我国离轴三反光学系统技术获重大突破
用于高分辨率光谱仪的离轴三反射镜光学系统的设计
摘
要： 面对空间遥感 ， 尤其在 目标特性 的精细化识别 中 ， 要求成像光谱仪具 有高灵敏 度 、 光谱 分辨率 与高能量通过 力 高
等优 点． 同轴三反射光学系统的基础上 ， 在 采用视场 离轴方式 ， 设计 了一个 三镜无 遮拦全 反射光 学系统 ． 次镜 和光 阑重合 ， 无 中间像 ， 实现了高分辨率 、 大视场 、 长焦距 的要求 ． 光学系统 的基本参数 为 ： 焦距 ｆ ＝１６ ０ｍ 视场 角为 ２ Ｗ＝１。 ．４ 。 ０ ｍ， ８ ×０ １８ ， 相对孔径为 １ １ ， ／ ０３个反射面均为二次 曲面 ． 计结果表明 ， 设 成像质量接 近衍射极 限 ， 用此方 法设计 的光学系统在航 天遥感领
域具有很好 的应用前景 ． 关键词 ： 空间光学 ； 离轴三反系统 ； 光学设计 ； 长焦距 中图分类号 ： Ｈ ４ ０ ３ ． Ｔ ７ ；４５２ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：６３—１ ５ （０ ０ ０ —０ ２ —０ １７ ２ ５ ２ １ ）１ ０ ９ ４
Ｄｅ ｉｎ ｆＵｎ ｏ ｘ ａ ｓｇ ｏ ｃ ａ ｉ ｌＴｈｒ ｅ ｒ ｆｅ ｔｖ ｔｃ ｌＳ ｓｅ ｅ ｎ ｅ － ｅ ｌｃ ｉｅ Ｏｐ ｉａ ｙ ｔｍ Ｕｓ ｄ ｉ Ｉ ａ ｉ ｐ ｃｒ ｍ ｅ ｅ ｔ ｉｈ Ｓ ｃｒ ｍ ｓ ｌ ｔｏ ｍ ｇ ｎｇ Ｓ ｅ ｔｏ ｔｒ ｗｉｈ Ｈ ｇ ｐｅ ｔｕ Ｒｅｏ ｕ ｉ ｎ
ＷＡＮＧ ｉ ｉ Ｍｅ— ｎ ， ｑ ，Ｗ ＡＮＧ ｈ ｎ —ｏ Ｂ ｉ— ｕ ｎ ＨＵ ｉｇ ｌ ｎ Ｚ ｏ ｇｈ ｕ ， ＡＩ ａｇ ａ ｇ ， Ｊ Ｂ ｎ —ｉ ｇ ，ＷＥＩＲｕ ｙ ａ —ｉ
（ ． ’ｎＩｓｔｔ ｏ ｐ ｉ ｎ ｒｃ ｉ １ ａ ｎｔｕｅ ｆＯ ｔ ｓ ｄＰ ｅ ｓ ｎＭｅｈ ｎｃ Ｃ ｉｅ Ａｃ ｅ ｃ ｎｅ Ｘｉａ １ １ ９ ｈ ｉａ； ｉ ｃａ ｉｏ ｃａ ｉ ｈｎｓ ａ ｍｙｏ ｉ ｃ ， ’ｎ７ ０ １ ，Ｃ ｎ ｓ ｅ ｄ ｆＳ ｅ
双通道成像光谱仪共用离轴三反射光学系统的设计
ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｓ ｈ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ． Ｔ ｈ ｉ ｓ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ｓ ， ｓ ｌ ｉ ｔ ， ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｍａ ｔ ｏ ｒ ，
第３ ５ 卷 第７ 期 ２ ０ １ ３年 ７月
红 外 技 术
Ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖ ０ ｌ １ ． ３ ５ ＮＯ ． ７ Ｊ ｕ ｌ ｙ ２ ０１ ３
双通道成像光谱仪 共用 离轴 三反射 光学系统 的设计
姚 波 ，袁立银 ，亓洪兴 ，舒 嵘
ｍａ ｋ ｅ ｔ ｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｍｏ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｃ ｔ ． Ｐ ｒ ｉ ｓ ｍ Ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ － Ｐ ｒ ｉ ｓ ｍ（ Ｐ ＧＰ ）ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｃ ｈ ｉ ｅ ｖ ｅ ａ ｗｉ ｄ ｅ
（ 中国科学院上海技术物理研究所 空间主动光 电技 术重点实验室 上海 ２ ０ ０ ８ ３ ）
摘要：提 出了一种双通道共用一个主光学的推 帚式高光谱成像仪光学系统，该系统由离轴三反射主 光学系统、狭缝、准直镜及分色镜 、可见近红外光谱仪后光学和短波红外光谱仪后光学组成 ，设计 中采用双通道共用离轴三反射主光学系统，不仅满足 了成像仪大视场 、宽谱段的要求，而且提高 了 系统的光学效率，使系统结构更加 紧凑，双通道光谱仪均采用棱镜一 全息透射光栅一 棱镜分光组件分 光，实现 了宽光谱分光，提高 了 衍射效率，系统实现光谱范围覆盖 ４ ５ ０ ￣２ ５ ０ ０ ｎ ｌ ｎ ，全视场达 ２ ３ ． ９ ｏ 。 关键词：光学系统设计；双通道成像光谱仪；离轴三反射；棱镜． 全息透射光栅一 棱镜 中图分 类号 ：Ｔ Ｈ７ ４ ４ ． １ 文献 标识 码 ：Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ １ — ８ ８ ９ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７ — ０ ４ １ ９ ． ０ ６
离轴三反望远镜设计
光学与电子信息学院课程设计报告（2019-2020学年第一学期）论文名称自由曲面离轴三反系统设计课程类别必修专业班级-学号-姓名-任课教师-完成时间-摘要时代的发展对信息的掌握能力提出了更高的要求，而观测是获取信息的一个重要前提，因而各种大视场、高质量的成像系统也成为了较为迫切的需求。
在多种光学系统中，反射式系统由于其易加工、无色差的特点具有良好的发展前景；在反射系统中，最常用的又是离轴三反式系统。
在反射系统中引入自由曲面，能够获得更好的像差消除能力，并提供较高的优化自由度，提升成像质量[1, 2]。
本文针对指定要求视场和畸变的光学系统作出了设计，完成了光学系统的选型、初始结构计算设计以及优化，得到了焦距1200mm，F-number为14的离轴三反系统，对该系统进行了像质评价，并且利用蒙特卡洛方法对其进行了公差分析。
本文对长焦距、大视场的光学成像系统作出了一个设计的尝试，完成了进行应用的基础。
关键词：自由曲面；离轴三反；大视场；蒙特卡洛目录摘要 (2)1背景介绍 (1)1.1研究背景 (1)1.2光学系统的选择 (2)1.2.1折射系统与反射系统的比较 (2)1.2.2离轴三反系统的两种类型 (3)1.3光学自由曲面 (4)2设计指标 (6)3设计步骤 (7)3.1初始结构的确定 (7)3.2初始结构参数表与图示 (8)4优化步骤 (11)4.1焦距与F数的优化 (11)4.2点列图的优化 (11)4.3MTF的优化 (12)5设计结果及性能评估 (17)5.1设计结果 (17)5.2性能评估 (19)5.2.1像差曲线 (19)5.2.2波前差 (19)5.2.3弥散斑 (22)5.2.4点扩散函数(PSF) (23)5.2.5能量集中度曲线及MTF曲线 (24)5.2.6畸变分析 (25)5.2.7焦距与F数 (25)6公差分析 (26)7存在问题 (29)8总结与展望 (30)8.1设计总结 (30)8.2未来展望 (30)参考文献 (31)1背景介绍1.1研究背景随着时代的发展，对信息的掌握能力成为了衡量一个国家科技实力的决定因素之一，而光学系统在观测目标、获取信息方面具有重要的价值和意义。
