主三镜一体化离轴三反光学系统设计 被引量：12

1

作者 孟庆宇 王维 +3 位作者 纪振华 董吉洪 李威 王海萍 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2015年第2期578-582,共5页

离轴三反光学系统具有成像质量高、可实现大视场、无遮拦等优点,但其装调难度大,镜面支撑结构质量大。为解决这些问题,基于三级像差理论,研究一种主镜、三镜可集成一体化的大视场离轴三反光学系统,并以焦距为1 200 mm,F数为12,视场为10&... 离轴三反光学系统具有成像质量高、可实现大视场、无遮拦等优点,但其装调难度大,镜面支撑结构质量大。为解决这些问题,基于三级像差理论,研究一种主镜、三镜可集成一体化的大视场离轴三反光学系统,并以焦距为1 200 mm,F数为12,视场为10°×1°的光学系统为例进行了验证设计。结果表明:调制传递函数接近衍射极限,视场内平均波像差RMS值为λ/55,最大波像差RMS值为λ/22。设计结果显示,光学系统装调自由度由12个减少到6个,可使光机系统可得到简化,实现了主三镜一体化设计。 展开更多

关键词 光学设计 离轴三反光学系统 像差理论 一体化设计

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紧凑型离轴三反光学系统的自由曲面设计 被引量：5

2

作者 潘思豪 潘枝峰 陈建发 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第3期97-102,共6页

光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域,紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求,提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构,通过3个镜面折叠交叉排布,极大地压缩了系统体积;另外,节点像差... 光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域,紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求,提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构,通过3个镜面折叠交叉排布,极大地压缩了系统体积;另外,节点像差理论为自由曲面应用提供了强大的理论基础,在优化过程中,两片镜子采用了泽尼克多项式面形。通过设计实例验证发现,最终系统具有结构紧凑、大视场、小F数等优点,同时该设计方法的优化过程具有收敛速度快等特点。 展开更多

关键词 离轴三反光学系统 自由曲面 紧凑型 泽尼克多项式曲面

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具有二次成像的紧凑型离轴三反光学系统设计 被引量：3

3

作者 潘思豪 潘枝峰 陈建发 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2020年第1期90-93,共4页

从杂散光抑制与体积压缩的需求出发,设计出具备二次成像、实出瞳的紧凑型离轴三反光学系统。给出了一种二次成像离轴三反光学系统的初始结构搭建思路,并运用自由曲面优化系统,依据该方法设计出了焦距130 mm、F数1.3、线视场5°×... 从杂散光抑制与体积压缩的需求出发,设计出具备二次成像、实出瞳的紧凑型离轴三反光学系统。给出了一种二次成像离轴三反光学系统的初始结构搭建思路,并运用自由曲面优化系统,依据该方法设计出了焦距130 mm、F数1.3、线视场5°×0.1°的离轴三反光学系统。系统成像质量接近衍射极限,具有二次成像和实出瞳的杂光抑制特性,理论上可以实现100%冷光阑效率,具有超小F数1.3的紧凑型特点,可用于航空航天探测等对杂光抑制要求较高的军事领域。 展开更多

关键词 红外探测系统 离轴三反光学系统 二次成像 实出瞳 自由曲面 杂散光抑制

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长波红外离轴三反光学系统设计 被引量：1

4

作者 于晓辉 包睿 +1 位作者 乔鑫 梁冰 《电光与控制》 北大核心 2016年第10期96-99,111,共5页

介绍了一种基于像差理论的离轴三反光学系统初始结构的求解方法,使用此方法设计了一个适用于空间遥感系统的离轴三反光学系统。该系统的工作波段为7.7~10.3μm,焦距为1000 mm,系统F数为2,视场角为1°,给出了其具体的优化过程并进行... 介绍了一种基于像差理论的离轴三反光学系统初始结构的求解方法,使用此方法设计了一个适用于空间遥感系统的离轴三反光学系统。该系统的工作波段为7.7~10.3μm,焦距为1000 mm,系统F数为2,视场角为1°,给出了其具体的优化过程并进行了性能分析。设计结果表明,该系统满足空间遥感光学系统要求的长焦距、大口径、成像良好、结构紧凑等特点,验证了该方法的正确性和可行性。 展开更多

关键词 长波红外 离轴三反光学系统 像差理论 遥感系统

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大视场离轴三反光学系统设计 被引量：5

5

作者 罗秦 张冬冬 钮新华 《红外》 CAS 2017年第8期14-18,47,共6页

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0.4~1.65μm、像元尺寸为7.5μm以及采用Cook三片式结构的光学系统。在没有使... 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0.4~1.65μm、像元尺寸为7.5μm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。 展开更多

