离轴非球面三反射镜光学系统装调中计算机优化方法的研究

针对离轴非球面三反射镜光学系统 ,采用多视场自准干涉检验 ,得到表征系统失调的一系列像差值 ,将之作为校正对象 ,利用最小二乘优化算法来确定系统的失调量。当失调状态被确定后 ,在理论上证明了通过单步校正达到理想装调要求是可行的。

离轴三反射镜光学系统研究

离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点。以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法。主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量。比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况。最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限。

致冷型二次成像离轴三反射镜光学系统设计

研究并设计了一种适合于致冷成像的离轴三反射镜光学系统.设计了二次成像的反射系统结构,将冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率,第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,有效地减小了第一反射镜的口径.通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用高次非球面校正像差,保证了系统的成像质量.设计的致冷型红外系统工作波段为3~5μm,焦距为500mm,F数为2,视场为10°×0.5°.该系统各视场的调制传递函数在奈奎斯特频率处（20lp/mm）都在0.5以上,并具有紧凑的结构.

一种新型离轴三反式光学系统的设计

在三反射镜光学系统的几何光学理论的基础上,设计了一个焦距f=1000mm,相对孔径D/f=1/4,视场角2w=3°的离轴非球面三镜反射系统,讨论了优化方法和各参量对系统结构和像差的影响·

Zemax软件在离轴三反射镜系统计算机辅助装调中的应用

利用Zemax光学设计软件与自编计算机辅助装调软件,实现了对大口径、长焦距、无中心遮拦离轴三反射镜光学系统的装调。通过Zemax软件模拟光学系统的失调模式,得到整个光学系统的波前像差,把波前像差代入到自编的复杂光学系统计算机辅助装调软件中,计算出光学系统的失调量,与引入的失调量对比,证明了其正确性。在实际的装调过程中,用小型球面干涉仪分别收集3个视场的干涉图,得到失调光学系统的失调量,用Zemax软件验证失调量数据的正确性,从而指导装调。按此方法,在波长λ=632.8nm时,得到离轴三反射镜光学系统的全视场波像差RMS值为0.108λ。该方法也可以运用到其他光学系统中。

用于多光谱遥感器的离轴三反射镜光学系统的设计与检验

未来的航空侦察系统要求其光学系统在宽视场范围内具有高空间分辨率。该遥感器飞行高度为10km,在6°视场内需要分辨10cm的地面目标,光谱覆盖范围为0.4μm～10.0μm,包括可见光、近红外(NIR)、中红外(MWIR)和远红外(LWIR)。本文介绍了满足这些要求的离轴三反射镜光学系统的设计和相关的试验结果。三反射镜消像散系统包括两个非球面凹反射镜和一个球面凸反射镜,并实现了远心平像场设计。

离轴三反射镜系统研究

介绍了离轴三反射系统的两种基本离轴形式，一种是光闹离轴的有中间象面的系统，另一种是视场离轴的没有中间象面的类似于库克三片镜的系统。分析讨论了两种系统的优缺点．

西安光机所离轴非球面光学系统取得突破

据www．opt．ac．cn网站报道，近日由中科院西安光机所空间室承担的某离轴三反相机桌面样机顺利通过模拟实验，其中采用的光学非球面为该所先进光学加工与检测中心研制。该项工作从非球面光学系统设计、光学冷加工到光学系统的计算机辅助装调技术都由该所独立完成，实现了该所离轴非球面光学系统制造的完整链条。

自由曲面在制冷型离轴三反光学系统的应用

研究了制冷型红外离轴三反光学系统成像原理和优化设计方法。给出了一个应用自由曲面的制冷型离轴三反射镜光学系统的设计。系统采用两个自由曲面反射镜和一个偶次非球面反射镜组成二次成像的结构形式,将制冷型红外探测器的冷光阑作为系统的孔径光阑,得到100%的冷光阑效率。第二和第三反射镜将孔径光阑成像在第一反射镜的位置,显著减小第一反射镜的口径。通过调整每个反射镜的偏心与倾斜,实现系统的无遮拦,使用自由曲面增大视场、校正像差、保证系统的成像质量。该系统的工作波段为3~5μm,焦距为450 mm,F数为2,视场为3.662°×2.931°,各视场的调制传递函数在环境温度为-40~60℃的范围内均高于0.5,实现系统的无热化,并且结构紧凑。

大视场、大口径双波段红外非制冷光学系统

军事和安全应用都需要利用红外探测技术来进行目标跟踪和搜索．由于红外或热成像系统探测的目标辐射能量低，因此需要光学系统具有强的集光能力；另外，用凝视方式可以获取大场景红外图像以去除传统的机械扫描装置，这要求红外光学系统：具有足够大的视场．该工作研究的光学系统视场大于60×3．5度，F数F／1-F／2．5．采用了离轴三反射镜光学系统，系统结构简单，成像质量达到衍射极限．

