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折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制

吕博 冯睿 寇伟 刘伟奇

吕博, 冯睿, 寇伟, 刘伟奇. 折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(4): 822-831. doi: 10.37188/CO.2019-0036
引用本文: 吕博, 冯睿, 寇伟, 刘伟奇. 折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制[J]. 中国光学(中英文), 2020, 13(4): 822-831. doi: 10.37188/CO.2019-0036
LÜ BO, FENG Rui, KOU Wei, LIU Wei-qi. Optical system design and stray light suppression of catadioptric space camera[J]. Chinese Optics, 2020, 13(4): 822-831. doi: 10.37188/CO.2019-0036
Citation: LÜ BO, FENG Rui, KOU Wei, LIU Wei-qi. Optical system design and stray light suppression of catadioptric space camera[J]. Chinese Optics, 2020, 13(4): 822-831. doi: 10.37188/CO.2019-0036

折反射式空间相机光学系统设计与杂散光抑制

doi: 10.37188/CO.2019-0036
基金项目: 高分专项装备预研项目(No. GFZX0403260206)
详细信息
    作者简介:

    吕 博(1986—),男,吉林长春人,博士,助理研究员,2015年于中国科学院长春光学精密机械与物理研究所获得博士学位,现为中科院长春光机所助理研究员,主要从事各类型光学系统设计方面的研究。E-mail:jllvbo@163.com

  • 中图分类号: 0436

Optical system design and stray light suppression of catadioptric space camera

Funds: Supported by Equipment Pre-research of GF Project (No. GFZX0403260206)
More Information
  • 摘要: 针对同轴两反射镜光学成像视场角受限、大视场角下成像对比度较低的问题,采用透镜组作为像差校正组,合理分配光学系统的光焦度及间距,来扩大两反射结构的成像视场角,提升相机全视场内的成像质量。以某一工程应用需要为例,设计并研制了焦距为750 mm、视场角2ω=3.45°、全视场平均传递函数在108 lp/mm处优于0.2的相机光学系统,且在未使用主镜筒外遮光罩的前提下,优化设计了次镜遮光罩以实现杂散光抑制。采用TracePro软件进行相机杂散光环境建模仿真,结果表明:在非成像视场角内的杂散光点源透过率(PST)的量值范围为10−3~10−6。系统满足传统地面目标探测成像要求,验证了紧凑型大视场折反射光学杂散光抑制结构的可行性,并为商用同轴折反射光学系统设计及优化提供了一定的参考。

     

  • 图 1  R-C系统初始结构

    Figure 1.  Initial structure of R-C reflected mirror

    图 2  折反射系统的成像光路图

    Figure 2.  Optical path of catadioptric system

    图 3  两种视场衍射传递函数

    Figure 3.  Diffraction MTFs of two kinds of field of views

    图 4  全视场(21×21)采样下的系统出射波前RMS

    Figure 4.  System wavefront RMS of 21×21 typical field of view

    图 5  垂轴色差曲线

    Figure 5.  Chromatic aberration in vertical axis of system

    图 6  焦平面的照度曲线及仿真成像效果图

    Figure 6.  Illumination curve of focal plane and simulation imaging effect

    图 7  辐射能量传递示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of radiation energy transfer

    图 8  遮光结构示意图

    Figure 8.  Schematic diagram of baffle

    图 9  系统内次镜遮光罩

    Figure 9.  Secondary mirror hood in the system

    图 10  光机系统杂散光模型

    Figure 10.  Stray light model of optomechanical system

    图 11  俯仰方向和水平方向的PST曲线

    Figure 11.  PST curves of system in pitch and horizontal directions

    图 12  折反射光学系统样机

    Figure 12.  Prototype of the catadioptric optical system

    表  1  光学系统设计参数

    Table  1.   Design parameters of optical system

    光学参数数值
    焦距/mm750
    视场角2ω/(°)3.45
    像方F数10
    工作波段/nm420~700
    畸变<1%
    探测器像元8 K×6 K@4.65 μm×4.65 μm
    相对照度≥95%
    体积/mm≤$\varnothing $95×200
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-05
  • 修回日期:  2020-03-19
  • 刊出日期:  2020-08-01

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