关键词 光学设计 大视场 离轴三反光学系统

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大型自由曲面离轴三反光学系统降敏设计(特邀) 被引量：2

6

作者 任成明 孟庆宇 秦子长 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期22-32,共11页

离轴三反光学系统基于无孔径遮拦、可实现大视场等优势,结合自由度高、像差校正能力强的光学自由曲面,可以实现优异的光学性能。光学系统成像指标的不断提高促使反射式光学系统的口径和焦距不断增大,光学系统误差敏感度剧增,加工难度和... 离轴三反光学系统基于无孔径遮拦、可实现大视场等优势,结合自由度高、像差校正能力强的光学自由曲面,可以实现优异的光学性能。光学系统成像指标的不断提高促使反射式光学系统的口径和焦距不断增大,光学系统误差敏感度剧增,加工难度和装调敏感度也随之提高,耗费的时间和经济成本巨大。误差敏感度可以表征光学系统在失调后的敏感程度,误差敏感度低的光学系统公差精度要求宽松,在优化过程中控制误差敏感度可以实现像质与成本之间的最佳平衡。因此,降敏优化是光学系统设计过程中不可或缺的一环。文中提出的角度优化降敏设计方法和局部曲率控制降敏设计方法对一个焦距30000 mm、F数为15、视场角1°×1°的大型自由曲面离轴三反光学系统进行了降敏设计并进行对比,结果表明,在光学系统构型无显著差异的情况下,使用两种降敏设计方法降敏后的光学系统像差校正理论结果均表现优异,调制传递函数(MTF)均接近衍射极限,两种降敏设计方法均可以有效降低光学系统误差敏感度。对比发现,局部曲率控制降敏设计方法降敏效果更好。 展开更多

关键词 光学系统设计 离轴三反光学系统 降敏设计方法 自由曲面

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紧凑式离轴三反光学系统设计 被引量：1

7

作者 蒋成斌 陈智利 +2 位作者 王肖同 张媛 成姗姗 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期45-55,共11页

为解决地球遥感观测和星载激光雷达探测等领域对空间光学系统尺寸小型化、结构紧凑和高分辨率的要求,本文设计了一种基于Zernike自由曲面的紧凑式离轴三反系统,同时满足了长焦距、小畸变和宽工作波段的要求。该系统采用非对称、近圆形... 为解决地球遥感观测和星载激光雷达探测等领域对空间光学系统尺寸小型化、结构紧凑和高分辨率的要求,本文设计了一种基于Zernike自由曲面的紧凑式离轴三反系统,同时满足了长焦距、小畸变和宽工作波段的要求。该系统采用非对称、近圆形布局的离轴三反光学系统,并在第三反射镜采用了自由曲面的设计,通过在Zemax软件中设置适当的优化目标和方法,对光学系统进行设计优化。最终该系统有效焦距为800 mm,F数为4,视场角为12°×6°,畸变小于1%,工作波段覆盖可见光及近/中红外波段,在400 km轨道高度实现了1.5 m的地元分辨率(可见光)和2.5 m的地元分辨率(近红外),地面幅宽为80 km×40 km。并进行了系统像差、点列图、MTF等性能指标评估的分析与验证,结果表明该设计方案带来了高分辨率并提升了信息获取能力。 展开更多

关键词 离轴三反光学系统 空间光学 光学系统设计 紧凑式结构

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基于光学自由曲面的离轴三反光学系统 被引量：1

8

作者 孙素平 《科技创新与应用》 2017年第8期81-82,共2页

目的是完成长焦距大视场离轴三反空间光学系统的有效设计以及研制,进而对自由曲面光学数理模型进行描述。完成立足于自由曲面的离轴三反光学系统的设计分析。其焦距大小为4500mm,同时其成像视场角大小为11°。同时还直接对比分析了... 目的是完成长焦距大视场离轴三反空间光学系统的有效设计以及研制,进而对自由曲面光学数理模型进行描述。完成立足于自由曲面的离轴三反光学系统的设计分析。其焦距大小为4500mm,同时其成像视场角大小为11°。同时还直接对比分析了传统离轴三反光学系统跟次镜为自由曲面离轴三反光学系统关键性能。光学系统中设计中需要从根本上使用自由曲面设计的光镜,促使光学系统像差平衡能力得到基础的保证。最后选择最佳的方案,相对孔径大小为D/f=1/9.0,促使光学自由曲面离轴三反光学系统得到有效设计。 展开更多

