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成像光谱仪大孔径前置物镜设计研究

Research and Design of Prefixing Objective with Large Aperture in Imaging Spectrometer

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摘要

含有阶梯微反射镜和片状分束器的时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪的前置成像系统不仅要满足与阶梯微反射镜参数相匹配,还需具有实入瞳和像方远心的特性。为此,研究了将普通红外物镜转变为具有实入瞳的像方远心结构的方法。同时,研究了片状分束器和补偿板所带来的离轴像差,并提出了采用柱面和泽尼克面相结合的矫正方法以提高成像质量。设计出满足光谱范围3~5 μm、F 数为4、有效焦距为400 mm、视场为4.58°的整个波段全视场范围内无渐晕的红外光学系统。仿真结果表明:前置成像系统的成像质量接近衍射极限,最大全视场均方根光斑直径为5.9 μm。这种设计方法可以用于大孔径时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪前置成像系统设计。

Abstract

Containing stepped micro- mirror and flaky beam splitter, prefixing objective of spatio- temporally modulated Fourier transform imaging spectrometer is not only to match with parameters of ladder micromirror,but also to have telecentric characteristic with a real entrance pupil. To this end, this paper studies a method to transform the ordinary infrared lens into a telecentric construction with a real entrance pupil.Meanwhile, the study of off axis aberrations caused by the sheet beam splitter and compensation plate proposes a correction method applying a combination of cylindrical and Zernike surface to improve image quality. Based on the method, with the specific requirements of 3~5 mm spectral range, F number of 4, 400 mm effective focal length, no vignetting within full field of view of 4.58° , an infrared optical system is designed.Simulation results show that: the image quality of front objective is closed to the diffraction limit with the maximum root mean square (RMS) spot diameter 5.9 mm in full field, and the distortion less than 0.3% . So this method can be used for the design of the front lens with large aperture in spatio-temporally modulated Fourier transform imaging spectrometer.

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中图分类号:O436.1

DOI:10.3788/aos201535.0222002

所属栏目:光学设计与制造

责任编辑:韩峰  信息反馈

基金项目:国家自然科学基金(60977062,61027010,61376122)、国家863 计划(2009AA04Z315)、吉林省科技发展计划项目(201205025,20130206010GX)、长春市科技发展计划项目(2011131,2013261)

收稿日期:2014-07-17

修改稿日期:2014-08-27

网络出版日期:--

作者单位    点击查看

于建冬:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033中国科学院大学, 北京100049
梁中翥:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033
梁静秋:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033
吕金光:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033
秦余欣:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033
田超:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033中国科学院大学, 北京100049
王维彪:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室, 吉林长春130033

联系人作者:于建冬(15948768620@163.com)

备注:于建冬(1989—),男,硕士研究生,主要从事红外成像光谱仪光学系统设计方面的研究。

【1】W Michael, Kudenov,Eustace L Dereniak. Compact real-time birefringent imaging spectrometer [J]. Opt Express, 2012, 20(16):17973-17986.

【2】Yann Ferrec, Jean Taboury, Hervé Sauer, et al.. Experimental results from an airborne static Fourier transform imaging spectrometer[J]. Appl Opt, 2011, 50(30): 5804-5904.

【3】Wei Ruyi. Study on Time-resolved Fourier Transform Infrared Spectral Imaging Technology and its Applications[D]. Xi′an: Xi′an Institute of Optics & Precision Mechanics of Chinese Academy of Sciences, 2013. 9-23.
魏儒义. 时间调制傅里叶变换红外光谱成像技术与应用研究[D]. 西安: 中国科学院西安光学精密机械研究所, 2013. 9-23.

【4】Xue Qingsheng. Optical system design of large relative- aperture and wide field of view space borne imaging spectrometer [J].Chinese J Lasers, 2012, 41(3): 0316003.
薛庆生. 星载大相对孔径宽视场成像光谱仪光学系统设计[J]. 中国激光, 2012, 41(3): 0316003.

【5】Zhang Xuemin, Wei Ruyi, Yu Tao, et al.. A method to measure off- axis fabrication and off- axis angle of axis aspheric mirror precisely [J].Chinese J Lasers, 2014, 41(4): 0416001.
张学敏, 魏儒义, 于涛, 等. 一种实现离轴非球面反射镜离轴量和离轴角精确测量的方法[J]. 中国激光, 2014, 41(4):0416001.

【6】Zhong Xing, Jin Guang. Design of extra wide short wave infrared spectral imager′s fore-optics [J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(10):1022004.
钟兴, 金光. 超广角短波红外成像光谱仪前置光学系统设计[J]. 光学学报, 2012, 32(10): 1022004.