长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展
第8卷 第1期2015年2月 中国光学 Chinese Optics Vol.8 No.1 Feb.2015 收稿日期:2014⁃10⁃11;修订日期:2014⁃12⁃13文章编号 2095⁃1531(2015)01⁃0001⁃16长春光机所航天光学遥感器研制基地建设进展宣 明,王家骐∗(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033)摘要:通过20多年的努力,中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(以下简称长春光机所)现已成为我国航天光学遥感器研制领域的重要基地。
本文在回顾其发展历史的基础上,详实地介绍了近10年来长春光机所在这一领域取得的技术进步,涵盖了航天光学遥感器研究、设计、制造、装调、检测、试验等各个方面。
关 键 词:航天光学遥感器曰空间光学中图分类号:TP732;V443.5 文献标识码:A doi:10.3788/CO.20150801.0001Current status of space remote sensing equipmentsresearch base in CIOMPXUAN Ming,WANG Jia⁃qi ∗(Changchun Institute of Optics ,Fine Mechanics and Physics ,Chinese Academy of Sciences ,Changchun 130033,China )∗Corresponding author ,E⁃mail :wangjq@Abstract :Changchun Institute of Optics,Fine Mechanics and Physics(CIOMP),Chinese Academy of Sci⁃ences(CAS)has made great efforts for over two decades on promoting herself to be a very important base of space remote sensing equipments′developing in China.The current status of CIOMP in this field is introduced in this paper based on the review of its development history,including the design,manufacturing,alignment,detection,and test of space remote sensing equipments,etc .Key words :space optical remote sensors;space optics1 引 言 长春光机所建所于1952年,在中国光学事业的开拓者王大珩先生的带领下,白手起家,从炼制第一炉光学玻璃开始,到1958年研制成“八大件”(即填补当时国内空白的高精度、高技术水平的八项现代光学仪器),在代代相传的自力更生、科学报国的长光精神的指引下,现已成为我国从事光学研究与光学工程和光电工程研制领域成立最早、规模最大、综合性最强的研究所。
长焦距离轴三反射光学系统设计
长焦距离轴三反射式光学系统设计王路王春艳鲍智康（长春理工大学光电工程学院，长春130022）摘要：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、倾斜并进行优化,得到了成像质量良好的光学系统设计结果。
关键词：离轴三反射式光学系统；长焦距；光阑；中心遮拦中图分类号:TH703文献标识码: A文章编号:Design of Long Focal Length and Uncoaxial Three-mirror Reflective Optical SystemWANG Lu WANG Chunyan BAO Zhikang( School of Photo-electronic Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022)Abstract: Introduced the designing process of a long focal length and uncoaxial three-mirror reflective system. .Based on the coaxial three-mirror, placed the first surface as the aperture and decentered to a suitable position to get the result of non-obstruction of the light..Primary aberration formula is deducted respectively, and analyzed the problems existed in the coaxial three-mirror reflective system. Took an uncoaxial three-mirror reflective system as a design example, by decenterring and tilting the surface, and got a good image quality of optical system design results.Keywords：uncoaxial three-mirror reflective system; long focal length; aperture; obstruction of light0.引言反射式物镜在空间光学系统中有着广泛的应用。
10_远心离轴三反消像散望远系统的光学设计
Email :cclhuan @126. com 修回日期 :2008 - 10 - 22
中 ,主镜 、次镜和三镜的顶点曲率半径分别为 R1 、R2 和 R3 ,主镜与次镜 、次镜与三镜的间隔分别为 d1 、 d2 ,系统像方焦距为 f ′. 对于望远系统 ,假定物体位 于无穷远 ,即 l1 = ∞, u1 = 0 (其中 l1 和 u1 分别为主 镜的物距和物方孔径角) .
