一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统设计

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1、航天返回与遥感第3l卷第5期SPACECRAFI"RECOVERY&REMCSENSING2010年1O月一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统设计姚罡黄颖傅丹膺(1北京空间机电研究所，北京100076)(2航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要介绍了离轴三反光学系统初始结构的设计方法，并用该方法进行离轴三反光学系统设计。用ZEMAX软件设计了一个焦距为1000mlTl，F数为10，垂直轨道方向视场为±4．o，沿轨道方向为6．o和6．5。的光学系统。结果表明，该光学系统在空间频率71线对／mm处，调制传递函数均大于0

2、．4，且三镜为球面，具有易于制造装调等优点。关键词反射式光学系统离轴三反像质光学设计空间遥感中图分类号：TH74；0435．2文献标识码：A文章编号：1009—8518(2010)05一OO44—05AnEasilyFabricatedUnobscuredThree-mirrorReflectiveSystemwithLargeFOVYaoGangHuangYingFuDanying~(1BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity，Beijing100076，China)(2Do

3、ngFangHongSatelliteCo．Ltd．，Beijing100094，China)AbstractThedesignprincipleoftheunobscuredthree——milTorsystemwasintroducedandtheof——axisthree——mirrorreflectiveopticalsystemwasdesigned．TheopticalsystemwasdesignedbyZEMAXsoftware，whichhasafocallengthofl0001nm，Fnumberof1

4、0，andthefieldofview(shortforFOV)iS4-4。acrossthetrack，6。and6．5。alongthetrack．ItshowedthattheMTFishigherthan0．4at71lp／mm．Becausethetertiarymirrorissphere，thesystemhastheadvantagesofeasierfabrication，alignmentandtest．KeywordsReflectiveopticsUnobscuredthree—mirrorrefle

5、ctivesystemImagequalityOpticaldesignSpaceremotesensing1引言反射式光学系统具有很多优点，突破了折射式系统口径过小的限制，且没有色差，广泛应用于紫外、红外波段，在空间光学领域发挥着重要的作用。随着空间光学技术的发展，离轴三反光学系统以其无遮拦、调制传递函数(MTF)高等优点，得到越来越多的应用llI2j。离轴三反光学系统有3个曲率半径、2个间隔、3个二次非球面系数8个参数变量，在满足系统焦距的同时可以校正球差、彗差、像散和场曲4种单色像差，达到像质优良。本文根据离轴三反光学

6、系统的设计原理，详细设计了焦距为1000ram，F数为1O的离轴三反光学系统。主镜和次镜为两个非球面镜，三镜为球面镜，像质达到衍射极限，它具有易于制造、装调且有较大视场的优点。收稿日期：2010—05—04基金项目：中国空问技术研究院自主研发课题第5期姚罡等：一种易于制造、较大视场离轴三反光学系统盐452系统设计原理离轴三反光学系统是在对同轴三反射式光学系统初始结构的参数求解的基础上，将光学系统的光阑、视场离轴或镜面倾斜，以避开镜面遮拦而得到的[。所以，设计时首先要得出同轴三反射式光学系统的8个初始结构参数(如图1所示)：主

7、镜M。、次镜及三镜M3的顶点曲率半径分别为r1、r2和r3；M1，M2，M3的非球面系数分别为一e；，一e；和一e；；M1与M2之间的间隔为d1，M2与M3之间的间隔为dE。M。(一e，)图1同轴三反射式光学系统初始结构光路示意图为使光学系统平像场(消除场曲SⅣ)，满足给定的焦距厂以及工作距离(即到最终像面的距离)z3，由像差及高斯光学理论，可以得到同轴三反射式光学系统的求解方程J：上1一+一：0(1)r1r2r32厂(r1r2一rl3+r23)一4厂dl(r2一r3)=4dE(rl一2dl—r2)+rlr2r3(2)Z厂3

8、(2一1+2d1)=lr2(2／3+r3)(3)式中为光学系统的焦距；r。，r，r分别为3个镜面的顶点曲率半径。选择合适的光学系统的工作距离．z，、两个间隔d】和d2及焦距厂，并把它们作为已知量代入方程(1)、(2)、(3)中，可以求出3个镜面的顶点曲．率半径r1，r2和3。然后，将这些参