空间光学系统无热化设计

在空间光学系统无热化设计时,需要考虑机械结构的热性能对系统热稳定性的贡献,满足系统总光焦度和消热差、消色差要求,解出各光学组元的光焦度,再在保持光焦度不变条件下进行像差平衡。本文以成像光谱仪为例,对反射系统进行了热分析,对折射系统介绍了无热化设计的原理和方法,并给出了设计结果。     

空间相机离轴三反红外光学系统设计

针对空间光学系统长焦距、大视场、小型化、轻量化、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势,通过对非球面反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,在共轴三反射式光学系统的基础上,提出了一种离轴三反射式红外光学系统的设计方法.利用ZEMAX求解并优化,设计一个焦距f=1000 mm,视场角为4°,D/f=1/4的反射式离轴光学系统.使该系统在50 lp/mm空间频率处传函达到0.3以上,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在10μm以内,满足空间照相机的需要.该系统克服了共轴三反存在中心遮挡的问题,提高了系统的像质.     

小型高分辨率空间相机光学系统低误差敏感度设计

系统性地采取严格控制光学元件加工装配精度、采用大质量高稳定性光机结构、运用精密热控等方法,是以往保证空间相机光学系统高性能成像质量的常规方法,但同时该策略的实施也给相机研制带来了较高的经济与资源代价。面对高性能空间光学相机低成本化的发展趋势,降低光学系统误差敏感度,在保证成像性能的同时降低实现成本,是需要面对与解决的课题。以某小型空间相机研制为背景,应用光学系统低误差敏感度设计方法（降敏设计方法）,对相机焦距500 mm、相对孔径1∶5、视场角2ω=4°的同轴两镜折反射式光学系统进行了降敏设计。结果表明,基于降敏设计方法获得的光学系统不仅像差校正理论结果表现优异,调制传递函数接近衍射极限,同时,仿真显示其在误差干扰下光学系统鲁棒性好,为相机的快速低成本制造提供了保证。光学系统降敏设计方法对高性能小型空间载荷的设计与低成本快速研制具有重要的应用价值。     

空间相机共轴三反红外光学系统设计

针对空间光学系统长焦距、大视场、轻质量、小外形尺寸、大相对孔径、高成像质量的特点和发展趋势,利用ZE-MAX求解并优化空间相机共轴三反光学系统的结构参数,设计出了焦距为5 000mm,F数为10的共轴三反射光学系统.设计结果表明:该系统视场角达8°,空间频率为50 lp/mm,调制传递函数值均大于0.4,接近衍射极限,...     

立方星平台相机光学系统设计

立方星具有发射成本低、周期短、尺寸小和功率小等优点,非常适合某些创新技术率先验证、星载一体化或者以分布式空间网络的方式提供遥感与通讯等服务,例如星座和编队飞行等.鉴于此,设计一个适用于3U立方星平台的相机光学系统.首先通过对不同光学系统结构进行对比分析,确定系统采用同轴折反式结构,该系统的焦距为460 mm,视场角为4...     

空间外差光谱仪成像光学系统设计

为满足高光谱傅里叶变换光谱仪对高光谱分辨率、小畸变、像面光谱辐照度均匀、高信噪比以及仪器轻量化小型化的要求,设计了空间外差光谱仪成像光学系统。基于傅里叶变换的空间外差光谱仪空间干涉的特点和对成像系统缩放比、畸变等要求,依据干涉图调制度分析了最恶劣面形改变条件下对干涉仪元件面形误差的要求,并采用前后镜组匹配实现了双远心成像系统的设计。设计结果表明:该光学结构可避免调焦产生的成像系统缩放比改变,有效视场内畸变量约0.1%,传递函数在38.5 lp/mm处物面所有点全视场范围逸0.60。依据仪器视场角对滤光片安装位置和精度提出要求,并对成像系统进行杂散光和照度均匀性分析提出有效抑制杂散光的措施和方法。系统设计满足了空间外差光谱仪对成像的要求,实现了照度均匀、低畸变、离焦情况下缩放比保持不变等。     

一种紧凑型红外光学系统设计

介绍了制冷型红外成像光学系统设计初始结构的选择方法,采用折反射光学系统结构,设计了一种紧凑型红外光学系统,实现总长/焦距比为0.59,在-40～60℃温度范围内,具有良好的消热差作用,成像质量接近衍射限,具有结构紧凑、体积小等优点,可满足红外成像导引头的使用要求。：     

长焦距航空相机光学系统设计

航空相机是装载在飞机上用以拍摄地表景物来获取地面目标的光学仪器。为满足远距离摄影的要求,需要物镜有较长的焦距,以使远处的物体在像面上有较大的像。因此,设计了长焦距航空相机。设计焦距为550 mm,F数为6,视场2ω=9°的长焦距航空相机光学系统。在对长焦距航空相机的物镜进行设计时,首先,选取双高斯物镜作为初始结构。为了提高系统的像质,可使用ZEMAX对系统进行优化。对优化后的系统进行标准化及公差分析,最后得到符合要求的光学系统。该系统在每毫米80对线空间频率下,MTF大于0.15,具有良好的像质。     

