三子镜与三臂形稀疏孔径的对比研究 ppt课件

1、时间：时间： 2019.11 2019.11编号：编号：L0621研讨论文：研讨论文：本课题的研讨成果曾经于2019 年 11 月15 日在中心期刊第 50 卷 第 12 期网络发表。2论文首末页：论文首末页：3 工程背景研讨目的 研讨方法 研讨结论4工程背景工程背景 增大口径VISTA望远镜4.1米的主镜图1.22D角分辨率：5稀疏孔径稀疏孔径光学系统光学系统结果：整个系统分量、结果：整个系统分量、体积都变大体积都变大制造、加工的难度增大制造、加工的难度增大本钱的添加本钱的添加 由几个较小的光学孔径以一定的规那么组合陈列拼接，用来替代一个比较大的光学口径。概念6望远镜主镜制造本钱望远镜主镜制

2、造本钱C C与口径与口径DD关系曲线图关系曲线图Giant Magellan Telescope (GMT)Golay-67优点：由一个个子镜有规那么陈列成一个大口径的主镜，子镜容易加工。子镜口径小，加工本钱也会降低。与同规格的主镜相比，利用这种陈列方式分量更小，更易于用于太空中。8典型的稀疏孔径构造：环形环形 Golay-6 Golay-6型型 Y Y型型 复合三子镜复合三子镜研讨目的研讨目的9研讨方法：研讨方法：10 三臂稀疏孔径构造由6个子镜按“Y外形陈列而成。 这两种构造极其类似，我们有必要对比研讨这两种构造，以期得出更好的成像效果的构造。11 填充因子的大小不仅反映了孔径构造的稀疏程

3、度，而且也在一定程度上反映了成像的效果。N：子镜的个数，：子镜的个数，d：子镜的直径，：子镜的直径，D：外包围孔：外包围孔径的直径。径的直径。22dFND系统子孔径总面积稀疏孔径阵列外接圆面积定义式：126 6个子镜的三臂形构造阵列中内环个子镜的三臂形构造阵列中内环3 3个个子镜相切且各个臂的子镜也与包围孔径相子镜相切且各个臂的子镜也与包围孔径相切时，最大填充因子可表示为：切时，最大填充因子可表示为：，N=3nN=3n，n=2n=2，3 3，4 4图图1 1 三子镜构三子镜构造造N=3N=3时，三子镜构造的最时，三子镜构造的最大填充因子为：大填充因子为： Fmax =65% Fmax =65%

4、 图图2 2 三臂形构造三臂形构造N=6N=6时，时，6 6个子镜的三个子镜的三臂形构造最大填充因子臂形构造最大填充因子为为: : Fmax =35% Fmax =35% 由N个子镜环状陈列而成孔径构造的最大填充因子可表示为：13三子镜的最大填充因子：三子镜的最大填充因子：Fmax =65%Fmax =65%三臂的最大填充因子：三臂的最大填充因子： Fmax =35%Fmax =35%在一样角分辨率的前提下，与三臂构造相在一样角分辨率的前提下，与三臂构造相比较，三子镜构造稀疏孔径最大填充因子比较，三子镜构造稀疏孔径最大填充因子大，可以获得较好的成像效果。大，可以获得较好的成像效果。初步分析：初

5、步分析：14MTF分分析析研讨思绪研讨思绪调制传送函数调制传送函数MTFMTF比较客观全面地评价了光学系比较客观全面地评价了光学系统的成像质量。统的成像质量。15直径为直径为d d的单个孔径的调制传送函数：的单个孔径的调制传送函数：0)(1(cos22121dcdcdcdMTFdcdc0dc/()dcdf 是直径为d的子孔径的截止频率: 首先计算单个子镜的首先计算单个子镜的MTFMTF光瞳函数光瞳函数: :22,/ 2xyP x ycircd表示波长，表示波长，表示频率。表示频率。f16 图图1 1 三子镜构造三子镜构造三子镜构造光学系统归一化三子镜构造光学系统归一化MTFMTF为：为： 三臂

