專利名稱：一種長壽命重心定位能量探測光學系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種長壽命重心定位能量探測光學系統，主要應用于不同空間軌 道長壽命衛星、反應堆、熱室及各種強放射性輻射的場合。
背景技術：
目前，在航空航天領域，尤其是在高軌道衛星姿態控制方面，需要星敏感器來負責 對探測器飛行路線偏差進行修正，對探測器姿態進行測量，對太陽能電池帆板和有效載荷 進行指向控制，從而保證整個飛行期間的軌道穩定，并保證一定的飛行姿態。對于中高軌道 的衛星，特別需要有一種能適合中高軌道10年以上，甚至能滿足25年壽命需求的星敏感 器光學系統，由于工作環境的苛刻要求，使得對該光學系統的精度、質量、工作壽命等要求 很高，設計的技術難度相當大，并且國內尚無此類光學系統。同時由于高軌道苛刻的空間環 境，普通的光學系統在經受空間粒子的長期累積輻照作用后，整個系統的透過率會快速衰 減甚至不透光，使得衛星控制系統無法探測到有效的恒星目標而導致整星控制系統失效， 無法為衛星系統提供長期穩定的飛行姿態控制。實際上，此類產品還常常應用于應用于不同空間軌道長壽命衛星、反應堆、熱室及 各種強放射性輻射的場合；但這些現有的重心定位能量探測光學系統，要么結構復雜，至少 7片鏡片以上，光學玻璃品種超過三種以上；要么無法滿足10年以上使用壽命。
實用新型內容本實用新型旨在提供一種長壽命重心定位能量探測光學系統，以解決傳統光學系 統難以在惡劣電磁環境下長期穩定、精密工作的問題。本實用新型的技術方案如下該光學系統包括沿入射光方向依次設置于同一光路上的第一正透鏡、第二正透 鏡、第一負透鏡、光闌、第三正透鏡、第四正透鏡和第二負透鏡，上述六個透鏡均采用耐輻照 透鏡；上述六個透鏡的焦距分別為3f' < f' ！ < 5f'，f' < f' 2 < 1. 5f'，-f' < f' 3 < "O- 5f'，f' < f' 4 < 1. 5' f,1. 2f' < f' 5 < 2f' , -1. 5f' < f' 6 < -f'；其中fl'、f2'、f3'、f4'、f5'以及f6'分別為第一正透鏡、第二正透鏡、第一 負透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二負透鏡的焦距，所述f'為該光學系統整體焦距。為效果更佳，上述六個透鏡的折射率和透鏡前后兩個面的曲率半徑分別是對于第一正透鏡，1. 4 < Π! < 1. 6 0. 2f ‘ ！ < R1 < 0. 4f' ！ -f' ！ < R2 < -0. 5f'丄對于第二正透鏡，1. 55 < n2 < 1. 7 0. 5f ‘ 2 < R3 < f ‘ 2 -f' 2 < R4 < -0. 5f' 2對于第一負透鏡，[0016]1. 65 < n3 < 1. 8 f' 3 < Ii5 < 1. 5f' 3 R6 > "1. 2f' 3對于第三正透鏡，1. 55 < n4 < 1. 7 2f' 4 < R7 < 3f ‘ 4 -f' 4 < R8 < -0. 5f' 4對于第四正透鏡，1. 55 < n5 < 1. 7 0. 3f ‘ 5 < R9 < 0. 5f' 5 f' 5 < R10 < 1. 5f' 5對于第二負透鏡，1. 65 < n6 < 1. 8 0. 5f ‘ 6 < R11 < f ‘ 6 R12 < 3f ‘ 6以上R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12 依次為第一正透鏡、第二正透
鏡、第一負透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二負透鏡十二個面的曲率半徑，nl、n2、n3、 n4、η5、η6分別為第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二 負透鏡的折射率。透鏡的參數調整往往也涉及到透鏡厚度。上述第一正透鏡為熔融石英材料制得的耐輻照透鏡，優選JGSl熔融石英材料；其 余透鏡為耐輻照光學玻璃。本實用新型具有以下優點1、超長壽命。本實用新型通過合理的光學設計以及光學玻璃的選擇，使光學系統 尤其適應空間環境長期高輻照劑量的累積輻照，可滿足10年以上甚至25年使用壽命要求， 可適合不同軌道不同壽命應用。2、鏡片數量少，結構緊湊。考慮到經濟性和快速生產，鏡片全部采用球面鏡。除 第一片必須用熔融石英材料外，其余鏡片品種僅用了 2種不同材料，比如正透鏡均選擇 ΖΚ509,負透鏡均選擇ZF504。3、彌散斑和色偏差設計尺寸較小，能量比較集中，對環境溫度具有很好的適應性， 有利于整機調試。4、具有濾光功能。對于空間攝像，往往對光譜范圍提出要求，本實用新型尤其滿足 0. 45 0. 85 μ m譜段內要求透過率高，此范圍外的透過率盡量的低。5、應用本實用新型的光學系統結構，易于實現全視場無漸暈設計，且光學系統結 構無膠合面。
