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轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计

赵宇宸 何欣 张凯 刘强 崔永鹏 孟庆宇

赵宇宸, 何欣, 张凯, 刘强, 崔永鹏, 孟庆宇. 轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1218001-1218001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
引用本文: 赵宇宸, 何欣, 张凯, 刘强, 崔永鹏, 孟庆宇. 轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1218001-1218001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
Zhao Yuchen, He Xin, Zhang Kai, Liu Qiang, Cui Yongpeng, Meng Qingyu. Optical design of miniaturized and large field of view off-axis optical system based on freeform surface[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(12): 1218001-1218001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
Citation: Zhao Yuchen, He Xin, Zhang Kai, Liu Qiang, Cui Yongpeng, Meng Qingyu. Optical design of miniaturized and large field of view off-axis optical system based on freeform surface[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(12): 1218001-1218001(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218001

轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
基金项目: 

国家自然科学基金(61705220)

详细信息
    作者简介:

    赵宇宸(1986-),男,助理研究员,博士,主要从事空间光学系统设计及杂散光分析方面的研究。Email:bernard19@163.com

  • 中图分类号: O439

Optical design of miniaturized and large field of view off-axis optical system based on freeform surface

  • 摘要: 随着空间技术的不断发展,高性能、低成本的轻小型空间光学系统成为空间光学领域一个新的研究热点。离轴三反光学系统具有成像质量高、大视场、轻量化程度高等特点,能够更好地适应轻小型、低成本空间光学系统的应用要求,具有广泛的应用前景。以高斯光学和三反消像差理论为基础,设计了一款第三反射镜为自由曲面的离轴三反光学系统,焦距1 550 mm,视场3.60.45,相对孔径1:6.2,自由曲面的加入极大地提高了系统设计自由度和成像质量。设计结果表明,在有效视场内系统成像质量良好,fMTF优于0.43@111 lp/mm,系统最大波像差为0.049 (=632.8 nm),平均波像差RMS值为0.034 ,最大网格畸变0.9%,成像质量相对于子午面完全对称。系统的总长小于f'/3.1,高度小于f'/4.1,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。该设计结果对轻小型空间光学系统的设计具有一定的参考价值。
  • [1] Ye Zhao, Li Xiwei, Wang Chao, et al. Survey of technological development of optical payload for micro-nano satellite[J]. Spacecraft Engineering, 2016, 25(6):122-130. (in Chinese)
    [2] Lampton M L, Sholl M J, Levi M E. Off-axis telescopes for dark energy investigations[C]//SPIE, 2010, 7731:77311G.
    [3] Zhao Wencai. Design of improved off-axis TMA optical systems[J]. Optics and Precision Engineering, 2011, 19(12):2837-2842. (in Chinese)
    [4] Ma Dingkun, Kuang Yin, Yang Xinquan. Development actual state and trends of nano-satellite[J]. Space Electronic Technology, 2017(3):42-45. (in Chinese)
    [5] Meng Qingyu, Wang Hongyuan, Wang Kejun, et al. Off-axis three-mirror freeform telescope with a large linear field of view based on an integration mirror[J]. Applied Optics, 2016, 55(32):8962-8970.
    [6] Gong Dun, Wang Hong. Optical design of large field and low distortion coaxial three mirror system with free-form surface[J]. Acta Optica Sinica, 2014, 34(7):0700001. (in Chinese)
    [7] Fuerschbach K, Rolland J P, Thompson K, P. A new family of optical systems employing -polynomial surfaces[J]. Optical Express, 2011, 19(22):21919-21928.
    [8] Meng Qingyu, Wang Hongyuan, Wang Yan, et al. Off-axis three-mirror freeform optical system with large linear field of view[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(10):1018002. (in Chinese)
    [9] Zhang X, Zheng L G, He X, et al. Design and fabrication of imaging optical systems with freeform surfaces[J]. SPIE Optical Engineering Applications International Society for Optics and Photonics, 2012, 8486:848607.
    [10] Pan Junhua. Design, Fabrication and Testing of the Aspherical Optical Surfaces[M]. Suzhou:Soochow University Press, 2004:10-37. (in Chinese)
    [11] Li Peimao, Wang Xia, Jin Weiqi, et al. Dual-band infrared optical system design and image quality evaluation[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(11):2882-2888. (in Chinese)
    [12] Chen Yonghe, Chen Hongda, Fu Yutian. Optical design of small-sized camera in visible for micro-satellite[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(7):2087-2092. (in Chinese)
    [13] Xue Donglin, Zheng Ligong, Zhang Feng. Off-axis three-mirror system based on freeform mirror[J]. Optics and Precision Engineering, 2011, 19(12):2813-2820.
    [14] Wang Wei. Optical design of off-axis reflective system with freeform surface[D]. Nanjing:Nanjing University of Science and Technonogy, 2016:8-14. (in Chinese)
  • [1] 许宁晏, 陈露, 黄静, 邹宇通, 袁群, 高志山.  自由曲面成像光学系统的初始结构设计方法 . 红外与激光工程, 2022, 51(2): 20210852-1-20210852-12. doi: 10.3788/IRLA20210852
    [2] 吕晨阳, 战仁军, 崔莹.  激光热灼枪准直镜头设计与非球面优化方法 . 红外与激光工程, 2021, 50(3): 20200219-1-20200219-8. doi: 10.3788/IRLA20200219
    [3] 常凌颖, 张强, 邱跃洪, 张荣.  宽光谱实入瞳远心中继光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210091-1-20210091-7. doi: 10.3788/IRLA20210091
    [4] 蒋婷婷, 冯华君, 李奇.  自由曲面变焦的内调焦式光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200290-1-20200290-8. doi: 10.3788/IRLA20200290
    [5] 缪麟, 田博宇, 孙年春, 张彬.  基于量子遗传算法的自由曲面离轴反射光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210365-1-20210365-9. doi: 10.3788/IRLA20210365
    [6] 孙永雪, 夏振涛, 姜守望, 王珂, 孙征昊.  可见光全天时遥感相机光学系统设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(1): 0114003-0114003(6). doi: 10.3788/IRLA202049.0114003
    [7] 毛姗姗, 李艳秋, 刘克, 刘丽辉, 郑猛, 闫旭.  高数值孔径自由曲面极紫外光刻物镜光学设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 814002-0814002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0814002
    [8] 李杏华, 张冬, 高凌妤, 郭倩蕊, 景泉, 胡震岳.  离轴三反系统中视轴的偏转误差研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918005-0918005(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0918005
    [9] 姚艳霞, 袁群, 陈露, 窦沂蒙, 殷慧敏, 高志山.  结合面型和视场优化策略的自由曲面设计方法 . 红外与激光工程, 2018, 47(10): 1018001-1018001(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1018001
    [10] 赵宇宸, 何欣, 冯文田, 刘强, 付亮亮, 谭进国, 孟庆宇.  同轴偏视场共孔径面阵成像光学系统设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(7): 718004-0718004(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0718004
    [11] 姜晰文, 贾学志, 丛杉珊.  自由曲面在制冷型离轴三反光学系统的应用 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 918004-0918004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0918004
    [12] 关姝, 王超, 佟首峰, 姜会林, 常帅, 范雪冰.  空间激光通信离轴两镜反射望远镜自由曲面光学天线设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(12): 1222003-1222003(8). doi: 10.3788/IRLA201746.1222003
    [13] 王彬, 伍凡, 叶玉堂.  离轴三反系统计算机辅助装调 . 红外与激光工程, 2016, 45(11): 1118006-1118006(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1118006
    [14] 刘军, 黄玮.  反射式自由曲面头盔显示器光学系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1018001-1018001(6). doi: 10.3788/IRLA201645.1018001
    [15] 孟祥翔, 刘伟奇, 张大亮, 姜国华, 朱秀庆, 杨建明.  双自由曲面大视场头盔显示光学系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(4): 418004-0418004(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0418004
    [16] 孟庆宇, 汪洪源, 王严, 纪振华, 王栋.  大线视场自由曲面离轴三反光学系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1018002-1018002(8). doi: 10.3788/IRLA201645.1018002
    [17] 孟祥翔, 刘伟奇, 魏忠伦, 柳华, 康玉思, 冯睿, 张大亮.  采用双自由曲面整形的无掩模光刻照明系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1505-1510.
    [18] 王洪, 陈赞吉, 吴衡, 葛鹏.  自由曲面LED汽车前照灯光学透镜设计方法 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1529-1534.
    [19] 陈颖聪, 文尚胜, 罗婉霞, 陈津桥, 谢嘉宁.  自由曲面底板的LED 光学设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2947-2953.
    [20] 孙秀辉, 杜惊雷, 尹韶云, 邓启凌, 杜春雷.  非球面内表面调制的自由曲面配光透镜设计方法 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 163-166.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-17
  • 修回日期:  2018-08-19
  • 刊出日期:  2018-12-25