关键词 光学自由曲面 离轴三反光学系统 研究

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大视场离轴三反光学系统设计 被引量：8

9

作者 沈志娟 《光电技术应用》 2020年第2期24-27,64,共5页

与传统折射光学系统相比,离轴反射光学系统具有小体积、轻量化和无色差等特点,因此被广泛应用于望远镜系统和空间观测系统等领域。随着目前自由曲面的广泛应用,首先分析了离轴三反光学系统的初始结构参数确定方法,然后在系统的主反射镜... 与传统折射光学系统相比,离轴反射光学系统具有小体积、轻量化和无色差等特点,因此被广泛应用于望远镜系统和空间观测系统等领域。随着目前自由曲面的广泛应用,首先分析了离轴三反光学系统的初始结构参数确定方法,然后在系统的主反射镜设计中引入Zernike边缘矢高形式的自由曲面,最终设计了一款有效焦距为700 mm,视场角为10°,F/#为4.5,系统总长为597.58 mm的离轴三反光学系统。该系统在71.4 lp/mm处各视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.28,畸变均小于0.1%,结果表明,该系统在有效视场内成像质量较好。该系统的设计方法对类似的离轴三反光学系统设计具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 离轴三反光学系统 光学设计 大视场 自由曲面 ZERNIKE多项式

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大口径离轴三反红外相机调焦次镜中心支撑结构设计和试验

10

作者 王成彬 胡亭亮 +1 位作者 丛海佳 袁海涛 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第1期178-186,共9页

离轴三反光学系统以其优化变量多、视场大、无遮挡等优点广泛应用于空间红外相机。空间红外相机经历严酷的发射力学和复杂的空间热环境,在此环境作用下红外相机极易产生离焦现象,导致成像质量下降。从离轴三反红外相机各调焦对象的实现... 离轴三反光学系统以其优化变量多、视场大、无遮挡等优点广泛应用于空间红外相机。空间红外相机经历严酷的发射力学和复杂的空间热环境,在此环境作用下红外相机极易产生离焦现象,导致成像质量下降。从离轴三反红外相机各调焦对象的实现难易度出发,提出以次镜为调焦对象的调焦方法。针对调焦次镜的特殊应用场景,为降低调焦机构负载、降低力学响应,提出一种以碳化硅为次镜材料,采用硅橡胶粘接、紧凑、轻质、低装配应力的次镜中心支撑的方案。建立了调焦次镜参数化模型和优化函数,完成了次镜结构的设计,仿真分析在重力作用下面形精度RMS最大为2.9 nm,20℃基准温度为±10℃,面形精度RMS为4.1 nm。完成次镜加工后,进行了次镜胶结、装配。装配前后,次镜面形精度未发生变化。经过次镜调焦机构组件的力学试验,次镜面形RMS变化0.001λ(λ=632 nm)。次镜保持了良好的面形精度,验证了大口径离轴三反调焦次镜设计方案的工程可行性和可靠性。 展开更多

关键词 结构设计 离轴三反光学系统 调焦机构 碳化硅 次镜中心支撑

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离轴三反成像光谱仪光学系统设计 被引量：4

11

作者 张庭成 廖志波 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期1863-1865,共3页

高质量的成像光谱仪光学系统必须具备大线视场、大相对口径、宽光谱成像、体积小、重量轻等优点,因此离轴全反射系统成为该领域的一个研究方向。介绍了一种基于赛德尔像差理论的大线视场、大相对口径离轴三反光学系统的设计方法。该方... 高质量的成像光谱仪光学系统必须具备大线视场、大相对口径、宽光谱成像、体积小、重量轻等优点,因此离轴全反射系统成为该领域的一个研究方向。介绍了一种基于赛德尔像差理论的大线视场、大相对口径离轴三反光学系统的设计方法。该方法通过对初级像差方程组进行约束优化,求得满足要求的初始结构参数,并在优化的过程中,不断地调整系统中各个镜子的偏心和倾斜,在保证成像质量地前提下,消除系统的遮拦。最后的设计结果表明了这种方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 成像光谱仪 赛德尔像差理论 离轴三反光学系统 结构参数 无遮拦

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离轴三反射镜光学系统研究 被引量：39

12

作者 宋岩峰 邵晓鹏 徐军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期706-709,共4页

离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点。以离轴三反射镜光学系统设计... 离轴三反镜光学系统具有高分辨率、大视场、质量轻、小体积等优点,能够满足空间对地遥感、红外系统多波段探测以及空间探测系统等的要求,使其光学系统具备高分辨率、小型化、轻量化等特点,成为研究的热点。以离轴三反射镜光学系统设计方法为基础,重点分析并讨论了三反射镜系统初始结构参量的确定方法。主要对传统的初始结构参量确定方法进行了分析,讨论了三种不同结构类型情况下系统各几何参量的求解范围,有利于系统根据实际需要合理选择结构参量。比较了两种初始结构设计方法的优缺点,指出了各自的适用情况。最后依据理论研究进行了实例设计,从像质的评定结果可以看出,系统成像质量接近衍射极限。 展开更多

