一种高分辨率月边缘光学成像物镜的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种高分辨率月边缘光学成像物镜，属于光学系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 绕月飞行的卫星需要实时确定自身的俯仰和滚动姿态。传统使用星敏感器与巧螺 联合的方式的定姿需要地面和卫星上的计算机提供精确轨道信息，卫星定姿精度对定轨精 度的依赖性很大，单次定姿时间较长。同时，绕月近轨卫星上的星敏感器对月球成像时，光 学系统需要100°~150°视场才能覆盖整个月球，对于单个透射式成像镜头来说保证较小的 光学像差、较高的指向精度在设计和后期加工起来都比较困难，需要借助非球面透镜结构、 特殊透镜材料等，导致光学系统零件及整机的制造、检测成本较高，太空环境下工作稳定性 不确定。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有技术存在的问题，提供一种高分辨率、高指向性的月边缘光 学成像物镜，通过该成像物镜后续月边缘成像提取算法获取月屯、矢量，从而得到绕月飞行 卫星的俯仰和滚动姿态。该光学系统对120°~150°的月球边缘环形区域成像，该光学系统 对绕月卫星轨道高度不敏感，具有高分辨成像、高成像质量、高指向精度的特点，能适应飞 船在月球反射光谱范围的高精度定姿、减少绕月飞行卫星定姿态时间，避免了每次卫星定 姿时地面定轨及星上计算机进行精确轨道外推的复杂工作，同时也避免了传统大视场成像 系统在对月边缘成像所需要的非球面及特殊材料等的缺陷。
[0004]-种高分辨率月边缘光学成像物镜，按光线入射顺序同轴设置等腰道威反射棱镜 组1、平面反射镜2、成像透镜组3、光阔4、探测器保护玻璃5和探测器6,平面反射镜2位于等 腰道威反射棱镜组1的前端，
[000引等腰道威反射棱镜组1，其包括绕Z轴均匀周向分布的：第一第一等腰道威反射棱 镜11，第二第二等腰道威反射棱镜12,第Ξ等腰道威反射棱镜13,第四等腰道威反射棱镜 14，第五等腰道威反射棱镜15，第六等腰道威反射棱镜16，第屯等腰道威反射棱镜17，第八 等腰道威反射棱镜18;
[0006] 成像透镜组3,其依次包含第一负月牙型透镜31、第二负月牙型透镜32、双凹型透 镜33、第Ξ负月牙型透镜34、第一双凸型透镜35、第二双凸型透镜36、第四负月牙型透镜37、 第Ξ双凸型透镜38和第四负月牙型透镜39;
[0007] 入射光线经过等腰道威反射棱镜组1的各个等腰道威反射棱镜下表面入射，在每 个等腰道威反射棱镜上，入射光在一等腰面反射，在另一等腰面透射，再经平面反射镜2反 射，反射光再依次经过第一负月牙型透镜31、第二负月牙型透镜32、双凹型透镜33、第Ξ负 月牙型透镜34、第一双凸型透镜35、光阔4、第二双凸型透镜36、第四负月牙型透镜37、第Ξ 双凸型透镜38、第四负月牙型透镜39和探测器保护玻璃5透射，被探测器6接收。
[0008] 每个所述等腰道威反射棱镜的上表面距离光轴113mm，平面反射镜2后表面与第一 负月牙型透镜31前表面之间的空气间隔是51.5mm，所述第一负月牙型透镜31后表面与第二 负月牙型透镜32前表面的空气间隔是10.87mm，所述第二负月牙型透镜32后表面与双凹型 透镜33前表面的空气间隔是9.04mm，所述双凹型透镜33后表面与第Ξ负月牙型透镜34前表 面的空气间隔是14.76mm，所述第Ξ负月牙型透镜34后表面与第一双凸型透镜35前表面的 空气间隔是2.270mm，所述第一双凸型透镜35后表面与光阔平面的空气间隔是33.35mm，所 述中光阔平面与第二双凸型透镜36前表面的空气间隔是15.76mm，所述第二双凸型透镜36 后表面与第四负月牙型透镜37前表面的空气间隔是0.5mm，所述第四负月牙型透镜37后表 面与第Ξ双凸型透镜38前表面的空气间隔是1.98mm，所述第Ξ双凸型透镜38后表面与第四 负月牙型透镜39前表面的空气间隔是2.30mm，所述第四负月牙型透镜39后表面与探测器保 护玻璃5前表面的空气间隔为8.10mm，所述探测器保护玻璃5后表面与探测器6的空气间隔 为lmm〇
