CN112462503B

CN112462503B - 一种抗辐射高分辨率星载相机镜头

Info

Publication number: CN112462503B
Application number: CN202011589065.6A
Authority: CN
Inventors: 王敏; 陈玉芳; 林志强; 林峰
Original assignee: Fujian Normal University
Current assignee: Fujian Forecam Optics Co Ltd
Priority date: 2020-12-29
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2022-03-15
Anticipated expiration: 2040-12-29
Also published as: CN112462503A

Abstract

本发明涉及一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，包括沿光线入射方向依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组，所述前组镜组由平板玻璃、第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第三弯月正透镜、第一弯月负透镜组成，所述后透镜组由第二弯月负透镜、双凸正透镜、第三弯月负透镜、第四弯月正透镜组成。该镜头不仅结构简单，体积小，而且抗冲击震动、耐太空高温差强辐射。

Description

一种抗辐射高分辨率星载相机镜头

技术领域

本发明涉及一种抗辐射高分辨率星载相机镜头。

背景技术

随着全球太空资源开发热潮高涨，人类对地球外层空间的争夺战日益加剧，世界各国不惜巨资争夺、控制。在这场太空争斗中对空间目标的探测和监视工作起着关键性作用，空间相机光学系统的研制成为了该领域研究者的重要课题。发达国家对此类技术严密封锁，我国只能依靠自主研发。抗辐照技术一般有被动防护技术和主动防护技术。被动防护技术是用钽片等防护光器件，以增加其抗辐射能力，但这将大大增加载荷重量，而飞行器对载荷的重量要求相当苛刻，因为载荷重量增加1kg，发射系统将增加几百千克，代价巨大。随着空间技术的发展，为确保航天飞行器工作可靠性和长寿命，所以首选要提高光器件本身的抗辐射能力，这对抗辐射性能提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，该镜头不仅结构简单，体积小，而且抗冲击震动、耐太空高温差强辐射。

本发明的技术方案在于：一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，包括沿光线入射方向依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组，所述前透镜组由平板玻璃、第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第三弯月正透镜、第一弯月负透镜组成，所述后透镜组由第二弯月负透镜、双凸正透镜、第三弯月负透镜、第四弯月正透镜组成。

进一步地，所述平板玻璃与第一弯月正透镜之间间隔为1.75~1.85mm，所述第一弯月正透镜与第二弯月正透镜之间间隔为4.5~5mm，所述第二弯月正透镜与第三弯月正透镜之间间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月正透镜与第一弯月负透镜之间间隔为0.55~0.6mm，第一弯月负透镜与光阑之间的间隔为9.25~9.75mm。

进一步地，所述第二弯月负透镜与光阑之间的间隔为1.45~1.6mm，第二弯月负透镜与双凸正透镜之间的间隔为6.7~6.9mm，所述双凸正透镜与第三弯月负透镜之间的间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月负透镜与第四弯月正透镜之间的间隔为4.3~4.5mm。

进一步地，所述第一弯月正透镜到第四弯月正透镜的透镜焦距依次为：第一弯月正透镜为f1，第二弯月正透镜为f2、第三弯月正透镜为f3、第一弯月负透镜为f4，第二弯月负透镜为f5、双凸正透镜为f6、第三弯月负透镜为f7、第四弯月正透镜为f8，并满足如下的关系：2.8<f1/f<3.0，1.1<f2/f<1.3，0.9<f3/f<1.1，-0.2<f4/f<-0.5，-0.7<f5/f<-0.9，0.4<f6/f<0.6，-0.9<f7/f<-1.1，0.8<f8/f<1.0。

进一步地，所述平板玻璃的材料选用SILICA，厚度大于6mm。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：光学系统采用8片式的长焦结构，前组采用正透镜组，后组采用负—正—负—正透镜组紧密排列，具有抗冲击震动、耐太空高温差强辐射，体积小重量轻，可在400nm-750nm的谱段内清晰成像，成像稳定可靠；采用了高轨星载光学系统抗辐射设计技术、大孔径大景深技术成像技术、宽谱段高分辨率成像技术、宽容差和宽温场适应性设计技术。设计结果满足了太空环境的高品质成像需求，具有良好的温度压力适应性和较好的设计容差。采用低载荷小型化设计，光学总长小于90mm(含窗口片)，镜片重量小于250克。

附图说明

图1为本发明的光学结构图；

图2为本发明的MTF传递函数曲线图；

图3为本发明的星点图；

图4为本发明的球差和位置色差图；

图5为本发明的场曲和畸变图；

图6为本发明的场曲和畸变图；

图7为本发明的相对照度图；

图中：P1-保护玻璃 A1-第一弯月正透镜 A2-第二弯月正透镜 A3-第一弯月正透镜 A4-第三弯月负透镜 B1-第二弯月负透镜 B2-双凸正透镜 B3-第三弯月负透镜 B4-第四弯月正透镜 C-光阑.

