宽视场成像光谱仪前置远心离轴三反光学系统设计

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星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学设计

ＯｐｉａｓｇｆＳｃｂｏｎｅＨｉｈＲｅｏｕｔｏｙｒｐｅｔａｔｃｌＤｅｉｎｏｐａｅｒｇｓｌｉｎＨｐｅｓｅｒｌ
ＩａｅｓｗｉｈＷｉｅＦｉｌｆＶｉｗｍｇｒｔｄｅｄｏｅ
ｓｅｔｌｉｇｎｙｔｍ．ｙｔｃｎ，ｐｉｚｔｎａｄａａｙｉｇａｅｐｒｏｍｅｙＣｐｃｒｍａｉｇｓｓａｅＲａｒｉｇｏｔａｍｉａｉｎｎｌｚｎｒｅｆｒｄｂＯＤＥＶｏｗａｅＴｈａｙｅｏｓｆｒ．ｅａｌｚｄｔｎ
星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学设计
薛庆生
（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春１０３）０３３
摘要：根据高分辨力、大视场的要求，考虑到市售探测器的限制，提出了视场分离分光的方法，分析了视场分离分光的原理。利用此方法设计了一个星载高分辨力、大视场高光谱成像仪光学系统，该系统由１．ｏ心离轴三１２远４反消像散（＾）Ｔ望远系统和２个Ｏｆｅ凸面光栅光谱成像系统组成，ｆｒｎ运用光学设计软件ＣＤＯＥＶ对高光谱成像仪
０引言
高光谱成像仪是２０世纪８代开始在多光谱遥感成像技术的基础上发展起来的新一代空间光学遥感０年仪器，它是遥感技术的进步和发展，能够以高光谱分辨力获取景物和目标的超多谱段图像，陆地、大气、在和海洋观测中得到了广泛的应用。高光谱成像仪的工作波段宽、分辨力高，一般覆盖０～１ｍ，地．．４０面像元分辨力从几米至几十米，光谱分辨力从几纳米至几十纳米。目前国际上具有代表性的高光谱成像仪

超光谱成像仪前置成像物镜设计解析

超光谱成像仪前置成像物镜设计大相对孔径意味着超光谱成像仪有大信息量和强集光能力,也意味着设计难度的增大,是人们不懈追求的方向。

大相对孔径超光谱成像仪要求有大相对孔径的前置成像物镜与其匹配,否则它的大相对孔径优势不能得到充分发挥,本文以此为出发点致力于大相对孔径前置成像物镜的研究。

第一章介绍超光谱成像仪的原理和开展前置成像物镜研究的必要性。

第二章从超光谱成像仪的技术指标和应用要求出发,确定前置成像物镜的技术指标;根据确定的技术指标及其与一般望远物镜的区别进行结构选型,综合分析和比较折反系统、共轴反射系统以及离轴反射系统,选择无中间像的离轴三反射镜系统作为前置成像物镜的结构型式,它具有宽波段、结构紧凑、像方远心及后工作距离长的特点。

第三章简要介绍二次曲面和自由曲面的定义;然后,给出利用共轴三反射镜系统初级像差理论,求解初始结构参数的方法和结果。

根据技术指标,采用不同面型并借助Code V光学设计软件优化设计三个满足技术指标和像质要求的方案。

结合当前加工工艺进行分析比较,指出次镜为球面的方案,有利于加工,且成本低;自由曲面方案结构紧凑,成像质量达到衍射极限,但目前加工成本还比较高。

第四章简要介绍空间编码超光谱成像仪的原理,针对该系统的矩形面视场要求,给出分别采用二次曲面和自由曲面的前置成像物镜设计结果。

第五章介绍离轴三反射镜系统的公差制定方法,给出第三章中的次镜为球面方案的公差分析,得到了符合当前加工工艺要求的公差分配结果,并给出加工检测方法。

另外探讨和分析了自由曲面方案的公差分配。

第六章总结论文工作,给出创新点,并展望自由曲面的应用前景。

同主题文章[1].何玉兰,刘钧,焦明印,罗传伟. 利用CODE V设计含有自由曲面的光学系统' [J]. 应用光学. 2006.(02)[2].用非球面改善图像' [J]. 激光与光电子学进展. 1998.(12)[3].D.T.普里亚耶夫. 远焦双反射镜系统' [J]. 应用光学. 1993.(05)[4].匡裕光. 关于1985年国际透镜设计会议' [J]. 光学精密工程. 1985.(06)[5].崔军，崔群. 关于建立智能型光学CAD系统的初步设想' [J]. 光子学报. 1994.(05)[6].一川. 非球面透镜技术的发展和应用' [J]. 照相机. 1999.(08)[7].伍凡. 非球面零检验的Offner补偿器设计' [J]. 应用光学. 1993.(03)[8].潘君骅. 产生非球面的新机构原理' [J]. 光学学报. 1981.(01)[9].陈安涛. 采用非球面光学塑料物镜消除平视取景器畸变' [J]. 应用光学. 1992.(04)[10].许绍斌，沈忙作. 大口径反射主镜的低温检测方法设计' [J]. 光电工程. 1995.(05)【关键词相关文档搜索】：光学工程; 前置成像物镜; 超光谱成像仪; 自由曲面; 光学设计; 非球面; 离轴反射; 公差分析【作者相关信息搜索】：苏州大学;光学工程;沈为民;宫广彪;。

