红外与激光工程
2021, 50(11): 20210199
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室, 陕西西安 710119
2 中国科学院大学光电学院, 北京 100049
3 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西西安 710119
为了实现对 14等星目标的精确探测, 本文设计了一个大视场的探测光学系统。首先, 根据选定的 CCD231-84 E2V光电探测器计算了系统入瞳和焦距等初始参数, 依据选定的参数进行了初始结构的选型, 选定了马克苏托夫望远镜的形式并对其进行了改进。然后, 对设计结果进行了探测性能分析。最后, 对设计好的系统进行了公差分析及优化, 使它能满足加工装配需求。设计与分析结果表明: 该探测光学系统折反射镜全表面采用球面, 系统总长 350 mm, 全视场 30 μm包围能量分布均在 86%以上, 最大畸变小于 1%。该系统视场大、结构紧凑、装调难度低、探测灵敏度高、探测范围广, 可用于目标的精确探测。
光学设计 探测系统 大相对孔径 大视场 超紧凑 optical design detection system large relative aperture large field of view ultra compact 光学 精密工程
2020, 28(12): 2581
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学光电学院, 北京 100049
3 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710119
为了实现空间碎片探测对探测光学系统灵敏度、探测时效性、孔径和总长等的需求,设计了一种大相对孔径大视场空间光学探测系统,并依据探测器指标与目标特性,确定了系统的设计参数,实现了12.5等星的探测。系统采用非对称双高斯透镜组光学结构,工作波段为450~850 nm,视场角为20°,F数为1.05,入瞳口径为150 mm。采用XY多项式自由曲面设计了系统中的一个透镜前表面,分析结果表明,该系统弥散斑均处于2×2个探测像元内,全视场在2×2个像元内的包围能量占比在86%以上,最大畸变小于1.4%。该探测系统结构紧凑,孔径合理,探测效果好,探测灵敏度高,时效性强;所使用的材料性能满足空间使用条件,且与光学加工能力匹配。所设计的探测系统可用于空间碎片的精确探测。
光学设计 探测系统 大相对孔径 大视场 自由曲面 XY多项式 光学学报
2020, 40(17): 1722002
中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学技术研究室, 陕西 西安 710068
为了实现像移测量装置的高速、高精度和小型化,提出一种改进的联合变换相关方法。该方法使用两幅待检测图像强度叠加的方式构造相关输入图像,利用卫星推扫运动所产生的系统像移实现自相关峰和互相关峰在空间上的分离。用于相关运算的图像被缩小到与待检测图像尺寸相当,大幅度降低了测量过程的计算量,从而有利于高速数字联合变换相关器的实现。仿真和实验测试结果表明:所提方法保持了传统联合变换相关像移测量方法的高精度、抗噪声能力强和对图像纹理不敏感的特点,并具有实现高速像移测量的潜力。
测量 强度叠置 联合变换相关器 像移测量 亚像元
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710119
设计了一种基于改良曼金反射镜的大相对孔径、大视场的光学成像系统,分析了改良曼金反射镜的像差,提出了改良曼金反射镜的设计方法。系统采用改良曼金反射镜和折反式光学系统结合的形式,相对孔径为1/1.8,视场角为4°×4°,工作波段为450~850 nm,焦距为380 mm,成像探测器像元为2 μm×2 μm的互补金属氧化物半导体(CMOS)探测器,在250 lp/mm Nyquist频率处的调制传递函数值接近衍射极限且大于0.5。系统次镜采用曼金反射镜和消色差透镜结合的形式,基于系统初始结构初步优化分析所得的球差、正弦差,采用PW法求解出消色差曼金反射镜的光焦度;基于消色差条件和系统剩余色差,求解出消色差曼金反射镜3个表面的光焦度,计算得到了表面的曲率半径。系统的单色像差及色差均较小,成像质量好。
光学设计 大相对孔径 曼金反射镜 大视场 折反式光学系统
1 中国科学院西安光学精密机械研究所空间光学应用研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西师范大学物理学与信息技术学院, 陕西 西安 710119
设计了一种大视场空间光学探测系统,结合空间目标特性及探测器性能指标计算了系统参数,确定了系统的技术指标,实现了对空间255 km处目标9等星的探测。系统采用离轴三反式光学结构,工作波段为400~900 nm,焦距为64 mm,视场角为30°×30°。系统的主镜和三镜分别采用Zernike多项式和XY多项式自由曲面进行设计,对系统进行光线追迹获取了自由曲面的离散点数据,利用Matlab对获得的离散点进行拟合,得到了主镜和三镜的自由曲面面型。系统的能量集中度高,成像质量良好。
光学设计 探测系统 大视场 自由曲面 Zernike多项式 XY多项式 离轴三反 光学学报
2018, 38(11): 1122003
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 空间光学应用研究室, 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 陕西师范大学 物理学与信息技术学院, 西安 710119
运用自由曲面设计一款大视场离轴三反光学系统, 该系统焦距为2 000 mm, F数为12, 视场角为35°×1°, 主镜和三镜采用XY多项式自由曲面设计, 且主镜设计为凸面, 使子午视场达到35°, 进一步拓宽了成像视场.基于优化后的XY多项式系数, 利用Matlab软件仿真出主镜和三镜的XY自由曲面面型.设计结果表明, 全视场内该系统的光学传递函数在63 lp/mm处优于0.4, 弥散斑直径小于一个像元尺寸, 最大相对畸变小于3%, 波像差均优于λ/14, 系统能量集中度高, 成像质量接近衍射极限.可见自由曲面在提升离轴反射式光学系统的成像视场和成像质量方面具有很大优势, 该系统克服了传统离轴反射式光学系统子午方向视场角小的缺点, 适合大幅宽推扫成像.
光学设计 大视场 自由曲面 XY多项式 离轴三反 Optical design Large field of view Freeform surface XY polynomial Off-axis three-mirror
中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
多光谱遥感可以同时获取地面景物的几何信息和光谱信息, 在光学遥感领域具有广泛的应用前景, 但多光谱相机的蓝色谱段更易出现带外响应.本文通过建立多光谱遥感相机光谱响应的数学模型, 分析了蓝色谱段易于出现带外响应的原因, 并根据多光谱遥感相机采用的时间延时积分电荷耦合器件的各谱段光谱响应之间的关系, 基于各谱段间的光谱响应关联, 提出了蓝色谱段带外响应的修正方法, 通过对各种典型地物的统计得到了去除带外响应的修正公式, 对典型地物进行修正后的残差可以小于4%, 能够满足多光谱遥感相机的应用需求.带外响应的修正结果表明: 基于多光谱相机谱段间的光谱关联修正方法对不同地物具有较好的适应性, 可以有效地修正蓝光谱段的带外响应.
多光谱遥感 带外响应 光谱关联 修正 Mulspectral Remote Sense Out-band Response Correlation Spectrum Correction
1 中国科学院西安光学精密机械研究所, 西安 710119
2 北方光电集团有限公司, 西安 710065
设计了谱段位于450-900 nm, 焦距f=6 000 mm, F数为10的大F数、矩形视场、长焦距的折轴三反光学系统.光学系统视场角为1.6°, 光学系统的畸变优于0.5%, 中心面遮拦为6%时, Nyquist频率(25 lp/mm)处各谱段调制传递函数优于0.65, 整个光学系统成像质量达到衍射极限.同时根据所采用的多光谱时间延迟积分CCD分析了相机各谱段的静态调制传递函数, 可以满足多光谱遥感相机的设计使用要求.
光学设计 空间相机 多光谱 宽视场 衍射极限 Optical design Space camera Multispectral Wide field of view Diffraction limited
