Zemax光学设计实例（163）---一个大口径折反式星敏感器光学系统的设计

引言：

星敏感器是空间飞行器中广泛使用的一种高精密空间姿态测量仪器，通过探测空间不同位置的恒星来获取空间飞行器的姿态信息。

光学系统是星敏感器的核心部件，其成像质量直接影响着星敏感器的探测能力。

为了提高星敏感器的探测能力，要求其光学系统在具有更宽的谱段范围、更大的入瞳直径的基础上能够尽量减小畸变和色差。

目前星敏感器所使用的光学系统有透射式结构、反射式结构、折反式结构等。透射式光学系统是最常见的结构形式，但是存在光学系统口径小、较多的光学透镜数量导致二级光谱难以校正、整体质量大幅增加的缺点；反射式光学系统具有系统口径大、光学透镜数量少、无色差的优点，但是其结构中存在光遮拦会造成空间光的能量利用率低、边缘视场的像差校正能力较弱、结构设计难度大等问题。折反系统采用反射镜和透镜相结合的方式，反射镜不会引起色差，透镜组能够对整个系统的像差进行校正并增大整个光学系统的视场，在整个折反光学系统中，像面的位移不会受到反射镜的影响，当反射镜和支架选择的材料膨胀系数相近时，可以降低整个系统对环境温度的敏感度。

 

 

主要设计指标：

         

                 

实例参考：《大口径折反式星敏感器光学系统的光路设计》

 

设计仿真：

 

首先输入系统特性参数，如下：

在系统通用对话框中设置孔径。

在孔径类型中选择“Entrance PupilDiameter”，并根据设计要求输入“250”；

在视场设定对话框中设置1个视场，要选择“Angle”，如下图：

在波长设定对话框中，设定0.45～0.95um共6个波长，如下图：

查看LDE：

R-C系统的主镜和次镜的通光面均为双曲面,可有效校正初级球差和慧差。

在次镜前加入光阑校正球面透镜组可校正系统残余的像散、场曲和畸变。同时，在次镜与像面之间加入的视场校正球面透镜组用以增大整个光学系统的视场，从而提高光学系统的探测精度和星敏感器的成像质量。

2D Layout：

查看点列图：

查看畸变：

相对畸变越小,越有利于提高星敏感器的测量精度.

通过优化设计，全视场范围内的最大相对畸变为 0. 080%,完全满足相对畸变小于0.1%的设计指标。

查看倍率色差曲线：

上图表示的是各视场短波和长波之间的倍率色差曲线。

上图表示的是不同波长与中心波长之间的倍率色差曲线。

查看MTF：

在奈奎斯特频率34lp/mm处的MTF大于0.75，满足MTF大于0.5的设计指标。