便携式免散瞳眼底相机光学系统设计

设计了一种便携式免散瞳眼底相机光学系统,达到了全视场300万像素的高清眼底成像。在考虑人眼生理特征和光学特性的基础上,引入Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟被测屈光度正常的人眼,用Schematic眼模型来检验屈光度异常人眼对成像光路的影响。在成像系统中,首先采用接目物镜会聚从人眼视网膜反射出瞳孔的光线,然后再由成像物镜将视网膜的像成像到CCD上。在照明系统中,为避免角膜中心区域产生杂散光,采用环形光阑和共轴照明相结合的照明方式给眼底照明。仿真结果表明:该系统视场角为30,成像分辨率高于120 lp/mm,场曲值小于0.12 mm,畸变仅为-1.2%,全视场色差值均在艾里斑之内,且该光学系统具有较大的调焦能力,对-10 D~+10 D的人眼普遍适用。所用的光学元件均为普通的球面玻璃,便于加工制造且能有效降低实际的制作成本。     

一种收发隔离光学系统的设计

为了实现高隔离度的收发隔离,采用一种偏振收发隔离光学系统,利用琼斯矩阵进行了理论分析,验证了偏振隔离在收发同轴光学系统中的可行性。采取空间隔离来抑制回波进入接收系统,研究了模拟系统中偏振分束镜前表面楔角大小对收发隔离度的影响。结果表明,在达到一定楔角时,可取得100dB收发隔离度。这一结果对收发同轴光学系统的设计具有一定指导意义。     

空间光学遥感器的光学元件组件的频率设计

空间光学遥感器的光学元件的光学参数通常是根据设计经验来选定的.建立了空间光学遥感器的全阻尼动态分析模型,得到了光学元件动态响应的表达式.从工程的实际条件出发,当阻尼比为0.03、质量比为0.2时,通过MATLAB编程对光学元件的动态响应进行了数值分析.结果表明,为了尽可能地降低光学元件的动态响应,应该选择合理的动态频率,而不是一味地提高光学元件组件的动态频率.     

像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计

提出了一种新型的像方扫描机制的红外成像制导光学系统设计构型。该扫描系统体积小、结构简单,具有大视场搜索和小视场分辨的特点。设计了一个红外光学系统实例,工作波段为3.7~4.8 μm,焦距为80 mm,扫描视场为±15°,瞬时视场为5°。系统全视场MTF在17 lp/mm处均大于0.5,点斑均方根直径小于30 μm,满足光学系统的成像要求。     

空间链路模拟器的连续变焦光学设计

为实现对激光通信系统终端的实验室性能检测,需在实验室中采用光学方法模拟空间不同距离的激光传输。根据前置傅里叶变换镜的参数,提取了链路衰减系统的初级设计指标,并根据指标要求巧妙利用了光学放大、变焦系统级联的思想,实现可变距离的空间链路过程模拟;利用ZEMAX光学软件设计了单级3~10倍连续变焦的模拟系统,给出了单级放大率和变焦系统之间的曲线。单级系统总长309 mm,结构紧凑,全视场波像差优于0.05λ,光线能量集中。通过理论分析,四级级联可实现等效为103~105km的传输距离,从而满足大多数激光通信终端的检测要求。     

航空多角度偏振成像仪及其光学系统设计

航空多角度偏振成像仪采用面阵CCD探测器进行画幅式成像,分时获取三个偏振方向图像的工作方式,并最终解析出偏振信息.光学系统设计充分考虑了该系统的特点,设计出了全视场80°的像方远心超低畸变的镜头,满足了航空多角度偏振成像仪的系统要求.     

空间相机空间环境专项试验设计

为了确保空间相机在整个生存周期可靠地工作,根据空间环境的特点及空间相机的特性,提出了仿真空间相机空间环境的专项试验设计方案.方案包括光学性能验证试验,MTF性能测试,热真空环境下的温度调焦系数专项试验,考察碳纤维复合材料稳定性的结构性能验证试验,验证电子元器件是否满足相机功能和性能要求的电子学性能专项试验,验证活动机构...     

自由空间光通信折射式接收光天线的设计研究

基于自由空间光通信折射式接收光天线的特殊性,提出与设计成像物镜不同的设计理念,重点探讨了用逐 步修改法设计光天线时对初始结构的优选以及像质评价标准的新见解。     

一种自由空间光通信光路的设计与分析

提出了一种用于自由空间光通信的光学系统的设计方法,在这种设计方法中通过卡塞格伦天线实现对激光束的准直,通过偏振分光镜和γ/2波片的巧妙使用来减少杂散光和反射光对信号光的干扰,通过对光学系统的自动跟踪控制消除了通信终端的失准问题。分析和实验表明,基于该光学系统的通信终端激光发散角达到0.4 mrad,对准误差小于6μrad,可实现2 km的自由空间光通信。     

某空间可见光相机的机身桁架结构设计

作为空间可见光相机的主要承载结构,机身桁架结构对于保证机身的力学性能至关重要。为了保证空间相机机身的结构刚度和稳定性,针对机身桁架结构设计进行了研究。研究了桁架的基本结构,分析了支杆力学性能的影响因素,探讨了支杆长度和角度对该机身桁架力学性能的影响。分析了支杆数量、支撑位置和分布形式对机身力学性能的影响,并分析了"△"型和"X"型桁架结构的特点。通过选择合理的支杆数量和分布形式,保证了机身桁架的力学性能。然后在设计分析的基础上进行了力学试验,验证了机身的力学性能。试验结果表明,该桁架结构的设计能够获得较好的力学性能,满足机身结构的设计要求。