小凹成像光学系统技术研究

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	小凹成像光学系统技术研究
	赵小侠
学位类型	博士
导师	赵卫,谢永军
	2009-03-01
学位授予单位	中国科学院西安光学精密机械研究所.
学位专业	光学
关键词	小凹成像光学系统微光机电可变形镜光学系统设计像差补偿衍射极限光刻
摘要	小凹成像光学系统是指在大视场光学成像系统中利用自适应光学有选择地提高像面分辨率的技术。这种分辨率选择性的提高减小了系统的体积，降低了光学成像的复杂度，同时减小了传输和处理所需的数据量。此技术对大视场、小型化、高分辨率和高数据传输率空间成像系统具有重要意义。本论文介绍了小凹成像光学系统技术的仿生学概念以及小凹成像系统的总体结构，给出了单波段小凹成像光学系统的光学设计及系统的性能分析，以及单波段小凹成像光学系统实验样机的实验结果。为适应空间环境的需要，本论文给出了宽波段空间小凹成像光学系统的设计及性能分析。最后对应用于空间宽波段小凹成像技术的曲面反射镜的制作技术进行了实验上的探索。本论文主要工作： 1. 单波段小凹成像光学系统技术研究。在ZEMAXÒ中设计并演示了一个紧凑的大视场单波段小凹成像光学系统, 利用可变形镜动态地校正限制系统有效视场角的离轴像差，可以使系统的性能达到衍射极限。给出了一种紧凑的、大视场 (FOV = 600) 单波段的小凹成像光学系统的实验样机设计及其光学性能分析。 2. 空间宽波段小凹成像光学系统技术研究。使用离轴三反射式的光学设计，在可见光波段实现了大相对孔径（ =1/10）、宽视场（25度）的定焦（8.75米）光学系统。利用可变形镜来补偿任意给定视场内的离轴像差，获得了在全视场和全波段接近衍射极限的结果。该空间相机设计的轨道高度为500 千米，成像幅宽为220 千米，地面分辨率为2 米。通过微光机电可变形镜（Micro-electro-mechanical-System Deformable Mirrors - MEMS DMs）技术对特定视场波像差的实时补偿，详查系统可以达到0.5 米的地面分辨率，并给出了用于空间的实验样机的设计。 3. 单波段小凹成像光学系统技术实验研究。分辨率实验研究结果表明，经过可变形镜对特定视场的波像差进行补偿后，此区域成像分辨率提高了4.75倍。针孔实验也表明该系统可以明显地提高光学成像系统的成像质量。综合测试校正区域子午和弧矢方向的调制传递函数(Modulation Transfer Function - MTF)值分别提高了3倍和5倍。综合实验研究表明该系统可应用于对尺寸、重量和数据传输带宽有严格要求的多个领域。 4. 为满足空间相机进一步减小体积和重量的需要，对曲面反射镜的制作方法进行了实验探索。本论文创新工作： 1. 提出了将小凹成像概念应用于空间光学。使用离轴三反结构，设计了基于天基平台的宽波段空间小凹成像光学系统。使用微电机械可变形镜来校正像差，该相机可以同时满足详查普查的目的。并且给出了用于空间的实验样机设计。 2. 为了满足空间相机的小型化，进一步减小体积和能量损耗，提出了采用曲面微电机械可变形镜来实现空间小凹成像光学系统的设想。 3. 采用激光干涉光刻和软光刻的方法进行了曲面可变形镜制作的研究,实验探索取得了初步的结果。
学科领域	光学
页数	170
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.opt.ac.cn/handle/181661/12252
专题	中国科学院西安光学精密机械研究所(2010年前)
推荐引用方式 GB/T 7714	赵小侠. 小凹成像光学系统技术研究[D]. 中国科学院西安光学精密机械研究所.,2009.

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