專利名稱：一種星敏感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于深空導(dǎo)航敏感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種自主導(dǎo)航星敏感器。
背景技術(shù)：
在航天技術(shù)領(lǐng)域恒星敏感器是通過成像測(cè)量恒星在慣性空間角位置的方法確定 航天器姿態(tài)的一類光學(xué)敏感器。恒星敏感器一般由光學(xué)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、探測(cè)器電子線路、數(shù)據(jù) 處理器電子線路、消雜光部件、外部接口、星圖識(shí)別和姿態(tài)處理軟件等組成。其中結(jié)構(gòu)系統(tǒng) 為恒星敏感器的支撐，其結(jié)構(gòu)決定了敏感器的力學(xué)性能和體積重量。一般光學(xué)系統(tǒng)的成像結(jié)構(gòu)均為透射式，由多個(gè)透鏡零件組裝到一起構(gòu)成的，如法 國SODERN公司的SED系列恒星敏感器、德國ASTRO系列恒星敏感器、國內(nèi)北京控制工程研 究所CCD恒星敏感器等等。這種敏感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般有兩類，一種是一體化的，它比較容 易實(shí)現(xiàn)，采用一般的透鏡結(jié)構(gòu)，電路盒為主體，透鏡和固定安裝結(jié)構(gòu)均安裝在電路盒上。另 一種是分離式的，鏡頭和探測(cè)器電路在一起設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)處理器另外一個(gè)盒體設(shè)計(jì)，二者之間 采用電纜連接。近年來出現(xiàn)了一種用于深空導(dǎo)航的星敏感器，其視場角在1°左右，焦距近lm，是 一類高靈敏度的甚高精度星敏感器，如美國DS-I (深空-1號(hào)火星探測(cè)器)恒星敏感器，光 學(xué)一般采用反射式或者折射反射式的成像結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)中，一般采用卡塞-格林加校正 鏡系統(tǒng)，或者采用R-C加校正鏡系統(tǒng)，潘君驊在論文“一個(gè)新的泛卡塞格林望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)”中 提出了一種一個(gè)高次非球面校正鏡和球面主次鏡結(jié)構(gòu)。這類星敏感器結(jié)構(gòu)存在一個(gè)普遍 的問題是1.非球面運(yùn)用過多或者過于復(fù)雜，不易于加工和裝調(diào)；2.以鏡頭作為結(jié)構(gòu)主體， 安裝面在鏡頭結(jié)構(gòu)上，電路盒附著在鏡頭上，為了保證力學(xué)條件要加強(qiáng)設(shè)計(jì)，造成整體結(jié)構(gòu) 尺寸和重量較大；3.安裝面在鏡頭上對(duì)于鏡頭的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力變形，造成成像質(zhì)量下降。 4.探測(cè)器電路板與鏡頭分開安裝，當(dāng)空間環(huán)境溫度變化時(shí)引起離焦等影響精度的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)輕巧、加工裝調(diào)容易、成像質(zhì)量好、穩(wěn)定性好、精 度高的星敏感器。本發(fā)明的技術(shù)方案如下—種星敏感器，包括由鏡頭和電路盒，所述電路盒里的電路設(shè)有探測(cè)器電路板，其 特征在于在鏡頭和電路盒之間設(shè)有承力板，所述承力板上開有圓孔；鏡頭尾部設(shè)有焦平 面結(jié)構(gòu)，探測(cè)器電路板與鏡頭尾部的焦平面結(jié)構(gòu)相連，探測(cè)電路板穿過承力板上的圓孔安 裝在電路盒中。在上述的一種星敏感器中所述鏡頭通過圓形法蘭安裝在承力板一側(cè)，所述的電 路盒通過法蘭安裝在承力板另一側(cè)。在上述的一種星敏感器中所述鏡頭的焦平面結(jié)構(gòu)包括設(shè)在鏡頭尾部上的安裝框 和調(diào)焦圈，探測(cè)電路板通過安裝框與鏡頭連接，調(diào)焦圈設(shè)在安裝框與探測(cè)電路板之間。
