离轴三反同时偏振成像仪光机设计

基于离轴三反的前置望远系统,结合分振幅同时偏振成像技术,设计了一种运用于卫星平台环境的高空间分辨率的同时偏振成像仪,能同时获取目标的斯托克斯偏振参数,为抑制海面耀光、海雾、大气辐射等干扰,提升探测目标对比度提供了一种有效手段,在进行动态目标探测方面具有明显优势。并以光学设计为输入进行详细结构设计。最后通过实验室整机性能测试,仪器的工作谱段500~700 nm,视场角8.50.1,空间分辨率为5 m@500 km,光学MTF0.4@71.4 lp/mm,在高度角30、反射率0.2的条件下,信噪比优于38 dB,偏振测量精度优于1%（P 0.3）,整机一阶模态195 Hz,结构能够承受发射时严苛的力学环境,具备良好的强度和刚度。整机性能满足实际使用需求。     

一种含自由曲面的离轴三反光学系统设计

设计了一种含自由曲面的离轴三反射镜红外光学系统,光学系统采用三个离轴反射镜,其中第二反射镜采用自由曲面面型,其余反射镜采用非球面面型。光学系统接收口径Φ100mm,F/#25。由于反射元件不产生色差,因此光学系统不存在色差。同时反射元件与支撑结构件采用同一材料,光学系统实现无热化设计。利用自由曲面的非旋转对称性,系统轴外像差得到了很好的校正,从而使光学系统成像质量接近衍射极限。通过合理布局三个反射镜的位置,使光学系统外形尺寸达到了160mm×110mm×250mm。     

主三镜一体化离轴三反光学系统设计

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101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/55,最大波像差RMS值为/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。     

离轴三反射式光学系统的设计

详细讨论了三反射式光学系统的设计方法,从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式,并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系.通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用.设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的Cook-TMA光学系统和有利于杂散光抑制、小F数且实现衍射极限成像的Rug-TMA光学系统.     

大视场离轴三反光学系统设计

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0.4~1.65 μm、像元尺 寸为7.5 μm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。     

新型离轴三反射光学系统设计

对比反射系统中双反射系统和三反射系统各自的优缺点,提出一种新型的无遮拦两镜三反射光学系统。与现在常用的离轴三反射光学系统相比,该系统最大的优势是只用了两片非球面反射镜,减小了加工成本,降低了加工难度。分析了该种系统的具体设计步骤,设计了一个焦距为500 mm、视场为10.1、相对口径为F/5、系统筒长为125 mm的光学系统,像元尺寸选取10。由系统MTF曲线和点列图可以看出,成像质量接近衍射极限,可以为目前航天相机光学系统设计提供参考。     

离轴三反射镜光学系统研究

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.     

大视场离轴三反光学系统设计

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。     

离轴三反成像光谱仪光学系统设计

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。     

离轴三反系统中视轴的偏转误差研究

考虑到离轴三反系统内部结构和光路的复杂性,直接分析离轴三反系统内部各反射镜的偏转误差对视轴的影响难度较大。因此,提出一种将离轴三反系统模型简化为单反射系统模型来进行分析的方法,并在该模型的基础上建立离轴三反系统视轴偏转误差的计算公式。最后,利用Zemax软件创建离轴三反系统模型,通过变动反射镜位置来模拟系统视轴的变化,并得到成像点的坐标,再将得到的像点坐标代入计算公式求解出系统视轴的转动量。通过结果对比,求解出视轴的转动量相对于仿真的最大误差不超过4%,验证了基于单反射模型建立的理论分析方法的正确性。     

离轴抛物面镜像面扫描太赫兹光学设计

为了提高太赫兹成像速度,设计了一种像面扫描太赫兹快速成像系统。它为反射式单像素探测器成像,成像系统采用新设计的表面镀金的离轴抛物面镜结构以实现大口径、无遮拦、高反射率、高质量成像;反射成像系统光学设计F数为2.93,通光孔径为100 mm,视场为1,焦距为293.45 mm,成像窗尺寸为64 mm64 mm,圆孔直径为2 mm,扫描采集1616像素图像时间为0.1 min,3232像素图像时间为0.42 min,6464像素图像时间为1.7 min,空间分辨率为1 cm。扫描系统结合压缩传感成像理论采用新型像面扫描方法实现快速成像,在系统焦平面位置加入旋转多孔盘,对像面的图像进行太赫兹能量强度扫描,使用金属光锥收集能量到高莱探测器。利用压缩传感理论的特殊条件（采样数目与图像像素数相等）进行像面图像采集,然后利用正则归一化方程重构像面图像,该系统具有成像速度快、分辨率高、低成本、结构紧凑合理的优点。     

