消除卡塞格林系统杂光的措施

　　1　引　　言

　　杂光是指入射到光学系统内或在系统内产生的非成像光束。消杂光的目的是减弱或减少进入像面视场的杂光。杂光的危害是降低像的对比。卡塞格林系统主要有三种杂光:1、不经主镜,次镜由物空间直接射到或经过校正镜和场镜后射到像面的杂光。这是卡塞格林系统特有的。2、主要是视场内的成像光束,不按成像光路、经镜面来回反射到像面的杂光。3、主要是进入系统的,视场外的光线经筒壁漫反射而射到像面的杂光。其中第二种杂光要靠镀增透膜和提高镜面光洁度来消除。本文讨论的是消除其它两种杂光的措施。

　　2　消除不经主镜和次镜射入系统的杂光

　　这是在设计卡塞格林系统一开始就要考虑的问题,因为它影响到系统的中心遮拦比和轴外光束的遮拦,因而影响成像质量指标,也涉及到总体结构安排。消除不经主镜和次镜射入系统的杂光有三种措施。

　　1)加内遮光筒和在次镜上加遮光罩。见图1,确定内遮光筒前口径大小的B点为经主镜和次镜反射后的轴上孔径边缘光线SB和由中心遮拦口径决定的,经主镜反射后的内孔径光线P2B的交点。将B点和像边缘点I连线,其延长线和经主镜反射后轴上孔径边缘光线P1S交于A,则AS即为加在次镜上遮光罩的长度,其和光轴夹角即边缘光线经主镜反射与光轴交角。这样做比垂直光轴方向加遮光罩可以减小遮拦比。内遮光筒前口径大小和位置在高斯光学设计时就应求出来。见图1,遮光筒的后口径,即遮光筒搭在主镜面上的口径应等于或小于由经过遮光筒前口径边缘的B′点(和B点对称于光轴)的边缘视场的孔径内的光线与主镜面的交点P3所确定的口径。这可以通过光线追迹逐次接近求出。这一措施在一般教科书上有过介绍。[1]

　　2)除加内遮光筒和次镜遮光罩外,再加外遮光罩。前一种措施随着视场增大,遮拦比也随之增加,见图1。若视场增加,为防止直射杂光(虚线)进入视场,就需继续增加遮拦比,为保证像质,有时这是不允许的。这需另外采取措施。为此,可让加在系统前边的,用来防止来自视场外杂光的外遮光罩也参与防止直射杂光。具体作法是,连接AB并延长,求出该延长线与视场角为UP的边缘视场的孔径边缘光线DC的交点C(见图2),由此可求出外遮光筒的长度和口径,外遮光筒越长,遮拦比增加的越少。如果外遮光筒长度不加限制,可做到不增加遮拦比。

　　3)只用外遮光筒或用外遮光筒加次镜遮光罩。以上两种措施都需加内遮光筒,其后果是离开视场中心的轴外视场像点就开始拦光。视场越大,拦光越多,致使边缘视场的传函,特别是子午传函很低[2]。同时边缘视场的通光也很少。有时这也是不允许的,因此必需去掉内遮光筒。不加内遮光筒防止直射杂光的措施见图3。连接像的边缘点I和次镜遮光罩边缘点B,其延长线和入射到系统的边缘视场孔径的边缘光线CD交于C点。由C点就可确定外遮光罩的长度和口径。B点也可以是次镜的边缘点,即可以不加次镜遮光罩,这样虽然可以减小遮拦比,但加长了外遮光罩。这种措施需加的外遮光罩很长,很长。如一个3米焦距,F/5,3°视场的系统外遮光罩长达二十几米。但在特殊应用情况下,是不得不采取的措施。