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折反式大口径星敏感器光学设计及杂散光分析

光学学报 2016年第2期36卷 171-177页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1．8°、焦距719mm，人瞳直径164mm，工作波段0．45～0．9μm的折反式大口径星敏感器光学... 详细信息

大口径星敏感器已成为卫星导航领域的迫切需求，根据大口径和轻量化的研究目标，采用R-C系统和球面补偿透镜组相结合的结构型式，设计了一个视场1．8°、焦距719mm，人瞳直径164mm，工作波段0．45～0．9μm的折反式大口径星敏感器光学系统，采用像方远心设计，降低了像面离焦对能量质心位置计算的影响，同时提高了像面照度均匀性。根据像差理论计算初始结构参数，利用光学设计软件CODEV进行了光线追迹和优化设计，设计结果表明，光学系统遮拦比0．317，光学传递函数在特征频率26lp／mm处，大于0．81，成像点80％的能量集中在3×3像元内，垂轴色差小于2μm，最大质心偏差小于2μm。采用内遮光罩、外遮光罩、次镜遮光罩和挡光环等消杂光设计来降低杂散光水平，利用Tracepro软件对光机系统的杂散光进行了仿真分析，分析结果表明，在离轴角6°～90°范围内，点源透射比在10-7～10-4量级，满足应用要求。

关键词：光学设计星敏感器杂散光分析折反式遮光罩

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空间大气遥感高光谱成像仪光学系统设计

光学学报 2014年第8期34卷 248-253页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

多模式高光谱成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据多模式空间大气遥感的研究目标,采用扫描系统、离轴抛物面望远系统和双光谱仪级联色散光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个瞬时视场1.8°×0.045°、相对孔径1/2、工作波段... 详细信息

多模式高光谱成像仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据多模式空间大气遥感的研究目标,采用扫描系统、离轴抛物面望远系统和双光谱仪级联色散光谱成像系统匹配的结构型式,设计了一个瞬时视场1.8°×0.045°、相对孔径1/2、工作波段250～500nm的星载天底-临边多模式高光谱成像仪光学系统,分成250～330nm和320～500nm两个波段同时探测,利用光学设计软件ZEMAX-EE中进行了光线追迹和优化设计,色散方向不同波长的点列图半径的均方根（RMS）值均小于9.5μm,在250～330nm波段,光谱分辨率为0.17nm,在320～500nm波段,光谱分辨率为0.37nm,均满足小于等于0.6nm的指标要求,高光谱成像仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.9以上,完全满足成像质量要求,适合空间大气遥感应用。

关键词：光学设计高光谱成像仪望远系统光谱成像系统双光谱仪

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星载多模式差分吸收高光谱成像仪光学设计

光学学报 2016年第7期36卷 231-238页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光... 详细信息

星载多模式差分吸收高光谱成像仪是一种新型空间大气探测仪器,要求同时具有天底、临边和掩日等多模式探测功能,主要用于二氧化硫、二氧化氮等大气痕量气体探测。提出了利用两个扫描镜切换不同探测模式、利用双光谱仪减小系统的光谱杂光,利用分色片将工作波段分成3个通道实现多模式高光谱分辨率探测的新方法,设计了一个多模式差分吸收高光谱成像仪光学系统,瞬时视场为1.8°×0.04°,系统F数为2,工作波段为250～500nm,分成250～310nm、300～410nm和400～500nm 3个通道。利用ZEMAX-EE软件进行优化设计和分析,其中250～310nm通道,光谱分辨率为0.12nm,满足光谱分辨率不大于0.4nm的指标要求;300～410nm和400～500nm通道,光谱分辨率分别为0.25nm和0.23nm,满足光谱分辨率不大于0.6nm的指标要求。多模式差分吸收高光谱成像仪在空间维方向的调制传递函数（MTF）在特征频率0.25lp/mm处达到0.98以上,能够满足空间多模式差分吸收高光谱大气探测的要求。

