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用于空间相机的离轴反射式光学系统研究

陈浩锋  
【摘要】: 空间相机是目前用于地面信息获取的最先进的光学仪器之一。随着光学设计、加工和装调技术的进步,空间相机的性能正在不断得到提高。 由两个曲面反射镜构成的光学系统很早就被人们研究过,在天文、红外及其它方面有广泛应用。现代光学系统要求轴外点与轴上点有相同的像质,所以人们开始采用三反射镜系统。与共轴光学系统相比,以离轴、偏心和倾斜式光学系统为代表的新型空间相机形式在扩大系统的视场,提高系统分辨率、杂光抑制等方面具有巨大优势。其中,三反射消像散非球面光学系统具有组件少、无遮拦、长焦距、大视场、宽波段、抑制杂光能力强、调制传递函数高等优点,所以也正是目前的研究热点和技术难点。但同时由于其光学结构的非对称性,也给研制过程中的结构设计、光学元件加工、系统装调等工作带来相当大的难度。 本文主要研究了用于空间相机的反射式光学系统,包括研究了几种典型空间相机的特点,详细介绍了IKONOS等空间相机的光学系统部分、空间CCD推扫式相机工作原理和空间相机的调制传递函数模型。在确定了反射式系统之后,分别描述了两镜系统和三镜系统的特点,给出了两反射镜和三反射镜光学系统的初始结构的一般求解方法,讨论了光学自动设计的发展现状,分析了共轴反射系统的中心遮拦对像质的影响,介绍了离轴反射系统结构上的特点。设计了焦距为1200mm的离轴两反射镜系统和焦距分别为250mm、1500mm和10,000mm的离轴三反射镜系统,结果证明各镜面的离轴量、倾斜角度和非球面系数可以使系统达到设计要求。


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