光学设计优化下的TDI-CCD空间相机畸变抑制及其MTF提升

本文主要探讨了畸变对时间延迟积分电荷耦合器件(TDI-CCD)空间相机的影响以及相应的抑制策略。随着CCD技术的发展，TDI-CCD因其高分辨率、大视场角和轻小型化的特点，成为了空间相机的理想选择。然而，光学系统的畸变问题在TDI-CCD成像过程中是一个关键挑战，它会导致像移现象，进而造成图像模糊，降低图像的调制传递函数(MTF)性能。 文章首先分析了光学系统畸变引起像移的原理，解释了如何通过畸变影响图像MTF的下降系数fMT,D来量化这一问题。fMT,D的表达式与光学系统的几何参数和畸变程度密切相关。接着，从光学系统设计的角度出发，研究了如何通过优化设计来减小fMT,D，提出了一个焦距f' = 9000 mm，F数为13.33，成像谱段400~700 nm的偏视场同轴四反射低畸变光学系统。设计的目标是在2°视场角内实现波像差优于λ/21的优异性能，以抑制畸变对积分成像的影响。 通过具体的设计案例，结果表明，该光学系统在抑制畸变方面表现出色，即使在视场角2ω=2°时，受畸变影响的MTF下降系数fMT,D仅为0.969，这意味着畸变造成的图像质量损失得到了有效控制。这项研究对于设计高分辨率、宽视场、大F数的轻小型空间相机具有实际指导意义，为这类设备的未来发展提供了重要的技术参考。 关键词：光学设计、时间延迟积分电荷耦合器件、畸变、像移、调制传递函数、反射系统、空间相机。作者金光等人结合理论分析和实际设计，为解决光学系统畸变问题提供了创新性的解决方案，这对提升空间相机的成像质量和稳定性有着重要意义。