成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计

高分辨率成像光谱仪要求光学系统在宽视场和宽波段范围内具有高的空间分辨率和光谱分辨率。根据同轴三反光学系统初级像差理论计算初始结构,并分别将孔径光阑置于主镜、次镜和三镜焦点,通过光阑和视场离轴,设计了无中心遮拦的离轴反射式光学系统。其光谱范围为1.0～2.5μm,焦距f′=1 600 mm,相对孔径为1/5,视场角为6.86°×1.48°,满足成像光谱仪宽视场、大相对孔径离轴三反消象散光学系统的设计指标。

离轴反射式光学系统设计

提出通过光瞳和视场离轴,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上,将光瞳和视场适当离轴,实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况,导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质,进一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构,利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm,视场(±0.3°)×(±0.6°),焦距1800mm。

宽波段DMD动态红外景象仿真器投影光学系统设计

宽波段红外景象仿真器可用于内场评价和验证中波/长波红外双波段成像仪。详细介绍了基于数字微镜器件(DMD)的动态红外景象仿真器的组成和工作原理。重点介绍了覆盖中波和长波红外的宽波段红外投影光学系统的指标要求、设计思想和设计结果。基于离轴三反射镜系统设计的系统,具有无色差、适用波段宽、相对孔径大、结构较紧凑、成像质量好等优点。根据待测设备要求,设计了一款口径100、相对孔径F/2.84、全面视场角4.4°、成像质量接近于衍射极限的宽波段投影光学系统。

长焦距、大视场空间观测相机光学系统设计

为了解决空间相机高分辨率与大视场的难题,在共轴三反的基础上,通过对以往离轴三反系统改进设计,提出了一种长焦距、大视场、大相对孔径无中心遮拦的离轴三反系统设计方法,并利用ZEMAX软件设计了一种焦距为1200 mm,视场角11°×3°,相对孔径F/4,工作谱段在0.4～2.5μm的光学系统,该系统在全视场空间频率50 lp/mm处,MTF均值大于0.42,接近衍射极限,弥散斑直径RMS值小于10μm,表明其具有良好的成像质量。

大相对口径大线视场光学系统的设计

文章论述了用于红外远距离探测的光学应是全反射式的大相对口径、大视场的离轴非球面系统。给出了一个通光口径为60 0mm ,相对口径 1∶1 67,线视场为± 5°的设计结果。

宽光谱高分辨离轴三反光学系统设计

为了解决空间对地遥感光学系统探测波段窄、分辨率低等问题,设计了一款非球面离轴三反光学系统。对计算得到的同轴三反结构进行了视场离轴处理,优化了像差,分析及评价了离轴三反系统的成像质量。设计得到的光学系统分辨率在可见光及短、中波红外波段都得到了提升,分别能够达到2 m、3.3 m以及10 m的地元分辨率,系统三个反射镜面型均为偶次非球面,焦距600 mm,相对孔径1/4.3,视场角8°×4°,最大畸变0.4%。各波段在奈奎斯特频率处的MTF值均高于0.2,且RMS半径满足小于探测器最小像元尺寸的成像要求。实现了高分辨率、宽波段的设计目标所要求的各项指标,从而提升了系统全时间段、全天候的信息获取能力。

光学系统、成像与分析

TH703 2002042434台式快速成型装置的光学系统研究与开发=Opticalsystem of a desktop rapid prototyping and manu-facturing system[刊,中]/杨继全,侯丽雅,章维一(南京理工大学制造工程学院.江苏,南京(210094))∥光学精密工程.—2001,9(2).

基于有限元法的离轴TMA结构选型分析

运用CAD软件Pro/E建立了采用离轴非球面三反射镜光学系统空间遥感器的几何模型,并在此基础上建立了有限元模型。分析了4种结构构型方案的综合特性,包括自重变形分析、模态分析和热特性分析。通过对比4种方案的计算结果,说明其中两种结构设计在方案设计阶段具有一定的优势。

一种改进的易于加工、装调的离轴三反光学系统设计

为了降低离轴三反光学系统加工和装调难度,提出了一种无遮拦的两反射镜三反射光学系统。将传统的离轴三反射光学系统中的主镜和三镜改进为一块非球面反射镜,即用一块镜面实现两镜的设计,这既能够降低光学加工的复杂度,同时也减少了装调的难度。根据三反射系统像差设计理论,推导出同轴两反射镜三反射系统的初始结构参数计算公式,得出了适用于该系统的求解方程组。设计了焦距1000 mm,F数为10,全视场2°×0.4°,无中心遮拦的离轴两镜三反射系统,两反射镜面型均为二次曲面。从调制传递函数、点列图、衍射能量分布图可以看出,系统成像质量好,能量比较集中。整体系统体积小、结构简单,重量轻。