关键词：光学设计多模式差分吸收高光谱成像仪扫描镜

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星载扫描层析临边成像光谱仪光学设计

光学学报 2015年第4期35卷 280-286页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载扫描层析临边成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据临边宽水平覆盖轻小型星载扫描层析临边成像光谱仪的研究目标,采用一维扫描镜、离轴抛物面望远系统和非球面光栅光谱成像系统匹配,设计了一个视场0.75°×0.017°、相... 详细信息

星载扫描层析临边成像光谱仪已成为空间大气遥感领域的迫切需求,根据临边宽水平覆盖轻小型星载扫描层析临边成像光谱仪的研究目标,采用一维扫描镜、离轴抛物面望远系统和非球面光栅光谱成像系统匹配,设计了一个视场0.75°×0.017°、相对孔径1/1.8、工作波段280～800 nm的星载扫描层析临边成像光谱仪光学系统,利用光学设计软件CODE V进行了光线追迹和优化设计,光谱成像系统不同波长的点列图直径的均方根（RMS）值均小于34 mm,光谱分辨率0.84 nm,满足的指标要求（≤1.2 nm）,扫描层析临边成像光谱仪全系统在空间方向各波长在特征频率处的光学传递函数均达到0.57以上,能够满足成像质量要求,适合空间大气遥感应用。

关键词：光学设计临边成像光谱仪望远系统光谱成像系统扫描层析

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星载宽波段临边臭氧廓线探测仪光学设计

光学学报 2015年第8期35卷 255-261页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器,根据宽波段、大动态范围、小型化的要求,提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度,实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球... 详细信息

星载宽波段临边臭氧廓线探测仪是一种新型空间光学遥感器,根据宽波段、大动态范围、小型化的要求,提出了利用随波段衰减滤光片调节入射信号的强度,实现宽波段大动态范围临边成像光谱同时探测的新方法。采用离轴抛物面望远镜和离轴非球面光谱成像系统,设计了一个棱镜色散型宽波段临边臭氧廓线探测仪光学系统,工作波段290~1000 nm、视场1.4°×0.032°、焦距80 mm,相对孔径1/6。利用光学设计软件ZEMAX-EE进行了优化设计和性能评价,结果表明,成像点弥散斑半径的均方根值最大为6.2 mm,小于探测器像元尺寸的1/2,在290 nm处,光谱分辨率0.9 nm,在1000 nm处,光谱分辨率22 nm,均满足设计指标要求。临边臭氧廓线探测仪全系统不同波长的光学传递函数在特征频率7.4 lp/mm处大于0.82,设计结果满足成像质量要求,且具有体积小、质量轻的特点,适合空间遥感应用。

关键词：光学设计臭氧廓线探测仪望远系统光谱成像系统临边

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用于高光谱成像仪的大视场离轴三反系统设计

红外与激光工程 2012年第4期41卷 942-946页

作者：薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

大视场、高分辨力星载高光谱成像仪已成为空间遥感的迫切需求,要求其望远系统在宽视场内具有高空间分辨力。在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上,研究了用于高光谱成像仪的大视场离轴三反消像散(TMA)望远系统的设计问题,编制了初始... 详细信息

大视场、高分辨力星载高光谱成像仪已成为空间遥感的迫切需求,要求其望远系统在宽视场内具有高空间分辨力。在共轴三反系统的几何光学成像理论基础上,研究了用于高光谱成像仪的大视场离轴三反消像散(TMA)望远系统的设计问题,编制了初始结构计算程序,采用视场离轴方式,设计了一个波段范围0.4～2.5μm、焦距360 mm、相对孔径1:4、线视场11.42°的离轴三反望远系统,其主镜为6次非球面,次镜和三镜为二次曲面,考虑到市售探测器的限制,提出了视场分离的分光方法,在离轴三反系统的焦平面附近加一个刀口反射镜实现视场分离。在奈奎斯特空间频率28 lp/mm处,调制传递函数大于0.75,成像质量接近衍射极限。

