宽谱段、动态局部高分辨离轴主动反射变焦系统

为了实现无遮拦、宽谱段、动态的局部高分辨成像,设计了一种局部高分辨率的离轴主动反射变焦系统。该系统将离轴主动反射式变焦理论和局部动态高分辨率成像理论相结合,实现了宽谱段范围内不同焦距处的动态局部高分辨成像。采用曲率半径可变的变形镜实现变焦,避免了传统机械变焦中复杂的机械运动控制,减轻了系统体积和重量并有效地保证了系统的宽谱段和大视场;通过对变形镜面形的控制,在不同焦距处实现了全视场内任意感兴趣区域的局部高分辨成像,降低了数据传输量;而采用无色差的反射式系统则克服了传统透射式及折反射式系统只能实现单色局部高分辨成像的缺点。经过优化设计,系统在可见光范围内成像,焦距f′为75 mm（视场角FOV为x：0°~0.5°,y：3°~10°）~150mm（FOV为x：0°~0.5°,y：1.7°~5°）,F/#为7~14。理论和仿真分析表明,系统在各焦距处感兴趣区域内的成像质量均可达到衍射极限,实现了全视场内任意区域动态局部高分辨的成像效果。

反射变焦系统的计算机辅助装调

计算机辅助装调(CAA)是提升高精度、复杂离轴光学系统成像质量的一个行之有效的手段,特别是对空间光学系统的在轨调整显得尤其重要。介绍了一种针对离轴反射变焦系统进行计算机辅助装调的方法。由于变焦系统具有多重结构,所以需要计算系统在不同位置的灵敏度矩阵。因而,变焦系统的计算机辅助装调实际上是由一系列独立的对应着不同位置的辅助装调组成的。对各重结构进行装调的过程包括灵敏度矩阵的计算、实际系统和理想系统像差差值的计算,以及失调量的计算等。针对反射变焦系统,建立了新的计算机辅助装调数学模型。为了更进一步地说明问题,进行了数值实验,并通过对比装调前后系统的成像质量,验证了该方法的可行性。

新型离轴反射式变焦光学系统设计

介绍了一种基于初级像差理论和矢量像差理论的机械补偿式新型离轴三反变焦系统的设计。提出了反射变焦系统初始结构的确定方法,对初级像差方程进行了约束优化,得到了满足要求的部分共轴初始结构参数。指出了利用矢量像差理论进行离轴反射变焦系统设计的必要性,提出了弥补共轴系统不足的离轴反射变焦光学系统的设计方法,分析了相应的去除遮拦、矫正像差的设计理论,并结合具体的设计指标,采用CODEV光学设计软件,设计出符合系统指标要求的离轴三反变焦光学系统,并对其进行了像质评价。结果表明,成像质量良好,满足总技术指标的要求。

基于太赫兹波段的三反变焦系统设计

太赫兹波段是指频率从0.1~10 THz,处于微波与红外波段之间。因其具有较强的穿透性、高效抑制背景噪声、良好的时间和空间相干性等特性,故在空间探测应用领域具有很大的潜力。相对透射变焦系统而言,反射变焦系统具有长焦距、大孔径、小体积、利于轻量化设计等优点,故在空间遥感探测领域被广泛使用。因此,设计太赫兹反射式变焦光学系统具有重要的意义和广泛的应用前景。以三级像差理论和矢量像差理论为基础,分别设计了太赫兹波段的共轴三反变焦系统与无遮拦三反变焦系统,焦距范围为300~1200 mm,成像波段为18~35μm,采用RTM-T01非制冷型太赫兹探测器。共轴三反变焦系统的视场角为0.3°~1.2°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.2;无遮拦三反变焦系统的视场角为2°×2°~0.5°×0.5°,系统在10 lp/mm处的MTF≥0.3。通过对两种设计结果的比较,可知由于共轴系统反射变焦系统存在遮拦,对增大视场具有局限性,因此,无遮拦反射变焦系统对于空间大视场高分辨探测具有重要应用价值。