新型三反射光学系统设计

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱CCD的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000mm、F数为12、成像谱段位于450～900nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5%,在50lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.

偏视场用三反射系统的一次杂光问题研究

介绍了传统的二反射系统的杂光设计方法 ,研究了偏视场用三反射系统的杂光域与光阑位置的关系 ;指出了在线遮栏比较小 (如 1/ 4 )和半视场角比较大 (如 0 .77°)的情况下 ,设计时可不考虑用外遮光罩消一次杂光 ;给出了在不使用外遮光罩消一次杂光的情况下 ,决定主镜上内遮光筒和次镜上内遮光罩的长度的方法 ,此时系统线遮栏比为 1/ 2 .6 ;由于飞行方向与垂直方向视角不同 ,主镜上遮光筒和次镜上遮光罩的形状可以设计成非轴对称形状 ,并可使系统线遮栏比降为 1/3.3;在此基础上提出了进一步减少系统遮栏比的方法 ,使线遮栏比降为 1/ 3.

新型离轴三反射光学系统设计

对比反射系统中双反射系统和三反射系统各自的优缺点,提出一种新型的无遮拦两镜三反射光学系统。与现在常用的离轴三反射光学系统相比,该系统最大的优势是只用了两片非球面反射镜,减小了加工成本,降低了加工难度。分析了该种系统的具体设计步骤,设计了一个焦距为500mm、视场为1×0.1°、相对口径为F/5、系统筒长为125mm的光学系统,像元尺寸选取10。由系统MTF曲线和点列图可以看出,成像质量接近衍射极限,可以为目前航天相机光学系统设计提供参考。

宽视场长焦距离轴三反射镜光学系统的设计

分析了离轴三反射镜系统成像特性.根据共轴三反射镜光学系统像差理论,确定结构参数的基本计算公式.设计了长焦宽视场的离轴三反射镜光学系统,分析了系统结构参量对像差的影响.结果表明,该系统视角较大,地面复益范围较宽,成像质量接近衍射极限.

折轴三反射光学系统的计算机辅助装调技术研究

给出计算机辅助装调中失调量与像差关系的数学模型,利用Zemax对折轴三反射光学系统进行失调仿真,得到失调数据,再对数据进行分析和处理,求得次镜和三镜的灵敏度矩阵,还对各种初级像差与各装调参量之间的对应关系及该系统的失调特性进行讨论。根据以上分析结果,最终确定了共轴三反射光学系统的装调方案。为了验证方案的可行性,在Zemax中对共轴三反射光学系统人为地加入不同的失调量后,按照确定的装调方案,利用建立的计算机辅助装调数学模型计算出失调量的大小和方向,再根据计算结果对共轴三反射光学系统进行调整,仿真结果和实际装调结果都证明该方案是可行的。

一种新型的两镜三反射光学系统设计

结合反射系统中双反射和三反射各自的优缺点,提出一种特殊的两镜三反光学系统,给出其初始结构的确定方法。对其结构优化过程中,在系统次镜后加平面反射镜,将系统进行折轴处理,然后在折轴反射镜后加透镜来校正剩余像差。该系统初始结构中两反射镜组成的是一个无焦系统,在主镜发生2次反射后成像。分析该初始系统的缺陷,对补偿该缺陷并使其成像质量达到衍射极限的后续补偿系统进行了设计。应用该方法设计了焦距f=5000mm,F数均为5,全视场角分别为0.4°和1°的2个系统,从像质评价结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限,具有长焦距、小尺寸等特点。

一种离轴使用的同轴三反射系统的设计和装调

本文设计了一种视场角为3°的离轴使用的同轴三反射系统,并从理论上分析了焦平面如何离焦补偿像差、反射镜倾斜和偏心之间的补偿关系。通过采取离焦、折镜的平动或转动、反射镜本身的偏心和倾斜相互补偿的方法,来补偿反射镜的装调误差。事实证明,比普通离轴三反射系统的装调容易实现,精确度高。

离轴三反射望远镜遮光罩设计与杂光分析

分析了离轴三反射望远镜的杂散光特性,给出了遮光罩设计的基本原则并进行了初步的设计.根据系统所要探测到的极限星等,通过计算得到了望远镜光学系统的点源透射比所必需满足的条件;在Tracepro杂光分析软件中建模,在方位角为0°、45°、90°、135°和180°时分别对0.1°～80°之间共15个离轴角度进行了光线追迹,通过计算得到了系统的PST曲线.结果表明,系统PST整体上是下降的且在离轴角30°以后接近指标要求,但在方位角0°和180°时,PST曲线在个别角度有突增的现象,通过光线追迹数据,得到了主要的杂光传输路径,提出了对遮光罩的修改方案并对其进行了修改.最后对改进后的系统重新进行了仿真分析.仿真结果表明,系统的杂光抑制能力达到了指标要求.

