本文關(guān)鍵詞：微小視頻衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與雜散光分析

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【摘要】：視頻衛(wèi)星一種新型對地觀測衛(wèi)星,其中一類采用面陣探測器,綜合利用平臺的高敏捷能力從而實(shí)現(xiàn)“凝視”的低軌道微小視頻衛(wèi)星得到了蓬勃發(fā)展。低軌道微小視頻衛(wèi)星質(zhì)量輕、體積小,其成像光學(xué)系統(tǒng)多選用長焦距、寬視場的折反式光學(xué)系統(tǒng)。本文以低軌道微小視頻衛(wèi)星的光學(xué)系統(tǒng)為研究目標(biāo),采用類曼金反射鏡和單片軸向梯度折射率透鏡分別作為兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)的次鏡和校正鏡,優(yōu)化了光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì),簡化了光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文主要包含以下幾個(gè)方面:1)介紹了國內(nèi)外微小視頻衛(wèi)星的發(fā)展,分析總結(jié)了微小視頻衛(wèi)星的光學(xué)系統(tǒng)指標(biāo)要求,確定了光學(xué)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)了滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)的兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)。2)針對微小視頻衛(wèi)星兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)次鏡非球面度過高的問題,在光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,加入了類曼金反射鏡做為兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)的次鏡。帶有類曼金反射鏡的光學(xué)系統(tǒng),體積更小,加工周期更短,成像質(zhì)量更優(yōu)良,滿足微小視頻衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)的指標(biāo)要求。3)針對微小視頻衛(wèi)星兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)校正鏡組透鏡數(shù)量過多的問題,在本章的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用了單片軸向梯度折射率透鏡做為兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)的校正鏡。首次提出了帶有單片軸向梯度折射率校正鏡的兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的初級像差理論計(jì)算方法。本設(shè)計(jì)開辟了兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)的輕量化、簡捷化的新思路,將相同設(shè)計(jì)指標(biāo)的兩鏡系統(tǒng)中的3片均勻材料透鏡減少為單片軸向梯度折射率透鏡。4)對兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)做雜散光分析。通過三維制圖軟件Unigraphics(UG)模擬仿真得到光學(xué)系統(tǒng)3D建模,并且設(shè)計(jì)了百葉窗式次鏡遮光罩、主鏡內(nèi)遮光罩、光學(xué)系統(tǒng)的外遮光罩。將光機(jī)模型導(dǎo)入Tracepro軟件通過設(shè)置不同離軸角度的光源,計(jì)算系統(tǒng)不同離軸角度對應(yīng)的PST值,分析結(jié)果顯示,建立的光機(jī)系統(tǒng)雜散光抑制能力已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本論文設(shè)計(jì)了滿足微小視頻衛(wèi)星光學(xué)相機(jī)指標(biāo)的兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng),并且分別采用類曼金反射鏡、軸向梯度折射率薄透鏡給出了兩種優(yōu)化設(shè)計(jì),并且總結(jié)推導(dǎo)了帶有單片軸向梯度折射率透鏡的兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。通過3D建模,設(shè)計(jì)了相機(jī)的遮光系統(tǒng),并且導(dǎo)入雜散光分析軟件Tracepro分析得到遮光系統(tǒng)已經(jīng)滿足設(shè)計(jì)要求。
【關(guān)鍵詞】：兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng) 類曼金反射鏡 軸向梯度折射率透鏡 光學(xué)設(shè)計(jì) 遮光系統(tǒng)設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V474.2;V441
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-24
• 1.1 課題研究背景及意義12-14
• 1.1.1 研究背景12-13
• 1.1.2 研究意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢14-21
• 1.2.1 微小視頻衛(wèi)星研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.2 微小視頻衛(wèi)星發(fā)展趨勢20-21
• 1.3 課題研究主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)21-24
• 1.3.1 主要研究內(nèi)容21
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)21-24
• 第2章 微小視頻衛(wèi)星光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)24-38
• 2.1 光學(xué)系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)確定24-28
• 2.1.1 光學(xué)系統(tǒng)總體技術(shù)指標(biāo)要求24-25
• 2.1.2 像面?zhèn)鞲衅鬟x擇25-27
• 2.1.3 系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算27-28
• 2.2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案28-34
• 2.2.1 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型28-29
• 2.2.2 光學(xué)系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-31
• 2.2.3 光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)與結(jié)果分析31-34
• 2.3 光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)公差要求34-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第3章 帶有類曼金鏡的光學(xué)系統(tǒng)38-46
• 3.1 曼金鏡的初級像差理論38-41
• 3.1.1 曼金鏡簡介38-39
• 3.1.2 曼金鏡初級像差理論39-41
• 3.2 類曼金鏡的運(yùn)用41-45
• 3.2.1 類曼金鏡的定義41
• 3.2.2 非球面度的定義41-43
• 3.2.3 帶有類曼金鏡的設(shè)計(jì)結(jié)果43-45
• 3.3 總結(jié)45-46
• 第4章 帶有軸向梯度折射率透鏡的系統(tǒng)46-64
• 4.1 軸向梯度折射率透鏡簡介46-48
• 4.1.1 軸向梯度折射率透鏡的引入46-47
• 4.1.2 軸向梯度折射率材料47-48
• 4.2 帶有軸向梯度折射率透鏡的系統(tǒng)初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)48-59
• 4.2.1 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)初級像差理論48-51
• 4.2.2 軸向梯度折射率透鏡的初級像差理論51-55
• 4.2.3 初始結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法55-58
• 4.2.4 全局優(yōu)化58-59
• 4.3 設(shè)計(jì)結(jié)果與分析59-62
• 4.4 總結(jié)62-64
• 第5章 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)雜散光分析64-84
• 5.1 雜散光分析研究的理論基礎(chǔ)64-69
• 5.1.1 雜散光的產(chǎn)生機(jī)理64
• 5.1.2 雜散光消除途徑64-68
• 5.1.3 雜散光分析方法68-69
• 5.2 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)遮光罩設(shè)計(jì)69-75
• 5.2.2 外遮光罩及其內(nèi)擋光環(huán)設(shè)計(jì)69-72
• 5.2.3 主鏡內(nèi)遮光罩設(shè)計(jì)72-73
• 5.2.4 百葉窗式次鏡遮光罩設(shè)計(jì)73-75
• 5.3 消雜散光結(jié)果分析75-82
• 5.3.1 Tracepro軟件簡介75-76
• 5.3.2 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)三維光機(jī)模型建立76-78
• 5.3.3 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)雜散光路徑的確定78-80
• 5.3.4 兩鏡折反式光學(xué)系統(tǒng)點(diǎn)源透過率分析80-82
• 5.4 本章小結(jié)82-84
• 第6章 總結(jié)與展望84-86
• 6.1 論文總結(jié)84
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)說明84-85
• 6.3 展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況90-91
• 指導(dǎo)教師及作者簡介91-92
• 致謝92

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