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1、第33卷第1期光电工程Vol.33,N0.12006年1月Opto-ElectronicEngineeringJan,2006文章编号：1003-501X(2006)01-0034-04离轴反射式光学系统设计12伍和云，王培纲(1.安徽建筑工业学院数理系，安徽合肥230022；2.中国科学院上海技术物理研究所，上海200083)摘要：提出通过光瞳和视场离轴，实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计方法。在同轴三反射光学系统基础上，将光瞳和视场适当离轴，实现镜间遮拦的消除。分主镜或次镜为系统孔径光阑两种情况，导出同轴三反射光学系统初级像差公式和初始结构参数计算公式。由三反射系统成像性质，进
2、一步总结无焦光路条件。根据设计理论计算离轴三反射系统初始结构，利用Zemax优化得到无中心遮拦的离轴三反射空间观测望远镜。入瞳320mm，视场(±0.3°)×(±0.6°)，焦距1800mm。关键词：离轴系统设计；光学系统设计；反射式光学系统；非球面系数中图分类号：TH702,TB851文献标识码：ADesignsofreflectiveoff-axissystem12WUHe-yun，WANGPei-gang(1.AnhuiInstituteofArchitecturalIndustry,Hefei230022,China；2.ShanghaiInstituteofTechnolog
3、icalPhysics,theCAS,Shanghai200083,China)Abstract：Adesignmethodforunobstructed,off-axis,reflectiveopticalsystemisproposed.Basedonthethree-mirroranastigmat(TMA),whenpupilandfieldofviewareoff-axisproperly,obstructingbetweenmirrorsisavoided.Inviewofaperturestopontheprimaryorsecondarymirror,theprimar
4、yaberrationformulaisdeductedrespectively.AccordingtotheimagecharacterofTMA,afocalopticalconditionsareacquiredfurther.UnobstructedspatialobservingtelescopewithexcellentperformanceisdesignedwiththehelpofZemax,whichhaveanentrancepupildiameterof320mm,FOVof(±0.3°)×(±0.6°)andeffectivefocallengthof1800
5、mm.Keywords：Off-axissystems;Opticalsystemdesign;Reflectiveopticalsystem;Asphericcoefficient引言空间对地观测光学系统经历了从折射式到反射式，从同轴光学系统到离轴光学系统的发展阶段。折射式光学系统由于受光学材料的限制，很难做到大口径和轻量化设计，反射系统受材料限制较小，便于轻量化设计，完全没有色差，系统透过率高。同轴反射系统视场小，中心遮拦的存在严重影响了成像的像质。离轴三反射系统不存在中心遮拦，而且可优化变量多，提高光学系统视场大小的同时极大的改善了系统成[1]像质量。收稿日期：2005-02-2
6、8；收到修改稿日期：2005-06-19作者简介：伍和云(1976-)，男(汉族)，安徽合肥市人，硕士生，主要研究工作是光学设计。E-mail:why760116@126.com王培纲(1944-),男(汉族)，山东日照市人,研究员，主要研究方向是空间光学。2006年1月伍和云等：离轴反射式光学系统设计351三反射消像差光学系统初始结构参数求解三反射光学系统光路如图1，其主镜M1、次镜M2和第三反射镜M3的二次非球222面系数分别为：e1、e2、e3，次镜对主镜h1的遮拦比α1、第三反射镜对次镜的遮拦比h3α2、次镜放大率β1、三镜放大率β2的定义h2l2′l如下，三反射系统的成像性质
7、由结构参数3[2]α1、α2、β1、β2决定。d1lhlh2233dα=≈,α=≈,21f'h2l'hd31122l2'u2l3'u3β==,β==12l2u2'l3u3'图1同轴三反射系统结构图对于一个焦距为f′的三反射系统，Fig.1Systematicstructureofthree-mirroranastigmat(TMA)物体位于无穷远时，以y表示主光线与各镜面交点的高度，则1)当光阑位于主镜时y=0，y=α1−1，α2(α1−1)+
