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基于自由曲面的大视场空间相机光学系统设计
Design of Large Field of View Space Camera Optical System Based on Freeform Surfaces

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李旭阳 1   倪栋伟 1,2   杨明洋 1,2   任志广 3  
文摘 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 000mm,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63lp/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.
其他语种文摘 Freeform surface is applied to design a large field of view off-axis three-mirror optical system.The focal length of the system is 2 000mm,the F-number is 12,and the field angle is 35°×1°. In the system,XYpolynomial freeform surfaces are applied as the primary mirror and the tertiary mirror surfaces,and the primary mirror is designed as a convex surface,so that the meridional field of view reaches 35°,further widening the imaging field of view.Based on the optimized XY polynomial coefficients,Matlab software is used to simulate the XYfreeform surfaces of the primary mirror and the tertiary mirrors.The design results show that the optical transfer function of the system in the full field of view is better than 0.4at 63lp/mm,the diameter of the diffusion spot is less than one pixel size,the maximum relative distortion is less than 3%,and the wavefront error value is better thanλ/14.The system has high energy concentration and the imaging quality is close to the diffraction limit.It can be seen that the freeform surface has great advantages in improving the imaging field of view and imaging quality of the off-axis reflection optical system.The system overcomes the shortcoming of the small field of view in the radial direction of the conventional off-axis reflective optical system,and it is suitable for wide swath imaging.
来源 光子学报 ,2018,47(9):0922003-1-0922003-9 【核心库】
DOI 10.3788/gzxb20184709.0922003
关键词 光学设计 ; 大视场 ; 自由曲面 ; XY多项式 ; 离轴三反
地址

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

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1004-4213
学科 物理学;机械、仪表工业
基金 国家自然科学基金
文献收藏号 CSCD:6335021

参考文献 共 17 共1页

1.  李旭阳. 新型三反射光学系统设计. 光子学报,2012,41(1):31-35 被引 6    
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3.  Hariharan V K. Assembly,integration and testing of CARTOSAT-1. Proceedings of the International Conference on Electromagnetic Interference and Compatibility,2006:60-66 被引 1    
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6.  朱浩. 圆周式无遮拦三反射镜光学系统设计. 光子学报,2014,43(10):161-166 被引 2    
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8.  朱钧. 自由曲面在离轴反射式空间光学成像系统中的应用. 航天返回与遥感,2016,37(3):1-8 被引 10    
9.  薛栋林. 基于光学自由曲面的离轴三反光学系统. 光学精密工程,2011,19(12):2813-2820 被引 19    
10.  巩盾. 含有自由曲面的大视场低畸变同轴三反射光学系统设计. 光学学报,2014,34(7):0722001 被引 18    
11.  Zhu J. Design of a low F-number freeform off-axis three-mirror system with rectangular field-of-view. Journal of Optics,2015,17(1):015605 被引 18    
12.  Hou W. Construction method through forward and reverse ray tracing for a design of ultrawide linear field-of-view off-axis freeform imaging systems. Journal of Optics,2015,17(5):055603 被引 9    
13.  林晶. 宽幅离轴三反光学系统研究,2013:15-24 被引 1    
14.  王庆丰. 双变量正交多项式描述光学自由曲面. 光学学报,2012,32(9):0922002 被引 11    
15.  刘军. 自由曲面在成像光学系统中的研究,2016:18-20 被引 2    
16.  王伟. 自由曲面离轴反射式光学系统设计,2016:11-12 被引 2    
17.  张磊. 光学自由曲面面形检测技术. 中国光学,2017,10(3):283-299 被引 25    
引证文献 11

1 于百华 超短焦投影系统中自由曲面的多视场优化迭代设计方法 光子学报,2019,48(3):0322001
被引 0 次

2 刘强 大视场大相对孔径斜轴离轴三反望远镜的光学设计 光子学报,2019,48(3):0322002
被引 0 次

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