[0009]成像透镜组3中的各光学元件的焦距、折射率及曲率半径分别满足W下条件： 365<f]i38S 1.% <化11.69 26<民w<3〇 25 < Rw<2S -45<f，2 <-39 1.42 <i位运1.48 100<民扣i< 108 25<技微餐茲
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[0012] 八块等腰道威反射棱镜均为肖特融石英材料，代号形式表述为DI-45°。
[0013]本发明的有益效果是：
[0014]1)通过计算机辅助光学设计和优化，选用合适的反射棱镜降低了入射光线入射到 透镜的矢高和角度，较好地减轻了透镜元件的像差校正压力，合理选择原件数量和结构，保 证了影响月边缘成像光学系统定位指向精度，使镜头的MTF值在361p/mm时接近衍射极限， 全视场范围内大于0.70，探测器6离焦0.1mm时的全视场MTF值在361p/mm时仍大于0.55。
[001引 2)85%弥散圆能量集中在13皿~14.4皿范围内，探测器6离焦0.1mm时85%弥散圆 能量集中在17皿~19.7皿，能量集中度高，全波段内能量质屯、偏差小于7皿、垂轴色偏差小 于3μπι，光轴指向精度优于2"，能适应环月卫星高精度定姿的要求。
[0016] 3)八个等腰道威反射棱镜绕光轴摆放，降低了面型检测的难度，并可实现分别装 调，透镜原件均为球面面型，共轴摆放，便于加工和装调，所述和的透镜材料均为普通商用 玻璃，降低了光学系统材料采购难度和制造成本。
[0017] 4)工作波段全视场范围内相对崎变约为0.12%，相比于传统定姿用透射型星敏感 器的方法具有更小的相对崎变。
【附图说明】
[0018]图1为本发明一种高分辨率月边缘光学成像物镜结构示意图。
[0019]图2为本发明所述等腰道威反射棱镜组结构示意图。
[0020] 图3为本发明所述成像透镜组结构示意图。
[0021 ]图4为本发明一种高分辨率月边缘光学成像物镜能量分布曲线。
[0022] 图5为本发明在探测器6离焦0.1mm时能量分布曲线。
[0023]图6为本发明一种高分辨率月边缘光学成像物镜光学系统垂轴色差曲线。
[0024]图7为本发明一种高分辨率月边缘光学成像物镜光学系统MTF曲线。
[002引图8为本发明在探测器6离焦-0.1mm时光学系统的MTF曲线。
[0026]图9为本发明在探测器6离焦+0.1mm时光学系统的MTF曲线。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0028]如图1所示，一种高分辨率月边缘光学成像物镜，按光线入射顺序同轴设置等腰道 威反射棱镜组1、平面反射镜2、成像透镜组3、光阔4、探测器保护玻璃5和探测器6,平面反射 镜2位于等腰道威反射棱镜组1的前端。
[0029]如图2所示，等腰道威反射棱镜组1，其包括绕Z轴均匀周向分布的：第一等腰道威 反射棱镜11，第二等腰道威反射棱镜12,第Ξ等腰道威反射棱镜13,第四等腰道威反射棱镜 14，第五等腰道威反射棱镜15，第六等腰道威反射棱镜16，第屯等腰道威反射棱镜17，第八 等腰道威反射棱镜18。
[0030]如图3所示，成像透镜组3,其依次包含第一负月牙型透镜31、第二负月牙型透镜 32、双凹型透镜33、第Ξ负月牙型透镜34、第一双凸型透镜35、第二双凸型透镜36、第四负月 牙型透镜37、第Ξ双凸型透镜38和第四负月牙型透镜39。
[0031]入射光线经过等腰道威反射棱镜组1的各个等腰道威反射棱镜下表面入射，在每 个等腰道威反射棱镜上，入射光在一等腰面反射，在另一等腰面透射，再经平面反射镜2反 射，反射光再依次经过第一负月牙型透镜31、第二负月牙型透镜32、双凹型透镜33、第Ξ负 月牙型透镜34、第一双凸型透镜35、光阔4、第二双凸型透镜36、第四负月牙型透镜37、第Ξ 双凸型透镜38、第四负月牙型透镜39、探测器保护玻璃5透射，被探测器6接收。
[0032] 各个所述等腰道威反射棱镜的上表面距离光轴113mm，平面反射镜2后表面与第一 负月牙型透镜31前表面之间的空气间隔是51.5mm，所述第一负月牙型透镜31后表面与第二 负月牙型透镜32前表面的空气间隔是10.87mm，所述第二负月牙型透镜32后表面与双凹型 透镜33前表面的空气间隔是9.04mm，所述双凹型透镜33后表面与第Ξ负月牙型透镜34前表 面的空气间隔是14.