一种红外双波段衍射望远镜的光学设计
光学课程设计望远镜系统结构设计

光学课程设计——望远镜系统结构设计姓名:学号:班级:指导老师:一、设计题目:光学课程设计二、设计目的:运用应用光学知识,了解望远镜工作原理的基础上,完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
了解光学设计中的PW法基本原理。
三、设计原理:光学望远镜是最常用的助视光学仪器,常被组合在其它光学仪器中。
为了观察远处的物体,所用的光学仪器就是望远镜,望远镜的光学系统简称望远系统. 望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器,能把远物很小的张角按一定倍率放大,使之在像空间具有较大的张角,使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。
所以,望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。
它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统.其系统由物镜和目镜组成,当观察远处物体时,物镜的像方焦距和目镜的物方焦距重合,光学间距为零.在观察有限远的物体时,其光学间距是一个不为零的小数量,一般情况下,可以认为望远镜是由光学间距为零的物镜和目镜组成的无焦系统.常见望远镜按结构可简单分为伽利略望远镜,开普勒望远镜,和牛顿式望远镜。
常见的望远镜大多是开普勒结构,既目镜和物镜都是凸透镜(组),这种望远镜结构导致成像是倒立的,所以在中间还有正像系统。
物镜组(入瞳)目镜组视场光阑出瞳1'1ω2'2'ω3 'f物—f目'l z'3上图为开普勒式望远镜,折射式望远镜的一种。
物镜组也为凸透镜形式,但目镜组是凸透镜形式。
为了成正立的像,采用这种设计的某些折射式望远镜,特别是多数双筒望远镜在光路中增加了转像稜镜系统。
此外,几乎所有的折射式天文望远镜的光学系统为开普勒式。
伽利略望远镜是以会聚透镜作为物镜、发散透镜作为目镜的望远镜(会聚透镜的焦距要大于发散透镜的焦距),当远处的物体通远物镜(u>2f )在物镜后面成一个倒立缩小的实像,而这个象一个要让它成现在发散透镜(目镜)的后面即靠近眼睛这一边,当光线通过发散透镜时,人就能看到一个正立缩小的虚象。
光学课程设计望远镜系统结构参数设计

光学课程设计——望远镜系统结构参数设计一设计背景:在现在科学技术中,以典型精密仪器透镜、反射镜、棱镜等及其组合为关键部分的大口径光电系统的应用越来越广泛。
如:天文、空间望远镜;地基空间目标探测及识别;激光大气传输、惯性约束聚变装置等等……二设计目的及意义(1)、熟悉光学系统的设计原理及方法;(2)、综合应用所学的光学知识,对基本外形尺寸计算,主要考虑像质或相差;(3)、了解和熟悉开普勒望远镜和伽利略望远镜的基本结构及原理,根据所学的光学知识(高斯公式、牛顿公式等)对望远镜的外型尺寸进行基本计算;(4)、通过本次光学课程设计,认识和学习各种光学仪器(显微镜、潜望镜等)的基本测试步骤;三设计任务在运用光学知识,了解望远镜工作原理的基础上,完成望远镜的外形尺寸、物镜组、目镜组及转像系统的简易或原理设计。
并介绍光学设计中的PW法基本原理。
同时对光学系统中存在的像差进行分析。
四望远镜的介绍1.望远镜系统:望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。
利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像,再经过一个放大目镜而被看到。
又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角,使人眼能看清角距更小的细节。
望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径(最大8毫米)粗得多的光束,送入人眼,使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
2.望远镜的一般特性望远镜的光学系统简称望远系统,是由物镜和目镜组成。
当用在观测无限远物体时,物镜的像方焦点和目镜的物方焦点重合,光学间隔d=o。
当月在观测有限距离的物体时,两系统的光学问隔是一个不为零的小数量。
作为一般的研究,可以认为望远镜是由光学问隔为零的物镜和目镜组成的无焦系统。
这样平行光射入望远系统后,仍以平行光射出。
图9—9表示了一种常见的望远系统的光路图。
为了方便,图中的物镜和目镜均用单透镜表示。
这种望远系统没有专门设置孔径光阑,物镜框就是孔径光阑,也是入射光瞳,出射光瞳位于目镜像方焦点之外,观察者就在此处观察物体的成伤情况。
光学设计实验(一)望远镜系统设计实验

光学设计实验(一)望远镜系统设计实验1 实验目的(1)通过设计实验,加深对已学几何光学、像差理论及光学设计基本知识、一般手段的理解,并能初步运用;(2)介绍光学设计ZEMAX 的基本使用方法,设计实验通过ZEMAX 来实现 2 设计要求(1) 设计一个8倍开普勒望远镜的目镜,焦距f’=25mm ,出瞳直径D ’=4mm ,出瞳距>22mm ,视场角2ω’=25︒;考虑与物镜的像差补偿,目镜承担轴外像差的校正,物镜承担轴上像差的校正。
(总分:30分)(2)设计一个8倍开普勒望远镜的物镜,其焦距、相对孔径D/f ’、视场角、像差补偿要求根据设计(1)的要求来确定,要求给出计算过程。
(总分:30分)(3)将上述物镜与目镜组合成开普勒望远镜,要求望远镜的出射光束角像差小约3’左右。
如不符合要求,可结合ZEMAX 中paraxial 理想光学面,通过控制视觉放大倍率和组合焦距为无限大(如f ’>100000)等手段。
(总分:30分)(4)回答和分析设计中的相关问题(总分:10分)所有设计中采用可见光(F ,d ,C )波段。
问题1:望远光学系统和开普勒望远镜的特点问题2:目镜的光学特性和像差特点问题3:常用的目镜有哪些?常用的折射式望远物镜有哪些? 问题4:望远镜系统所需要校正的主要像差有那些?提示:目镜采用反向光路设计,目镜包括视场光阑,注意目镜孔径光阑的设置。