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，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7

一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，包括沿光线入射方向依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组，所述前透镜组由平板玻璃P1、第一弯月正透镜A1、第二弯月正透镜A2、第三弯月正透镜A3、第一弯月负透镜A4组成，所述后透镜组采用4片“负—正—负—正”透镜组紧密排列，由第二弯月负透镜B1、双凸正透镜B2、第三弯月负透镜B3、第四弯月正透镜B4组成。

本实施例中，为适应强太空辐射和发射时的强冲击震动，采用8片式的长焦结构，前组采用正透镜组，后组采用负—正—负—正透镜组紧密排列。在镜片的材料选择上，采用高低色散材料的配对和特殊色散偏离的材料组合，使系统在400~750nm宽谱段上实现了高解析度共焦成像。后组进一步改善场曲和倍率色差等轴外象差。

本实施例中，所述平板玻璃P1与第一弯月正透镜A1之间间隔为1.75~1.85mm，所述第一弯月正透镜A1与第二弯月正透镜A2之间间隔为4.5~5mm，所述第二弯月正透镜A2与第三弯月正透镜A3之间间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月正透镜A3与第一弯月负透镜A4之间间隔为0.55~0.6mm，第一弯月负透镜A4与光阑之间的间隔为9.25~9.75mm。

本实施例中，所述第二弯月负透镜B1与光阑之间的间隔为1.45~1.6mm，第二弯月负透镜B1与双凸正透镜B2之间的间隔为6.7~6.9mm，所述双凸正透镜B2与第三弯月负透镜B3之间的间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月负透镜B3与第四弯月正透镜B4之间的间隔为4.3~4.5mm。

本实施例中，所述第一弯月正透镜A1到第四弯月正透镜B4的透镜焦距依次为：第一弯月正透镜A1为f1，第二弯月正透镜A2为f2、第三弯月正透镜A3为f3、第一弯月负透镜A4为f4，第二弯月负透镜B1为f5、双凸正透镜B2为f6、第三弯月负透镜B3为f7、第四弯月正透镜B4为f8，并满足如下的关系：2.8<f1/f<3.0，1.1<f2/f<1.3，0.9<f3/f<1.1，-0.2<f4/f<-0.5，-0.7<f5/f<-0.9，0.4<f6/f<0.6，-0.9<f7/f<-1.1，0.8<f8/f<1.0。

本实施例中，考虑高轨应用环境，所述平板玻璃的材料选用SILICA，厚度大于6mm，有效地保护了象传感器免受太空辐射的损害。

本实施例中，该镜头采用低载荷小型化设计，体积小重量轻光学总长小于90mm(含窗口片)，镜片总重量小于250g。

通过容差分析和反复优化，提高MTF传递函数设计指标，为材料、加工、装配、调校、例行试验预留的像差容限；并对温度和大气压力对系统的影响作了详尽的分析和计算，通过膨胀系统材料的优化选择和固定像面位移补偿的方式，实现了太空状态下成像的稳定性和可靠性。

本实施例中，该镜头达到了以下的光学指标：（1）工作波段在400nm～750nm之间；（2）系统焦距f=93mm；（3）相对孔径：1:2.8；（4）视场角：2ω>18^o；（5）最大畸变<1％；（6）外形尺寸<Φ66mm×102mm；（7）像质（MTF）：≥0.55 @110lp/mm；（8）景深范围：50m~70m。

本实施例中，各镜片参数如下表：

。

本实施例中，如图2所示，镜头各视场在110lp/mm截止频率处传递函数也都在0.55以上。

本实施例中，如图3所示，镜头的星点RMS半径约为1~2μm，明显小于相机象素的几何尺寸，体现出较好的成像鋭度；而且各谱线中心重合的较好，垂轴色差校正较为理想，各视场光斑大小也较为均匀。

本实施例中，如图4所示，相机镜头的主谱线球差基本控制在约0.02mm以内，其全谱段的位置色差也基本控制在约0.08mm以内。

本实施例中，如图5所示，相机镜头的场曲控制在0.03mm左右，子午和弧矢光线的象散也控制的很好，约为0.03mm左右；畸变控制在0.5%以内。

本实施例中，如图6所示，相机镜头的全谱段倍率色差均控制得较好，最大倍率色差都控制在艾瑞半径以内。

本实施例中，如图7所示，在0.9视场的边缘相对照度大约在70%。

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，设计出不同形式的抗辐射高分辨率星载相机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。

Claims

1.一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，其特征在于，包括沿光线入射方向依次设置的前透镜组、光阑和后透镜组，所述前透镜组由平板玻璃、第一弯月正透镜、第二弯月正透镜、第三弯月正透镜、第一弯月负透镜组成，所述后透镜组由第二弯月负透镜、双凸正透镜、第三弯月负透镜、第四弯月正透镜组成；所述第一弯月正透镜到第四弯月正透镜的透镜焦距依次为：第一弯月正透镜为f1，第二弯月正透镜为f2、第三弯月正透镜为f3、第一弯月负透镜为f4，第二弯月负透镜为f5、双凸正透镜为f6、第三弯月负透镜为f7、第四弯月正透镜为f8，并满足如下的关系：2.8<f1/f<3.0，1.1<f2/f<1.3，0.9<f3/f<1.1，-0.2<f4/f<-0.5，-0.7<f5/f<-0.9，0.4<f6/f<0.6，-0.9<f7/f<-1.1，0.8<f8/f<1.0。

2.根据权利要求1所述的一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，其特征在于，所述平板玻璃与第一弯月正透镜之间间隔为1.75~1.85mm，所述第一弯月正透镜与第二弯月正透镜之间间隔为4.5~5mm，所述第二弯月正透镜与第三弯月正透镜之间间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月正透镜与第一弯月负透镜之间间隔为0.55~0.6mm，第一弯月负透镜与光阑之间的间隔为9.25~9.75mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，其特征在于，所述第二弯月负透镜与光阑之间的间隔为1.45~1.6mm，第二弯月负透镜与双凸正透镜之间的间隔为6.7~6.9mm，所述双凸正透镜与第三弯月负透镜之间的间隔为0.1~0.2mm，所述第三弯月负透镜与第四弯月正透镜之间的间隔为4.3~4.5mm。

4.根据权利要求1所述的一种抗辐射高分辨率星载相机镜头，其特征在于，所述平板玻璃的材料选用SILICA，厚度大于6mm。