离轴反射光学系统像差特性研究

以轴对称光学系统的初级矢量波像差理论为基础,通过引入孔径缩放因子和孔径偏移矢量,获得了离轴反射光学系统初级像差特性。通过分析可知:离轴反射光学系统的初级像差依然由球差、彗差、像散组成。由于孔径缩放因子存在,离轴反射光学系统的波像差系数均有不同比例的减小,且轴对称光学系统的高级孔径像差会在对应离轴光学系统中引入较低阶孔径像差,例如轴对称光学系统未校正球差,对应的离轴光学系统除过球差外还将引入彗差、像散等。相比于轴对称光学系统的像差,由于孔径偏移矢量的引入,离轴反射光学系统的像差不再关于中心视场旋转对称,有可能在轴外视场产生像差零点。

离轴反射系统的像差失调量计算方法

基于矢量像差理论,推导了离轴反射系统的失调像差表达式,提出一种高效的离轴反射系统装调方法。通过分析发现失调离轴系统不会引入新形式的像差,只是由于光瞳缩放因子的原因,相较于同轴母系统,其几项初级像差会进行缩放,且高级孔径像差会部分转化为低阶孔径像差;利用Zemax软件对离轴双反系统进行仿真,验证了失调像差表达式,模拟装调的失调量达到了10^(-4)mm数量级。最后,利用该计算方法指导了实际Φ150mm口径离轴双反扩束系统的装调,各初级像差达到10^(-5)(λ=632.8nm)数量级,系统的RMS值达到0.04λ,验证了该像差失调量计算方法的准确性。

离轴反射式光学系统的研究进展与技术探讨

离轴反射式光学系统具有大口径、宽光谱,高分辨率等特点,在空间与远程探测技术领域具有良好的应用前景。离轴反射式光学系统的复杂性加大了其设计与工程化的难度。本文在分析其特点的基础上,结合国内外的研究情况,对其设计方法、波前探测、计算机辅助装调、光学零件加工检测、轻量化等技术进行探讨。

多视场离轴全反射式光学系统

讨论了以长焦距、宽视场光学系统为应用背景的多视场离轴全反射式光学系统。全反射式光学系统进行离轴使用,可以实现无中心遮拦,能量利用率高。在离轴全反射式光学系统中通过移动或旋转反射镜组可得到多视场离轴全反射式光学系统。分析了多视场离轴全反射式光学系统的设计基础、设计方法及特点,并给出了双视场离轴全反射式光学系统和三视场离轴全反射式光学系统的设计结果。

宽谱段、动态局部高分辨离轴主动反射变焦系统

为了实现无遮拦、宽谱段、动态的局部高分辨成像,设计了一种局部高分辨率的离轴主动反射变焦系统。该系统将离轴主动反射式变焦理论和局部动态高分辨率成像理论相结合,实现了宽谱段范围内不同焦距处的动态局部高分辨成像。采用曲率半径可变的变形镜实现变焦,避免了传统机械变焦中复杂的机械运动控制,减轻了系统体积和重量并有效地保证了系统的宽谱段和大视场;通过对变形镜面形的控制,在不同焦距处实现了全视场内任意感兴趣区域的局部高分辨成像,降低了数据传输量;而采用无色差的反射式系统则克服了传统透射式及折反射式系统只能实现单色局部高分辨成像的缺点。经过优化设计,系统在可见光范围内成像,焦距f′为75 mm（视场角FOV为x：0°~0.5°,y：3°~10°）~150mm（FOV为x：0°~0.5°,y：1.7°~5°）,F/#为7~14。理论和仿真分析表明,系统在各焦距处感兴趣区域内的成像质量均可达到衍射极限,实现了全视场内任意区域动态局部高分辨的成像效果。

三镜反射式光学系统综述(特邀)

三镜反射式光学系统由于具备同时校正球差、彗差与像散三种像差的能力,可以实现较高的光学性能,基于其反射镜数量少、装调复杂性可接受等特点,在光学成像领域有着广泛的应用。特别是离轴三镜反射式光学系统,凭借其无孔径遮拦、可实现大视场等诸多优势,在高性能光学仪器装备中占据着重要位置。文中以典型的三镜反射式光学系统发展为主线,全面介绍了多种类型的三镜反射式光学系统,涵盖同轴三反系统、两轴三反系统、离轴三反系统与无焦三反系统,讨论了其光学结构特点、结构关联与光学系统性能,并给出了设计示例,供光学设计领域研究人员共同探讨。

离轴反射式目标模拟器

针对多谱段复合光电设备在调试过程中,同轴目标模拟器存在次镜遮挡、激光红外分时使用、体积大重量重以及装调效率较低等问题,对目标模拟器进行了优化,提出一种新的目标模拟器。采用离轴反射、分光成像方案保证目标模拟器接收、发射的各个波段光线具有高精度的光轴一致性,同时降低目标模拟器本身的装调和标定难度;采用多波段复合激光衰减片方案实现激光/可见光和红外谱段同时工作使用,显著提高调试效率,同时解决了激光散斑的问题,提高了光轴调试精度;最终实现光轴一致性调试精度在1个像素以内。