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大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计

孟祥月,  王洋,  张磊,  付跃刚,  顾志远

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孟祥月, 王洋, 张磊, 付跃刚, 顾志远. 大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 718005-0718005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
引用本文: 孟祥月, 王洋, 张磊, 付跃刚, 顾志远. 大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(7): 718005-0718005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
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Meng Xiangyue, Wang Yang, Zhang Lei, Fu Yuegang, Gu Zhiyuan. Lens design of star sensor with large relative aperture and wide spectral range[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 718005-0718005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
Citation: Meng Xiangyue, Wang Yang, Zhang Lei, Fu Yuegang, Gu Zhiyuan. Lens design of star sensor with large relative aperture and wide spectral range[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(7): 718005-0718005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
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大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
  • 1.

    长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022;

  • 2.

    中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033

基金项目: 

吉林省科学技术厅大型科学仪器共享共用（20150623024TC）;吉林省教育厅“十三五”科学研究规划项目（JKH20181113KJ）;吉林省科技发展计划项目优秀青年人才基金（20190103046JH）

详细信息
    作者简介:

    孟祥月(1990-),女,硕士生,主要从事光学设计和光学装调方面的研究。Email:mengxiangyue1314@163.com

  • 中图分类号: O439;V448

Lens design of star sensor with large relative aperture and wide spectral range

  • 1.

    School of Electro-Optical Engineering,Changchun University of Science and Technology,Changchun 130022,China;

  • 2.

    Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun 130033,China

  • 摘要: 为了提高星敏感器相对孔径，拓宽探测光谱范围，文中通过探测器灵敏度模型的计算，确定了星敏感器光学系统的设计参数，进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成，光谱范围为500~800 nm，焦距为50 mm，相对孔径为1/1.25，视场角为8.458.45（对角线视场角为11.96），总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路，减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%，质心色偏差控制在2 m内，能量集中度（33像元内）大于80%，最大倍率色差为-0.073 m，轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统，焦距变化量很小，验证了无热化设计要求，镜头的成像质量良好。
    Abstract: In order to improve the relative aperture of the star sensor and broaden the spectral range of the detection, the detector sensitivity calculation model was applied to determine the parameters of the optical lens in a star sensor, then an optical lens based on satellite platform was designed. The lens was composed of 7 spherical lenses, with the spectral region of 500-800 nm, the focal length of 50 mm, the relative aperture of 1/1.25, the field of view(FOV) of 8.458.45, and the total length was 83.33 mm. This lens used the telecentric structure in the image to reduce measurement errors caused by image defocus and other factors. After the optimization, the lens distortion was less than 0.5%, the center of mass color deviation was controlled within 2 m, and the diffraction encircled energy (within 33 pixel) was greater than 80%, the maximum magnification chromatic aberration was -0.073 m, the dispersion spot energy concentration of all the fields of view was almost the same. In different temperature environments, the small change in focal length of the system verified the athermalization. The optical lens had good image quality.
  • [1] Fan Qiaoyun, Li Xiaojuan. Selection of optical-system parameters for an all-day used star sensor[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(11):254-260. (in Chinese)
    [2] Li Jing, Yang Baoxi, Hu Zhonghua, et al. Development and performance testing of optical system for star sensor[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(5):0522005. (in Chinese)
    [3] Zhong Xing, Ji Jiqiang, Jin Guang, et al. Detecting performance and overall design of airborne daytime star sensor for navigation[J]. Optics and Precision Engineering, 2011, 19(12):2900-2906. (in Chinese)
    [4] Guo Yanchi, Xu Xiping, Qiao Yang, et al. Optical system design of star sensor with wide field of view and wide spectra range[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(12):3969-3972. (in Chinese)
    [5] Wang Hu, Miao Xinghua, Wen Desheng, et al. Optical system design of star sensor with wide-view field and small F-number[J]. Acta Photonica Sinica, 2005, 34(12):1822-1824. (in Chinese)
    [6] Gong Dun, Tian Tieyin, Wang Hong. Design of wide band and large relative aperture star sensor optical system with aspere.[J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(8):196-201. (in Chinese)
    [7] Liu Jian, Hao Yuncai, Chang Jun, et al. Athermalization of star tracker system[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2010, 30(2):223-225+230. (in Chinese)
    [8] Mohammad Asadnezhad, Abdollah Eslamimajd, Hassan Hajghassem. Optical system design of star sensor and stray light analysis[J]. Journal of the European Optical Society-Rapid Publications, 2018, 14:9.
    [9] Liu Jinguo, Li Jie, Hao Zhihang. Study on detection sensitivity of APS star tracker[J]. Optics and Precision Engineering, 2006, 14(4):553-557. (in Chinese)
    [10] Tong Shuai, Li Hui, Wang Anguo. Calculation and analysis of detection ability for shipboard star sensor[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(10):48-54. (in Chinese)
    [11] Han Long, Fu Qiang, Wang Chao, et al. Design of optical system of star sensor with wide spectrum and lager relative aperture[J]. Laser Optoelectronics Progress, 2016, 53(1):012202. (in Chinese)
    [12] He Lingna, Cui Weixin, Pei Yuntian. Design and optimization of the optical system of the star sensor based on CMOS APS[J]. Opo-Electronic Engineering, 2007(11):24-30. (in Chinese)
    [13] Li Xiao, Zhao Hong, Lu Xin. Study on detection sensitivity of star sensor in dynamic state[J]. Aerisoace Control and Application, 2010, 36(1):37-41. (in Chinese)
    [14] Radio Company(USA). Electrooptics Manual[M]. Beijing:National Defence Industry Press, 1978. (in Chinese)
    [15] Zhao Yang. Dissertation for the master degree in engineering[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2007. (in Chinese)
    [16] Liu Jian, Hao Yuncai, Chang Jun, et al. Athermalization of star tracker system[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2010, 30(2):223-225, 230. (in Chinese)
    [17] Sun Xiaoling. Research design athermalisation of TV seeker zoom optical system[D]. Harbin:Harbin Institute of Technology, 2012. (in Chinese)
    [18] Yan Peipei, Fan Xuewu, He Jianwei. Design of hybrid refractive-diffractive star sensor optical system with small F-number[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(12):2458-2464. (in Chinese)
  • [1] 马德超, 朴明旭, 谢亚峰, 赵渊明, 牛群, 张承然, 王喆, 张博.  环形孔径折叠成像系统的光-数联合无热化设计（封面文章·特邀） . 红外与激光工程, 2024, 53(3): 20240013-1-20240013-9. doi: 10.3788/IRLA20240013
    [2] 张前程, 钟胜, 吕劲松, 李显成.  大视场全天时星敏感器光学系统设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(3): 20220583-1-20220583-9. doi: 10.3788/IRLA20220583
    [3] 杜伟峰, 王燕清, 郑循江, 吴永康, 谢廷安.  甚高精度微型星敏感器光学系统设计与验证 . 红外与激光工程, 2023, 52(11): 20230104-1-20230104-10. doi: 10.3788/IRLA20230104
    [4] 严冬, 国成立, 刘泉, 黎发志, 余晨阳, 马洋, 张宇龙, 闫力松.  大数值孔径宽光谱折反式物镜设计(特邀) . 红外与激光工程, 2023, 52(9): 20230470-1-20230470-7. doi: 10.3788/IRLA20230470
    [5] 曲锐, 郭惠楠, 曹剑中, 杨建峰.  可见-近红外无热化连续变焦光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20210090-1-20210090-7. doi: 10.3788/IRLA20210090
    [6] 陈炳旭, 廖志远, 操超, 白瑜, 牟达.  大视场大相对孔径自由曲面成像系统设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20200005-1-20200005-9. doi: 10.3788/IRLA20200005
    [7] 伍雁雄, 乔健, 王丽萍.  长焦距无热化星敏感器光学系统设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(9): 20200061-1-20200061-10. doi: 10.3788/IRLA20200061
    [8] 邓强, 李升辉.  高分辨率像方远心连续变焦投影镜头的设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1114005-1114005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1114005
    [9] 李生好.  红外目标模拟器动态校准系统光学系统设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918007-0918007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0918007
    [10] 王静, 吴越豪, 戴世勋, 徐铁峰, 木锐.  硫系玻璃在长波红外无热化连续变焦广角镜头设计中的应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 321001-0321001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0321001
    [11] 郑茹, 张国玉, 王凌云, 王浩君, 高越.  光谱型太阳辐射观测仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(2): 583-589.
    [12] 米士隆, 牟达, 牟蒙.  紧凑型长波红外光学系统无热化设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3032-3036.
    [13] 江帆, 王忠素, 陈立恒, 吴清文, 郭亮.  星敏感器组件的热设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(11): 3740-3745.
    [14] 郭彦池, 徐熙平, 乔杨, 米士隆, 杜玉楠.  大视场宽谱段星敏感器光学系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3969-3972.
    [15] 孙高飞, 张国玉, 高玉军, 王凌云, 苏拾, 付芸, 王向东.  星敏感器地面标定设备的设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2822-2827.
    [16] 任秉文, 金光, 王天聪, 钟兴, 张鹏.  机载全天时星敏感器参数设计及实验 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 1003-1010.
    [17] 闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 周珂, 赵意意, 卜凡.  利用光纤传像束的内窥镜物镜设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 423-427.
    [18] 姜凯, 周泗忠, 李刚, 杨晓许, 赵睿, 张恒金.  折反式中波红外双视场变焦系统无热化设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 403-407.
    [19] 闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 马小龙, 赵意意, 卜凡.  Offner型成像光谱仪前置光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2712-2717.
    [20] 马洪涛, 张晓辉, 韩冰.  宽光谱、大视场小畸变望远系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1754-1757.
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-02-10
  • 修回日期:  2019-03-20
  • 刊出日期:  2019-07-25

大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计

doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
  • 1. 长春理工大学 光电工程学院,吉林 长春 130022;
  • 2. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
    • 作者简介:

    孟祥月(1990-),女,硕士生,主要从事光学设计和光学装调方面的研究。Email:mengxiangyue1314@163.com

  • 收稿日期: 2019-02-10
  • 修回日期: 2019-03-20
  • 刊出日期: 2019-07-25
基金项目:

吉林省科学技术厅大型科学仪器共享共用（20150623024TC）;吉林省教育厅“十三五”科学研究规划项目（JKH20181113KJ）;吉林省科技发展计划项目优秀青年人才基金（20190103046JH）

  • 中图分类号: O439;V448

摘要: 为了提高星敏感器相对孔径，拓宽探测光谱范围，文中通过探测器灵敏度模型的计算，确定了星敏感器光学系统的设计参数，进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成，光谱范围为500~800 nm，焦距为50 mm，相对孔径为1/1.25，视场角为8.458.45（对角线视场角为11.96），总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路，减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%，质心色偏差控制在2 m内，能量集中度（33像元内）大于80%，最大倍率色差为-0.073 m，轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统，焦距变化量很小，验证了无热化设计要求，镜头的成像质量良好。

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