在上述的一種星敏感器中所述承力板周邊四角上開有安裝孔。在上述的一種星敏感器中所述的鏡頭中的光學(xué)系統(tǒng)采用帶有一個(gè)光學(xué)面為2次 非球面的像差校正鏡。本發(fā)明的顯著效果在于通過在鏡頭和電路盒之間設(shè)計(jì)承力板，將探測(cè)器電路板 通過調(diào)焦圈與連接，有利于探測(cè)器通過修磨調(diào)焦圈準(zhǔn)確定位在光學(xué)系統(tǒng)焦平面上，鏡頭尾 部連帶探測(cè)器電路板穿過承力板伸到電路盒中，與電路盒僅有電纜連接，無結(jié)構(gòu)接觸，這樣 的結(jié)構(gòu)能夠既能起到保護(hù)探測(cè)器調(diào)焦后的位置不受電路盒干擾，又能消除過定位起到保護(hù) 鏡頭的作用；同時(shí)由于承力板中心開大孔四周開安裝孔的結(jié)構(gòu)保證了其具有較小的尺寸和 重量；將探測(cè)器組件直接安裝在鏡頭的焦平面結(jié)構(gòu)上，可以保證對(duì)焦精度不受承力板和電 路盒變形的影響，保證了敏感器精度水平；鏡頭的光學(xué)系統(tǒng)中僅在像差校正鏡的一個(gè)光學(xué) 面采用2次非球面，其余各個(gè)面均為球面，不但能夠起到校正像差的作用，使系統(tǒng)成像能夠 達(dá)到近衍射極限水平，而且降低了系統(tǒng)加工和裝調(diào)難度，節(jié)約了成本。


圖1為本發(fā)明提供的一種星敏感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中的焦平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.鏡頭；2.承力板；3.電路盒；4.圓形法蘭；5.探測(cè)器電路板；6.焦平面結(jié) 構(gòu)；7.安裝框；8.安裝法蘭；9.調(diào)焦圈。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，在鏡頭1和電路盒3之間設(shè)有承力板2，承力板2中間開有圓孔；所 述電路盒3里設(shè)有探測(cè)器電路板5和數(shù)據(jù)處理電路板(即圖1中電路盒3里除了探測(cè)器電 路板5之外的其他電路板)，該探測(cè)器電路板5與鏡頭1尾部的焦平面結(jié)構(gòu)6相連，鏡頭1 上的探測(cè)器電路板5穿過承力板2上的圓孔安裝在電路盒3中，但與電路盒3沒有任何接 觸，以保證探測(cè)器與鏡頭1的相對(duì)調(diào)焦位置的穩(wěn)定性。鏡頭1的結(jié)構(gòu)根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中主要保證光學(xué)零件的近無 應(yīng)力裝卡，鏡頭1主體結(jié)構(gòu)的抗發(fā)射力學(xué)環(huán)境性能。鏡頭1與承力板2之間的安裝固定是 通過圓形法蘭4的法蘭面對(duì)接，螺栓固緊。法蘭面的位置應(yīng)盡可能靠近整個(gè)敏感器的質(zhì)心。承力板2中心開圓孔作為敏感器鏡頭1與電路盒3固定連接的安裝接口，可以降 低敏感器重量和尺寸，使得整體敏感器的布局緊湊和輕型。承力板2主要起到兩個(gè)作用，一 是起固定鏡頭1和電路盒3的作用，二是使整個(gè)敏感器與衛(wèi)星或其它航天器的固定安裝。 承力板2的四個(gè)角分別開有通孔用于敏感器對(duì)外部的安裝，一般安裝孔附近具有不小于 IOmmXlOmm 的面積。電路盒3起到固定內(nèi)部的探測(cè)器電路板5、數(shù)據(jù)處理電路板和外部接插件和電路 抗輻照加固的作用。在鏡頭1的焦平面結(jié)構(gòu)6中連接了探測(cè)器電路板5，即探測(cè)電路板5與焦平面結(jié) 構(gòu)6之間是通過直接固定連接的，以保證焦平面結(jié)構(gòu)6與鏡頭1之間的相對(duì)位置穩(wěn)定和抗 變形能力。
