长焦距离轴三反光学系统杂散光的抑制

　　1　引　言

　　遥感技术发展到现在，对分辨率的要求越来越高。在波长、平台高度和探测器尺寸确定后，光学系统的分辨率与相对口径有关。口径决定了光学系统的极限分辨率，其确定后，增大焦距可以提高光学系统的空间分辨率。为了尽可能提高光学系统的空间分辨率，要求光学系统达到衍射极限。离轴三反结构形式不存在色差和遮拦问题，同时可以满足大口径、长焦距，达到衍射极限等要求，现已有很多空间光学系统采用这种结构形式，如美 国 的QuickBird1、Quick　Bird2[1]，GIFTS，CRIS;法国的SPOT6;印度的Cartosat1[2]等。国内对离轴三反结构的研究也很多[3-4]，但实际应用的例子比较少。

　　离轴三反结构的设计方法现已逐渐成熟，但因探测系统精度的提高，杂散光成为影响像质的重要因素。目前对杂散光的分析大都集中于两反系统[5-6]和折射系统[7-8]，也曾有对无中间像的离轴三反系统的分析[9-10]，但还未见关于成中间像的长焦距离轴三反系统杂散光的分析。中间成像的长焦距离轴三反系统有其自身的结构特点，其杂散光的来源也与上述几类系统有所不同。本文根据成中间像的长焦距离轴三反系统的结构特性，建立了杂散光分析模型，通过模拟计算，分析杂散光的来源，并针对不同的杂散光源，提出了相应的抑制措施，为这类系统的实际应用奠定了基础。

　　2　光机模型的建立

　　2.1　光学系统的设计

　　根据系统设计要求，采用光阑离轴和视场离轴的方式设计成一次中间像的离轴三反系统，光路结构如图1所示。PM、SM、TM分别为主镜、次镜、三镜。因为系统焦距比较长，在保证成像质量的前提下尽量压缩了主次镜间距;但这导致了次镜和三镜的间距加长，为了缩短系统长度，在次镜和三镜间增加了折镜ZM1来以压缩次、三镜间的距离，使结构紧凑。用折镜ZM2将系统的像面转折到主镜的后面，这样的布局可以减少探测器看到机械面，理论上可以减少系统的杂散光。FS为视场光阑位置，AS为孔径光阑。光学系统参数如下：焦距为2　130mm，F为7.1，视场为2°，工作波段为0.4～0.9μm。

　　2.2　光机模型的建立

　　根据Zemax的光学设计结果，利用UG软件建立初始的光机结构三维模型如图2所示。为使关键问题清楚明了，对模型进行了一定的简化。图中的遮光罩是根据扫描视场，并考虑整个结构的空间尺寸综合设计的。光学系统的扫描视场要求为±10°。主要光学镜面拟采用背部支撑方式，不会引起重要面的变化，对杂散光的分析影响不大。

　　3　杂散光分析模型的参数设定