6、构造的归一化三臂构造的归一化MTFMTF表达式为：表达式为： 图图2 2 三臂形构造三臂形构造17Matlab软件模拟软件模拟MTF曲线：曲线： Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%MTF 二二 维维 图图18Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%1 1随着填充因子的增大，子调制传送函数间的间随着填充因子的增大，子调制传送函数间的间隔逐渐减小。隔逐渐减小。2在一样填充下，三子镜构造的子调制传送函数间的间在一样填充下，三子镜构造的子调制传送函数间的间隔要明显大于三臂构造。隔要明显大于三臂构造。3

7、 3当三臂形构造的填充因子当三臂形构造的填充因子34%34%时，在截止时，在截止频率之前调制传送函数不出现零频率之前调制传送函数不出现零 。进一步分析：进一步分析：19选取两种构造在最大截止频率方向上的归一化选取两种构造在最大截止频率方向上的归一化 MTF MTF 曲线图曲线图F=22%F=28%F=34%1、三臂构造、三臂构造MTF曲线较三子镜构造起曲线较三子镜构造起伏较小，更加稳定。伏较小，更加稳定。2、随着填充因子的添加，两种构造的、随着填充因子的添加，两种构造的MTF分布有了明显改善：分布有了明显改善： 在在F=28%，三子镜在归一化频率，三子镜在归一化频率0.35附近出现零频，而三臂

8、构造在小于附近出现零频，而三臂构造在小于截止频率区域内不出现零频，没有信息截止频率区域内不出现零频，没有信息丧失丧失; 在归一化频率在归一化频率0.250.45 范围内，三臂构范围内，三臂构造的造的MTF特性明显优于三子镜，表现出了良特性明显优于三子镜，表现出了良好的中频特性好的中频特性; 在归一化频率在归一化频率 0.450.75范围内，三臂构范围内，三臂构造的造的MTF值明显小于三子镜构造，阐明三子值明显小于三子镜构造，阐明三子镜对高频信息有良好的呼应。镜对高频信息有良好的呼应。3、部分频率区存在稀疏孔径构造的、部分频率区存在稀疏孔径构造的MTF值高于全孔径构造的情况，这值高于全孔径构造的

9、情况，这是由于随着填充因子的增大，子镜间的是由于随着填充因子的增大，子镜间的间隔减小，各子镜的间隔减小，各子镜的MTF开场出现叠加，开场出现叠加，从而导致从而导致MTF值较高。值较高。20ZEMAX成像分析：成像分析：利用利用ZEMAXZEMAX设计出上述两种孔径构造，波长选取设计出上述两种孔径构造，波长选取550nm550nm，包，包围孔径为围孔径为40mm40mm进展模拟成像，进展模拟成像。进展模拟成像，进展模拟成像。物：辐射图物：辐射图21F=22%Three sub-aperturesThree armsF=22%F=28%F=34%成像效果图：成像效果图：ZEMAX22相对模糊度曲线

10、图：相对模糊度曲线图：灰度值灰度值0-2550-255：表示图案由黑：表示图案由黑逐渐变白。逐渐变白。计算时用二值法简化：计算时用二值法简化： 定义：定义：0-1280-128取为取为1 1， 代表黑色代表黑色 128-255 128-255取为取为0 0，代表达色，代表达色=-定义：相对模糊度原始图灰度值 模拟图灰度值原始图灰度值23图像加强图像加强采用采用5 5* *5 5 模板的阶数延续可调的分数阶微分算子将三子镜与三臂模板的阶数延续可调的分数阶微分算子将三子镜与三臂构造构造F=34%F=34%的图像加强处置，可调阶数取的图像加强处置，可调阶数取 v=0.2 v=0.2。微分算子微分算子24两