为了提高星敏感器相对孔径, 拓宽探测光谱范围, 文中通过探测器灵敏度模型的计算, 确定了星敏感器光学系统的设计参数, 进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成, 光谱范围为500~800 nm, 焦距为50 mm, 相对孔径为1/1.25, 视场角为8.45°×8.45°(对角线视场角为11.96°), 总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路, 减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%, 质心色偏差控制在±2 ?滋m内, 能量集中度(3×3像元内)大于80%, 最大倍率色差为-0.073 ?滋m, 轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统, 焦距变化量很小, 验证了无热化设计要求, 镜头的成像质量良好。

设计了一款基于同心透镜的1300万像素超广角手机镜头,得到符合工业生产要求的手机镜头参数。该镜头由4片同心透镜组成,焦距为3.3 mm,F数为1.83,视场角为100°,总长5.18 mm。研究结果表明,在奈奎斯特频率为223 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.58,全视场的MTF值均大于0.50;在446 lp/mm处,0.7视场的MTF值均大于0.30,全视场的MTF值均大于0.17。各个视场的弥散斑半径均小于2.3 μm。全视场内相对照度值均大于0.65。

为了满足监控镜头的小型化、高像质以及大视场的需求, 利用同心结构的同心透镜, 并依据曲面传感器的发展现状及趋势, 设计了一款同心结构的曲面像面监控镜头光学系统。该监控系统的全视场角可达到140°, 有效焦距为7.88 mm, F数为1.5, 系统总长15.12 mm, 像素可达1 100万。设计结果表明, MTF值在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限, 在全视场处均大于0.59; 各个视场的弥散斑半径均小于0.6 μm。相比于已有的监控镜头光学系统, 该设计在大视场范围内保证了优良的像质, 并且实现了小型化。

简述了光谱仪的原理、阶梯光栅的基本原理和光栅光谱仪的特性参数。针对目前国内正在研制的光纤阵列太阳光学望远镜,提供了一种太阳光栅光谱仪结构的设计方案。根据太阳光栅光谱仪接收整个太阳光谱的要求,该方案采用了双狭缝设计。根据太阳光栅光谱仪尺寸大、分辨率高、色散大的特点,该设计方案采用了白瞳设计,并对结构中各个元件的选择进行简要阐述。光谱仪采用光纤接入,光栅工作在准Littrow角条件下,以获得高衍射效率,同时辅以棱镜增大横向色散,分开重叠的光谱级次。整个系统结构简单紧凑,可以有效地缩小光谱仪尺寸。