基于Seidel像差理论的离轴四反初始结构自动化设计方法研究

离轴反射系统设计的关键环节是确定适用初始结构并进行优化,一般从同轴结构或者专利库中寻找相似的结构开始优化,这往往需要耗费大量的时间。以Seidel像差理论为依据,研究了一种获取离轴四反系统初始结构的设计方法。在设计之初引入视场偏置,通过追迹近轴光线给出五种单色像差的初级Seidel像差表示。以Seidel像差绝对值最小化作为目标函数,同时加入对光学和系统结构上的限制条件构建含有约束条件的单目标非线性优化模型,并通过粒子群优化算法进行求解。在此基础上,通过MATLAB调用CODE V API接口,判断此视场偏置情况下是否满足无遮拦的条件,并从中挑选出满足条件的初始结构。设计了一款焦距为1200 mm,视场1.2°×20°,F数为6的离轴四反光学系统,系统结构布局紧凑,成像质量良好,各项指标均满足设计要求。

基于多面一体的紧凑型同轴四反光学系统

针对小型卫星遥感载荷轻量化和高分辨的应用需求,基于同轴四反光学系统初级像差理论,设计了一种小口径、长焦距、主三镜和二四镜均实现多面一体化的同轴四反光学成像系统。系统光路折叠紧凑,四面反射镜均为高阶偶次非球面,最终的设计结果为:视场角为1.5°,有效通光口径为140 mm,焦距为737 mm,系统总长为150 mm,各视场调制传递函数曲线接近衍射极限,衍射调制传递函数优于0.2(对应100 lp/mm),边缘视场相对畸变为0.17%。系统主三镜的曲率和二次曲面系数一致,二四镜的曲率和二次曲面系数一致,易于多面一体加工。系统加工自由度由传统的12项减少为8项,装调自由度由传统的12项减少为6项,公差分配合理,装配难度小。系统光机结构采用同质铝合金材料,在-30~70℃之间均保持良好的成像质量,无需额外后截距补偿,表现出良好的热稳定性。