【国家自然科学基金】_离轴三反系统_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

科研热词光学设计变形镜面对称静态系统像差校正离轴天线离轴三反消像散离轴三反天线离轴三反光学系统离轴相位差异波前传感望远镜推扫式成像光谱仪同轴两反天线变焦卫星激光通信动态特性几何光学全反射像方远心像差 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2014年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
2014年科研热词遥感视场分离航天测绘相机离轴非球面反射镜离轴量离轴角离轴三反系统离轴三反地球曲率光学设计像质像移偏流角中心定位特种工装 offner光谱仪推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
2011年科研热词推荐指数光学设计 4 远心 2 离轴三反系统 2 长焦距大视场光学遥感器 1 调制传递函数 1 自由曲面反射镜 1 红外仿真 1 离轴三反射系统 1 离轴三反光学系统 1 热光学 1 点源透射比 1 杂散光 1 有限元模型 1 景象投影 1 挡光片 1 成像光谱仪 1 宽视场 1 实入瞳 1 外遮光罩 1 偏视场三反系统 1 三反射镜系统 1
推荐指数 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

空间高光谱成像仪的光学设计_巩盾

Abstract: The hyperspectral imaging spectrometer is a new type of load in the modern space remote sensor. The hyperspectral imaging spectrometer optical system designed in this paper has been made up by two parts, front telescope system and imaging spectrometer system. The front telescope system and imaging spectrometer was designed respectively, then assembled and optimized. Off -axis TMA structure was used by front telescope system to increase width, improve image quality, and reduce distortion. Separated fields method was applied on front telescope system for larger swath width and better image quality. Imaging spectrometer was designed by Offner structure with grating convex second mirror. Assembled system has larger swath width, smaller volume, better image quality, higher spectral resolution, and more spectral passage. The MTF of every fields and every spectrum is higher than 0.7 at Nyquist frequency, the diffusion circle of image with 80% energy is 15 μm, smaller than CCD pixel size, so the image quality reaches the technology target of system. Key words: optical design; TMA; separated fields method; offner spectrometer

基于微透镜阵列的积分视场成像光谱仪前置成像系统分析与设计

基于微透镜阵列的积分视场成像光谱仪前置成像系统分析与设计刘嘉楠;崔继承;尹禄;孙慈;陈建军;张锐;刘建利【摘要】作为对天文光谱进行观测的仪器,成像光谱仪有着十分重要的作用.由于传统的狭缝型成像光谱仪的狭缝限制,对面源天体的观测需多次扫面,才能获得完整的面源三维数据立方体(x,y;λ),这样将会浪费大量的观测时间.为了实现目标物体三维数据立方体的快速扫描,提出了一种基于微透镜阵列的无狭缝、静态化、快速高效的可见光到近红外波段积分视场成像光谱仪结构,并对其基本工作原理进行分析.为了扩展微透镜阵列积分视场成像光谱仪在医学、农业、物探等其他领域的应用潜能,该研究的光谱波段选择可见光到近红外波段.根据视场积分的工作原理,分析和设计了像方远心结构的离轴三反前置成像系统.系统采用视场离轴方式,波段范围400～900 nm,相对口径F/5,主镜、次镜和三镜皆为二次非球面,二次非球面系数分别为:-7.05,-0.92和-1.61.为减小系统体积,在离轴三反系统的焦平面附近放置反射镜.系统在奈奎斯特空间频率60 lp·m m-1处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限,满足系统要求.【期刊名称】《光谱学与光谱分析》【年(卷),期】2018(038)010【总页数】4页(P3269-3272)【关键词】微透镜阵列;积分视场成像光谱仪;像方远心离轴三反;视场离轴【作者】刘嘉楠;崔继承;尹禄;孙慈;陈建军;张锐;刘建利【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春 130033;中国科学院大学 ,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春 130033;中国科学院大学 ,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春 130033;中国科学院大学 ,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春130033;中国科学院大学 ,北京 100049;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 ,吉林长春 130033;中国科学院大学 ,北京 100049【正文语种】中文【中图分类】TH741引言微透镜阵列积分视场成像光谱仪是20世纪末出现的新型三维成像光谱仪器，可以实现面源目标三维数据立方体(x, y; λ)的同时采样，获取天体的完整信息。

