CN113219629A - 一种航天夜光遥感光学镜头 - Google Patents

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Abstract

一种航天夜光遥感光学镜头属于航天光学遥感器设计领域，该镜头包括从光线入射方向，沿光轴依次设置的前镜组、光阑、中间镜组、后镜组和焦面。所述前镜组包括光线入射方向依次设置的平凸透镜、正月牙透镜和双凹透镜；所述的中间镜组包括光线入射方向依次设置的双凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜和负月牙透镜；所述后镜组包括光线入射方向依次设置的双凸透镜和负月牙透镜；所述光阑位于所述前镜组和中间镜组之间；入射光依次通过前镜组、光阑、中间镜组和后镜组成像在所述焦面上。本发明结构设计合理，大相对口径，宽视场，成像波段宽，防高能粒子辐射、防宇宙射线，具备稳定且高性能的航天夜间遥感成像能力。

Description

一种航天夜光遥感光学镜头
技术领域
本发明属于航天光学遥感器设计领域，涉及一种航天用夜光遥感光学镜头。
背景技术
航天遥感领域是我国中军民融合建设的重点领域之一，遥感卫星及其信息服务系统的建设发展和广泛应用已经产生了巨大军事和社会经济价值，对促进国防建设和经济发展做出了重要贡献。
航天遥感领域建设中，夜光遥感信息是重要的组成部分，在军事、农业、环保、海洋渔业等多个领域有着重要的应用，如全天时侦查、城市化进程分析、海洋鱼群种类及数量评估等，目前，国外具备夜光遥感能力的卫星例如美国的DMSP和Suomi NPP卫星，以色列的EROS-B卫星，阿根廷的SAC 系列卫星，以及国际空间站等，而我国在夜光遥感领域起步较晚，目前已知的具备夜光遥感能力的成像卫星仅有吉林一号灵巧验证星和2019年发射的珞珈一号卫星。
光学遥感的核心在于光学镜头，对于夜光遥感来说，镜头需要具备以下几种成像能力，一是弱光成像能力，要求光学系统具备较大的相对口径，以便尽可能多的收集能量；二是大幅宽成像能力，要求光学系统具备大视场；三是高分辨率成像能力，要求光学系统具备良好的光学传递函数和全视场轻微畸变。此外，航天镜头还需要具备稳定性高、质量轻等特性
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种航天夜光遥感光学镜头，具备大相对口径、宽视场和高成像分辨率的特点，从而实现夜间对地成像，获取夜光遥感影像信息。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种航天夜光遥感光学镜头，该镜头包括从光线入射方向，沿光轴依次设置的前镜组、光阑、中间镜组、后镜组和焦面。所述前镜组包括光线入射方向依次设置的平凸透镜、正月牙透镜和双凹透镜；所述的中间镜组包括光线入射方向依次设置的双凸透镜、双凸透镜、双凹透镜、双凸透镜和负月牙透镜；所述后镜组包括光线入射方向依次设置的双凸透镜和负月牙透镜；所述光阑位于所述前镜组和中间镜组之间；入射光依次通过前镜组、光阑、中间镜组和后镜组成像在所述焦面上。
优选的，所述前镜组与光阑之间的空气间隔为18.0mm，光阑与中间镜组之间的空气间隔为0.25mm，中间镜组与后镜组之间的空气间隔为4.0mm，后镜组与焦面之间的空气间隔为4.5mm。
优选的，所述平凸透镜与正月牙透镜之间的空气间隔为6.5mm，正月牙透镜和双凸透镜之间的空气间隔为6.5mm。
优选的，所述双凸透镜和双凸透镜之间的空气间隔为0.2mm，双凸透镜与双凹透镜之间的空气间隔为0.25mm，双凹透镜和双凸透镜之间的空气间隔为1.0mm，双凸透镜与负月牙透镜之间的空气间隔为0.6mm。
优选的，所述双凸透镜与负月牙透镜之间的空气间隔为2.5mm。
优选的，所述平凸透镜有熔石英材料制成，所述的正月牙透镜由ZK511 材料制成，所述的双凸透镜由K509材料制成。
优选的，所述光学镜头的焦距：f’＝50mm；相对口径：D/f＝1/1.5；视场角：2ω＝29°；适用光谱范围：450nm～800nm；光学系统总长：D≤128mm；工作温度：20℃±10℃。
本发明的有益效果是：本发明结构设计合理，大相对口径，宽视场，成像波段宽，防高能粒子辐射、防宇宙射线，具备稳定且高性能的航天夜间遥感成像能力。
附图说明
图1本发明一种航天夜光遥感光学镜头结构示意图。
图2本发明一种航天夜光遥感光学镜头实施例的传递函数(MTF)曲线图。
图3是本发明一种航天夜光遥感光学镜头实施例的点列图。
图4是本发明一种航天夜光遥感光学镜头实施例的场曲和畸变曲线图。
图中：A、前镜组，1、平凸透镜，2、正月牙透镜，3、双凹透镜，B、光阑，C、中间镜组，4、双凸透镜，5、双凸透镜，6、双凹透镜，7、双凸透镜，8、负月牙透镜，D、后镜组，9、双凸透镜，10、负月牙透镜，E、焦面。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点更加明显易懂，下面结合附图对本发明做进一步详细说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1～4所示，一种航天夜光遥感光学镜头，该镜头包括从光线入射方向，沿光轴依次设置的前镜组A，光阑B，中间镜组C，后镜组D和焦面E。所述前镜组A包括光线入射方向依次设置的平凸透镜1，正月牙透镜2，双凹透镜3，所述的中间镜组C包括光线入射方向依次设置的双凸透镜4，双凸透镜5，双凹透镜6，双凸透镜7，负月牙透镜8，后镜组D包括依次设置的双凸透镜9，负月牙透镜10。
在本实施例中，所述前镜组A与光阑B之间的空气间隔为18.0mm，光阑B与中间镜组C之间的空气间隔为0.25mm，中间镜组C与后镜组D之间的空气间隔为4.0mm，后镜组D与焦面E之间的空气间隔为4.5mm。