【7】Gong Dapeng, Guo Jiang, Wang Guoliang, et al.. Outdoor stereoscopic imaging of mapping camera with long focus off-axis threemirror[J]. Optical and Precision Engineering, 2013, 21(1): 137-143.
龚大鹏, 郭疆, 王国良, 等. 长焦距离轴三反测绘相机的外场立体成像[J]. 光学精密工程, 2013, 21(1): 137-143.

【8】Luo Shoujun, He Wubin, Li Wenhu, et al.. Design of middle infrared continuous zoom optical system with a large FPA [J]. Optics and Precision Engineering, 2012, 20(10): 2117-2122.
骆守俊, 何伍斌, 李文虎, 等. 大面阵中波红外连续变焦光学系统设计[J]. 光学精密工程, 2012, 20(10): 2117-2122.

【9】Lin Jing, Cui Qingfeng, Zhu Hao. Research of broad width off-axis three mirror optical system [J]. Acta Optica Sinica, 2013, 33(7):0722002.
林晶, 崔庆丰, 朱浩. 宽幅离轴三反光学系统研究[J]. 光学学报, 2013, 33(7): 0722002.

【10】Fu Jianguo, Liang Jingqiu, Liang Zhongzhu. Analysis and design for the optical system of a ststic infrared Fourier transform spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(2): 0222006.
付建国, 梁静秋, 梁中翥. 一种静态傅里叶变换红外光谱仪的光学系统分析与设计[J]. 光学学报, 2012, 32(2): 0222006.

【11】Warren J Smith. Modern Lens Design [M]. New York: McGraw Hill Professional, 2004. 393-410

【12】Qu Hemeng, Zhang Xin, Wang Lingjie, et al.. Design of a low F-number compact athermalizing infrared optical system [J]. Acta Optica Sinica, 2012, 32(3): 0322003.
曲贺盟, 张新, 王灵杰, 等. 大相对孔径紧凑型无热化红外光学系统设计[J]. 光学学报, 2012, 32(3): 0322003.

【13】Zhang Xiaolong, Liu Ying, Sun Qiang, et al.. Design of long-wave infrared imaging spectrometer with eliminating spectral curvature[J]. Optical and Precision Engineering, 2014, 22(2): 265-273.
张晓龙, 刘英, 孙强, 等. 消谱线弯曲长波红外成像光谱仪设计[J]. 光学精密工程, 2014, 22(2): 265-273.

【14】Lü Shiliang, Liu Jinguo, Jia Ping, et al.. Design of focusing system for multispectral camera with off-axis TMA [J]. Optical and Precision Engineering, 2013, 21(8): 2154-2160.
吕世良, 刘金国, 贾平, 等. 离轴三反消像散多光谱相机调焦系统设计[J]. 光学精密工程, 2013, 21(8): 2154-2160.

【15】Sun Jingwei, Lü Tianyu, Yiao Lishuang, et al.. Design ang assembly of transmitter-telescope [J]. Optics and Precision Engineering,2014, 22(2): 369-375.
孙敬伟, 吕天宇, 姚丽双, 等. 发射望远镜的设计与装调[J]. 光学精密工程, 2014, 22(2): 369-375.

【16】Xue Qingsheng, Chen Wei. Design of modified Czerny-Turner spectral imaging system with wide spectral region [J]. Optics and Precision Engineering, 2012, 20(2): 232-240.
薛庆生, 陈伟. 改进的宽光谱段车尔尼-特纳光谱成像系统设计[J]. 光学精密工程, 2012, 20(2): 232-240.

引用该论文

Yu Jiandong,Liang Zhongzhu,Liang Jingqiu,Lü Jinguang,Qin Yuxin,Tian Chao,Wang Weibiao. Research and Design of Prefixing Objective with Large Aperture in Imaging Spectrometer[J]. Acta Optica Sinica, 2015, 35(2): 0222002

于建冬,梁中翥,梁静秋,吕金光,秦余欣,田超,王维彪. 成像光谱仪大孔径前置物镜设计研究[J]. 光学学报, 2015, 35(2): 0222002

被引情况

【1】郑联慧,顾乃庭,饶长辉,邱琪. 基于自适应光学技术的太阳光栅光谱仪的像差校正方法研究. 光学学报, 2015, 35(8): 812002--1

【2】周路,迟耀丹,郭亮. 物方远心双指指纹采集光学系统设计. 激光与光电子学进展, 2016, 53(10): 102201--1

【3】李宏壮. 三组式伸缩型高倍率变焦距光学系统设计. 激光与光电子学进展, 2016, 53(12): 122203--1

【4】王 琪,梁静秋,梁中翥,吕金光,王维彪,秦余欣,王洪亮. 分孔径红外偏振成像仪光学系统设计. 中国光学, 2018, 11(1): 92-99

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