衍射极限 ,在空间频率 27. 8 对线/ mm 处 , M TF 值 大于 0. 85 ,像元最大光斑的均方根 ( RMS) 尺寸为 6μm ,小于探测器像元尺寸 18 μm ,满足设计要求. 图 6 为主镜非球面与最佳拟合球面的差值曲线. 由 差值曲线可见 ,在整个口径内 ,主镜非球面与最佳拟 合球面间最大差值为 52μm.
3 设计流程
根据式 (4) ～ (11) ,给出远心离轴三反消像散系 统的程序设计框图.
图 2 平像场 、远心三反望远系统程序设计 Fig. 2 Flow chart of p rogram design of t he flat field ,
telecent ric t hree2mirror telescope
ICA
Vol. 38 No . 9 September 2009
10°远心离轴三反消像散望远系统的光学设计 3
李欢1 ,2 ,向阳1
(1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室 , 长春 130033) (2 中国科学院研究生院 ,北京 100049)
摘 要 :在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上 ,研究了成像光谱仪用远心宽视场 、大相对孔 径离轴三反消像散系统的设计问题 ,推导出了平像场 、远心三反消像散系统初始结构参量和三级像 差的计算方程. 在给定系统像方焦距 f ′和 F/ # 的情况下 ,只要给定次镜对主镜的遮拦比α1 和次 镜口径 D2 的具体值 ,就可以得到一个平像场 、远心三反消像散成像系统的初始结构 ,通过进一步 优化可得到满足设计要求的结果. 据此设计出一个光谱范围 0. 4～2. 5 μm 、焦距 f ′= 720 mm 、相 对孔径 F/ 4 、线视场角为 10°的平像场 、远心离轴望远系统 ,其主镜为 6 次非球面 ,次镜和三镜为椭 球面 ,在空间频率 27. 8 对线/ mm 处 ,调制传递函数值大于 0. 85. 关键词 :成像光谱仪 ;望远系统 ;光学设计 ;三反镜系统 ;远心 中图分类号 :O439 文献标识码 :A 文章编号 :100424213 (2009) 092225625
我国离轴三反光学系统技术获重大突破
为 了培育我国 自主开发、设计、建造 Ｌ Ｇ船的能力 ，中 Ｎ 船集 团公司所属 的沪东 中华造船 （ 团）有 限公司从 １ ９ 集 ９７ 年起启动 Ｌ Ｇ船的研究工作，通过引进、消化、吸收，掌握 Ｎ 了大型薄膜型 Ｌ Ｇ船的关键制造 技术 ， Ｎ 并成功开发 了采用蒸
汽透平推进系统 的 １ ． ４ ７万立方米 薄膜 型 Ｌ Ｇ船 。２ ０ Ｎ ０ ４年 ８ 月，首艘 Ｌ Ｇ船签约 ，同年 １ Ｎ １月 １ ５日开工建造 ，２ ０ 年 ４ ０８ 月 ３日交船。至 ２０ ０ ９年 １ ２月 １ ０日，首批 ５艘 Ｌ Ｇ船 已全 Ｎ
的技术攻关 。经过 】 Ｏ年的艰苦拼博，张学军领导的科研团 队在 “ 离轴三 反光 学先进制造技术 ” 究上 实现 了以计算机 研 控制光学表面成形技术为核心， 涵盖以大 口径离轴非球面 ｔ ｌ
动加工设备 、 口径 高精度离轴非球面加工工艺技术 、离轴 大
我国成为少数ｓ 自主研发 Ｌ６ 日 － ｋ 匕 ； Ｎ 船国家
理论模 型及其设计与 制作方法 ，检 测精度处 于国际领先水 平；此外，还建立了非球面子孔径拼接的理论模型，取得 了 良好的工程应用效 果。 应用三种独立测量手段对离轴 非球面
进行互检，保证 了测量 精度 ，提高 了可靠性。 在 国际上首次提 出了离轴三 反光学系统共基 准装调技
术，实现主镜 、三镜 的共基准 定位 ，将系统 的装调 自由度 由 １ ８个 降为 ６个 ，装调效率和精度大幅度提高。其中基 于计 算全息技术的第二代共基准装调技术 ， 大幅度拓展了 ＣＨ的 Ｇ
向。然而 ，由于其结构复杂性和非对称性，制造难度极大，
需要开发多项先进的加工、检测 、装 调技术予 以支持 。欧美
制造商将离轴三反光学系统制造技术列为核心关键技术， 于 ９ Ｏ年代末取得 了突破性进 展，研 制出在轨性 能优 良的光学
离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定
离轴三反时间延迟积分CCD相机内方位元素和畸变的标定吴国栋【摘要】由于测绘相机的关键几何参数内方位元素和畸变的标定精度决定相机的立体测绘精度,本文提出了一种离轴三反时间延迟积分( TDI) CCD相机内方位元素和畸变的标定方法.介绍了离轴三反TDICCD相机的光学系统和像面拼接方法,明确了该相机内方位元素和畸变的含义.建立了标定系统及相应的数学模型,应用最小二乘回归法求得了内方位元素和畸变的表达式.利用提出的方法标定了相机的内方位元素和畸变,并对标定误差进行了分析.结果表明:该方法对主点的标定精度可达1.0 μm(1σ),对主距的标定精度可达2.0 μm(1σ),对畸变的标定精度为2.3 μm(1σ).结果显示提出的标定方法快捷且有效.%The stereo mapping precision of mapping cameras depends on the calibration precision of the geometric parameters, such as inner orientation parameters and distortion, therefore, a new calibration method of inner orientation parameters and distortion for a three-mirror off-axis Time Delay Integration(TDD CCD camera was proposed. The optical system and image plane stitching of the camera were introduced, and the meanings of the inner orientation parameters and distortion were defined. A calibration system and corresponding mathematical model were established, then the expressions of inner orientation parameters and distortion were settled by the least square poly-regress method. A calibration experiment was performed on the camera, and results show that the point calibration accuracy and the focal calibration accuracy are better than 1. 