圖1為本實用新型所提供的光學系統的結構示意圖；圖2為本實用新型所提供的光學系統點列圖；圖3為本實用新型所提供的光學系統的幾何包圍圓曲線；圖4為本實用新型所提供的光學系統的場曲及相對畸變曲線。
具體實施方式
參見圖1，本實施例為一種能適應不同軌道不同壽命需求的星敏感器光學系統，該 系統包括第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3、光闌4、第三正透鏡5、第四正透鏡6以 及第二負透鏡7。第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3、光闌4、第三正透鏡5、第四正 透鏡6以及第二負透鏡7依次設置于同一光路8上。為了更好的實現超長壽命，第一鏡采用耐輻照性能特別好的JGSl熔融石英材料，其余鏡片均采用耐輻照光學玻璃，這樣光學系統可以在高能輻射(如Y射線、X射線及宇 宙射線)作用下，具有一定抗輻射穩定性，整個光學系統不易著色或變暗。為了捕獲到更多暗的恒星目標，需要有大的通光孔徑可提供更多的能量及信息， 故在設計時采用全視場無漸暈設計。為了避免鏡頭受紫外線照射而引起光學系統膠合面脫落或引起光敏膠性能逆變 影響透過率，沒有使用膠合面。本實用新型在具體工作時，參考以下參數對第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負 透鏡3、第三正透鏡5、第四正透鏡6以及第二負透鏡7進行配置，使其達到更好效果對于第一正透鏡1 3f' < f' , < 5f'
1. 4 < η, < 1. 6 0. 2f'
< R1 < 0. 4f'
-f'
< R9 < -0. 5f'對于第二正透鏡2 f' < f' 9 < 1. 5f'
1. 55 < n2 < 1. 7
2<R3<f' 0. 5f' 對于第一負透鏡3
-f'
2 < R4 < -0. 5f' 2
3 < R5 < 1. 5f'-f' < f' 3 < -0. 5f'f'對于第三正透鏡5 f' < f' 4 < 1. 5f'
1. 65 < n3 < 1. 8 R6>-i-2f' 3
1. 55 < n4 < 1. 7 2f'
4 < R7 < 3f'
-f'
4 < R8 < -0. 5f' 4
對于第四正透鏡6
1. 2f' < f'
< 2f'
1. 55 < η, < 1. 7
0. 3f' 5 < R9 < 0. 5f' 對于第二負透鏡7 -1. 5f' < f' fi < -f'
f'
5 < RlO < l-5f' 5
1. 65 < nfi < 1. 8
0. 5f'
< Rn < f'
R12 < 3f'在上述各個透鏡的參數關系中，其中fl'、f2'、f3'、f4'、f5'以及f6'分別 為第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3、第三正透鏡5、第四正透鏡6以及第二負透鏡 7 的焦距，RU R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll 以及 R12 分別為第一正透鏡 1、第二 正透鏡2、第一負透鏡3、第三正透鏡5、第四正透鏡6以及第二負透鏡7十二個面的曲率半 徑，η 、π2、n3、n4、η5以及η6分別為第一正透鏡1、第二正透鏡2、第一負透鏡3、第三正透 鏡5、第四正透鏡6以及第二負透鏡7的折射率。本實施例所提供的光學系統的系統焦距約49. 7mm，視場角大于14. 14°，入瞳口 徑大于42mm，全視場無漸暈，無膠合面。在500 800nm范圍內，在0. 8視場內集中80%能 量的彌散斑直徑大于17. 6 μ m小于37 μ m，全視場絕對畸變絕對值小于2. 6 μ m (相對畸變小 于0.042%)；在500 800nm范圍外光學系統透過率小于5%。色偏差小于1.7 μ m。探測 能力可達到+6等星。本實施例所提供的光學系統適宜于不同空間軌道長壽命衛星應用，可達到10年 以上，甚至能滿足25年壽命需求、有利于系統像差的校正、具有較小的彌散斑和色偏差、對環境溫度具有很好的適應性，具有比較高的透過率。 該實用新型也可在反應堆、熱室及各種強放射性輻射的場合下應用。