在本实施例中，所述的平凸透镜1与正月牙透镜2之间的空气间隔为 6.5mm，正月牙透镜2和双凸透镜3之间的空气间隔为6.5mm，双凸透镜4 和双凸透镜5之间的空气间隔为0.2mm，双凸透镜5与双凹透镜6之间的空气间隔为0.25mm，双凹透镜6和双凸透镜7之间的空气间隔为1.0mm，双凸透镜7与负月牙透镜8之间的空气间隔为0.6mm，双凸透镜9与负月牙透镜10之间的空气间隔为2.5mm。
在本实施例中，所述的平凸透镜1有熔石英材料制成，所述的正月牙透镜2由ZK511材料制成，所述的双凸透镜3由K509材料制成，均具备优秀的抗辐射能力。
在本实施例中，光学系统经过温度稳定性优化设计，在20℃±10℃的温度范围内能正常工作。
在本实施例中，由上述镜片构成的光学系统达到了以下光学指标：
Figure RE-GDA0003123451250000031
Figure RE-GDA0003123451250000041
各镜片参数如下：
表面 曲率半径/mm 厚度/mm 材料
1 Infinity 8 JGS-1
2 -110.3<R<-115.1 6.5 AIR
3 45.0<R<48.2 6 ZK511
4 92.3<R<95.5 6.5 AIR
5 -60.0<R<-57.8 4.5 K509
6 34.0<R<36.2 18.2 AIR
7 62.2<R<64.4 9 FK61
8 -44.8<R<-47.6 0.2 AIR
9 33.2<R<32.4 10 K9
10 -91.4<R<-95.2 0.25 AIR
11 -103.3<R<-108.1 4 K9
12 26.0<R<28.2 1.0 AIR
13 32.1<R<35.3 10.5 BAK7
14 -38.4<R<-36.2 0.6 AIR
15 -34.7<R<-32.5 7 ZF7LA
16 -72.8<R<-70.6 4.6 AIR
17 -537.0<R<-547.2 12 ZF6
18 -174.3<R<-179.1 2.5 AIR
19 -31.0<R<-29.8 3.5 ZLAF52
20 -330.2<R<-336.0
在本实施例中，前三片采用JGS-1熔石英，ZK511和K509抗辐射光学材料，具备防高能粒子辐射、防宇宙射线，能够长期在空间辐射环境下工作。
在本实施例中，镜片无胶合组，无对温度敏感的玻璃材料，且实现了温度稳定性优化设计，温度适应性良好，能在较宽的温度范围内工作。
本实施例中，如图2-4所示，本镜头的光圈值高达1.5，具备较强的光线能量收集能力，同时优化了各种像差，全视场全谱段的平均光学传递函数在空间频率108cycles/mm处能够优于0.4，畸变小于0.03％，能够满足夜光遥感成像任务需求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所设计镜头的举例，而并非对实施方式的限定；对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动；这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举；而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，该镜头包括从光线入射方向，沿光轴依次设置的前镜组A、光阑B、中间镜组C、后镜组D和焦面E；所述前镜组A包括光线入射方向依次设置的平凸透镜A-1、正月牙透镜A-2和双凹透镜A-3；所述的中间镜组C包括光线入射方向依次设置的双凸透镜C-1、双凸透镜C-2、双凹透镜C-3、双凸透镜C-4和负月牙透镜C-5；所述后镜组D包括光线入射方向依次设置的双凸透镜D-1和负月牙透镜D-2；所述光阑B位于所述前镜组A和中间镜组C之间；入射光依次通过前镜组A、光阑B、中间镜组C和后镜组D成像在所述焦面E上。
2.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述前镜组A与光阑B之间的空气间隔为18.0mm，光阑B与中间镜组C之间的空气间隔为0.25mm，中间镜组C与后镜组D之间的空气间隔为4.0mm，后镜组D与焦面E之间的空气间隔为4.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述平凸透镜A-1与正月牙透镜A-2之间的空气间隔为6.5mm，正月牙透镜A-2和双凸透镜A-3之间的空气间隔为6.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述双凸透镜C-1和双凸透镜C-2之间的空气间隔为0.2mm，双凸透镜C-2与双凹透镜C-3之间的空气间隔为0.25mm，双凹透镜C-3和双凸透镜C-4之间的空气间隔为1.0mm，双凸透镜C-4与负月牙透镜C-5之间的空气间隔为0.6mm。
5.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述双凸透镜D-1与负月牙透镜D-2之间的空气间隔为2.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述平凸透镜A-1有熔石英材料制成，所述的正月牙透镜A-2由ZK511材料制成，所述的双凸透镜A-3由K509材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种航天夜光遥感光学镜头，其特征在于，所述光学镜头的焦距：f’＝50mm；相对口径：D/f＝1/1.5；视场角：2ω＝29°；适用光谱范围：450nm～800nm；光学系统总长：D≤128mm；工作温度：20℃±10℃。
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