判定出射光束角像差小约3’左右的方法:在像面前插入一个paraxial 类型的面,若该面焦距(即与像面之间的距离)为1000mm ,则Spot diagram 的Geo Radius 则应小1mm 。
m 91512.5COS 343831000COS 3438322'μω=⨯⨯=⨯⨯≤f R 3 设计流程所谓光学系统设计就是根据使用要求,来决定满足使用要求的各种数据,即决定光学系统的性能参数、外形尺寸和各光组的结构等。
因此我们可以把光学设计过程分为4个阶段:外形尺寸计算、初始结构的计算和选择、象差校正和平衡以及象质评价。
大型光学红外望远镜拼接非球面子镜反衍补偿检测光路设计

文章编号 2095-1531(2021)05-1184-10大型光学红外望远镜拼接非球面子镜反衍补偿检测光路设计王丰璞1,2,3,李新南1,2 *,徐 晨1,2,黄 亚1,2(1. 中国科学院 国家天文台 南京天文光学技术研究所,江苏南京 210042;2. 中国科学院天文光学技术重点实验室 (南京天文光学技术研究所),江苏南京 210042;3. 中国科学院大学,北京 100049)摘要:为了实现大口径、长焦距、批量化离轴镜面的高精度面形检验,本文提出了一种零位反衍补偿检测方案,采用计算全息和球面反射镜共同对离轴镜面法向像差进行补偿,检测光路波像差残差接近于零。
检测方案为非轴对称离轴结构,设计了相应的全息对准光路,以保证检测光路装调切实可行。
不同离轴量子镜检测光路参数完全一致,仅需更换相应位置计算全息片、调整待测镜空间姿态,即可实现不同类型镜面的快速批量化检验。
误差分析结果表明,由补偿元件制造误差、光路失调、干涉仪面形测量重复性以及干涉仪标准球面波偏差引起的待测镜面形误差小于λ/40 (RMS 值,λ=632.8 nm)。
关 键 词:非球面测量;离轴子镜;零位检验;计算全息;反射补偿中图分类号:O439 文献标志码:A doi :10.37188/CO.2020-0218Optical testing path design for LOT aspheric segmented mirrors withreflective-diffractive compensationWANG Feng-pu 1,2,3,LI Xin-nan 1,2 *,XU Chen 1,2,HUANG Ya 1,2(1. National Astronomical Observatories Nanjing Institute of Astronomical Optics &Technology , Chinese Academy of Sciences , Nanjing 210042, China ;2. CAS Key Laboratory of Astronomical Optics & Technology , Nanjing Institute ofAstronomical Optics & Technology , Nanjing 210042, China ;3. University of Chinese Academy of Sciences , Beijing 100049, China )* Corresponding author ,E-mail : *************.cnAbstract : In order to achieve high precision surface testing for the large diameter and long focal length off-axis segmented mirrors, we designed a reflective diffractive compensation null testing system. Using a com-puter-generated hologram and a spherical mirror to compensate for normal aberration of the off-axis mirror.The design results show that the residual wavefront error of the optical path is close to zero. For a testing sys-tem, CGH alignment optical paths corresponding to the non-axisymmetric off-axis structure are designed to ensure the feasibility of the assembly. Parameters of the optical path testing for different off-axis distance收稿日期:2020-12-28;修订日期:2021-01-07基金项目:国家自然科学基金(No. 11627804)Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 11627804)第 14 卷 第 5 期中国光学Vol. 14 No. 52021年9月Chinese OpticsSept. 2021mirrors are the same. Rapid high-precision null testing of different types of segmented mirrors can be achieved simply by replacing the CGH at corresponding position and adjusting the spatial positions of the mirror to be measured. Error analysis shows that the RMS error of the mirror surface to be measured is better than λ/40 (λ=632.8 nm), which is caused by the manufacturing error of the compensating elements, misalign-ment of the optical path, repeatability of the interferometer surface measurement and standard spherical wavefront deviation of the interferometer.Key words: aspheric surface measurement;off-axis segmented mirror;null testing;computer-generated holo-gram;reflective compensation1 引 言大型反射式天文光学望远镜为由两个非球面反射镜组成的两镜系统,或在此基础上增加一个非球面反射镜以改善成像质量的三镜系统[1],其中主镜通常为焦比较小的凹非球面,其口径大小表征望远镜的集光能力。
