空间多光谱相机光学系统设计

根据多光谱相机技术指标要求,讨论了空间多光谱相机的光学设计。采用准远心的离轴三反式结构满足测绘用多光谱相机的低畸变要求。考虑加工、装调与检测等因素,将次镜设计成球面,提高了设计的可靠性。优化完成的设计结果相对畸变小于0.012%,成像质量良好,全视场各谱段MTF在Nyquist频率下优于0.75。加工、装调后的系统静态传函测试结果高于0.2的系统技术指标要求。     

大口径红外离轴三反光学系统设计及公差分析

在空间光学领域中,光学系统的发展趋势为长焦距、大视场、轻量化、大相对孔径、高成像质量等。为适应该发展趋势,对大口径反射式光学系统进行研究,在共轴三反系统的成像理论基础上,为避免中心遮拦,提高成像质量,采用视场离轴方式,设计了一款大口径离轴三反式光学系统。该光学系统在奈奎斯特空间频率17 lp/mm处,光学传递函数MTF大于0.75,成像质量接近衍射极限。此外,光学系统公差的合理分配是影响相机总体性能的主要因素,运用公差灵敏度分析和反转灵敏度分析,计算各公差对光学系统成像质量的影响,给出了合适的公差分配,经过模拟分析,按照给定的公差加工装调,系统光学传递函数大于0.55。     

多光谱遥感相机光学系统设计

设计了谱段位于450~900nm,焦距f=6 000mm,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(25lp/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.     

集成式双线阵立体测绘相机光学系统设计

针对双线阵立体测绘相机光学系统设计指标的要求,设计了一种三反离轴光学系统,并针对该光学系统的特点,对像质进行了分析.光学系统设计传递函数在0.6左右(在50lp/mm处),相对畸变小于3×10-4,校正绝对畸变小于20μm,相机在成像质量方面达到立体测绘的要求.同时,为了使相机在体积尺寸小、结构紧凑及轻量化等方面满足卫星平台的要求,采用了一种新型的光学系统布局,在减小双线阵立体测绘相机的体积、材料及减轻重量等方面,具有独特的优势;光学系统可以安装在同一机械结构体内,以利于采取有效的热控措施,将主镜以一定的交会角在同一基准上支撑、装调,所以它具有尺寸稳定性好,温度敏感度低等优点.     

一种机载多光谱相机的光学系统设计

采用外视场拼接的实施方案实现了机载多光谱相机宽幅覆盖和高空间分辨率的需求.先通过探测能力估算和指标要求论证了子系统的设计参量,然后基于光线追迹的原理给出了光学子系统的设计结果.该子系统采用了6组共9片的双高斯复杂化结构型式,焦距为175 mm,相对孔径为1/3.6,光谱范围500～900 nm,全视场角18°.该设计结果成像质量高,色差、畸变及弥散斑尺寸均满足系统拼接要求.该系统对加工装调要求适中,可为该类多光谱相机的设计提供参考.     

多波段红外离轴三反光学系统的设计

单一红外波段的光学系统在无人机对地侦察时接收到目标信息量较少,也易受环境的影响甚至无法探测到目标,严重影响了侦察的效率.分析了多波段红外光学系统成像原理及设计方法,最终选取反射式结构形式设计了一款焦距为50mm、全视场为12°×10°的离轴三反红外光学系统,该系统可用于短波红外成像、中波红外成像,以及长波红外成像.各个...     

无遮拦三反射镜变形光学系统设计

变形光学系统在X方向和Y方向有不同的焦距,物方视场的横纵比不再受探测器光接收面形状限制,可以在一个方向上扩大视场或提高目标分辨率而不影响另外一个方向。研究了无遮拦三反射镜变形光学系统的设计方法,利用Zernike像差分析方法分析变形系统的像差特点,使用具有双曲率的Biconic Zernike曲面作为反射面校正系统像差。设计了一个X方向焦距fx为100mm,Y方向焦距fy为150mm,F数为2,视场为3.3°×1.65°的致冷型中波红外光学系统。探测器的横纵比为4…3,物方视场横纵比为2…1。该系统全视场范围内的调制传递函数在奈奎斯特频率处(33lp/mm)高于0.61。三个反射面及整个光学系统均关于YZ平面对称。设计结果表明,该系统能够改变物方视场的横纵比,增大了X方向的视场,结构紧凑,成像质量良好。     

宽光谱高分辨离轴三反光学系统设计

为了解决空间对地遥感光学系统探测波段窄、分辨率低等问题,设计了一款非球面离轴三反光学系统。对计算得到的同轴三反结构进行了视场离轴处理,优化了像差,分析及评价了离轴三反系统的成像质量。设计得到的光学系统分辨率在可见光及短、中波红外波段都得到了提升,分别能够达到2 m、3.3 m以及10 m的地元分辨率,系统三个反射镜面型均为偶次非球面,焦距600 mm,相对孔径1/4.3,视场角8°×4°,最大畸变0.4%。各波段在奈奎斯特频率处的MTF值均高于0.2,且RMS半径满足小于探测器最小像元尺寸的成像要求。实现了高分辨率、宽波段的设计目标所要求的各项指标,从而提升了系统全时间段、全天候的信息获取能力。     

新型三反射光学系统设计

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱CCD的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000 mm、F数为12、成像谱段位于450~900 nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5%,在50 lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.     

