高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计

胡斌; 黄颖; 马永利; 李岩

doi:10.3788/IRLA201645.0518001

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计

胡斌, 黄颖, 马永利, 李岩

文章导航 > 红外与激光工程 > 2016 > 45(5): 518001-0518001(5)

胡斌, 黄颖, 马永利, 李岩. 高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(5): 518001-0518001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

引用本文:

胡斌, 黄颖, 马永利, 李岩. 高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(5): 518001-0518001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

Hu Bin, Huang Ying, Ma Yongli, Li Yan. Design of five-mirror afocal principal system for high spatial resolution infrared imager[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(5): 518001-0518001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

Citation:

Hu Bin, Huang Ying, Ma Yongli, Li Yan. Design of five-mirror afocal principal system for high spatial resolution infrared imager[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(5): 518001-0518001(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计

doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

1.
北京空间机电研究所,北京 100094

基金项目:

国家自然科学基金(11304012)

详细信息

作者简介:
胡斌(1985-),男,高级工程师,硕士,主要从事空间光学遥感器设计与仿真分析等方面的研究。Email:hubin.bisme@139.com

中图分类号: O453;TH703

Design of five-mirror afocal principal system for high spatial resolution infrared imager

1.
Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity,Beijing 100094,China

摘要: 为提高多通道红外成像仪的空间分辨率,同时确保系统结构紧凑,具有良好的轴对称性,设计了应用于像方扫描主系统的主镜轴对称的五反无焦系统。论述了基于初级像差理论的五反无焦系统设计方法,由各镜面之间的放大率和遮拦比求解出了结构参数,利用初级像差系数求解出了反射面二次曲面参数,并且编制了初始结构计算程序。设计了一个入瞳直径1 m、视场50.1、工作谱段8~10 m、口径压缩倍率10的五反无焦系统。设计结果表明:光学系统最大波前差RMS值优于0.065(=9 m),最大光程差优于/4(=8~10 m),各视场的MTF曲线接近衍射限。该设计方法可广泛应用于高分辨率多通道成像仪的光学系统设计。
- 光学设计 /
- 无焦系统 /
- 五反射镜 /
- 红外成像
Abstract: In order to increase spatial resolution, five-mirror afocal optical system with axial-symmetric primary mirror was designed, which was used for principal system of image space scanning system. The system was well compact and axial-symmetrical. The method of five mirror afocal system design based on primary aberration was explored. The structural parameters were calculated according to magnification and obscuration ratio of each mirror. The conic parameters were calculated according to primary aberration coefficient. The procedure for calculating initial structural parameters was programmed. Then a five-mirror afocal system was designed with an entrance pupil diameter of 1 m, a field of view of 50.1, the operating wave band of 8-10 m, compression ratio of 10 times. The results indicate that the maximum root mean square (RMS) wavefront error is less than 0.065(=9 m), the maximum optical path difference(OPD) is less than /4(=8-10 m). It has high imaging quality and the modulation transfer function (MTF) is approached to the diffraction limit. The method of afocal system design can be widely used for high spatial resolution multichannel imaging.
- optical design /
- afocal system /
- five-mirror system /
- infrared imaging

[1]	Conrad W, Matthew C. Opto-mechanical integration and alignment verification of the James Webb Space Telescope (JWST) optical telescope element[C]//SPIE, 2009, 7433: 743303.
[2]	Qu Hongsong, Jin Guang, Zhang Ye. NextView program and progress in optical remote sensing satellites[J]. Chinese Journal of Optics and Applied Optics, 2009, 2(6): 467-476. (in Chinese)曲宏松, 金光, 张叶. NextView计划与光学遥感卫星的发展趋势[J]. 中国光学与应用光学, 2009, 2(6): 467-476.
[3]	Liu Zhaojun, Zhou Feng, Hu Bin, et al. Study on coaxis three-mirror-anastigmat space camera with long focal length[J]. Spacecraft Recovery Remote Sensing, 2011, 32(6): 46-52. (in Chinese)刘兆军, 周峰, 胡斌, 等. 长焦距同轴三反空间相机光学系统研究[J]. 航天返回与遥感, 2011, 32(6): 46-52.
[4]	Li Tieli. The commercial satellite with the highest spatial resolution all over the world Worldview-3 Satellite[J]. Satellite Network, 2014(7): 65. (in Chinese)李铁骊. 全球最高分辨率商业遥感卫星世界观测-3卫星[J]. 卫星应用, 2014(7): 65.
[5]	Zhang Yongsheng, Gong Danchao, Liu Jun. Application of High-resolution Remote Sensing-imaging Model, Algorithm And Application[M]. Beijing: Science Press, 2004: 1-8. (in Chinese)张永生, 巩丹超, 刘军. 高分辨率遥感卫星应用-图像模型、处理算法及应用技术[M] 北京: 科学出版社, 2004: 1-8.
[6]	Chen Shiping, Yang Bingxin, Wang Huaiyi, et al. Design and Experiment of Space Camera[M]. Beijing: China Astronautic Publishing House, 2003: 193-203. (in Chinese)陈世平, 杨秉新, 王怀义, 等. 空间相机设计与试验[M]. 北京: 中国宇航出版社, 2003: 193-203.
[7]	Qiu Mingpu. Optical design of wide FOV infrared scanning imaging system[J]. Infrared Technology, 2012, 32(11): 648-651. (in Chinese)邱民朴. 大视场红外扫描成像光学系统设计[J] 红外技术, 2012, 32(11): 648-651.
[8]	Tony H, Mark S. Spaceborne telescopes on a budget: paradigms for producing high-reliability telescopes, scanners, and EO assemblies using heritage building blocks. Sensors and Systems for Space Applications IV[C]//SPIE, 2011, 8044: 804401.
[9]	Yasuhiro Kawakatsu, Hideo Matsuhara, Takao Nakagawa. The next-generation infrared space telescope SPICA[C]//SPIE, 2012, 8442: 844200.
[10]	Pan Junhua. The Design Manufacture and Test of the Aspherical Optical Surfaces[M]. Suzhou: Suzhou University Press, 2004: 11-14, 131-134. (in Chinese)潘君骅. 光学非球面的设计、加工与检验[M]. 苏州: 苏州大学出版社, 2004: 11-14, 131-134.