0 μm(1σ) and 2. 0 μm(1σ) , respectively. Moreover, the distortion calibration accuracy has been 2. 3(um(la). Obtained results demonstrate that the calibration method has the advantages in the speed and efficiency for three-mirror off-axis TDICCD cameras.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2012(020)003【总页数】6页(P462-467)【关键词】时间延迟积分CCD相机;离轴三反相机;内方位元素;畸变;标定【作者】吴国栋【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】V447.3;TH7031 引言摄影测量是19世纪在测绘领域发展起来的一个新分支，其主要内容是利用摄影相机获取像的信息来测定空间点的位置。
长焦距离轴三反射式光学系统设计
（＋—ｆ １ ｆ）￣ ｌｌ １
２１ ， ａ ， 、 ’
（） ３
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一可
统 。 这种 离轴 的光 学 系 统 可 以 消 除 同轴 光 学 系 统 存 在 的 中心遮 拦 问题 。所 以 ， 轴三 反 射式 光 学 系 离
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈｓ ｒｉｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｔ ｅ ｅ ｉｎ ｎ ｒ ｃ ｓ ｆ ａ ｌ ｎ ｏ ａ ｅ ｇ ｈ ａ ｄ ｕ ｃ ａ ｉｌ ｔ ｒ ｅ ｓｒｃ： ｉ ａ ｔ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｈ ｄ ｓｇ ｉ ｇ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｏ ｇ ｆ ｃ ｌ ｌｎ ｔ ｃ ｎ ｎ ｏ ｘ ａ ｈ ｅ —ｍｉ ｏ ｅ ｅ ｔ ｅ ｓ ｓ ｒ ｒ ｒｆ ｃｉ ｙ — ｒ ｌ ｖ
线从左方入射 ， 次经主镜 、 依 副镜 和 三镜 的反 射 到
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除 了满 足 系统 焦 距 、 差 、 差 、 散 、 曲等 系统 球 彗 像 场
收稿 日期 ：２ １－１ －１ ０１ ０ ８
作者简介 ：王路 （９ ５ ，男 ，硕士研究生 ，主要从事光学系统设计方面的研 究，Ｅ １ ８ 一） —ｍａｌ ｉ ：ｗａｇｕ ７ ＠１３ｔ ｍ。 ｎ ｌ０ ９ ６ ． ｏ 通讯作者 ：王春艳 （９ １ ，女 ，博士 ，教授 ，主要从事光学设计和光电检测方 面的技术研究 。 １ ７ 一）
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。
国外空间用三反离轴相机发展分析与思考
国外空间用三反离轴相机发展分析与思考张科科 阮宁娟 傅丹鹰(北京空间机电研究所,北京 100076)摘 要 空间用三反离轴光学系统自20世纪70年代提出,从90年代开始在多个国家的卫星光学有效载荷中已经或计划得到应用并快速发展,技术基本成熟,领域涉及到对地观测、空间目标探测、天文观测、多光谱热成像、立体测绘等,但是普遍认为制造装调技术比较难。
文章通过广泛调研国外三反离轴系统在空间的应用和发展现状,并按应用情况、系统参数和系统构型进行了分类比较,分析其发展趋势,为中国空间相机发展三反离轴光学系统提供借鉴。
关键词 三反离轴 光学系统 空间相机AnalysisandConsider ationofDevelopmentofOver seasSpaceoff -axisTMASystemCamer aZhangKeke RuanNingjuan FuDanying(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100076)Abst ract Spaceoff-axisTMAsystemwasputforwardatlastcentury,whichwasappliedanddevelopedonsatel 2litepayloadsofmanycountriesat1990s.TechnologiesofSpaceoff-axisTMAsystemwerealreadyripebasically,and applicationsofitwerereferredastoseveralaspects,includingobservationtoground,explorationtospaceobjects,as 2tronomyobservation,manyspectrumsimagingandthree-dimensionalmapping.Butitwaswellknownthatthetech 2niquesofmanufactureandassemblyandtestwerequitedifficult.Applicationanddevelopmentsituationofoverseasspaceoff-axisTMAsystemwerepresentedonthispaper,andaccordingtothestateofapplication 、systemperformanceand configuration,spaceoff-axisTMAsystemswereclassifiedandcomparedandthetrendofdevelopmentwasanalyzed,whichwasusedforreferenceforoff-axisTMAsystemusedinspacecameraofChina.KeyWords Off-axisthreemirroranastigmatic Opticalsystem Spacecamera收稿日期51 引言航天光学遥感器光学系统的进展经历了从折射系统、折反系统到全反系统的演变。
