Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

闫兴涛; 杨建峰; 薛彬; 马小龙; 赵意意; 卜凡

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

闫兴涛^1,2,
杨建峰¹,
薛彬¹,
马小龙¹,
赵意意^1,2,
卜凡^1,2

1.
中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室,陕西西安 710119;
2.
中国科学院大学,北京 100049

基金项目:

国家自然科学基金（60808028）;国家863计划（2009AA122203）

详细信息

作者简介:
闫兴涛（1986- ），男，博士生，主要从事光学设计方面的研究。Email：xingtao.yan@163.com；杨建峰（1969- ），男，博士生导师，博士，主要从事光学设计与光谱成像方面的研究。Email：yangjf@opt.ac.cn

闫兴涛（1986- ），男，博士生，主要从事光学设计方面的研究。Email：xingtao.yan@163.com；杨建峰（1969- ），男，博士生导师，博士，主要从事光学设计与光谱成像方面的研究。Email：yangjf@opt.ac.cn

中图分类号: O439

Design of fore telescope system for Offner imaging spectrometer

1.
The Spectral Imaging Technique Laboratory,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China;
2.
University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

摘要: 针对Offner 型成像光谱仪结构特点，总结了其前置望远系统的选型及设计原则；介绍了一种大视场、长焦距、像方远心离轴三反光学系统的设计方法；利用该方法优化设计了一款焦距800 mm，视场达8.60.148，工作波段0.9~5 m 的星载Offner 型成像光谱仪的前置望远光学系统。对其性能分析表明，在Nyquist 频率16.7 lp/mm 处，各谱段的调制传递函数值均在0.65 以上，接近衍射极限，完全满足成像质量要求。同时证明了该设计方法可行，所设计系统结构紧凑，较易加工，适于空间遥感用Offner 型成像光谱仪。
- 光学设计 /
- 成像光谱仪 /
- 推扫式 /
- 像方远心 /
- 离轴三反消像散
Abstract: In allusion to the specific structural characters of Offner imaging spectrometer, the fundamental design principles of its fore telescope were analyzed. A novel method to design the wide FOV, long focal length and telecentric off-axis three-mirror anastigmatic (TMA) optical system was presented. For the projective demand, a fore telescope system for Offner imaging spectrometer was designed. Its focal length was 800 mm. Its FOV was 8.60.148, and the operation spectrum band was from 0.9 m to 5 m. The evaluation results of its imaging quality demonstrate that the MTF of each spectrum band is higher than 0.65 at the Nyquist frequency 16.7 lp/mm. The imaging quality has reached the diffraction-limitation, which satisfies the pre-designed requirement. Therefore, the design method is feasible. The designed telescope system is compact, easy to be fabricated and suitable for space borne Offner imaging spectrometer.
- optical design /
- imaging spectrometer /
- push-broom scanning /
- telecentric /
- off-axis three-mirror anastigmatic

