一种离轴使用的同轴三反射系统的设计和装调

　　在空间遥感领域，人们对地面分辨率的要求越来越高，因此长焦距、小体积、接近衍射极限的系统是空间光学系统设计研究的热点。因为反射系统不产生色差，孔径可以做得很大，宜于轻量化，在温控方面有较大的优势，所以长焦距的光学系统大多采用反射系统。而为了适应大视场的需要，常常采用离轴三反射系统，但是离轴三反射系统的装调一直是比较难解决的问题。现在设计了一种视场离轴使用的同轴三反系统，比普通的离轴三反射系统在装调上容易，但由于在一个方向上的视场离轴造成了光路的不对称，在装调上也有自己的特点。下面就说明这种系统的设计，并分析装调时的补偿方法等问题。

　　1 系统设计

　　根据系统要求，需设计的光学系统的指标为焦距f ′=1300mm，光学孔径D=100mm，视场角2w=3°。现采用同轴的三反射系统，在y 方向进行很小的视场离轴，在x 方向实现3°的全视场，x 方向仍保持整个系统的轴对称。采用二次成像系统，中间实像面位于次镜和第三镜之间，在中间实像面上可以设置光阑，防止杂光。用折镜将从第三镜反射出的光进行偏折，把像面引到垂直于主光路的位置上。并且折镜处在出瞳的位置，对杂光也有抑制作用。

　　根据文献[2]、[4]中的公式，最终设计的系统选定的结构参数如下：

　　2 离焦分析

　　当三个反射镜在z 轴上的位置发生变化时，可以用焦平面的移动来补偿一定的像差。焦平面离焦产生的像差为

　　图5 和图6 分别是主镜和次镜在z 轴上位置变化时，焦平面的位置变化量。第三镜的分析与此类似。其位置变化和离焦量 R 之间也基本上符合线性关系，即：

　　这对今后三反射系统的装调有一定的指导意义。

　　3 折镜平动和转动分析

　　在基本装调好之后，由于温度、湿度、振动等因素可能再次引起像差，这时反射镜和焦平面已经固定好了，原则上不能再调整了，只有通过折镜的平动和转动来补偿一定的像差，实际上，折镜是没有光焦度的平面镜，它的调整在本质上和离焦是一样的。

　　3.1 主镜失调的补偿

　　主镜远离或靠近次镜，通过折镜的平动和转动，可以使在截止频率处的 MTF 值恢复到 0.4 以上。在主镜靠近或远离次镜的极限位置，调整折镜，MTF 已经不能恢复到 0.4 以上了或是造成了光路遮拦。如果只有折镜的平动，则主镜的位置变化和折镜平动量之间的函数关系，如图7(a)。显然该关系较好的符合线性趋势。如果折镜既有平动又有转动，主镜的位置变化和折镜的平动、转动量之间的函数关系，如图7(b)。在加入折镜转动的情况下，折镜的平动和主镜位置的变化是非线性关系，在主镜和未失调时的相对位置为-0.086mm 时，折镜的平动量具有极小值。折镜的转动和主镜位置的变化的关系基本上是线性的。