權利要求1. 一種長壽命重心定位能量探測光學系統，其特征在于該光學系統包括沿入射光方 向依次設置于同一光路上的第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡、光闌、第三正透鏡、第四 正透鏡和第二負透鏡，上述六個透鏡均采用耐輻照透鏡；上述六個透鏡的焦距分別為3f ‘ < f ‘< 5f ‘ , f ‘ < f ‘ 9 < 1. 5f ‘ , -f ‘ < f ‘< -0. 5f ‘ , f ‘ < f ‘< 1. 5f'1.2f' < f ‘ 5 < 2f' , -1. 5f' < f ‘ 6 < -f'；其中fl'、f2'、f3'、f4'、f5'以及f6'分別為第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透 鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二負透鏡的焦距，所述f ‘為該光學系統整體焦距。
2.根據權利要求1所述的光學系統，其特征在于六個透鏡的折射率和透鏡前后兩個 面的曲率半徑分別是對于第一正透鏡，1. 4 < rii < 1. 6 對于第二正透鏡 1. 55 < n2 < 1. 7 對于第一負透鏡 1. 65 < n3 < 1. 8 對于第三正透鏡 1. 55 < n4 < 1. 7 對于第四正透鏡 1. 55 < n5 < 1. 7 對于第二負透鏡0. 2f' , < R1 < 0. 4f'0. 5f' 2 < R3 < f ‘f' , < R, < 1. 5f'2f' 4 < R7 < 3f ‘-f'< R9 < -0. 5f'0. 3f'1. 65 < nK < 1. 8 0. 5f'5 < R9 < 0. 5f'6<Rii<f'-f' 9 < R4 < -0. 5f'Rfi > -1. 2f'-f' 4 < Rs < -0. 5f'5<R10< 1.5f'R12 < 3f'所述 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12 依次為第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二負透鏡十二個面的曲率半徑，nl、n2、n3、n4、 n5、n6分別為第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡、第三正透鏡、第四正透鏡以及第二負透 鏡的折射率。
3.根據權利要求1或2所述的光學系統，其特征在于所述第一正透鏡為熔融石英材 料制得的耐輻照透鏡，其余透鏡為耐輻照光學玻璃。
4.根據權利要求3所述的光學系統，其特征在于所述第一正透鏡為JGSl熔融石英材 料制得的耐輻照透鏡。
專利摘要本實用新型公開了一種長壽命重心定位能量探測光學系統，以解決傳統光學系統難以在惡劣電磁環境下長期穩定、精密工作的問題。該光學系統包括沿入射光方向依次設置于同一光路上的第一正透鏡、第二正透鏡、第一負透鏡、光闌、第三正透鏡、第四正透鏡和第二負透鏡，上述六個透鏡均采用耐輻照透鏡，其中采用熔融石英材料制得的耐輻照透鏡；并設計確定六個透鏡的焦距、曲率半徑和折射率。本實用新型尤其適用于不同空間軌道長壽命衛星應用，可達到10年以上，甚至能滿足25年壽命需求、有利于系統像差的校正、具有較小的彌散斑和色偏差、對環境溫度具有很好的適應性，具有比較高的透過率。
文檔編號G02B13/14GK201903686SQ20102065466
公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月13日 優先權日2010年12月13日
發明者豐善, 劉杰, 劉美瑩, 劉陽, 李瑋楠, 王虎, 王 鋒, 苗興華, 薛要克, 陸敏 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所