[1]	Li Youping, Yu Bingxi, Han Changyuan, et al. Tradeoff optimization design of optical configuration on imaging spectrometer[J]. Optics and Precision Engineering, 2006, 14(6): 974-979. (in Chinese) 李幼平, 禹秉熙, 韩昌元, 等. 成像光谱仪工程权衡优化设计的光学结构[J]. 光学精密工程, 2006, 14(6): 974-979.
[2]
[3]	Zheng Yuquan. Design of compact Offner spectral imaging system [J]. Optics and Precision Engineering, 2005, 13(6): 650-657. (in Chinese) 郑玉权.小型Offner 光谱成像系统的设计[J]. 光学精密工程, 2005, 13(6): 650-657.
[4]
[5]
[6]	Gong Guangbiao, Ji Yiqun, Zhu Shanbing, et al. Design of a fore optical objective with large relative aperture for spectral imagers [J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(5): 889-892. (in Chinese) 宫广彪, 季轶群, 朱善兵, 等. 一种大相对孔径成像光谱仪前置物镜设计[J]. 红外与激光工程, 2009, 38(5): 889-892.
[7]	Xue Qingsheng, Huang Yu, Lin Guanyu. Design of wide-angle and high-resolution spaceborne imaging spectrometer [J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(8): 0822001-1. (in Chinese) 薛庆生, 黄煜, 林冠宇. 大视场高分辨力星载成像光谱仪光学系统设计[J]. 光学学报, 2011, 31(8): 0822001-1.
[8]
[9]	Xue Qingsheng, Lin Guangyu, Song Kefei. Optical design of space borne shortwave infrared imaging spectrometer with wide field of view [J]. Acta Photonica Sinica, 2011, 40(5): 673-678. (in Chinese) 薛庆生, 林冠宇, 宋克非. 星载大视场短波红外成像光谱仪光学设计[J]. 光子学报, 2011, 40(5): 673-678.
[10]
[11]
[12]	Li Huan, Xiang Yang. Design of 10FOV telecentric off-axis three-mirror anastigmatic telescope [J]. Acta Photonica Sinica, 2009, 38(9): 2256-2260. (in Chinese) 李欢, 向阳. 10远心离轴三反消像散望远系统的光学设计[J]. 光子学报, 2009, 38(9): 2256-2260.
[13]	Wang Meiqin, Wang Zhonghou, Bai Jiaguang. Optical design of off-axis three-mirror anastigmatic system for imaging spectrometer[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(1): 167-172. (in Chinese) 王美钦, 王忠厚, 白加光. 成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(1): 167-172.
[14]
[15]	Liu Xiaomei, Xiang Yang. Design of telecentric off-axis spectrometer with three-mirror system of imaging wide field of view[J]. Acta Optica Sinica, 2011, 31(6): 0622004-1. (in Chinese) 刘晓梅, 向阳. 宽视场成像光谱仪前置远心离轴三反光学系统设计[J]. 光学学报, 2011, 31(6): 0622004-1.
[16]
[17]
[18]	Pan Junhua. Design, Fabrication and Testing of Aspherical Optical Surface [M]. Beijing: Science Press, 1994: 157-160. (in Chinese) 潘君骅. 光学非球面的设计尧加工与检验[M]. 北京: 科学出版社, 1994: 157-160.
[19]
[20]	Jun-ichi Ishigaki, Toshihiro Okamura, Kunihiro Tanikawa, et al. Designing and testing of off-axis three-mirror optical system for multi-spectral sensor[C]//SPIE, 1997, 3061: 356-369.
[21]	Zhang Liang, An Yuan, Jin Guang. Optical design of the uncoaxial three-mirror system with wide field of view and long focal length[J]. Infrared and Laser Engineering, 2007, 36(2): 278-280. (in Chinese) 张亮, 安源, 金光. 大视场尧长焦距离轴三反射镜光学系统的设计[J]. 红外与激光工程, 2007, 36(2): 278-280.