关键词 光学设计 全反射光学系统 离轴三反射镜光学系统

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长焦距离轴三反射式光学系统设计 被引量：1

13

作者 王路 王春艳 鲍智康 《长春理工大学学报（自然科学版）》 2012年第1期18-20,28,共4页

介绍了一种长焦距离轴三反射式光学系统的设计过程。在同轴三反射式光学系统基础上,将第一面镜设置成光阑,通过对其适当的离轴、倾斜,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计。给出了同轴系统初始结构的求解方程,分析了同轴系统存在的... 介绍了一种长焦距离轴三反射式光学系统的设计过程。在同轴三反射式光学系统基础上,将第一面镜设置成光阑,通过对其适当的离轴、倾斜,实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计。给出了同轴系统初始结构的求解方程,分析了同轴系统存在的问题。以一个长焦距离轴三反射式光学系统作为设计实例,通过镜面离轴、倾斜和优化,得到了成像质量良好的设计结果。 展开更多

关键词 离轴三反射式光学系统 长焦距 光阑 中心遮拦

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相位差异的三反光学系统波前传感技术 被引量：3

14

作者 程强 薛栋林 张学军 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2013年第6期1601-1606,共6页

分析了基于相位差异(Phase Diversity,PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov正则项,... 分析了基于相位差异(Phase Diversity,PD)的波前传感技术的基本原理,针对该技术的目标函数自变量多、非线性程度较高等特点,提出基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)的改进相位差异技术。在传统目标函数的基础上增加了Tikhonov正则项,提高了算法的稳定性和收敛效率;对光学系统利用PD技术波前检测的噪声适应性进行了仿真分析;模拟了不同波前离焦量对检测精度的影响,获得最优的波前离焦相位值并应用于检测实验;利用PD技术分别对离轴三反光学系统的中心视场和边缘视场进行波前检测,并将解算得到的Zernike系数和波前图分别与干涉检验的结果进行对比。实验结果表明:相位差异技术与干涉检验的偏差小于0.013λ(RMS),其检测精度满足工程需求。 展开更多

关键词 相位差异 波前传感 离轴三反光学系统

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自由曲面在离轴光学系统中的应用 被引量：3

15

作者 周鑫 肖锡晟 孙胜利 《红外》 CAS 2017年第3期6-11,16,共7页

针对自由曲面能提升成像光学系统的性能和校正像差的特点,分析了自由曲面在离轴光学系统中的应用优势。光学系统选用视场角为30°×11°、焦距为150 mm、F数为3的Cook-TMA。本设计中,离轴三反光学系统的主反射镜采用自由曲... 针对自由曲面能提升成像光学系统的性能和校正像差的特点,分析了自由曲面在离轴光学系统中的应用优势。光学系统选用视场角为30°×11°、焦距为150 mm、F数为3的Cook-TMA。本设计中,离轴三反光学系统的主反射镜采用自由曲面设计。分析了使用Zernike多项式曲面在大视场离轴反射式光学系统中对离轴光学系统性能的提升效果,并与使用常规非球面的情况进行了比较,分析了自由曲面的优缺点。结果表明,自由曲面在提高离轴光学系统的成像质量方面具有更大的优势,系统的平均传递函数比常规非球面提升了15.9%以上,系统接近衍射极限。Zernike多项式曲面在离轴三反系统中的应用效果良好,系统的成像性能得到了较大的提升。 展开更多

关键词 自由曲面 大视场 离轴三反光学系统 ZERNIKE多项式

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大视场、大口径双波段红外非制冷光学系统 被引量：22

16

作者 常军 刘莉萍 +3 位作者 王涌天 翁志成 丛小杰 姜会林 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期170-172,共3页

军事和安全应用都需要利用红外探测技术来进行目标跟踪和搜索．由于红外或热成像系统探测的目标辐射能量低，因此需要光学系统具有强的集光能力；另外，用凝视方式可以获取大场景红外图像以去除传统的机械扫描装置，这要求红外光学系统... 军事和安全应用都需要利用红外探测技术来进行目标跟踪和搜索．由于红外或热成像系统探测的目标辐射能量低，因此需要光学系统具有强的集光能力；另外，用凝视方式可以获取大场景红外图像以去除传统的机械扫描装置，这要求红外光学系统：具有足够大的视场．该工作研究的光学系统视场大于60×3．5度，F数F／1-F／2．5．采用了离轴三反射镜光学系统，系统结构简单，成像质量达到衍射极限． 展开更多

关键词 红外系统 光学设计 离轴三反射镜光学系统 非球面

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