离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制
离轴三反空间光学望远系统的杂散光抑制颜昌翔;许杰;彭岩【摘要】以点源透过率(PST)为评价标准,对一个离轴三反空间望远系统的杂散光进行了分析,并给出了分析结果.通过建立系统的实体模型,确定了一次、二次散射路径,采用改进的蒙特卡洛法,对20°之间各离轴角分别进行光线追迹.对模型的分析结果表明,系统产生杂散光的主要原因为一次散射,与光学系统结构密切相关.离轴角为±0.1°时,PST分别等于3.56和4.02,离轴角为±20°时,PST分别为6.63×10~(-5)和4.58×10~(-5).实验表明,通过加入遮光罩及减小镜面散射率可减少杂散光.与离轴两反望远系统相比,三反系统的杂散光水平在大离轴角时偏大1到2个数量级,但可满足使用要求.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)002【总页数】5页(P289-293)【关键词】离轴三反望远镜;杂散光;散射路径;点源透光率(PST)【作者】颜昌翔;许杰;彭岩【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,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;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,研究生院,北京,100039【正文语种】中文【中图分类】TH743空间望远镜是航天领域重要的遥感器。
利用搭载在航天器上的光学遥感器进行对地观测,具有速度快、视野广、覆盖范围大等优点。
空间望远镜的选型由最初的卡塞格林式、格里高里式向离轴三反系统改进,后者的优点在于视场大、相对孔径大和光学系统无中心遮拦[1-2]。
杂散光对光学系统的影响是非常有害的,其直接表现在降低像面的对比度,降低信噪比,并且可能会在像面上产生光斑,导致像质下降,某些情况下甚至会造成系统失效[3]。
离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性
离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性白晓泉 郭良 马宏财 许博谦 鞠国浩 徐抒岩Aberration coupling characteristics of axial and lateral misalignments of off-axis three-mirror telescopesBAI Xiao-quan, GUO Liang, MA Hong-cai, XU bo-qian, JU Gou-hao, XU Shu-yan引用本文:白晓泉,郭良,马宏财,许博谦,鞠国浩,徐抒岩. 离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性[J]. 中国光学, 优先发表. doi: 10.37188/CO.2021-0164BAI Xiao-quan, GUO Liang, MA Hong-cai, XU bo-qian, JU Gou-hao, XU Shu-yan. Aberration coupling characteristics of axial and lateral misalignments of off-axis three-mirror telescopes[J]. Chinese Optics, In press. doi: 10.37188/CO.2021-0164在线阅读 View online: https:///10.37188/CO.2021-0164您可能感兴趣的其他文章Articles you may be interested in用高斯光学和三级像差理论求变焦距物镜的初始解Find preliminary solution of zoom objective lens using gaussian optics and third-order aberration theory中国光学. 2018, 11(6): 1047 https:///10.3788/CO.20181106.1047采用色差先验约束的像差校正技术Aberration correction technology based on chromatic aberration prior constraints中国光学. 2018, 11(4): 560 https:///10.3788/CO.20181104.0560大型合成孔径望远镜标准化点源敏感性分析Normalized point source sensitivity analysis of large sparse telescopes中国光学. 2019, 12(3): 567 https:///10.3788/CO.20191203.0567空间引力波探测望远镜初步设计与分析Preliminary design and analysis of telescope for space gravitational wave detection中国光学. 2018, 11(1): 131 https:///10.3788/CO.20181101.0131光纤光栅与受激布里渊信号的耦合特性Coupling characteristics between fiber grating and stimulated Brillouin signal中国光学. 2017, 10(4): 484 https:///10.3788/CO.20171004.0484X射线散射法测量Wolter-Ⅰ型掠入射望远镜的表面粗糙度Characterizing curved surface roughness of Wolter-Ⅰ X-ray grazing incidence telescope中国光学. 