高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计

航天返回与遥感第42卷第1期92SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING2021年2月高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计王保华李可唐绍凡张秀茜王媛媛（北京空间机电研究所，北京 100094）摘要针对高空间分辨率、高光谱分辨率和大幅宽成像的遥感应用需求，提出了高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪技术方案，分析确定了成像光谱仪光学系统指标，设计了空间成像光学系统和光谱成像光学系统。

空间成像光学系统采用自由曲面离轴三反设计方案，实现了大视场、大相对孔径像方远心设计，系统相对畸变小于0.02%；光谱成像光学系统的狭缝长度超过90mm，采用新型离轴透镜补偿型Offner设计方案，实现了长狭缝高保真光谱成像设计，谱线弯曲和色畸变均小于1/10像元尺寸。

设计结果表明，高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统简单紧凑，成像品质接近系统衍射极限，满足星载高光谱对地成像的数据应用要求。

关键词成像光谱仪光学系统设计自由曲面凸面光栅航天遥感中图分类号: O439文献标志码: A 文章编号: 1009-8518(2021)01-0092-08DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2021.01.011Optical System Design of a Spaceborne Imaging Spectrometer withHigh Resolution and Super SwatchWANG Baohua LI Ke TANG Shaofan ZHANG Xiuqian WANG Yuanyuan（Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094, China）Abstract In order to meet the requirements of remote sensing applications with high spatial resolution, hyperspectral resolution and super swatch, a new scheme of the space imaging spectrometer with high resolution and super swatch is put forward. The spatial resolution and swatch are 50m and 150km respectively, and the hyperspectral resolution can be better than 5nm between 0.4μm and 1.0μm. The comprehensive performance has reached the international advanced level. The index parameters are optimized based on SNR and the modulation transfer function. Then the space imaging optical system and the spectrum imaging optical system are designed according to the optical desigh parameters. The free-form surface is adopted for the off-axis mirror to realize telecentric design of wide field of view and large relative aperture. The relative distortion is lower than 0.02%. The slit length is over 90mm in the spectrum imaging optical system. And the new oftener configuration with off-axis correction lens is put forward to realize high fidelity design. The keystone and smile can be both controlled within 1/10 pixel. The optical system of the space imaging spectrometer with high resolution and super-swatch has so favorable imaging quality and compact volume,收稿日期：2020-03-02基金项目：科技部国家重点研发计划项目（2016YFB0500501）引用格式：王保华, 李可, 唐绍凡, 等. 高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计[J]. 航天返回与遥感, 2021, 42(1): 92-99.WANG Baohua, LI Ke, TANG Shaofan, et al. Optical System Design of a Spaceborne Imaging Spectrometer withHigh Resolution and Super Swatch[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2021, 42(1): 92-99. (in Chinese)第1期王保华等: 高分辨率超大幅宽星载成像光谱仪光学系统设计 93which can satisfy the demand of remote sensing application.Keywords imaging spectrometer; optical system design; free-form surface; convex grating; space remote sensing0 引言成像光谱仪是一种将成像技术与光谱技术相结合的新型光学遥感仪器，可以同时采集目标的空间信息、辐射信息和光谱信息，形成谱像合一的数据立方体，在大气、陆地、海洋、农林、应急减灾、水土和矿产资源调查等领域具有重要应用价值[1-3]。

新型大视场无遮拦三反光学系统设计

ｎｅｗ— 。ｓｔｙｌｅｕｎｏｂｓｃｕｒｅｄｔｈｒｅｅ— — ｍｉｒｏｒｏｐｔｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｗｉｈｗｉｔｄｅｉｅｆｌｄｏｆｖｉｅｗｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ
统相比，该系统不仅具有大视场，而且仅使用了两块非球面反射镜，降低了系统成本。
关键词：光学设计；反射系统；三反光学系统；大视场
中图分类号：ＴＢ１３３文献标志码：Ａ文章编号：１００７ — ２２７６（２０１３）０９ — ２４４９ — ０４
ｒｅｔｒｏｆｏｃｕｓ — ｔｙｐｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｃｏｎｉｆｇｕｒａｉｔｏｎ．Ｏｎｅｐｏｗｅｒｆｕｌｒｅｔｒｏｆｏｃｕｓｄｅｓｉｇｎａｐｐｒｏａｃｈｗａｓｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ
第４２卷第９期
Ｖｏ１．４２ＮＯ．９
红外与激光工程
ＩｎｒａｆｒｅｄａｎｄＬａｓｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１３年９月
Ｓｅｐ．２０１３
新型大视场无遮拦三反光学系统设计
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｔｈｅｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｈｒｅｅｍｉｒｒｏｒｓｓｙｓｔｅｍｔｏａｃｈｉｅｖｅｗｉｄｅｆｉｅｌｄｏｆｖｉｅｗ，ａ

