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用于凝视式相机的大视场离轴三反光学系统的研究

作　者: 卜江萍
导　师: 田维坚
学　校: 中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）
专　业: 光学
关键词: 空间光学凝视式相机离轴式反射系统非球面长焦距大视场大相对孔径光学系统
分类号: TB852.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 543次
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内容摘要

国内外空间光学系统总的发展趋势是向着长焦距、大视场、轻重量、小外形尺寸、大相对孔径、高成像质量方向发展，这使得人们对反射系统设计的兴趣日益增加。共轴两反射镜和多反射镜系统已成功地应用于空间遥感领域，获得了高分辨率的遥感图像。但是同轴的光学系统发展是有一定限制的，这主要是因为：同轴反射系统可用的视场受到限制，观测的画幅太小；再者，同轴系统由于有中心遮拦，使得系统的MTF受到限制。离轴式光学系统对扩大系统的视场、提高系统分辨率、杂光抑制等方面具有共轴光学系统无法比拟的优势，因而越来越引起光学设计者的注意。系统地研究离轴光学系统的像差理论，并以理论来增进对设计的洞察力和理解，是当前光学设计领域的前沿课题。本论文通过对非球面离轴反射式光学成像系统设计的模型及其理论参数的研究分析，比较了现有的几种典型的非球面离轴反射式光学成像系统的性能配比，及其使用条件的优劣。针对凝视式相机大视场，大口径，长焦距等的特点，选择了适合该课题的结构和像质评价方法，对离轴反射系统的像差理论、系统形式、设计准则和设计方法等方面作了深入地研究，特别结合某项目，设计了一个焦距f=1000mm、视场角为3°×3°、D／f’=1／8的长焦距、大视场、大相对孔径反射式离轴光学成像系统。该系统在501p／mm中心视场传函达到0.85左右，接近衍射极限，边缘视场传函也达到了0.4左右；全视场弥散斑基本控制在10um左右。该系统克服了传统反射镜系统子午方向视场角小的问题，大大扩大了反射镜系统在空间光学等领域的应用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-15
  1.1 本论文的背景及研究的目的和意义  9-13
  1.2 本文的研究内容  13-15
第二章典型反射式光学成像系统的分析  15-28
  2.1 几种共轴设计型式的分析  15-22
    2.1.1 基于反射库克三片型的无一次像面的共轴偏视场三反射系统(型式1)  15-17
    2.1.2 主、次镜形成一次像面──基于卡塞格林系统的设计(型式2)  17-21
    2.1.3 由主镜形成一次像面的光学系统(型式3)  21-22
  2.2 几种偏轴设计型式的分析  22-26
    2.2.1 主、次镜形成一次像面的偏轴三反射光学系统(型式4)  22-23
    2.2.2 基于施瓦兹希尔系统的大视场三反射光学系统(型式5)  23-25
    2.2.3 基于孔径光栏位于球面镜曲率中心为基础的大视场光学系统(型式6)  25-26
  2.3 小结  26-28
第三章系统结构型式及像质评价方法的选择  28-37
  3.1 系统结构型式的选择  28-30
  3.2 像质评价  30-36
  3.3 小结  36-37
第四章初始共轴三反系统的设计  37-53
  4.1 共轴三反系统中镜面面形的说明  37-38
  4.2 共轴三反系统的分类  38-39
  4.3 同轴式系统的像差分析  39-42
  4.4 共轴三反系统的中心遮拦对系统的影响  42-43
  4.5 共轴三反系统结构参数求解  43-52
  4.6 小结  52-53
第五章离轴三反系统设计  53-66
  5.1 离轴对系统像质的影响  53-61
  5.2 系统离轴优化及其像质评价  61-65
  5.3 小结  65-66
第六章结束语  66
本论文的主要研究工作及创新点  66
本研究意义及应用  66-67
攻读硕士学位期间发表的论文目录  67-68
攻读硕士学位期间参加的其他课题及工作  68-75
参考文献  75-79
致谢  79

用于凝视式相机的大视场离轴三反光学系统的研究

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