一个新的泛卡塞格林望远镜系统

将卡塞格林系统的主镜及次镜都取球面,在焦面前加2片以上改正透镜,而将作为密封窗的平行平板的一面加4次方项,可以设计出具有相当大视场,像质优良的新光学系统。平板上的4次方非球面是凹面性质,它的制造,在周边铰支而外加均布载荷时可以加工为球面,释放均布载荷后该面即弹回成所要的4次非球面。所以,此系统从光学工艺角度看只有球面和平面。文中设计了4个不同相对口径系统:F/3,F/5,F/8,F/10。口径和视场相同:φ=300mm,2ω=1°,像质都接近或达到衍射极限。     

大视场快焦比施密特系统在星载光谱仪中的应用

根据大视场和快焦比空间遥感高光谱成像仪的研究目标,采用折叠三反施密特望远镜和自由曲面Offner凸面光栅光谱仪结构,设计了一个视场为5°,焦比为2,工作谱段在400～1 000nm,光谱分辨率为5nm的星载高光谱成像仪光学系统。推导了非对称非球面施密特主镜的理论计算方法,介绍了镜面的制造方法。利用Zemax光学设计软件进行了光线追迹和优化设计,结果显示光谱畸变0.88%,光谱弯曲1/3探测器像元,所有谱段的光学传递函数均大于0.8,满足星载高光谱成像仪的技术要求。施密特系统结构简单,仅含有一个非球面,在大视场工作时具有像质优良和畸变小的特点,且中心遮拦比小、体积紧凑,适合未来大视场快焦比的大口径星载遥感应用。     

大口径非球面系统的共基准加工与检验

针对大口径离轴非球面系统加工与装调的难点,提出了非球面光学系统共基准加工与检测的方法,对该方法的基本原理和实现过程进行了分析和研究。当光学系统的主镜和第三镜面形的RMS值优于λ/10(λ=632.8nm)时,对主镜和第三镜进行共基准装调和测试,并进行背板一体化装嵌,然后利用离子束对其进行一体化共基准加工。结合工程实例,对一大口径非球面系统口径为724mm×247mm的非球面主镜和口径为632mm×205mm的第三镜进行了共基准加工与检测,最终利用离子束共基准一体化精抛光得到主镜和第三镜面形的RMS值分别为0.019λ和0.017λ,满足光学成像。     

基于中红外波段的烷烃浓度遥测光学系统

为了实现对烷烃气体浓度的大范围灵活检测,提出一种基于卡塞格林系统的中红外遥测遥感的方法。对该光学系统的发射模块、接收模块和探测模块进行整体设计研究,基于卡塞格林系统结合3 464 nm的中红外光源完成对烷烃浓度遥测遥感光学系统的设计。该光学系统需要实现对25～100 m大范围内目标的测量,设计了25 cm口径的光学遥测系统。针对卡塞格林系统存在光信号丢失的问题,采用透射式非球面准直结构,可以实现对不同距离目标的调焦;针对口径过大引起的视差问题,采用发射接收同轴的方式来消除较大的视差。实验结果表明,本系统能够对25～100 m的目标进行测量。主镜和次镜镀有中红外增强金膜,使系统的稳定性得到了显著提升。经过测试,系统的总体发射效率为86%,接收效率为75.8%。烷烃遥测遥感系统能够在大范围远距离上遥测气体浓度,使用方便、测量迅速,测量人员面对的风险低,能够保证整体光学系统的稳定性及作业检测的安全性。     

关于大望远镜卡焦R-C系统视场改正镜设计的研究

研究了大望远镜卡焦R-C系统视场改正透镜的设计.以2米级口径的望远镜为例,卡氏焦点的焦比为F/9,采用F/3、F/2.5、F/2及F/1.5四种主镜焦比,得到各自的优化结果.其最大像斑尺寸分别为0″.290,0″.418,0″.934及1″.784.研究结果表明,卡焦R-C系统视场改正镜设计的难度取决于主镜的焦比,主镜焦比在F/3左右是很容易设计好的,而若小于F/2.5,则设计难度增加很快.     