[1]	张刘, 李博楠, 卢勇男, 邹阳阳, 王泰雷. 基于Offner凸面光栅星载CO₂成像光谱仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2022, 51(7): 20220431-1-20220431-9. doi: 10.3788/IRLA20220431
[2]	武志昆, 石恩涛, 王咏梅. 消谱线弯曲PGP型成像光谱仪系统设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(6): 20200433-1-20200433-6. doi: 10.3788/IRLA20200433
[3]	行麦玲, 刘义良, 裴景洋, 胡斌, 杨天远. 空间红外大口径折射式低温镜头设计与验证 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0414002-0414002-6. doi: 10.3788/IRLA202049.0414002
[4]	杨雨霆, 陈立恒, 徐赫彤, 李世俊, 吴愉华. 高空气球平台地-月成像光谱仪载荷系统热设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1114004-1114004(10). doi: 10.3788/IRLA201948.1114004
[5]	申远, 于磊, 陈素娟, 沈威, 陈结祥, 薛辉. 高分辨率近红外成像光谱仪光学系统 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 814005-0814005(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0814005
[6]	孟祥月, 王洋, 张磊, 付跃刚, 顾志远. 大相对孔径宽光谱星敏感器光学镜头设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 718005-0718005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0718005
[7]	邓强, 李升辉. 高分辨率像方远心连续变焦投影镜头的设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1114005-1114005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1114005
[8]	闫兴涛, 李福, 马小龙, 贺应红, 吕娟, 薛彬, 赵意意. 红外光纤传像系统像质优化方法研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(1): 104004-0104004(8).
[9]	于磊, 陈素娟, 陈结祥, 薛辉. 精准农业观测高数值孔径短波红外成像光谱仪光学系统 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1218007-1218007(7). doi: 10.3788/IRLA201847.1218007
[10]	袁立银, 谢佳楠, 侯佳, 吕刚, 何志平. 紧凑型红外成像光谱仪光学设计 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 418001-0418001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0418001
[11]	邱晓晗, 王煜, 常振, 田禹泽, 司福祺. 机载紫外DOAS成像光谱仪CCD成像电路的设计及实施 . 红外与激光工程, 2017, 46(5): 538002-0538002(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0538002
[12]	殷世民, 高丽伟, 梁永波, 朱健铭, 梁晋涛, 陈真诚. 基于FPGA的干涉式红外成像光谱仪实时光谱复原研究 . 红外与激光工程, 2017, 46(7): 720001-0720001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0720001
[13]	张月, 张琢, 苏云, 郑国宪. 宽谱段高分辨率低温成像光谱仪制冷系统设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(3): 323001-0323001(8). doi: 10.3788/IRLA201645.0323001
[14]	贤光, 颜昌翔, 吴从均, 张军强. 温度对机载成像光谱仪光学性能的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1647-1653.
[15]	张月, 苏云, 王彬, 郑国宪, 张鹏斌. 用于月球矿物探测的LCTF成像光谱仪热控系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(12): 3963-3968.
[16]	汪逸群, 高志良. 成像光谱仪复合色散棱镜支撑设计与试验 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1982-1987.
[17]	刘子寒, 季轶群, 石荣宝, 陈宇恒, 沈为民. 机载红外推扫成像光谱仪光学设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2941-2946.
[18]	闫兴涛, 杨建峰, 薛彬, 周珂, 赵意意, 卜凡. 利用光纤传像束的内窥镜物镜设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(2): 423-427.
[19]	张庭成, 廖志波. 离轴三反成像光谱仪光学系统设计 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1863-1865.
[20]	王美钦, 王忠厚, 白加光. 成像光谱仪的离轴反射式光学系统设计 . 红外与激光工程, 2012, 41(1): 167-172.

点击查看大图

计量

文章访问数: 459
HTML全文浏览量: 80
PDF下载量: 203
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

留言板

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

Design of fore telescope system for Offner imaging spectrometer

计量

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

1. 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室,陕西西安 710119;

2. 中国科学院大学,北京 100049

English Abstract

Design of fore telescope system for Offner imaging spectrometer

1. The Spectral Imaging Technique Laboratory,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

全文HTML

目录

留言板

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

Design of fore telescope system for Offner imaging spectrometer

计量

出版历程

Offner型成像光谱仪前置光学系统设计

1. 中国科学院西安光学精密机械研究所 光谱成像技术实验室,陕西西安 710119; 2. 中国科学院大学,北京 100049

English Abstract

Design of fore telescope system for Offner imaging spectrometer

1. The Spectral Imaging Technique Laboratory,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China; 2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China

全文HTML

目录

1. 中国科学院西安光学精密机械研究所光谱成像技术实验室,陕西西安 710119;

2. 中国科学院大学,北京 100049

1. The Spectral Imaging Technique Laboratory,Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics,Chinese Academy of Sciences,Xi'an 710119,China;

2. University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China