光学学报, 2020, 40 (13): 1322002, 网络出版: 2020-07-09   

较大视场超分辨望远成像光学系统设计 下载: 900次

Design of Super-Resolution Telescopic Imaging Optical System with Relative Large Field-of-View
王超 1,2,*史浩东 1,2李英超 1,2付强 1,2刘壮 1,2
作者单位
1 长春理工大学空间光电技术国家地方联合工程研究中心, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
图 & 表

图 1. 光瞳调制器设计。(a)位相板环带分布;(b)加入位相调制器前后PSF的对比

Fig. 1. Design of pupil modulator. (a)Distribution of phase plate annular zone; (b) comparison of PSF before and after adding phase modulator

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图 2. GSM随离焦像差的变化

Fig. 2. Change of G, S, and M with defocus aberration

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图 3. GSM随三阶像散的变化。(a) x方向;(b) y方向

Fig. 3. Change of G, S, and M with third order astigmatism. (a) x-direction; (b) y-direction

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图 4. GSM随三叶草像散的变化。(a) x方向;(b) y方向

Fig. 4. Change of G, S, and M with trefoil astigmatism. (a) x-direction; (b) y-direction

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图 5. GSM随五阶像散的变化。(a) x方向;(b) y方向

Fig. 5. Change of G, S, and M with fifth order astigmatism. (a) x-direction; (b) y-direction

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图 6. GSM随三阶彗差的变化。(a) x方向;(b) y方向

Fig. 6. Change of G, S, and M with third order coma. (a) x-direction; (b) y-direction

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图 7. GSM随五阶彗差的变化。(a) x方向;(b) y方向

Fig. 7. Change of G, S, and M with fifth order coma. (a) x-direction; (b) y-direction

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图 8. GSM随球差的变化。(a)三阶球差;(b)五阶球差

Fig. 8. Change of G, S, and M with spherical aberration. (a) Third spherical aberration; (b) fifth spherical aberration

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图 9. 同时叠加0.2λ球差和-0.355λ离焦的超分辨成像PSF

Fig. 9. Super-resolution imaging PSF with superposition of 0.2λ spherical aberration and -0.355λ defocus simultaneously

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图 10. GSM随调制器偏心/倾斜误差的变化。(a)偏心误差;(b)倾斜误差

Fig. 10. Change of G, S, and M with modulator decenter/tilt errors. (a) Decenter error; (b) tilt error

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图 11. 传统方法优化的光学基底系统像质。(a) MTF;(b)点列图

Fig. 11. Image quality of optical baseline system optimized by traditional method. (a) MTF; (b) spot diagram

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图 12. 加入调制器后各视场PSF。 (a) 0°;(b) 0.16°;(c) 0.28°

Fig. 12. PSF of each field-of-view after adding modulator. (a) 0°; (b) 0.16°; (c) 0.28°

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图 13. 天基望远超分辨成像光学系统

Fig. 13. Space-based telescope super-resolution imaging optical system

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图 14. 不同视场点列图

Fig. 14. Spot diagram in different field-of-views

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图 15. 加入调制器后,不同视场角的超分辨PSF横截面。(a) 0°;(b) 0.16°;(c) 0.28°

Fig. 15. Cross-sections of super-resolution PSF under different field-of-view angles after adding modulator. (a) 0°; (b) 0.16°; (c) 0.28°

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图 16. GSM随视场角的变化

Fig. 16. Change of G, S, and M with field-of-view angle

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表 1位相误差及对应百分比

Table1. Phase error and corresponding percentage

τ/πP(G≥1.2) /%P(S≥0.15) /%P(M≤0.1) /%
0.01100100100
0.0310010098
0.05859278
0.10354213

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表 2传统方法优化的光学基底系统中边缘视场各像差分量

Table2. Aberrations in marginal field of optical baseline system optimized by traditional method

AberrationDefocus3rd COMA3rd ASTI3rd SPHATrefiol5th COMA5th ASTI5th SPHA
Value-0.05850-0.05810-0.18740-0.031900.121940.01260-0.055000.03610

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表 3各视场具有均一像质的光学基底系统中边缘视场像差分布

Table3. Aberrations in marginal field of optical baseline system with uniform image quality in each field-of-view

AberrationDefocus3rd COMA3rd ASTI3rd SPHATrefiol5th COMA5th ASTI5th SPHA
Value-0.1291-0.04270.0472-0.1848-0.0070-0.02940.0107-0.0751

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表 4系统反射部分加工装调公差容限

Table4. Tolerances for processing and adjustment of reflection part of the system

SurfaceRadius /mmConicInterval of tolerance /mmDecenter of mirror /mmTilt of mirror /(')
Primary mirror±0.5±0.0006±0.04±0.02±0.2
Secondary mirror±0.5±0.005±0.02±0.2

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表 5系统透射部分加工装调公差容限

Table5. Tolerances for processing and adjustment of transmission part of the system

Lens No.Radius /fringeSurface irregularty /fringeTilt of surface /(')Thickness /mmMateria indexInterval of tolerance /mmDecenter of element /mmTilt of element /arc min
Lens 1±2±0.2±0.3±0.04±0.001±0.03±0.01±0.3
Lens 2±2±0.2±0.4±0.1±0.001±0.1±0.015±0.3
Lens 3±3±0.2±0.4±0.1±0.001±0.1±0.015±0.3
Lens 4±3±0.2±0.4±0.1±0.001±0.1±0.02±0.3
Lens 5±2±0.2±0.4±0.04±0.001±0.03±0.02±0.4
Lens 6±2±0.2±0.4±0.1±0.001±0.03±0.02±0.4
Lens 7±2±0.2±0.3±0.1±0.001±0.1±0.015±0.3
Lens 8±2±0.2±0.3±0.1±0.001±0.1±0.015±0.3

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表 6调制器公差容限

Table6. Tolerances of modulator

ParameterDecenter /mmTilt error /(°)Phase error /π
Value±0.4±0.5±0.03

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王超, 史浩东, 李英超, 付强, 刘壮. 较大视场超分辨望远成像光学系统设计[J]. 光学学报, 2020, 40(13): 1322002. Chao Wang, Haodong Shi, Yingchao Li, Qiang Fu, Zhuang Liu. Design of Super-Resolution Telescopic Imaging Optical System with Relative Large Field-of-View[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(13): 1322002.

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