2019, 12(3): 587 https:///10.3788/CO.20191203.0587文章编号 2095-1531（xxxx ）x-0001-14离轴三反望远镜轴向与横向失调量像差耦合特性白晓泉1,2,3，郭 良1,2,3，马宏财1,3，许博谦1,3，鞠国浩1,3，徐抒岩1,3（1. 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033；2. 中国科学院大学, 北京 100049；3. 中国科学院空间光学系统在轨制造与集成重点实验室）摘要：为了保证离轴三反空间望远镜地面装调阶段及在轨调整阶段的成像质量，本文基于矢量像差理论从内在机理层面揭示了轴向失调与横向失调对像差影响的耦合特性，重点分析了由两类失调耦合特性产生的补偿关系：（1）针对轴向失调补偿横向失调，揭示了装调过程中系统像质可能处于局部极值的一类工况；（2）针对横向失调补偿轴向失调，提出在轨横向失调引入的像散、彗差补偿轴向失调引入的像散、彗差的补偿策略（离焦不能补偿）。
离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证
离轴三反光学遥感器遮光罩的设计与试验验证齐光;王书新;李景林;焦爱祥【摘要】遮光罩是空间光学遥感器的重要组成部分，是抑制空间光学遥感器杂散光的首要措施。
遮光罩削弱杂散光效果的好坏直接影响到光学遥感器光学系统的成像品质。
本文设计了一种满足离轴三反空间光学遥感器要求的大尺寸碳纤维／环氧复合材料遮光罩，并结合有限元分析、杂散光分析及力学试验、光学系统传递函数检测手段来验证该遮光罩是否满足航天使用要求。
结果显示，各视场光学系统传递函数检测结果基本一致，均在0．2以上。
表明该大尺寸遮光罩具备良好的结构的稳定性、可靠性，能够满足空间应用要求。
%The baffle is an important component of the space optical remote sensor,which is the main way to weaken the stray light from the out-of-field radiation source,and the imaging quality of the space optical re-mote sensor is dependent on the baffle′s performance.In this paper,a large size baffle layout will be designed to meet the off-axis Wetherell TMA optical system.The baffle is made of carbon fiber reinforced polymer (CFRP).The FEManalysis,stray light analysis,mechanical vibration test and optical system MTF test are used to verify the usage requirement in aerospace.Results show that the MTF of the optical remote sensor can reach up to 0.2 in each field of view.It is indicated that the baffle has stable structure and good reliability and can meet the requirements of space applications.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2016(009)004【总页数】11页(P472-482)【关键词】空间光学遥感器;遮光罩;稳定性;有限元分析;杂散光分析【作者】齐光;王书新;李景林;焦爱祥【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】V445.8;TH16空间光学遥感器被广泛地应用于空间对地、空间对天等领域的目标观测、侦查，并借此来获取重要的情报信息。
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【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.%The key design of off-axial Three-mirror Anastigmat (TMA) systems was summarized, and an improved design of the off-axial TMA optical systems was proposed with a new optical structure. By taking two designed systems for examples, the optical elements of the TMA system were reasonably arranged, the secondary mirror was designed as a spherical surface, and the primary and the third mirrors were optimized with high-order aspheric coefficients. Obtained results show that the Modulation Transform Function(MTF) curve of the designed system approaches to the optical diffraction limit with an improved value of 0. 6 at the spatial frequency of 50 pl/mm. Compared with the common off-axial TMA optical system, the Strehl ratio can be increased from 0. 