空间大口径望远镜可展开镜片系统的概念设计

简要介绍下一代空间望远镜的可展开镜片系统的概念设计及其进展，以直径为2米的卡塞格林型望远镜为目标，对其主反射镜和次镜的可折叠、展开原理机构进行了初步分析，给出了利用点扩散函数来进行主镜剖分方式及其子镜形状选择的方法，从经典机构的角度，分别对主镜剖分后的子镜和次镜的展开、定位和锁紧等运动及其结构进行了分析和选择，给出了一种可展开空间望远镜的概念设计方案；最后，提出了需要进一步研究的关键问题。     

大口径碳化硅材料凸非球面反射镜的检验

为了实现某大口径碳化硅材料凸非球面反射镜检验,研究了无像差点法以及补偿检验法方案.经过比较优选,确定选用补偿检验方案并专门设计了高精度大口径非球面补偿器,设计精度为PV:0.008 2λ,RMS:0.002 9λ(λ=632.8nm).采用会聚光束,使用大口径数字干涉仪进行凸非球面正面检测,最终检测结果为0.022λ(RMS).所述补偿器的设计方法和要求具有普遍性,设计结果也可用于同类型大口径凸非球面检验用补偿器的设计.采用该方法提高了凸非球面检测精度,并且在凸非球面镜的材料选择、结构设计、支撑方式等方面提供了更多的优化空间,为新型光学材料在凸非球面反射镜的应用奠定了基础.     

宽覆盖、离轴空间相机光学系统的设计

当前空间相机的光学系统的要求是 :在多光谱范围内,系统要有高分辨率、大视场、小体积、质量轻且像面为平像场,TMA(Threemirroranastigmat)可以满足上述要求。为此给出了这方面的设计,所研究的TMA系统三个反射面都是二次曲面,将主镜和第三镜离轴放置,避免中心遮拦的影响,系统的视场可达到 5°× 0.2°,焦距为 6m,像质接近衍射极限。     

弯月镜结构补偿镜的折反型望远系统

目的：本文介绍的新型折反型望远结构相对于经典折反型望远镜在光学元件的材料,加工,装校,要求能实现易于加工,装校,但光学性能要求达到卓越级别。方法：本文提出了一种基于弯月镜结构补偿镜的球面折反型望远系统,提出的新结构将传统折反中的非球面球面化,完全去除了前置的大口径补偿镜,代以基于弯月镜结构的补偿镜,其位于主镜与次镜之间,构成了双通光路,相当于起到了两片透镜的作用.其直径仅是有效入瞳的1/3,因此其重量尺寸的相对前置大口径的R-C望远镜将非常的轻巧,支撑结构也变得简单易行,因此这样系统容易制造了。结果：此新型相机镜头的光学性能如下：其全视场为2°。相对孔径可以作到 F#7,遮拦比0.33,MTF衍射极限是0.40@70pl/mm,波长范围可以作到400nm-1100nm.设计,加工和装校后总的MTF>0.35@70pl。结论：新型光学系统使光学元件制造容易,装校的公差也比传统的R-C结构宽松2倍,。由于没有前置校正镜以至于机械结构更简单。所有的这些努力,终于使折反型望远镜能够容易制造,和普及。 关键字：弯月镜结构补偿镜;折反望远镜;球面主反射镜;球面次反射镜;无前置补偿镜。     

离轴回转对称棱镜式头戴显示器目镜的研制

针对大曲率自由曲面棱镜在加工中存在表面粗糙度差的问题,本文采用离轴非球面面型研制了棱镜式虚拟显示目镜.目镜的3个光学表面都采用了回转对称的非球面面型,其加工精度比自由曲面高且加工难度大大降低.通过控制棱镜各表面的曲率、倾斜角度来实现短焦距和大视场并通过优化高次非球面系数校正像差.实验结果显示:研制的目镜其光瞳大小为6 mm,视场大小为55°;在30 lp/mm处,轴上视场的调制传递函数(MTF)值高于0.2,轴外视场的MTF值高于0.1,目镜的最大畸变量为-5.37％.棱镜的检测和试验结果表明:与自由曲面棱镜相比,采用非球面面型能够显著降低棱镜表面的粗糙度,避免图像重影现象,成像更为清晰,虚拟成像的目视效果得到了明显改善.