双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计

提出了一种双通道共用一个主光学的推帚式高光谱成像仪光学系统,该系统由离轴三反射主光学系统、狭缝、准直镜及分色镜、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成,设计中采用双通道共用离轴三反射主光学系统,不仅满足了成像仪大视场、宽谱段的要求,而且提高了系统的光学效率,使系统结构更加紧凑,双通道光谱仪均采用棱镜-全息透射光栅-棱镜分光组件分光,实现了宽光谱分光,提高了衍射效率,系统实现光谱范围覆盖450～2500nm,全视场达23.9°。

折轴三反射镜成象光学系统结构研究

本文讨论了折轴式三块二次曲面反射镜成象光学系统结构，与非共轴三反射镜结构比较，该三反射镜结构其布置具有装调容易、杂散光影响小等优点．本文介绍了该系统中两个遮拦相匹配应满足的条件，以及改变结构参数和减小中心遮拦提高成象分辨率的简单且有效的方法．

逐级优化制定离轴三反射光学系统加工装调公差

逐级优化法是根据离轴三反射光学系统结构参数的像差灵敏度系数大小来确定主镜、次镜和第三反射镜的加工次序的。其方法是逐级优化确定各光学零件的加工公差,加工完成后测量光学元件结构参数,代入光学设计软件进行优化,进而确定光学系统的装调公差。采用该方法制定三反射系统的加工装调公差时将加工和设计过程有机的结合起来,在满足设计要求的前提下使系统的加工和装调公差得到最大程度地放松。

库克三反射离轴望远镜杂散光分析

定量分析了库克三反射离轴望远镜的杂散光特性,计算和分析了一种典型情况下能很好地表达光学系统杂散光特性的点源透过率曲线,在此基础上,提出了改进库克三反射光学系统杂散光抑制措施。

余三反射循环码盘式A/D变换器的编程法

本文在分析了余三反射循环码盘式 A/D 变换器的特点后,提出了一种编程方法,并给出了程序流程图。对于用小容量计算机特别是单板机或单片机所构成的检测控制系统尤有实用价值。

长焦距离轴三反射式光学系统设计

介绍了一种长焦距离轴三反射式光学系统的设计过程。在同轴三反射式光学系统基础上,将第一面镜设置成光阑,通过对其适当的离轴、倾斜,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计。给出了同轴系统初始结构的求解方程,分析了同轴系统存在的问题。以一个长焦距离轴三反射式光学系统作为设计实例,通过镜面离轴、倾斜和优化,得到了成像质量良好的设计结果。

离轴三反射式光学系统设计

在三反射镜光学系统的几何光学理论基础上,详细讨论了三反射式光学系统的设计方法,从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式,并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系。通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用。设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的光学系统,且能有效抑制杂散光。

离轴三反射系统的热光学分析和温控指标的制定

考虑空间环境中温度是光学系统成像质量的主要影响源,针对离轴三反射光学系统提出了一套由有限元分析到光学分析的热光学分析方法。在有效分析均匀温度场对系统影响的基础上,采用有限元分析得到温差影响下的镜面面形畸变,并用Zernike多项式拟合畸变面形;将Zernike系数代入光学设计软件CODE V,理论分析了温差影响下的光学系统成像质量,提出了光学系统温控指标。以温控指标为依据对光学系统采用主动热控进行热光学试验,所得试验结果均达到56lp/mm下光学系统全视场MTF值>0.2的光学参数要求,实验结果证明了理论分析的准确性和温控指标的合理性。

一种小型离轴三反射系统的光机设计

基于某红外相机的离轴三反射光学系统,设计了小型的三反射系统用于实验,以进一步了解红外相机的光机结构设计中的关键技术。首先进行了光学设计;并在光学的基础上进行了结构设计;并通过加工试验件进行装调实验,验证了设计的合理性,达到了预期的目标。

一种大视场离轴三反射光学系统研究

从共轴三反射系统的基本理论出发,通过偏瞳和偏视场相结合的方式设计了一个圆视场离轴三反射光学系统,全视场为5°,焦距f=5000mm。从像质评价结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限,满足指标要求。在设计中考虑到了实际工程应用中的部分问题,可以为长焦距大视场航天相机系统设计提供参考。

离轴三反射式光学系统的设计

详细讨论了三反射式光学系统的设计方法,从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式,并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系。通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用。设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的Cook-TMA光学系统和有利于杂散光抑制、小F数且实现衍射极限成像的Rug-TMA光学系统。

三反射式柱面光学系统设计及优化

针对传统单片柱透镜和柱面反射镜成像光束不理想以及视场通常小于1°,提出并设计了一种三反射式柱面结构。对柱面光线追迹及单片柱面镜成像进行了深入分析,分别设计了三反射式圆柱面和二次曲线柱面系统,提出了一种基于抛物柱面镜理想线聚焦的新型像差优化方法,使其在子午面方向各视场调制传递函数得到最佳优化,并达到成像光谱仪等在狭缝方向上高空间分辨率要求。其子午面总视场均达到了3°,在45 lp/mm分辨率条件下,边缘视场子午面方向的调制传递函数分别优于0.2和0.6。