如圖2所示，所述的焦平面結(jié)構(gòu)6包括在鏡頭1尾部上安裝有圓形或者方形的安 裝框7，用來安裝探測(cè)器電路板5，探測(cè)電路板5和安裝框7之間設(shè)計(jì)有調(diào)焦圈9，通過修磨 進(jìn)行調(diào)焦。調(diào)焦圈9通過安裝法蘭8安裝在安裝框7上，調(diào)焦圈9用于調(diào)整探測(cè)器光敏面 與鏡頭1的像面重合。鏡頭1與安裝框7可以通過螺釘連接，也可以直接設(shè)計(jì)成一體，調(diào)焦圈9的大小與 安裝法蘭8尺寸相同，探測(cè)器電路板5的尺寸可以比安裝法蘭8稍大，探測(cè)器電路板5和調(diào) 焦圈9 一同通過螺釘固定在安裝法蘭8上，其位置關(guān)系要保證鏡頭1的焦平面與探測(cè)器電 路板5的光敏面重合。調(diào)焦圈9的初始厚度應(yīng)保證其探測(cè)器電路板5的光敏面正離焦(即 當(dāng)調(diào)焦圈9安裝上以后光敏面位于鏡頭1之后)，當(dāng)不重合時(shí)可以修磨調(diào)焦圈9以實(shí)現(xiàn)其重合。本發(fā)明所述的鏡頭1采用了同期申請(qǐng)專利《一種恒星敏感器成像結(jié)構(gòu)》所述的光 學(xué)系統(tǒng)，采用了一個(gè)二次非球面實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。包括兩個(gè)主鏡，校正鏡組和光欄，兩個(gè)主 鏡分別位于次鏡左右兩側(cè)，次鏡的左端安裝像差校正鏡，校正鏡組的右側(cè)安裝有焦平面探 測(cè)器，采用的像差校正鏡有兩個(gè)光學(xué)面，其中一個(gè)為球面，另外一個(gè)為二次非球面，校正鏡 組為2 5片同種材料的球面透鏡組成的球面透鏡組。上述的說明，僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，非為限定本發(fā)明的實(shí)施例；凡熟悉該項(xiàng)技 藝的人士，其所依本發(fā)明的特征范疇，所作出的其它等效變化或修飾，如尺寸大小、材料選 擇、或形狀變化、功能組件的類型和數(shù)量的增減等，皆應(yīng)涵蓋在以下本實(shí)發(fā)明所申請(qǐng)專利范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種星敏感器，包括由鏡頭(1)和電路盒(3)，所述電路盒C3)里的電路設(shè)有探測(cè)器 電路板(5)，其特征在于在鏡頭(1)和電路盒C3)之間設(shè)有承力板O)，所述承力板(2)上 開有圓孔；鏡頭(1)尾部設(shè)有焦平面結(jié)構(gòu)(6)，探測(cè)器電路板(5)與鏡頭(1)尾部的焦平面 結(jié)構(gòu)(6)相連，探測(cè)電路板(5)穿過承力板(2)上的圓孔安裝在電路盒(3)中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種星敏感器，其特征在于所述鏡頭(1)通過圓形法蘭(4)安 裝在承力板O)的一側(cè)，所述的電路盒C3)通過法蘭安裝在承力板( 另一側(cè)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種星敏感器，其特征在于所述鏡頭(1)的焦平面結(jié)構(gòu) (6)包括設(shè)在鏡頭⑴尾部上的安裝框(7)和調(diào)焦圈(9)，探測(cè)電路板(5)通過安裝框(7) 與鏡頭⑴連接，調(diào)焦圈(9)設(shè)在安裝框(7)與探測(cè)電路板(5)之間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種星敏感器，其特征在于所述承力板(1)周邊四角上 開有安裝孔。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種星敏感器，其特征在于所述的鏡頭(1)中的光學(xué)系 統(tǒng)采用帶有一個(gè)光學(xué)面為2次非球面的像差校正鏡。
全文摘要
本發(fā)明屬于深空導(dǎo)航敏感器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體公開了一種星敏感器，通過在鏡頭和電路盒之間涉及承力板，將探測(cè)電路板與鏡頭尾部連接，并穿過承力板固定在電路盒中，這樣的結(jié)構(gòu)能夠起到保護(hù)鏡頭的作用；同時(shí)由于承力板開孔結(jié)構(gòu)保證了其具有較小的重量；將探測(cè)器組件直接安裝在鏡頭焦平面結(jié)構(gòu)上，可以保證對(duì)焦精度不受承力板和電路盒變形的影響，保證了敏感器精度水平。
文檔編號(hào)G02B13/18GK102116627SQ20091021698
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者余建軍, 王大軼, 王立, 郝云彩 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所