8倍双视场大相对孔径红外折/衍射系统设计

探 测 器像 元 内 , 量透 过 率 大于 7 .%, 明该 系统 具有 良好 的成 像 质 量 , 实 际使 用温 度环 境 下 实 能 85 表 在
统 。 该 系统 结 构 简 单 、 对 孔 径 大 、 倍 比 高 , 破 了 以 往 红 外 变 焦 系 统 相 对 孔 径 小 、 倍 比 小 、 构 相 变 突 变 结
复杂等缺 陷 ; 用衍射 元件的 固有特性进行 消 色差及 消热差设计 , 采 并利 用锗与硫 化锌 的混合来校 正 系统 色球 差 , 最终设 计的 相对孔 径( F数) 11 系统 变倍 比为 8 其 即 为 ., 。设 计 结果表 明 , 空 间频 率 1 l mm 在 8p /
Absr c : A s t o ta t e f 8-1 . n r r d h b i e a t e dfr ci e ua fed f v e 2 pm i fa e y rd r f c v — ifa tv d l i l o iw z o y tm wa r i o m s se s d sg e ba e o t ti r t g e u r m e t f he h t ee ti ta k n s se . Th s se ein d s d n he rt ai r q ie n o t p o o l crc r c i g y tm u n e y t m b o e rk
d s n d rsl wa a ei e eut st t g h
wa .( lt e a etr ) n e z o rt s8 T e rs l idc tsta s1 1r a v p r e .a d t o m ai i x. h eut n iae h t ei u h o
光学课程设计-望远镜系统结构参数设计

03
望远镜系统的设计流程
确定设计目标
望远镜系统的功能需求
望远镜系统的性能指标
望远镜系统的成本预算
望远镜系统的设计周期
望远镜系统的设计团队 和分工
望远镜系统的设计评审 和验收标准
选择合适的镜片材型:增透膜、反 射膜、偏振膜等
考虑因素:折射率、色 散、反射率、透射率等
统
定期保养
清洁镜片:使用专业清洁 剂和软布擦拭镜片,避免 刮伤
检查螺丝:检查所有螺丝 是否松动,如有松动及时 拧紧
调整焦距:定期调整望远 镜的焦距,确保清晰度
更换电池:定期更换望远 镜的电池,确保望远镜的 正常运行
存放环境:将望远镜存放 在干燥、通风的环境中, 避免潮湿和灰尘影响望远 镜的性能
感谢观看
望远镜系统通过调整物镜和目镜的距离, 实现对焦和放大功能
望远镜系统还可以通过调整物镜和目镜 的角度,实现对焦和放大功能的优化
02
望远镜系统的主要参数
焦距
焦距的作用:决定望远镜的 放大倍数和成像质量
焦距的定义:望远镜系统中, 从物镜到目镜的距离
焦距的选择:根据观测目标、 观测距离和观测环境等因素
进行选择
汇报人:
环境保护
监测大气污染:观测大气中的污染物浓度和分布 监测水质污染:观测水体中的污染物浓度和分布 监测土壤污染:观测土壤中的污染物浓度和分布 监测生物多样性:观测生物多样性的变化和保护情况
远程教育
远程教学:通 过望远镜系统 进行远程教学, 实现教育资源
的共享
远程会议:通 过望远镜系统 进行远程会议, 提高沟通效率
镜片形状:球面、非球 面、柱面等
镜片数量:单镜片、双 镜片、多镜片等
镜片安装方式:固定、 可调、自动等
星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计
第52卷 第1期 激光与红外Vol.52,No.1 2022年1月 LASER & INFRAREDJanuary,2022
文章编号:10015078(2022)01010208·光学技术·星载高分辨率红外双谱段遥感器光学系统设计
王保华,刘志敏,唐绍凡,王媛媛(北京空间机电研究所,北京100094)
摘 要:针对高精度红外遥感成像的应用需求,提出了高空间分辨率、高噪声等效温差和大幅宽的中波/长波红外双谱段遥感成像技术方案,在太阳同步轨道获取地面目标的中波和长波红外辐射信息,谱段范围分别为3~5μm和8~12μm,中波红外谱段空间分辨率优于5m,长波红外谱段空间分辨率优于10m,幅宽大于20km,噪声等效温差优于60mK。根据噪声等效温差和光学传递函数等要求优化了光学系统指标参数,分析了二次成像同轴三反光学系统的冷光阑匹配原理,计算了光学系统初始结构参数,设计了光阑匹配型和出瞳匹配型中波/长波红外双谱段一体化光学系统,比较了两种方案光学系统的冷光阑匹配效果。关键词:光学遥感;红外双谱段;光学设计;冷光阑匹配中图分类号:O439 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.10015078.2022.01.017
OpticalsystemdesignofhighresolutiondualbandIRremotesensor
WANGBaohua,LIUZhimin,TANGShaofan,WANGYuanyuan(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China)
