一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡，屬于光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 繞月飛行的衛(wèi)星需要實(shí)時(shí)確定自身的俯仰和滾動姿態(tài)。傳統(tǒng)使用星敏感器與巧螺 聯(lián)合的方式的定姿需要地面和衛(wèi)星上的計(jì)算機(jī)提供精確軌道信息，衛(wèi)星定姿精度對定軌精 度的依賴性很大，單次定姿時(shí)間較長。同時(shí)，繞月近軌衛(wèi)星上的星敏感器對月球成像時(shí)，光 學(xué)系統(tǒng)需要100°~150°視場才能覆蓋整個月球，對于單個透射式成像鏡頭來說保證較小的 光學(xué)像差、較高的指向精度在設(shè)計(jì)和后期加工起來都比較困難，需要借助非球面透鏡結(jié)構(gòu)、 特殊透鏡材料等，導(dǎo)致光學(xué)系統(tǒng)零件及整機(jī)的制造、檢測成本較高，太空環(huán)境下工作穩(wěn)定性 不確定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種高分辨率、高指向性的月邊緣光 學(xué)成像物鏡，通過該成像物鏡后續(xù)月邊緣成像提取算法獲取月屯、矢量，從而得到繞月飛行 衛(wèi)星的俯仰和滾動姿態(tài)。該光學(xué)系統(tǒng)對120°~150°的月球邊緣環(huán)形區(qū)域成像，該光學(xué)系統(tǒng) 對繞月衛(wèi)星軌道高度不敏感，具有高分辨成像、高成像質(zhì)量、高指向精度的特點(diǎn)，能適應(yīng)飛 船在月球反射光譜范圍的高精度定姿、減少繞月飛行衛(wèi)星定姿態(tài)時(shí)間，避免了每次衛(wèi)星定 姿時(shí)地面定軌及星上計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確軌道外推的復(fù)雜工作，同時(shí)也避免了傳統(tǒng)大視場成像 系統(tǒng)在對月邊緣成像所需要的非球面及特殊材料等的缺陷。
[0004]-種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡，按光線入射順序同軸設(shè)置等腰道威反射棱鏡 組1、平面反射鏡2、成像透鏡組3、光闊4、探測器保護(hù)玻璃5和探測器6,平面反射鏡2位于等 腰道威反射棱鏡組1的前端，
[000引等腰道威反射棱鏡組1，其包括繞Z軸均勻周向分布的：第一第一等腰道威反射棱 鏡11，第二第二等腰道威反射棱鏡12,第Ξ等腰道威反射棱鏡13,第四等腰道威反射棱鏡 14，第五等腰道威反射棱鏡15，第六等腰道威反射棱鏡16，第屯等腰道威反射棱鏡17，第八 等腰道威反射棱鏡18;
[0006] 成像透鏡組3,其依次包含第一負(fù)月牙型透鏡31、第二負(fù)月牙型透鏡32、雙凹型透 鏡33、第Ξ負(fù)月牙型透鏡34、第一雙凸型透鏡35、第二雙凸型透鏡36、第四負(fù)月牙型透鏡37、 第Ξ雙凸型透鏡38和第四負(fù)月牙型透鏡39;
[0007] 入射光線經(jīng)過等腰道威反射棱鏡組1的各個等腰道威反射棱鏡下表面入射，在每 個等腰道威反射棱鏡上，入射光在一等腰面反射，在另一等腰面透射，再經(jīng)平面反射鏡2反 射，反射光再依次經(jīng)過第一負(fù)月牙型透鏡31、第二負(fù)月牙型透鏡32、雙凹型透鏡33、第Ξ負(fù) 月牙型透鏡34、第一雙凸型透鏡35、光闊4、第二雙凸型透鏡36、第四負(fù)月牙型透鏡37、第Ξ 雙凸型透鏡38、第四負(fù)月牙型透鏡39和探測器保護(hù)玻璃5透射，被探測器6接收。
[0008] 每個所述等腰道威反射棱鏡的上表面距離光軸113mm，平面反射鏡2后表面與第一 負(fù)月牙型透鏡31前表面之間的空氣間隔是51.5mm，所述第一負(fù)月牙型透鏡31后表面與第二 負(fù)月牙型透鏡32前表面的空氣間隔是10.87mm，所述第二負(fù)月牙型透鏡32后表面與雙凹型 透鏡33前表面的空氣間隔是9.04mm，所述雙凹型透鏡33后表面與第Ξ負(fù)月牙型透鏡34前表 面的空氣間隔是14.76mm，所述第Ξ負(fù)月牙型透鏡34后表面與第一雙凸型透鏡35前表面的 空氣間隔是2.270mm，所述第一雙凸型透鏡35后表面與光闊平面的空氣間隔是33.35mm，所 述中光闊平面與第二雙凸型透鏡36前表面的空氣間隔是15.76mm，所述第二雙凸型透鏡36 后表面與第四負(fù)月牙型透鏡37前表面的空氣間隔是0.5mm，所述第四負(fù)月牙型透鏡37后表 面與第Ξ雙凸型透鏡38前表面的空氣間隔是1.98mm，所述第Ξ雙凸型透鏡38后表面與第四 負(fù)月牙型透鏡39前表面的空氣間隔是2.30mm，所述第四負(fù)月牙型透鏡39后表面與探測器保 護(hù)玻璃5前表面的空氣間隔為8.10mm，所述探測器保護(hù)玻璃5后表面與探測器6的空氣間隔 為lmm〇
[0009]成像透鏡組3中的各光學(xué)元件的焦距、折射率及曲率半徑分別滿足W下條件： 365<f]i38S 1.% <化11.69 26<民w<3〇 25 < Rw<2S -45<f，2 <-39 1.42 <i位運(yùn)1.48 100<民扣i< 108 25<技微餐茲
[0010] -32< f\i < -25 L58 <n;'r< L62 -BQ <民'wr 126 18< R'w2<23 -73< fV<-63 1.61 <ii34< 1.74 巧<民謝<79 28< R]4r<32 22<hi <29 1.60 <ms< 1.67 35 < R.yi<39 -25<民巧2<-巧 32< fv, <40 1.45 <1化，< 1.50 195 < R](，i<200 -17< Rw2<-21 -48<位7<-42 1.60<化7<1.69 20<R洗<24 10<11巧2<1斗
