，位于第一双凸透镜和负月牙透镜之间设置有第一隔圈，位于第二双凸透镜的前侧设置有第三压圈，位于第二双凸透镜与第一双凹透镜之间设置有第二隔圈；所述第二双凹透镜和第三双凸透镜之间设置有第三隔圈，位于第三双凸透镜的后侧设置有用于压在第三双凸透镜后侧面边缘的后组压圈。

进一步地，所述第一压圈、第二压圈、第三压圈及后组压圈分别经径向穿入主镜筒内的锁定螺钉紧固于主镜筒内；所述前组镜片和后组镜片的各镜片分别经径向穿入主镜筒内的紧定螺钉紧固于主镜筒内。

进一步地，所述主镜筒的前端还螺接有前保护片镜筒，所述前保护片镜筒内设置有位于正月牙透镜前侧的前保护镜片，前保护片镜筒内位于前保护镜片的前侧螺接有用于锁定前保护镜片的前保护压圈；所述主镜筒的后端还设置有转接法兰。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：（1）具有较长的焦距和大的入瞳直径，系统采用全透射式光学结构，很好地校正了各种像差，成像质量好，分辨率高；（2）该镜头采用7片全分离的球面镜片，通过摄远型光学结构，实现镜头长度小于焦距，减小了系统的体积和重量；（3）进行了良好的复消色差设计，使镜头在500nm~800nm宽光谱范围内成像清晰，镜头可观测星等较高；（4）通过选用合理的玻璃材料组合，实现了系统的光学无热化设计，如图5和图6所示，在-40℃~+60℃温度范围内弥散斑大小较常温状态下（图4）未发生明显的下降，说明系统温度适应性好，可以满足空间恶劣温度环境下的使用要求。

附图说明

图1为本发明的镜头的结构示意图；

图2为本发明光学系统结构示意图；

图3为本发明的色差曲线图；

图4为本发明在+20℃温度条件下点列图；

图5为本发明在-40℃温度条件下点列图；

图6为本发明在+60℃温度条件下点列图；

图中：a-前组镜片，a1-正月牙透镜，a2-第一双凸透镜，a3-负月牙透镜，a4-第二双凸透镜，a5-第一双凹透镜，b-光阑，c-后组镜片，c1-第二双凹透镜，c2-第三双凸透镜，61-前保护片压圈，62-前保护片，63-前保护片镜筒，64-第一压圈，65-紧定螺钉，66-第二压圈，67-第一隔圈，68-第一阶梯部，69-紧定螺钉，610-第二阶梯部，611-第三压圈，612-第二隔圈，613-第三阶梯部，616-主镜筒，617-第四阶梯部，618-第三隔圈，620-紧定螺钉，621-后组压圈，622-转接法兰。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

参考图1至图6

一种深空探测用导航星敏感器镜头，包括主镜筒616，所述主镜筒内沿光线入射方向依次设置有前组镜片a、光阑b及后组镜片c，所述前组镜片由正月牙透镜a1、第一双凸透镜a2、负月牙透镜a3、第二双凸透镜a4及第一双凹透镜a5组成，所述后组镜片由第二双凹透镜c1和第三双凸透镜c2组成。采用摄远型光学结构，使镜头长度小于焦距，有利于系统体积的减小。

本实施例中，所述前组镜片与光阑之间的空气间隔为96.95mm，所述光阑与后组镜片之间的空气间隔为34.27mm。

本实施例中，所述前镜镜片中正月牙透镜与第一双凸透镜之间的空气间隔为13.72mm，所述第一双凸透镜与负月牙透镜之间的空气间隔为0.12mm，负月牙透镜与第二双凸透镜之间的空气间隔为12.59mm，第二双凸透镜与双凹透镜之间的空气间隔为2.45mm；所述后镜组中第二双凹透镜与第三双凸透镜之间的空气间隔为0.52mm。

本实施例中，所述正月牙透镜采用schott的耐辐照玻璃lak9g15制成，，能够降低空间粒子、辐射等对镜片的损伤，增加光学系统的使用寿命。

本实施例中，光学系统实现的指标如下：

焦距：f’=220mm；

入瞳直径：d=55mm；

光谱范围：500nm~800nm；

视场大小：6°×8°；

像元大小：6.4μm×6.4μm；

色差：3μm；

弥散斑半径：接近于圆且不大于1个像元；

重量：0.58kg。

本实施例中，各镜片的参数如下表所示：

。

本实施例中，所述主镜筒的前部内壁沿光线入射方向呈阶梯状设置有用于与正月牙透镜的后侧面边缘相抵接的第一阶梯部68、用于与负月牙透镜的后侧面边缘相抵接的第二阶梯部610以及用于与第一双凹透镜的后侧面边缘相抵接的第三阶梯部613；所述主镜筒的后部内壁设置有用于与第二双凹透镜的前侧面边缘相抵接的第四阶梯部617，以便各镜片的定位。

本实施例中，所述主镜筒内位于正月牙透镜的前侧设置有第一压圈64，位于第一双凸透镜的前侧设置有第二压圈66，位于第一双凸透镜和负月牙透镜之间设置有第一隔圈67，位于第二双凸透镜的前侧设置有第三压圈611，位于第二双凸透镜与第一双凹透镜之间设置有第二隔圈612；所述第二双凹透镜和第三双凸透镜之间设置有第三隔圈618，位于第三双凸透镜的后侧设置有用于压在第三双凸透镜后侧面边缘的后组压圈621，配合各个阶梯部完成各镜片的定位及控制空气间隔。

本实施例中，所述第一压圈、第二压圈、第三压圈及后组压圈分别经径向穿入主镜筒内的锁定螺钉紧固于主镜筒内；所述前组镜片和后组镜片的各镜片分别经径向穿入主镜筒内的紧定螺钉紧固于主镜筒内，从而完成各压圈及镜片的锁定，防止压圈松动影响整体结构强度。

本实施例中，所述主镜筒的前端还螺接有前保护片镜筒63，所述前保护片镜筒内设置有位于正月牙透镜前侧的前保护镜片62，前保护片镜筒内位于前保护镜片的前侧螺接有用于锁定前保护镜片的前保护压圈61；所述主镜筒的后端还设置有转接法兰622。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一种深空探测用导航星敏感器镜头并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。