轻小型大视场自由曲面离轴光学系统设计

doi: 10.3788/IRLA201847.1218001
    作者简介:

    赵宇宸(1986-),男,助理研究员,博士,主要从事空间光学系统设计及杂散光分析方面的研究。Email:bernard19@163.com

基金项目:

国家自然科学基金(61705220)

  • 中图分类号: O439

摘要: 随着空间技术的不断发展,高性能、低成本的轻小型空间光学系统成为空间光学领域一个新的研究热点。离轴三反光学系统具有成像质量高、大视场、轻量化程度高等特点,能够更好地适应轻小型、低成本空间光学系统的应用要求,具有广泛的应用前景。以高斯光学和三反消像差理论为基础,设计了一款第三反射镜为自由曲面的离轴三反光学系统,焦距1 550 mm,视场3.60.45,相对孔径1:6.2,自由曲面的加入极大地提高了系统设计自由度和成像质量。设计结果表明,在有效视场内系统成像质量良好,fMTF优于0.43@111 lp/mm,系统最大波像差为0.049 (=632.8 nm),平均波像差RMS值为0.034 ,最大网格畸变0.9%,成像质量相对于子午面完全对称。系统的总长小于f'/3.1,高度小于f'/4.1,且系统的加工和装配公差较为宽松,易于实现。该设计结果对轻小型空间光学系统的设计具有一定的参考价值。

English Abstract

参考文献 (14)

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