关键词：光学设计高光谱成像仪望远系统离轴三反消像散视场分离

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星载紫外全景成像仪光学系统设计

红外与激光工程 2014年第2期43卷 517-522页

作者：薛庆生陈伟中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

采用全景环形透镜和中继透镜组组合的结构型式设计了一个中心波长360 nm，带宽10 nm，视场360＆#176;＆#215;（70.9＆#176;～73.3＆#176;），焦距5 mm，相对孔径1：3.3的紫外全景成像仪光学系统。针对该光学系统视场大的特点，重点研究... 详细信息

采用全景环形透镜和中继透镜组组合的结构型式设计了一个中心波长360 nm，带宽10 nm，视场360＆#176;＆#215;（70.9＆#176;～73.3＆#176;），焦距5 mm，相对孔径1：3.3的紫外全景成像仪光学系统。针对该光学系统视场大的特点，重点研究了提高其像面照度均匀性的方法。利用CODE V和ZEMAX光学设计软件进行了优化设计和设计结果分析，结果表明：点列图弥散斑半径的RMS值小于1/2像元，弥散斑80%的能量集中在一个像元内，光学传递函数＆gt;0.72@38.5 lp/mm，f-θ畸变控制在0.4%以内，像面照度均匀性达到91%，设计结果满足指标要求，并且体积小，特别适合在空间大气探测等领域应用，也证明了提出的紫外全景成像仪光学设计方法是可行的，可在其他波段推广应用，对全景成像仪的设计具有指导意义。

关键词：光学设计全景成像仪桶形畸变光阑像差像差渐晕

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大视场手持式免散瞳眼底照相机光学设计

光学学报 2017年第9期37卷 239-246页

作者：王晓恒薛庆生中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049

设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源,采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特... 详细信息

设计了一种具有40°视场角的手持式免散瞳眼底照相机,可用来拍摄视网膜图像。相机光学系统由照明系统和成像系统组成,其中照明系统设有可见照明光源和红外对焦光源,采用红外光源对焦可以不用药物对眼睛进行散瞳处理。照明光源采用独特的环形LED,将环形LED光源成像于人眼的瞳孔之上,避免照射到角膜上发生反射作用。在成像系统中设置调焦镜,具备±15D的屈光度补偿功能。成像光学系统的点列图均方根值小于2.8μm,场曲小于0.2mm,畸变小于0.6%,在70lp/mm处各视场处的调制传递函数均高于0.4。使用Zemax光学设计软件的成像模拟功能,在光学系统的像面上清晰地再现了原图。该相机可以应用于眼科医学行业,为疾病的预防和康复服务。

关键词：光学设计眼底照相机免散瞳照明系统成像系统

基于PGP型自校正成像光谱仪系统设计与研究

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光学学报 2021年第23期41卷 186-196页

作者：薛庆生王楠杨柏中国海洋大学信息科学与工程学部山东青岛266100

针对现有无人机(UAV)载高光谱成像仪存在的技术问题,设计一种紧凑型可见近红外成像光谱系统。首先采用成像光谱仪与面阵相机共光路一体化进行设计,然后利用高帧频面阵图像来反演相机的位置和姿态参数,最后对同步获取的推扫高光谱图像进... 详细信息

针对现有无人机(UAV)载高光谱成像仪存在的技术问题,设计一种紧凑型可见近红外成像光谱系统。首先采用成像光谱仪与面阵相机共光路一体化进行设计,然后利用高帧频面阵图像来反演相机的位置和姿态参数,最后对同步获取的推扫高光谱图像进行高精度的空间信息校正。该系统的工作范围为400~1000 nm,幅宽方向的视场为43.6°,飞行方向的视场为20.0°,焦距为13 mm,光谱分辨率优于2.5 nm。利用ZEMAX软件对系统进行优化设计和分析,其中光谱仪部分采用棱镜-光栅-棱镜型(PGP)的设计,具有质量轻、成本低和资源利用率高的特点。

关键词：光学设计成像光谱仪棱镜-光栅-棱镜系统设计几何校正