[1]	张继承, 付跃刚, 胡源, 刘唯奇. Buchdahl模型的无焦系统消色差方法 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220374-1-20220374-6. doi: 10.3788/IRLA20220374
[2]	周云扬, 吴昱臻, 王岭雪, 戎宁涛, 李洪兵, 顾溢汀, 曹峰梅, 蔡毅. 非全对称五面镜单视点折反射红外周视系统 . 红外与激光工程, 2023, 52(10): 20230266-1-20230266-10. doi: 10.3788/IRLA20230266
[3]	宣斌, 赵泽宇, 罗曜伟, 魏群, 朱倚娴, 王亚军. 宽光谱可见-短波红外成像光学系统设计 . 红外与激光工程, 2023, 52(4): 20220638-1-20220638-8. doi: 10.3788/IRLA20220638
[4]	张继艳, 孙丽婷, 秦腾. 长波红外鱼眼凝视光学系统设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(11): 20220430-1-20220430-8. doi: 10.3788/IRLA20220430
[5]	史泽林, 冯斌, 冯萍. 基于波前编码的无热化红外成像技术综述（特邀） . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210454-1-20210454-11. doi: 10.3788/IRLA20210454
[6]	王利军, 关俊娟, 秦智勇, 陈建, 姬鹏远. 动力舱红外成像火情探测系统 . 红外与激光工程, 2022, 51(5): 20210384-1-20210384-6. doi: 10.3788/IRLA20210384
[7]	赵雨时, 贺文俊, 刘智颖, 付跃刚. 光谱维编码中红外光谱成像系统的光学设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210700-1-20210700-9. doi: 10.3788/IRLA20210700
[8]	曲锐, 郭惠楠, 曹剑中, 杨建峰. 可见-近红外无热化连续变焦光学系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(9): 20210090-1-20210090-7. doi: 10.3788/IRLA20210090
[9]	张宝辉, 李中文, 吴杰, 吉莉, 王炜毅, 蔡璐, 时亚辉, 法静怡. 中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀） . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20211023-1-20211023-9. doi: 10.3788/IRLA20211023
[10]	陈丽, 刘莉, 赵知诚, 李瀛搏, 傅丹鹰, 沈为民. 长焦距同轴四反射镜光学系统设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(1): 118002-0118002(10). doi: 10.3788/IRLA201948.0118002
[11]	张旭, 金伟其, 李力, 王霞, 秦超. 天然气泄漏被动式红外成像检测技术及系统性能评价研究进展 . 红外与激光工程, 2019, 48(S2): 47-59. doi: 10.3788/IRLA201948.S204001
[12]	米士隆, 牟达, 牟蒙. 紧凑型长波红外光学系统无热化设计 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 3032-3036.
[13]	李冰, 赵跃进, 张超, 郭小虎, 张镜水, 孔令琴. 非成像式激光告警系统的光学设计及优化 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1511-1516.
[14]	吕伟振, 刘伟奇, 魏忠伦, 康玉思, 冯睿, 杨建明. 基于DMD的高动态范围成像光学系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1167-1171.
[15]	薛庆生, 陈伟. 星载紫外全景成像仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(2): 517-522.
[16]	赵延, 邓键, 于德志, 马燕. 光学被动消热差的长波红外双视场光学系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1545-1548.
[17]	李家琨, 顿雄, 金明磊, 金伟其, 王霞, 夏润秋. 宽波段气体泄漏红外成像检测系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1966-1971.
[18]	闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 马小龙, 赵意意, 卜凡. Offner型成像光谱仪前置光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(10): 2712-2717.
[19]	赵坤, 李升辉. 双孔径红外变焦光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 2889-2893.
[20]	刘欣, 潘枝峰. 红外光学系统冷反射分析和定量计算方法 . 红外与激光工程, 2012, 41(7): 1684-1688.

点击查看大图

计量

文章访问数: 433
HTML全文浏览量: 76
PDF下载量: 186
被引次数: 0

高分辨率红外成像仪五反无焦主系统设计

doi: 10.3788/IRLA201645.0518001

1. 北京空间机电研究所,北京 100094

作者简介:
胡斌(1985-),男,高级工程师,硕士,主要从事空间光学遥感器设计与仿真分析等方面的研究。Email:hubin.bisme@139.com

收稿日期: 2015-09-25
修回日期: 2015-10-18
刊出日期: 2016-05-25

基金项目:

国家自然科学基金(11304012)

中图分类号: O453;TH703

关键词:

摘要: 为提高多通道红外成像仪的空间分辨率,同时确保系统结构紧凑,具有良好的轴对称性,设计了应用于像方扫描主系统的主镜轴对称的五反无焦系统。论述了基于初级像差理论的五反无焦系统设计方法,由各镜面之间的放大率和遮拦比求解出了结构参数,利用初级像差系数求解出了反射面二次曲面参数,并且编制了初始结构计算程序。设计了一个入瞳直径1 m、视场50.1、工作谱段8~10 m、口径压缩倍率10的五反无焦系统。设计结果表明:光学系统最大波前差RMS值优于0.065(=9 m),最大光程差优于/4(=8~10 m),各视场的MTF曲线接近衍射限。该设计方法可广泛应用于高分辨率多通道成像仪的光学系统设计。