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伽利略型同心阵列系统的设计与分析

刘松昆 刘智颖

刘松昆, 刘智颖. 伽利略型同心阵列系统的设计与分析[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(5): 1192-1198. doi: 10.37188/CO.2023-0238
引用本文: 刘松昆, 刘智颖. 伽利略型同心阵列系统的设计与分析[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(5): 1192-1198. doi: 10.37188/CO.2023-0238
LIU Song-kun, LIU Zhi-ying. Design and analysis of the Galileo-type Monocentric multiscale system[J]. Chinese Optics, 2024, 17(5): 1192-1198. doi: 10.37188/CO.2023-0238
Citation: LIU Song-kun, LIU Zhi-ying. Design and analysis of the Galileo-type Monocentric multiscale system[J]. Chinese Optics, 2024, 17(5): 1192-1198. doi: 10.37188/CO.2023-0238

伽利略型同心阵列系统的设计与分析

基金项目: 国家重大科研仪器研制项目(No. 52127809);吉林省重点研发项目(No. 20240302008GX)
详细信息
    作者简介:

    刘智颖(1981—),女,辽宁朝阳人,博士,教授,博士生导师, 2009 年于长春理工大学获得博士学位,主要从事光学设计与成像方面的研究。E-mail:lzy@cust.edu.cn

  • 中图分类号: TH74;O435

Design and analysis of the Galileo-type Monocentric multiscale system

Funds: Supported by the National Major Scientific Instruments and Equipments Development Project (No. 52127809); Key R & D Projects of Jilin Province (No. 20240302008GX)
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  • 摘要:

    同心阵列系统具有小型化与大视场的优势,通过探测器的拼接可实现更大视场高分成像。为了进一步实现大视场系统结构的小型化与轻量化,本文采用伽利略型同心阵列结构形式,设计了一款工作在可见光波段,全视场大小为65°,焦距为19 mm,F数为4.7,总长为44.3 mm的同心阵列系统。在特征频率208 lp/mm处,系统的调制传递函数大于0.3,全视场弥散斑均方根半径均小于探测器像元尺寸2.4 μm,成像质量接近衍射极限。由于同心阵列系统结构的特殊性,其中继系统排布紧密,导致各中继系统间的串扰杂散光严重影响成像质量。针对该问题,本文采用内置消杂光光阑方法抑制串扰杂散光,并对光学系统的杂散光进行仿真分析。分析结果表明,在加入消杂光光阑后,杂光系数均降低至1×10−6以下,验证了串扰杂光抑制方法的有效性。

     

  • 图 1  同心球透镜结构示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of the monocentric objectives

    图 2  同心阵列系统模型。(a)开普勒系统形式;(b)伽利略系统形式

    Figure 2.  Schematic diagram of the monocentric multiscale systems. (a) Keplerian-type systems; (b) Galilean-type systems

    图 3  伽利略型同心阵列系统数学模型

    Figure 3.  Analytical model of the Galileo-type monocentric multiscale system

    图 4  同心球透镜结构示意图

    Figure 4.  Schematic diagram of the monocentric objectives’ structure

    图 5  同心球透镜设计结果。(a)系统光路图;(b)系统传递函数曲线;(c)点列图

    Figure 5.  Design results of monocentric objective. (a) Optical path layout; (b) MTF curve; (c) spot diagram

    图 6  整体系统拼接结果。(a)系统光路图;(b)系统传递函数曲线;(c)点列图

    Figure 6.  Overall system splicing results. (a) Optical path layout; (b) MTF curve; (c) spot diagram

    图 7  同心主物镜加入消杂光光阑示意图

    Figure 7.  Monocentric objectives’ structure after adding the stray light stop

    图 8  同心阵列系统在LightTools中的建模

    Figure 8.  Modeling of the monocentric multiscale system in LightTools

    图 9  (a)2号次级相机系统,(b)3号次级相机系统及(c)4号次级相机系统的PST曲线

    Figure 9.  The PST curves of (a) the No. 2 relay lens, (b) the No. 3 relay lens and (c) the No. 4 relay lens

    表  1  系统指标要求

    Table  1.   System parameter requirements

    参数 指标
    波长/nm 486.1~656.3
    入瞳直径/mm 4
    总视场/(°) 65
    单个次级相机视场/(°) 4.8
    同心阵列系统焦距/mm 18
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-12-28
  • 修回日期:  2024-01-30
  • 录用日期:  2024-04-15
  • 网络出版日期:  2024-05-10

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