Abstract:Fortheapplicationrequirementsforhighprecisioninfraredremotesensingimaging,amiddlewavelengthandlongwavelengthinfraredremotesensingimagingsolutionwithhighresolution,highnoiseequivalenttemperaturedifference(NETD)andlargeswatchisputforward.Itcangetthemiddlewavelengthandlongwavelengthinfraredradiationinformationofgroundtargetsonsunsynchronousorbitsimultaneously,withtheinfraredrangeof3~5μmand8~12μmrespectively.Thespatialresolutionofthemiddlewavelengthinfraredspectrumisbetterthan5m,andthespatialresolutionofthelongwavelengthinfraredspectrumisbetterthan10m,swatchisgreaterthan20km,andtheNETDisbetterthan60mK.ThetechnicalparametersareoptimizeddependonNETDandmodulationtransferfunction(MTF).Thematchingtheoryofcoldshieldonreimagingcoaxialthreemirroropticalsystemisanalyzed.Thentheinitialconfigurationparametersarecalculated.Finallytwodualbandinfraredreimagingoffaxisthreemirroropticalsystemsduetomatchingformofcoldshieldaredesigned.Thematchingresultisestimated.Keywords:remotesensing;dualbandinfraredspectrum;opticaldesign;coldshieldmatching
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第38卷第1期 2019年2月红外与毫米波学报J. In fra re d M illim. W avesVol. 38! No. 1February ,2019文章编号%1001 -9014(2019)01 -0039 -05D O I:10.11972/j. issn. 1001 -9014.2019.01.007 An optical design for dual-band infrared diffractive telescopeW A N G H a o1’2, K A N G F u-Z e n g1 **, Z H A O W e i1, L I Y i-C hao1’2(1. State Key Laboratory of Transient Optics and Photonics,X l* an Institute of Optics andChinese Academy of Sciences’ X i* an 710119 ’China;2. University of Chinese Academy of Sciences’ Beijing 100049’ China)A b s tra ct:In this paper’ the double-layer harmonic diffractive element (H D E) structure is investigated and theop-timization procedure is based on the equation o f diffraction efficiency o f the double-layer diffracti ment. The diffraction efficiency o f the system in the designed middle and far infrared wavebands is larger than99% ’ which improves the image contrast and the imagequality significantly. Anew dual-band infrared double-layerHDEtelescope is designed’ which can work in the middle and far infrared wavebands. It is shown that tlie systemapproximately attains diffraction lim it and is easy to processed.K e y w o rd s: diffraction efficiency ’ HDE ’ optical designP A C S:42. 15. E q’ 07.57.K p一种红外双波段衍射望远镜的光学设计王昊康福增“’赵卫\李毅超u(1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西西安710119;2.中国科学院大学,北京100049)摘要:深入研究了双层谐衍射光学元件’基于衍射效率方程对双层衍射元件的衍射效率进行优化.光学系统在中波红外和长波红外波段的衍射效率均超过了 99% ’极大地提高了图像的对比度和像质.设计了一款新型的红外双波段衍射望远镜’取得了接近衍射极限的成像质量’易于加工.