长焦距RC型折反射光学系统设计
摘要:本文研究了R-C型折反射光学系统的原理及其设计方法。此光学系统能够起到折叠光路,避免产生很大的色差,而且可以缩小体积,减轻重量, 多应用在大型光学系统和空间光学系统中。
关键词:折反射光学系统 RC系统 长焦距
DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.038
1 引言
本文研究内容是在前人这么多已经成型的折反射系统中加入R-C系统。卡塞格林系统没有轴外视场,而R-C系统除了零视场之外,再增大一些视场,成像质量仍然很好。评价一个光学设计的好坏,一方面要看它的光学特性和成像质量,另一方面还要看结构的复杂程度。在满足光学特性和成像质量要求的条件下,系统的结构最简单,这才算是一个好的设计。R-C型折反射光学系统可以折叠光路,使系统结构紧凑,起到缩小体积,减轻重量的作用。所以此系统一般应用在大型光学系统和空间光学系统中。
2 R-C型折反射光学系统的原理
R-C系统是由两个双曲面反射镜构成,主次两个双曲面镜可以校正球差,彗差和场曲。R-C系统能够校正轴外视场的像差,在较大视场内获得较高的成像质量,避免在像的中心产生模糊。在焦面处放置一校正镜时,可以同时校正像散和场曲,而且校正镜不会带来球差和色差,使系统成为无像差系统。
3技术指标和原是结构计算
3.1 技术指标
焦距f=5000;视场 2w=0.25。;光圈数F=10;波长范围510,656.3nm;中心遮拦比为1/3;畸变小于1%;每毫米100线对的MTF值大于0.3。
3.2 原始结构的计算
设轴向光束在主镜的光线高度为h1,在副镜的光线高度为h2, d为两个反射镜之间的距离, 为副镜到像面之间的距离, 为副镜的垂轴放大倍率;其中,焦距, 可以自由取值-1.8,-2.3之间。通过对技术指标的
分析
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与研究,以及具体公式的运算:
(3-1)
4 原始结构的确立和像差校正
4.1 原始结构的确立
因为RC系统的两个反射镜均是非球面的双曲面反射镜,所以原始数据中应该设有非球面系数;又因为双曲面的非球面系数为小于-1的数,因为原始数据不能满足设计的要求,所以必须要在原始数据的基础上进行修改,优化和调整。由于折反射系统中必须设置遮拦,那就是在RC系统中设置中心遮拦。在初始结构中,我把孔径光阑设置在副双曲面镜位置上,而在副镜面位置处要设置一个虚平面,记为第一面。而主双曲面镜记为第二面,副双曲面镜记为第三面。初始数据如
表
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1所示。
表1 结构数据
4.2 像差分析
光学系统经过优化后的系统结构图如图1中所示。图3点列图中这些点的密集程度可以衡量系统的质量优劣;图6中畸变值为0.7,小于1,系统优化后的成像质量满足畸变的要求。如图5所示,最大视场0.25?子午光束的弥散范围大约为0.5。每个图中的三条曲线分别代表C,D,F三种颜色的光线,因此这个图一方面表示了单色像差,同时也表示出垂轴色差的大小。其中的三个曲线图表示了视场角由小到大是垂轴像差曲线的变化规律。如图2MTF曲线所
示,空间频率为每毫米100线对时,MTF的值大于0.3,达到了系统的成像指标。能够看出设置中心遮拦后的系统的光线走向,透镜组选择的是双胶合透镜,这样系统中就不会因为透镜的加入而产生色差。
图5系统场曲和畸变
5
总结
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本文对R-C型折反射光学系统的设计满足了技术指标的要求。 了解了R-C型折反射光学系统的设计原理及系统的应用。分析了R-C系统轴外视场的像差,并且成像质量仍然很好。
参考文献
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作者简介:
张琢(1985--),女,硕士,研究生,主要从事光电总体设计等方面的研究。
浙公网安备 33021202002483