空间相机离轴三反红外光学系统设计.pdf

第卷第期红外技术.
年月.
空间相机离轴三反红外光学系统设计
梁宝雯,吴晗平,王华泽
武汉工程大学光电子系统技术研究所,湖北武汉
摘要:针对空间光学系统长焦距、大视场、小型化、轻量化、大相对孔径、高成像质量的特点和发
展趋势,通过对非球面反射式光学系统设计模型及其理论参数的研究分析,在共轴三反射式光学系
统的基础上,提出了一种离轴三反射式红外光学系统的设计方法。利用求解并优化,设计
一个焦距,视场角为。,//的反射式离轴光学系统。使该系统在/ 空间
频率处传函达到以上,接近衍射极限,全视场弥散斑控制在以内,满足空间照相机的需
要。该系统克服了共轴三反存在中心遮挡的问题,提高了系统的像质。
关键词:空间相机;红外光学;离轴三反系统;像质;光学系统设计
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:.——

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统。系统的特点是不存在色差和二级光谱,
引言
适合宽谱段范围的成像,设计灵活,既可以利用折
航天光学遥感器光学系统的进展经历了从折射转反射镜折叠光路缩短体积,又可以使用非球面镜
系统、折反系统到全反系统的演变。由于反射只与来获得长焦距、大视场、大孔径的组合。共轴
表面有关,表面可通过镀膜来处理, 因此基底材料系统的优点是结构紧凑,装调难度小,但有中心遮
和具体机械结构的选择就有很大的余地,容易得到拦,降低了入瞳能量,在理论上像质比同样的无遮
大尺寸、稳定、重量轻的元件,是解决系统体积过拦系统低一些。离轴系统由于没有中心遮拦,
大的一个有力措施⋯。长寿命高分辨率优于提高了焦面照度水平,在理论上较高,可以
光学成像卫星遥感器光学系统皆选择全反射光学系实现较大视场包括线视场和面视场,获得接近理
统。目前采用的三反消像散全反射系统有想的成像性能和效果,是空间光学遥感器光学系统
共轴系统和离轴系统又称离轴三反系的发展方向之一。
收稿期:..:修订日期:.—.
作者简介:梁宝雯一,女,广东广州市人,硕士研究生,主要研究方向为红外光学系统设计。:.。
通讯作者:吴晗平·,男,湖南澧县人,工学博士,教授,博士生导师。主要研究方向为光电子系统总体技术及设计。
第卷第期红外技术. .
年月.
系统结构选型间隔,与之间的间隔,与像面之间的
间隔’以及像方焦距’。、、分别为主镜、
设计的离轴三反光学系统是在对共轴三反射式
次镜和三镜的口径。设计时首先要得出共轴三反射
光学系统初始机构参数求解的基础上,将光学系统
式光学系统的个初始结构参数: 、及
的视场离轴,以避开镜面遮拦而得到的。因此,离
的顶点曲率半径及非球面系数分别为、和
轴三反系统的工作原理就包括共轴系统初始结构的
一、一、一,、/以及一,。
求解、系统离轴两大方面,图为离轴三反光学系
统的简图。另外,离轴三反根据成像位置的不同,
存在多种结构,选择不同的结构对光学系统的各个
参数以及系统重量、成像质量等都有影响,并且可
以改变非球面系数来校正像差,使系统获得更好的
系能参