关键词:衍射效率;H D E;光学设计中图分类号:〇439 文献标识码:AIntroductionA s ig n ific a n t im provem ent in reconnaissance capab ility is the p rim a ry goal o f equipm en t developm ent. I t is one m ethod to im prove the equipm en t reconnaissance ab i l i t y b y u s i n g various in fra re d spectrum to detect the in- fa r e d ra d ia tio n o f the scene at the same tim e. D ue to the in fu e n c e o f atm ospheric transm ission ’ ra d ia tio n characte ris tic s o f d iffe re n t scene in the short-w avelength in frared (S W I R)’ m edium-w avelength in fra re d(M W I R)and long-w avelength in fra re d( L W I R) have d iffe re n t p e rform ance. In t he case o f stray ra d ia tio n o r near the heat source ’ L W IR has a strong reconnaissance c a p a b ility ’ w h ile in hot and h u m id e n v iro n m e n t’ M W IR has great advantage over other. I t is obviously to see the diffe re nce between the im age o f the same scene in M W IR andL W IR[1](F ig. 1).By using the spectrum o f d iffe re n t w avelength rangein in fra re d band ’ the target cam o u fa g e in fo rm a tio n canbe e ffe c tive ly e lim in a te d ’ the detection and reco gn itiona b ility o f the target can be im proved and rate o f the system can be reduced.The re fra ctive in d e x o f m aterials in the two bandsvaries greatly ’ b rin g in g d i i c u l t y in achrom atism in in frared d u a l band o p tic a l system. W e often take a re fe c tiv e structure to design d u a l band system to avoid the achrom atic d iffic u lty. R e fe c tiv e system s t m c tu r is com plexth a t coa xia l system w itli a ce n tra l b lo c k ’ r fe c ts th^ system m o d ulation transfer fu n c tio n’ w h ile off-axis systemw ith o u t cen ter b lo c k is d iffic u lt to alig n. R e fra ctive stru ctures w h ic h have no cen ter b lo c k and are easy to a lig nReceived date:2018- 04- 24’ revised date:2018- 10- 20 收稿日期:2018- 04- 24 ’ 修回日期:2018-10-20Foundation items % Supported by Nationa Natural Science Foundation of China (61875227)Biography :WANG Hao(1992-) ’ male’ N antong’ China’ Ph. D. Research area involves optical design and laser propagation in undewater turbulence. E-mail:wanghao14@* Corresponding author:E-mail:kangfuzeng@opt. ac. cn40红外与毫米波学报3 4 5 6 78 9 10 11 12X /\imFig. 3 Diffraction efficiency curves o f general single-layer D O E , single-layer HDE and double-layer HDE ( Red line and green line are diffraction efficiency curves of single-layer D O E o f diffraction order * = 1 and designed wavelength !0 = 4 #m and 10 #m , respectively. Blue line, yellow lin e ! pink line and bright blue line are diffraction efficiency curves of single-layer HDE o f $ =3 and designed wavelength !0 =7 #m , w hich’ s diffraction order m is 2, 3, 4 and 5, respectively. Black line is diffraction efficiency curve of double-layer HDE of diffraction order m = 1 and designed wavelength =4 #m and !2 = 10 #m )图3不同衍射元件的衍射 (红和射级次* = 1, 波长A 。