离轴三反射式光学系统设计.pdf

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1、第29卷第4期光电技术应用Vo1．29．No．42014年8月ELECTRO．OPTICTECHN0LOGYAPPLICAT10NAugust，2014·光学设计·离轴三反射式光学系统设计赵亮(中国电子科技集团公司光电研究院，天津300000)摘要：在三反射镜光学系统的几何光学理论基础上，详细讨论了三反射式光学系统的设计方法，从初级像差理论出发推导出了三反射式系统初始结构的计算公式，并且得出了系统结构形式与其基本结构参数和焦距之间的关系。通过设计实例讨论了不同的三反射式光学系统的特点及其应用。设计了大视场、小F数且实现衍射极限成像的光学系统，且能有效抑制杂散光。关键词：三反射光学系统；离轴；视

2、场；光阑；像差中图分类号：0435文献标识码：A文章编号：1673．1255(2014)．04．0001．04DesignofOf-axisThree—reflectionOpticalSystemZHAOLiang(AcademyofOpto—Electronics，ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporationOECETC)，Tianjin300000,China)Abstract：Basedonthegeometricalopticstheoryofthree—reflectionopticalsystem，thedesignmethodofthes

3、ystemisdiscussedindetail．Accordingtoprimaryaberrationtheory，acalculationformulaofthethree—reflectionsysteminitialstructureisdeduced．Andtherelationshipsamongsystemstructure，basicstructureparametersandfo—callengthareobtained．Thecharacteristicsandtheapplicationsofthree—reflectionopticalsystemsarediscus

4、sedthroughdesignexamples．Theopticalsystemwithwidefieldofview，smallFnumberanddiffractionlimitimagingisdesignedtosuppressstraylighteffectively．Keywords：three·reflectionopticalsystem；off-axis；fieldofview；aperture；aberation光学系统经历了从折射式到反射式，从同轴光论，求取共轴三反射镜光学系统结构作初始结构。学系统到离轴光学系统的发展阶段。从光学系统质通过光阑离轴或视场离轴，或者二者相

5、结合的方法量上考虑，折射系统采用的是实心镜，其质量最大，实现系统中心无遮拦。在系统优化过程中，利用高折反式系统次之，反射光学系统质量最轻，且发展了次非球面来满足系统多种性能的要求。多种大型反射镜轻量化技术，可以进一步减轻全反1．1离轴三反射式系统分类射光学系统的质量。反射光学系统采用的镜坯材料普遍具有密度小、弹性模量大、热膨胀系数低、热传1．1．1光阑离轴导系数高、微观结构均匀等特点，受温度梯度变化的影响小，光学系统的质量控制相对折射系统容易。光阑置于主镜上或之前，光阑离轴。如图1所示。1离轴三反射式系统设计采用光阑离轴的方法，虽然可以使系统结构变得紧凑，但是在较大视场的情况下，成像质量下降得

6、离轴三反射镜光学系统设计基于高斯光学理收稿日期：2014—03—06作者简介：赵亮(1983一)，男，吉林人，学士，工程师，主要研究方向为光电工程2光电技术应用第29卷很快。鲁卢：丁／'2：一11"2(3)2／Z2卢：=：一／Z3(4)式中，为次镜对主镜的遮拦比；：为三镜对次镜的遮拦比；卢，为次镜放大率；：为三镜放大率。1．3三反射式光学系统像差分析图1光阑离轴1．3。1光阑位于主镜1．1．2视场离轴对于一个焦距为-厂的三反射系统，物体位于无将光阑置于次镜上，通过视场的倾斜来避免中穷远时，以表示主光线与各镜面交点的高度，则当心遮拦，光阑不离轴。光阑位于主镜时，表达式如下视场离轴的三反射系统具有

7、更强的像差校正能：==力，视场大，成像质量好，比较适合大视场和大相对口径的要求。视场离轴效果图如图2所示。(5)1．3．2光阑位于次镜当光阑位于次镜时，表达式如下1-Ol1y=o；y，=(6)代入三反射系统初级像差公式，得到三反射光学系统像差。光阑位于主镜时，表达式如下s。=[(e一1)卢卢；一e：2]33(1+／3)]+图2视场离轴e32(1+／3：)+(7)：1-2三反射式光学系统结构参数OZ