高分辨率空间同轴偏视场三反光学系统设计

同轴三反射光学系统具有体积小、装调精度要求低,且成像质量好等优点,因此在高分辨率航天遥感领域有着广泛的应用前景。通过初级像差理论求解了同轴三反光学系统的初始结构参数,设计了焦距25m,F数为12.5的同轴偏视场三反光学系统。设计结果表明,该系统采用矩形视场偏置,杂光少,引入折叠镜后系统总长f′/6.0～f′/6.6,结构紧凑,视场角达0.6°×0.3°,适合线阵时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)传感器以推扫方式成像,空间频率50lp/mm处,各视场的调制传递函数(MTF)均大于0.47,接近衍射极限,成像质量良好,特别适用于高分辨率对地精细观测等领域。     

紧凑型偏视场多光路耦合同轴四反光学系统设计

随着轻小型卫星技术的不断发展,紧凑型光学载荷成为空间光学领域一个新的研究热点。偏视场多光路耦合同轴四反光学系统具有长焦距、大视场和高轻量化水平等优点,可以更好地满足光学载荷高分辨率、多功能性、轻小型和低成本的应用需求,因此在轻小型光学遥感载荷领域有着广泛的应用前景。以高斯光学和三级像差理论为基础,对同轴四反光学系统的初始结构进行了分析。以一种适用于推扫成像的偏视场可见光、中波红外耦合成像光学系统为例,实例中可见光通道焦距4 m,工作谱段0.45~0.85 μm,相对孔径1∶10,中波红外通道焦距1.6 m,工作谱段3.7~4.8 μm,相对孔径1∶4,各通道视场角均为1.4°×0.2°。同时对系统成像质量及公差进行了分析,从分析结果可以看出,各通道成像质量均接近衍射极限,系统光学总长优于f’_visible/5.48,具有较高的压缩比,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。     

双视场三谱段共孔径光学系统设计

阐述了一种双视场激光、可见光、中波红外三谱段长焦距共孔径光学系统设计方法.系统前端采用离轴三反缩束和视场切换结合的光学结构形式,实现对大口径入射光束的压缩和视场变换,系统后端采取分光镜组将光谱分为三个通道,分别进入激光、可见光、中波红外成像镜组,最终实现各个谱段的组合成像.通过合理设计,各个谱段成像质量优良,满足系统的...     

机载成像与高功率激光发射共孔径光学系统设计

机载定向能装置具有光学成像与高功率激光发射的功能.为了保证机载定向能装置有效工作,要求共孔径光学系统在保证尺寸小型化的同时,能够在大温度范围下高光束质量输出激光.这对系统光机设计提出了很高的挑战.本文建立了适用于机载球形吊舱的共孔径光学系统初始结构设计模型以满足小型化成像和高光束质量输出的需求,提出了一种系统优化设计方...     

一种反射共孔径式激光测距光学系统设计

基于激光测距系统的基本原理,结合反射系统的光学特性,引入光学环形器,设计了一种全反射共孔径式激光测距系统,激光发射系统与激光接收系统共用一个4倍望远系统,激光发射系统在其基础上后接一个5倍望远系统,激光接收系统在基础上后接一个激光聚焦光学系统。对系统进行公差分析与可靠性分析,确定了其加工材料、加工方法以及加工与装调上的精度与实际应用的可行性。为了节约加工成本,缩短加工周期,降低装调难度,系统较多使用二次曲面。整个系统成像质量好,能量集中度高,结构紧凑,重量轻,满足实际应用需求。     

大视场离轴三反光学系统设计

针对地球环境遥感的大视场和宽 光谱的应用需求,在同轴三反光学系统的基础上,通过 视场离轴实现了无中心遮拦,并设计了一种焦 距为120 mm、F数为3.5、工作波长为0.4~1.65 μm、像元尺 寸为7.5 μm以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使用自由曲 面的情况下,实现了30°×4°的大视场。其中,主镜为六 次双曲面,次镜为二次扁椭圆面,三镜为四次扁椭圆 面。在全视场范围内,该系统在奈奎斯特频率处的调制传递 函数(Modulation Transfer Function, MTF)大于0.6,接 近衍射极限。其弥散斑直径的均方根值小于探测器的像元尺 寸,畸变小于2.5%,说明本文系统具有优良的成像性能。     