新型两镜折反式平场消像散望远物镜光学设计

小卫星具有研制发射成本低、适于机动战术应用等优点,但基于几十kg级的卫星平台实现米级或亚米级对地光学遥感,仍是一个具有挑战性的问题。对此提出一种新的两反射镜折反系统,由两块非球面反射镜和像方负光焦度三透镜组组成,兼具传统两反射镜系统轴对称性而结构紧凑、易于装调和三反射镜系统平场消像散的优点。首先,介绍该新型系统基本思想与结构,导出其初级像差公式,分析给出色差和单色像差校正方法与初始结构求解方法。然后,实例优化设计得到结构紧凑、适用于低轨高分辨率小卫星对地遥感的光学系统,其工作波段、全视场角、有效焦距和F数分别为450~800 nm、1.2、3000 mm和F/10,系统的光学总长和通光口径分别为595 mm和300 mm。自身消色差的负光焦度透镜组由同种普通玻璃组成,系统成像质量接近衍射极限。     

数字微镜元件式自适应前照灯光学设计

路面照明状况直接影响到汽车夜间行驶安全,自适应前照灯能根据汽车周围环境自动地调整照明模式,提高驾驶安全性。针对现有自适应前照灯照明模式不够灵活、光能利用率低等问题,提出了一种基于数字微镜元件的自适应前照灯光学方案,该方案以数字微镜元件为核心,并创新性地提出了利用第二导光管收集未利用的光能,采用光学软件 Tracepro 进行整个系统的仿真。实验结果表明:该方案能够实现自适应前照灯的多种照明模式,且通过使用第二导光管提高了光能利用率。由于可实现的照明模式多且照明灵活,能量利用率高,所以该系统具有广泛的市场前景。     

用于X光激光实验的离轴球面反射镜线聚焦系统的研究

本文对用于X光激光实验的离轴式线聚焦光学系统作了详细的理论与实验研究。该系统已成功地用于“星光Ⅱ”激光装置的X光激光实验研究,取得了良好的结果。     

用于组合导航系统的三轴地磁导航传感器设计

文章针对仿生偏振光/地磁/惯导多源信息组合导航系统中的地磁导航需求,设计了一种三轴地磁导航传感器。介绍了应用背景、设计需求与实现方法,进行了系统的误差分析,并针对不同误差来源,进行了标定测量与补偿,实现了三轴姿态角的动态测量,为多信息源融合下的导航系统提供了一种获取地磁导航信息的有效手段。     

用于X光激光实验的离轴球面反射镜线聚焦系统的研究

本文对用于Ｘ光激光实验的离轴式线聚焦光学系统作了详细的理论与实验研究。该系统已成功地用于“星光Ⅱ”激光装置的Ｘ光激光实验研究，取得了良好的结果     

基于天线-罩体综合设计的反射面赋形设计方法

介质夹层式天线罩在保护内部天线的同时,使得透过罩体后天线口径场的幅度和相位分布发生变化,其中相位分布的变化是引起天线远场方向图畸变的主要因素.文章从天线罩体综合设计的角度出发,提出一种反射面赋形设计方法,通过赋形反射面来改变天线口径场的相位分布,使其与天线罩引起的相位分布的趋势相反,以保证透过天线罩后的口径场仍为同相场.对某地面卫星通信站的9.14m口径天线罩进行了数值实验,结果表明:所提方法可有效改善带罩天线系统的电性能,对于方向图畸变导致的副瓣和零深变化其效果尤为显著.     

小型一体式次镜支架结构优化设计

为了提高结构刚度，利用ANSYS的APDL语言对外径椎95mm的一体式3翼次镜支架进行了参数化建模，以基频为目标函数，对构成支架翼形的梁杆和接杆的截面参数进行了优化。优化结果表明:梁杆与接杆的夹角对基频影响显著，基频最高时梁杆与接杆的连接位置临近于基座，但并不在基座根部。在原结构基础上设计了带6螺旋环绕撑筋的新型次镜支架，撑筋显著提高了整体刚度。优化设计的新型次镜支架质量仅增加14.7g，基频增加33%，横向加速度下次镜安装面变形减小37.5%，可作为适应于力学环境的一种较佳结构。参数优化方法可提高多设计变量条件下的建模、仿真效率和设计水平，优化结果可为质量、体积及遮拦受限的小型一体式次镜支架结构设计提供有力支撑。