91 to 0. 93. The surface tolerance is relaxed from λ/50 to λ/40, and the assembling tolerances of the primary mirror, sec ond mirror and the third mirror can be relaxed by a factor of 4. The improved designmakes the manufacture and assembly of the off-axial TMA optical system much easier, and helps the system to achieve excellent performance in the level of optical diffraction limit. These are beneficial to the popularization of off-axial TMA optical systems.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2011(019)012【总页数】7页(P2837-2843)【关键词】空间光学遥感器;光学设计;离轴三反光学系统;光学加工;光学装调【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;TH7031 引言无论在军事还是民用领域，高分辨率空间遥感都有广阔的应用前景，目前其主要形式仍是通过光学相机对地观测。
离轴三反宽视场空间相机的辐射定标
第18卷 第7期2010年7月 光学精密工程 Optics and Precision Engineering Vol.18 No.7 J ul.2010 收稿日期:2009206225;修订日期:2009208226. 基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(No.863222521213B )文章编号 10042924X (2010)0721491207离轴三反宽视场空间相机的辐射定标任建伟1,刘则洵1,2,万 志1,李宪圣1,任建岳1(1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;2.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:离轴三反(TMA )光学系统是目前最先进的空间对地观测相机的光学系统。
本文在分析离轴TMA 宽视场空间相机成像机理的基础上,针对其光学系统光路和结构的特点,提出了分视场定标和利用特殊开口形状积分球的全视场定标两种方案,并采用两种定标方案分别对离轴TMA 宽视场空间相机两个不同阶段的样机进行了实验室辐射定标,定标结果表明两种方案切实可行,满足该相机实验室辐射定标要求。
通过对提出的两种实验室辐射定标方案优缺点的分析,得出两种定标方案不同的使用条件,结果显示两种定标方案的定标精度分别为1.68%和1.89%。
关 键 词:离轴三反(TMA )系统;空间相机;辐射定标中图分类号:V475.3;TP73 文献标识码:A doi :10.3788/OPE.20101807.1491R adiometric calibration of off 2axis three 2mirror 2anastigm atspace camera with wide vie wing f ieldREN Jian 2wei 1,L IU Ze 2xun 1,2,WAN Zhi 1,L I Xian 2sheng 1,REN Jian 2yue 1(1.Changchun I nstit ute of O ptics ,Fi ne Mechanics and Physics ,Chi nese A cadem y of S ciences ,Changchun 130033,Chi na;2.Grad uate U ni versit y of Chi nese A cadem y of S ciences ,B ei j i ng 100039,Chi na )Abstract :Off 2axis Three 2Mirror 2Anastigmat (TMA )optical system is a mo st advanced optical system used in space cameras for eart h observation p resently.In t his paper ,t he imaging mechanism of a off 2axis TMA wide viewing field space camera is analyzed ,and two kinds of calibration project s ,sectional viewing field radiomet ric calibration and entire viewing field radiomet ric calibration using an especial hatch integrating sp here ,are p roposed according to t he pat h and const ruction feat ures of t he off 2axis TMA optical system.Then ,Bot h t he p roject s are used in t he laboratory radiomet ric calibration for t he different p hase specimens of t he off 2axis TMA space camera.The calibration result indicates t hat bot h of t he project s are feasible and can f ully satisfy t he requirement s of laboratory radiometric calibration.The service conditions of t he two project s are obtained by analyzing t he relative merit s of t he p roject s.It is concluded t hat t he calibration accuracies of two project s are 1.68%and 1.89%,respectively.K ey w ords :off 2axis Three 2Mirror 2Anastigmat (TMA )system ;space camera ;radiomet ric calibration1 引 言 空间光学相机的光学系统经历了从折射系统、折反系统到全反系统的演变。