离轴三反测绘相机调焦机构的设计

针对测绘相机对相机成像质量和内方位元素稳定性的要求,在分析3种调焦方式特点的基础上,确定了符合离轴三反测绘相机需要的调焦方式。设计了滚珠丝杠驱动的直线导轨式调焦机构,计算得到调焦机构的灵敏度为0.2μm。对该调焦机构进行了精度检测和试验验证,结果显示其指向精度〈2″,定位精度〈3μm。得到的结果表明：该空间调焦机构具有结构紧凑、刚度高、位移精度好等特点,能够满足离轴三反测绘相机的调焦要求。     

长焦距、大视场空间观测相机光学系统设计

为了解决空间相机高分辨率与大视场的难题,在共轴三反的基础上,通过对以往离轴三反系统改进设计,提出了一种长焦距、大视场、大相对孔径无中心遮拦的离轴三反系统设计方法,并利用ZEMAX软件设计了一种焦距为1200mm,视场角11°×3°,相对孔径F／4,工作谱段在0．4～2．5μm的光学系统,该系统在全视场空间频率50lp／mm处,MTF均值大于0．42,接近衍射极限,弥散斑直径RMS值小于10μm,表明其具有良好的成像质量。     

数字高速分幅相机中光学分幅系统的设计与分析

使用光学辅助设计软件ZEMAX设计了用于四通道数字高速分幅相机的光学分幅系统,并结合机械设计软件SOLIDWORKS,在ZEMAX的非序列模式下建立了光学分幅系统的三维立体仿真模型。成像质量达到了衍射极限,动态极限空间分辨率为16lp／mm。模拟分析结果表明成像质量理想,符合设计要求。     

手持式眼底相机光学系统设计

提出一种新型眼底成像系统,结构更加简单、紧凑。系统的成像和调焦投影光路共用调焦镜,调焦投影光路完全嵌入到照明光路。调焦投影光路不再专设照明组件,避免了投影目标和调焦镜之间的机械联动结构。并且充分利用了网膜物镜系统的空间。利用LED光源窄带宽的优势,瞄准和拍照过程共用一个电荷耦合器件相机。采用新的光学结构,设计了一款视场30°、工作距离30mm的眼底相机光学系统,眼光焦度补偿范围-10m-1～+5m-1,物方各视场分辨率为45line/mm,畸变小于5%。     

大视场高分辨力星载成像光谱仪光学系统设计

大视场、高分辨力星载成像光谱仪已成为空间遥感的迫切需求.根据大视场、高分辨力的研究目标,提出了先视场分离分光再用分色片分光的设计方法,分析了视场分离分光的原理.设计了一个全反射式星载成像光谱仪光学系统,该系统由指向镜、11.42°远心离轴三反消像散(TMA)前置望远系统和4个Offner凸面光栅光谱成像系统组成,通过恰...     

长焦距空间光学遥感器支撑结构有限元分析

为了提高长焦距空间光学遥感器主支撑结构的刚度,实现结构的轻量化,分析了几种常用的空间支撑结构材料,并结合三反离轴光学系统的特点,用有限元分析软件MSC．PATRAN建立了几种不同支撑结构的有限元模型。对其进行了模态分析,并对支撑结构在温度场和重力场影响下的变化进行了研究,从而对实际工程中光学遥感器结构的材料及构型选择提供了参考,对大型离轴三反空间光学遥感器主支撑结构的设计具有一定指导意义。     

宽覆盖高分辨率机载相机光学系统设计

针对机载相机广域高效航拍作业需求,采用新型级联光学成像结构,设计了一种宽覆盖高分辨率机载相机光学系统.该系统由对称前置同心物镜和中继转像透镜阵列组成,对称前置同心物镜获取剩余像差均匀的宽视场曲面像,中继转像透镜阵列对该曲面像进行视场细分、剩余像差校正及中继成像.所设计的机载相机光学系统焦距为60 mm、F数为3.4、视...     

主动调焦式航空相机物镜光学设计及温度仿真分析

对流层内,环境温度随海拔高度的升高而降低。为了补偿温度变化对成像质量的影响,设计了主动调焦式航空相机物镜:f=400mm、视场角2ω=10°、F数为8、波段460～750nm、总长380mm、后截距150mm;该物镜在常温常压下,调制传递函数(MTF)fMT≥0.52(70lp/mm),接近衍射极限;各视场弥散斑均方根(RMS)直径大小约3.6μm;该相机包括一调焦组,移动范围为±5mm,调焦组每移动0.1mm,焦平面约移动0.026mm。针对设计结果,随后进行了温度水平分析和温度梯度仿真。对于温度水平分析,在-60℃～+60℃下进行了稳态调焦分析,分析结果表明经调焦组主动调焦后,物镜成像质量与常温下相差不多,可成清晰像;于此同时,相机可在调焦完成后,在温度宽度为±16℃的范围内保证像质。对于温度梯度仿真,人为地对各透镜单独设定温度场得到20℃轴向、径向温度梯度,有限元仿真及相应的计算结果表明,经主动式温度调焦后,在温度梯度情况下,相机物镜依然保证成像清晰。