[0011] !5< a.<19 1.40 <n：,s< 1.48 i 1 <民:化,< 15 -21 < R:胞<-17 -62< tV) <-55 1.始々ri3:9<L乃. -16<聯(lián)3剎<-12 -26<心仇<-22。
[0012] 八塊等腰道威反射棱鏡均為肖特融石英材料，代號形式表述為DI-45°。
[0013]本發(fā)明的有益效果是：
[0014]1)通過計(jì)算機(jī)輔助光學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，選用合適的反射棱鏡降低了入射光線入射到 透鏡的矢高和角度，較好地減輕了透鏡元件的像差校正壓力，合理選擇原件數(shù)量和結(jié)構(gòu)，保 證了影響月邊緣成像光學(xué)系統(tǒng)定位指向精度，使鏡頭的MTF值在361p/mm時(shí)接近衍射極限， 全視場范圍內(nèi)大于0.70，探測器6離焦0.1mm時(shí)的全視場MTF值在361p/mm時(shí)仍大于0.55。
[001引 2)85%彌散圓能量集中在13皿~14.4皿范圍內(nèi)，探測器6離焦0.1mm時(shí)85%彌散圓 能量集中在17皿~19.7皿，能量集中度高，全波段內(nèi)能量質(zhì)屯、偏差小于7皿、垂軸色偏差小 于3μπι，光軸指向精度優(yōu)于2"，能適應(yīng)環(huán)月衛(wèi)星高精度定姿的要求。
[0016] 3)八個等腰道威反射棱鏡繞光軸擺放，降低了面型檢測的難度，并可實(shí)現(xiàn)分別裝 調(diào)，透鏡原件均為球面面型，共軸擺放，便于加工和裝調(diào)，所述和的透鏡材料均為普通商用 玻璃，降低了光學(xué)系統(tǒng)材料采購難度和制造成本。
[0017] 4)工作波段全視場范圍內(nèi)相對崎變約為0.12%，相比于傳統(tǒng)定姿用透射型星敏感 器的方法具有更小的相對崎變。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明所述等腰道威反射棱鏡組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 圖3為本發(fā)明所述成像透鏡組結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡能量分布曲線。
[0022] 圖5為本發(fā)明在探測器6離焦0.1mm時(shí)能量分布曲線。
[0023]圖6為本發(fā)明一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡光學(xué)系統(tǒng)垂軸色差曲線。
[0024]圖7為本發(fā)明一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡光學(xué)系統(tǒng)MTF曲線。
[002引圖8為本發(fā)明在探測器6離焦-0.1mm時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線。
[0026]圖9為本發(fā)明在探測器6離焦+0.1mm時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的MTF曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示，一種高分辨率月邊緣光學(xué)成像物鏡，按光線入射順序同軸設(shè)置等腰道 威反射棱鏡組1、平面反射鏡2、成像透鏡組3、光闊4、探測器保護(hù)玻璃5和探測器6,平面反射 鏡2位于等腰道威反射棱鏡組1的前端。
[0029]如圖2所示，等腰道威反射棱鏡組1，其包括繞Z軸均勻周向分布的：第一等腰道威 反射棱鏡11，第二等腰道威反射棱鏡12,第Ξ等腰道威反射棱鏡13,第四等腰道威反射棱鏡 14，第五等腰道威反射棱鏡15，第六等腰道威反射棱鏡16，第屯等腰道威反射棱鏡17，第八 等腰道威反射棱鏡18。
[0030]如圖3所示，成像透鏡組3,其依次包含第一負(fù)月牙型透鏡31、第二負(fù)月牙型透鏡 32、雙凹型透鏡33、第Ξ負(fù)月牙型透鏡34、第一雙凸型透鏡35、第二雙凸型透鏡36、第四負(fù)月 牙型透鏡37、第Ξ雙凸型透鏡38和第四負(fù)月牙型透鏡39。
[0031]入射光線經(jīng)過等腰道威反射棱鏡組1的各個等腰道威反射棱鏡下表面入射，在每 個等腰道威反射棱鏡上，入射光在一等腰面反射，在另一等腰面透射，再經(jīng)平面反射鏡2反 射，反射光再依次經(jīng)過第一負(fù)月牙型透鏡31、第二負(fù)月牙型透鏡32、雙凹型透鏡33、第Ξ負(fù) 月牙型透鏡34、第一雙凸型透鏡35、光闊4、第二雙凸型透鏡36、第四負(fù)月牙型透鏡37、第Ξ 雙凸型透鏡38、第四負(fù)月牙型透鏡39、探測器保護(hù)玻璃5透射，被探測器6接收。
[0032] 各個所述等腰道威反射棱鏡的上表面距離光軸113mm，平面反射鏡2后表面與第一 負(fù)月牙型透鏡31前表面之間的空氣間隔是51.5mm，所述第一負(fù)月牙型透鏡31后表面與第二 負(fù)月牙型透鏡32前表面的空氣間隔是10.87mm，所述第二負(fù)月牙型透鏡32后表面與雙凹型 透鏡33前表面的空氣間隔是9.04mm，所述雙凹型透鏡33后表面與第Ξ負(fù)月牙型透鏡34前表 面的空氣間隔是14.