离轴三反同时偏振成像仪光机设计

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。
关键词：离轴三反；偏振；光机设计；同时
中图分类号：V447+.1
文献标志码：A
DOI： 10.3788/IRLA201948.0518001
Optical design for simultaneous polarization imager based on off-axis three-mirror
Ling Mingchun1,2,3, Song Maoxin1,2*, Hong Jin1-2, Sun Xiaobing1,2, Tao Fei1,2,3
(1. Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China; 2. University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China;
3.中国科学院通用光学定标与表征技术重点研究室，安徽合肥230031)
摘要：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
Email: hongjin@
0518001-1
第5期
红外与ห้องสมุดไป่ตู้光工程

第48卷
resolution was 5 m@500 km, the optical MTF was more than 0.4@71.4 lp/mm, and under the condition of an elevation angle of 30° and a reflectivity of 0.2, the noise ratio was better than 38 dB, the polarization measurement accuracy is better than l%(PW0.3), the first -order mode of the whole machine was 195 Hz, and it had good strength and stiffness. The overall performance meets the actual use requirements. Key words: off-axis three-mirror; polarization; optical design; simultaneous

改进的离轴三反光学系统的设计

改进的离轴三反光学系统的设计
赵文才
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2011(019)012
【摘要】基于离轴三反光学系统(TMA)的一般设计方法,总结了设计要点.以两个基于三反光学系统的设计为实例,阐述了通过合理地安排光学结构、将次镜设计为球面反射镜、主镜和三镜在球面基础上改变高次非球面系数等,可使离轴三反光学系统的设计结果接近衍射极限,传递函数在50 lp/mm时都接近0.6,Strehl率由通常的0.91提高到0.93.与传统离轴三反系统相比,相机加工公差和面形加工公差从原来的λ/50放宽到λ/40,主、次、三镜的装调公差放宽了4倍.文中的设计降低了相机的加工及装调难度,有助于系统光学特性实现衍射极限,为三反光学系统的广泛应用提供了借鉴和实用参考.
【总页数】7页(P2837-2843)
【作者】赵文才
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文
【中图分类】TP73;TH703
【相关文献】
1.大口径红外离轴三反光学系统设计及公差分析 [J], 孙永雪;夏振涛;韩海波;王珂;陈刚义
2.紧凑型离轴三反光学系统的自由曲面设计 [J], 潘思豪;潘枝峰;陈建发
3.具有二次成像的紧凑型离轴三反光学系统设计 [J], 潘思豪; 潘枝峰; 陈建发
4.大视场离轴三反光学系统设计 [J], 沈志娟
5.可见光/红外双波段离轴三反光学系统优化设计 [J], 韩修来;聂亮;任梦茹
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基于光学自由曲面的离轴三反光学系统

基于光学自由曲面的离轴三反光学系统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。

标签：光学自由曲面；离轴三反光学系統；研究1 概述随着各国之间的竞争愈加的激烈，目前各国之间经济竞争中，最具代表性的竞争项目就是高科技，也就是说是一种信息技术之间的竞争。

一个国家高科技发展水平以及发展潜力之间受到空间遥感技术水平的直接影响。

因为在环境污染以及生态破坏控制过程中使用空间遥感技术可以取得非常显著的效果。

所以在权衡利弊之后，想要对生存环境进行保护以及维持，就需要提升以及创新空间遥感技术，促使我国社会以及经济发展实现可持续发展。

分析目前的实际情况得到，空间遥感光学系统取得了较为显著的成绩，其主要趋向于长焦距、大口径、小体积、轻量化发展走向。

在空间遥感系统中，广泛使用的是反射式成像光学系统。

反射式成像光学系统得到广泛使用主要是因为具有以下特点：不存在色差、光学系统可实现折叠、轻量化发展等[1]。

反射系统可以被分为以下几个部分：第一个部分是四反射系统；第二个部分是三反射系统；第三个部分是两反射系统。

2 基于自由曲面的光学离轴三反光学系统设计以及性能分析选取光学系统的主要参数，分为以下几个：第一个是焦距f（m）；第二个是视场角FOV（°）；第三个是相对孔径D/f等。

在确定主要参数的基础上确定探测器像元尺寸大小。

所以，焦距f（m）、视场角FOV（°）、相对孔径D/f对于系统等重要性能指标直接造成非常大的影响，例如：成像带宽（SW）、地面像元分辨力（GSD）、信噪比（SNR）、传递函数设计（MTF）等。

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