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领导的科研团队在“ 离轴三反光学先进制造技术” 研究上实现了以计算机控制光学表面成形技术为核心， 涵盖 以大 口径离 轴非球 面 自动加工 设备 、 口径 高 精度 离 轴非 球 面加 工 工 艺技 术 、 轴 高精 度非 球 面检 大 离
测技术 、 离轴三 反高精度 系统装 调技 术为核 心 的重 大突破 。 在 国 内率先 研制成 功 了具 有完 全 自主 知识 产权 的离轴 非球 面数 控加 工 中心 。该设 备 采 用集 成 化设 计 方案 ， 研磨 、 将 抛光 和在线 轮廓测量 单 元合 为 一体 ， 实现 离 轴非 球 面 自动 加 工 ， 合 技 术 指标 处 于 国 可 综
（ 自《 学时报 》 摘 科 ）
际先进水 平 。
实 现 了大 口径高精 度离轴 非球 面光学 表面 的确定性 加工 和 面形 误差 的高 效率 收敛 ， 出 了高效 的反 提 卷 积模 型 及 加 工 轨迹 自适 应 优化 算 法 ， 系统 地 建 立 了大 口径 碳 化硅 离 轴 非 球 面数 控 加 工 方法 、 型 和 模
［Ｏ Ｚ Ｕ Ｈ Ｄ，Ａ Ｓ Ｅ ｅｅ ｉ ｔ ｎ ｆ ｅｒ ｕｆ ｅ ｅ ａｔ ｅ ｎ ｅ ｆ ｒｄｄ ｎ ｅ ａｅｕ ｅ ｓｄ ｎ ｕｆ ｅ ｌ ｍ ｎ １ ］ Ｈ Ｃ Ｏ ｚＱ，Ｈ Ｎ Ｑ ｓ Ｄ ｔ ｍ ｎ ｉ ａ ｓ ｒ ｃ ｒ ｒ ｉ ｄｘ ａ ｅ ｄ ｘ ｖｇ ｉ ｓ ａｅ ｒ ｃ ａ ｏ ｒ ａｏ ｏ ｎ ａ ｆ ｃｖ ｉ ０ ｇ ｉ ｗ ｄ ｂ ｏｓ ａ ｐｓ
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７ ・ ４
光学仪源自器 第 ３ 卷 ２
ｍｅｓ ｒｄｆｒ ｏｈｍｏ ｅｔｐ ｓ ｎ ｔｄｆ ｒｎ ｖ ｌ ｇｈ 口］Ｌ ＾ｗａ ｅＴ ｃｎ ｌ １９ ，４ ８ ７ ３． ａｕｅ ０ ｔ ｄ ｙ ｅ ｄａ ｉｅｅ ｔ ｅｅ ｔｓ ． ｇ ｔ ｖ ｅｈ ｏ ，９ ６ １ ：２ —８ ２ ｂ ａ ｆ ｗａ ｎ ［９］ ＣＨＩ Ｇ ， ＡＮ Ｋ Ｓ ＷＯＮ ＣＬ， Ｇ ＣＨＡＮ Ｐ，ｔ １ Ｒｅｒｃｉｅｉｄ ｘｐｏｉｎ ｆ ｒｄｄｉｄ ｘｐａ ａ ｖｇ ｉｅ ｒｍ ｆ ｃｉｅｉｄ ｘｓ Ｈ ｅ ａ ． ｆａｔ ￣ｎ ｅ ｒｆｉｇｏ ａ ｅ— ｅ ｌ ｒｗａ ｅｕｄ ｓｆ ｖ ｌ ｇ ｎ ｎ ｏ ｅｆ ｔ ｅ ｅ ｅ ｖ ｎ ｍｅｓ ｒｄｗ ｔ ｉｅｅｔｅｔｒ ａ ｒｆａｔ ｅｉｄｘ ｓＪ． ｇ ｔ ａ ｅ ｅｈ ｏ ，０ ０ １ ：４ ２ ４ ７ ａｕｅ ｉ ｄｆ ｒｎ ｘｅｎ ｌ ｅｒｃｉ ｅｅ【］Ｌｉｈｗ ｖ ｃ ｎｌ ２０ ，８ １ １ —１ １． ｈ ｆ ｖ ｎ Ｔ
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了坚 实基础 。不久 前 ， 一 由中科 院长春光机 所完成 的重大 科技成 果通 过鉴定 。 这
自 上世纪 ９ 年代以来， ｏ 空间光学遥感器在国防、 国民经济领域 的需求快速增长。如何解决高分辨力 与 大视场 的矛盾 ， 一直是 高分辨 力空 间光学遥感 器研 究 的瓶 颈 。离 轴 三反 光学 系统 可 以 同时实 现长 焦距 与大 视场 ， 没有 中心遮 拦 ， 制传递 函数 高 ， 公认 为新 一 代空 问光 学 系统 的 发展 方 向 。然 而 ， 于其 且 调 被 由
结构 复杂性 和非对称 性 ， 造难度 极大 ， 要 开发 多项 先进 的加 工 、 制 需 检测 、 调 技 术 予 以支 持 。欧美 制 造 装 商将离 轴三 反光学 系统制 造技 术列 为核 心关键 技术 ， ９ 代末 取得 了突破 性进 展 ， 制 出在轨 性能 优 于 ０年 研 良的光 学遥感 卫 星 。鉴 于该 技 术 在 国防 、 民经 济领 域具 有 重 要 的意 义 ， 美 国家 采 取 了严 格 的保 密 国 欧
软件 。
首次 提 出并 建立 了计 算机 全息检测 （ ＧＨ） 轴非球 面 的理论模 型及其设 计 与制作 方 法 ， 测精 度处 Ｃ 离 检 于 国际领先水 平 ； 外 ， 建立 了非球 面子孔径 拼接 的理 论模 型 ， 得 了 良好 的工程 应用 效 果 。应 用 三种 此 还 取
独立测量手段对离轴非球面进行互检 ， 保证了测量精度， 提高了可靠性。
ａｇｒｔｍ［］Ａｐ ｌ ｐ ，０ ７ ４ （ ２ ：４ ２ ４ ９ ｌ ｉ Ｊ ． ｐ Ｏ ｔ２ ０ ，６ ３ ） ７５ —７ ５． ｏ ｈ
我 国离轴 三 反光 学 系统 技术 获 重大 突破
我 国在离轴 三反光学 系统先 进制 造技术 上实现 重大 突破 ， 为我 国空 问光学 遥感 器 的跨越 式 发展 打下
在 国际上 首次 提 出了离轴三 反光学 系统共基 准装 调技 术 ， 实现 主镜 、 三镜 的共基 准定 位 ， 系 统 的装 将 调 自由度 由 ｌ ８个降为 ６ ， 个 装调效 率和精 度大 幅度提 高 。其 中基 于计算 全息技术 的第二 代共基 准装 调技 术 ， 幅度拓 展 了 Ｃ 大 ＧＨ 的应用 领域 ， 国际领先水平 。 属
Ｅｈ ｍｅＵｎｖ ｒ ｉ ， ９ ８， １（ ）：４１ １ ０ ｉ ｉｅｓｔ １ ８ １ ３ １ — ５ ． ｙ
［２ Ｓ ， Ｈ Ｎ Ｂ Ｘ， ＨＡ Ｇ Ｘ Ｗ ，ｔ １ Ａ ｔ ａｉ ｗ ｖｇ ｉ － ｂｒｃ ｕ ｌ ｇ ｓ ｓ ｍ ｂｓｄ ｏ ｌ ｏ ｊ ｔ ｅｅ ｏ ｔ ｎｒ １ ］ ＵＩ Ｒ Ｃ Ｅ Ｚ Ｎ ｅ ａ ． ｕ ｍ ｔ ａ ｅｕ ｅ ｉｅ ｏ ｐ ｎ ｙｔ ａｅ ｎ ｍｕ ｉ ｂ ｃ ｖ ｖｌ ｉ ａ Ｇ ｏ ｃ ｄｆ ｉ ｅ ｔ ｅｉ — ｕｏ ｙ