多波段光谱接收与可见光成像共孔径光学系统设计

为满足对飞行目标的多维光谱探测和可见光成像需求,设计了一款基于卡塞格林望远镜结构的共孔径光学系统。系统前端由同轴两反系统组成,主镜为抛物面,次镜为双曲面,后端通过平板分光的方式由各子系统接收。在可见光成像端,利用两片柱面镜成功解决了分光平板引起的像散问题,并通过添加反向倾斜的补偿平板,校正了分光平板引起的光轴偏移问题,可实现对距离为0.5~1.5 km、直径为0.5 m的飞行目标进行可见光成像和多波段光谱接收（200~400 nm、400~760 nm及760~2 500 nm）。成像模块各视场在奈奎斯特频率35 lp/mm处均实现了MTF>0.5,趋近于衍射受限曲线,各光谱接收模块也均满足光纤耦合要求。通过无热化设计,该共孔径系统可实现在?20~50 ℃温度范围内正常工作。公差分析结果表明,该系统能够满足实际加工和装调要求。     

毫米波焦面阵成像视场扩大分析

本文研究平面波倾斜入射在小F数毫米波焦面阵成像系统上衍射斑像差减小即视场扩大问题．采用射线追迹方法计算不同透镜剖面成像系统焦面上的点列图，对商用介质材料透镜通过优化剖面形状来减小像差从而获得视场扩大的效果．采用结合射线追迹和衍射积分的矢量孔径场法计算了透镜焦面上的衍射场分布，与实验结果做了比较，两者吻合．     

激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统设计

基于激光测距和红外目标探测需求,设计了激光/红外共孔径无热化紧凑型光学系统.系统参数设计如下:工作波段为1.064μm激光和7.7～9.3μm长波红外,入瞳直径均为120 mm;激光焦距为800 mm;长波红外焦距为240 mm,F数为2,视场为2.29°×1.83°.选择带有Ritchey-Chretien(RC)反射系统的折反式光学布局,缩短系统纵向尺寸.光学系统共用主镜和次镜,利用次镜实现激光和红外分光.长波红外采用二次成像结构,达到100％冷光阑效率.通过选择合适的光学材料、结构材料和合理分配光焦度,实现了光学被动式消热差.在-50℃～+70℃范围内,激光接收能量集中度高,长波红外成像质量良好,满足实际使用需求.     

轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计

随着空间技术的不断发展,高性能、低成本的轻小型空间光学系统成为空间光学领域一个新的研究热点。离轴三反光学系统具有成像质量高、大视场、轻量化程度高等特点,能够更好地适应轻小型、低成本空间光学系统的应用要求,具有广泛的应用前景。以高斯光学和三反消像差理论为基础,设计了一款第三反射镜为自由曲面的离轴三反光学系统,焦距1 550 mm,视场3.60.45,相对孔径1:6.2,自由曲面的加入极大地提高了系统设计自由度和成像质量。设计结果表明,在有效视场内系统成像质量良好,fMTF优于0.43@111 lp/mm,系统最大波像差为0.049 （=632.8 nm）,平均波像差RMS值为0.034 ,最大网格畸变0.9%,成像质量相对于子午面完全对称。系统的总长小于f'/3.1,高度小于f'/4.1,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。该设计结果对轻小型空间光学系统的设计具有一定的参考价值。     

实用双波段共孔径光学系统设计

针对用于目标定位、威胁告警以及搜索跟踪等方面的双波段共孔径光学系统进行了研究,设计了一款将长波红外与激光相结合的双波段系统;该系统采用折射光学系统形式,在光路中采用分光片进行分光。该系统红外波段传递函数值在25lp/mm时所有视场均大于0.2,在激光波段0.7视场以内弥散圆直径小于0.6 mm,且该系统结构紧凑,既能满足目标搜索在捕获阶段的探测视场比较大的要求,又满足目标识别跟踪阶段的高分辨率要求,具有一定的实用价值。     

共孔径红外双色离轴全反射系统

以初级像差理论为基础,重点分析了离轴三反系统初始结构参量的确定方法。利用CODEV软件编译计算并生成离轴三反光学系统初始结构的人机交互程序。将红外双色复合成像和离轴全反射系统结合起来,设计了一种共孔径红外双色离轴全反射系统。该系统具有长焦距、大孔径、宽波段、平像场等特点,结构简单,像质优良,在航空航天领域具有广泛的应用前景。     

机载双波段共口径光电瞄准光学系统设计

针对机载双波段共口径光电瞄准系统反射式成像存在中心遮拦与装配难度大的问题,设计了一种前置光路折射式成像的共口径光学系统。应用二组元变焦理论对光学系统的初始结构进行了计算。基于最小可分辨温差（MRTD）模型分析了红外系统的作用距离,根据瑞利判据对系统前向像移进行了补偿残差分析。机载双波段共口径光电瞄准光学系统工作在0.38~0.76 μm的波段内,实现了36~180 mm的5×连续变焦,工作在3~5 μm的波段内,实现了三视场变换,三视场三档焦距之比为3,F数为4。设计结果表明,在?40~60 ℃的工作环境中,光学系统经过光学被动式无热化处理,满足系统成像质量要求。     

四通道阵列偏振成像自适应光学系统设计

在大气湍流影响下,为了实现对远距离目标偏振成像,基于孔径分割技术和自适应补偿技术,设计了四通道阵列偏振成像自适应光学系统。偏振成像部分采用四通道阵列结构,每个偏振通道获取目标不同偏振分量的强度图像,从而实现同时偏振成像。采用闭环自适应系统对波前畸变进行实时补偿。光学系统的设计焦距为364 mm,F数为2.5,工作波长为1.06 μm,半视场角为±0.3°。设计结果表明,系统成像性能接近衍射极限,可以实现同时偏振成像和波前畸变的校正。     

红外双波段共光路环形孔径超薄成像系统设计

针对中长波红外双波段系统的元件数量多、结构复杂等问题,分析了环形孔径超薄成像系统的结构特点,给出了系统初始结构遮拦比的计算方法,并设计了一种适用于中长波红外双波段的共光路环形孔径超薄成像系统,焦距为50 mm、全视场为14°、F数为1。系统仅由单一光学元件构成,结构简单且光路紧凑,其轴向尺寸与焦距的比值为0.48。在空间频率20 lp/mm处,中波红外3~5 μm波段的全视场调制传递函数大于0.45,长波红外8~10 μm波段的全视场调制传递函数大于0.30,同时实现了?40~80 ℃温度范围内的红外双波段无热化。通过公差分析可知该系统具备可加工性,且基底材料为红外硫系玻璃,可以通过精密模压的方法进行批量化生产。该研究为低成本、小型化红外双波段系统的实现提供了新的思路。     

合成孔径成像激光雷达实验系统设计

合成孔径成像激光雷达是一种新的主动式有源成像系统,它的一个突出优势是可以获得比合成孔径雷达更高的分辨率,和更接近光学图片的效果.为了研究合成孔径技术在激光波段的相关问题,给出了一种合成孔径成像激光雷达室内实验系统,有效模拟逆合成孔径技术的旋转目标成像技术.首先,概述了旋转目标成像的的基本原理.然后,在分析了系统设计的基本思想和技术难点基础上,改进了已有的室内实验系统,提出了收发镜头分置的系统,有效地克服了端面反射的影响.最后,给出实验系统框图和最终成像效果图,验证了所给系统的有效性和光波波段合成孔径技术的可行性.     

全日盲紫外成像探测仪光学系统设计

全日盲紫外成像探测仪可对架空输电线路产生的电晕进行早期探测,降低电力设备损伤。紫外物镜作为全日盲紫外成像探测仪的核心元器件,其性能指标直接影响探测仪的性能。针对电晕检测系统大多存在光能利用率不足的问题,设计了一种基于分色分光的同轴光学系统,消除了中心视场遮拦,增大了紫外光通道的通光口径,有效提高了电晕探测系统的能量收集能力。设计的紫外物镜全视场全探测范围内点列图均方根小于0.14 mm,满足紫外电晕探测的分辨率需求。相较于国外紫外成像探测仪的光学系统,分色分光同轴光学系统的全日盲紫外成像探测仪对能量的收集能力明显高于国外紫外成像探测仪。