子孔径布局对拼接光学系统像质的影响

　　0　引言

　　拼接光学系统的成像性能很大程度上取决于其子孔径布局的形式,所以在拼接光学系统中准确分析孔径布局对像质影响是很重要的[1].

　　江月松[2]分析了子孔径尺寸效应,陈海亭[3]针对二维圆周阵列的优化排列进行了研究,Tchermiavski等[4]根据系统光学传递函数的均方误差最小化准则研究了子孔径的空间排列方式,邓健等[5]研究了镜面面形误差与失调误差对系统的影响,陈旗海等[6]分析了子孔径像差对拼接系统像质的影响.

　　本文分别从理论计算与软件模拟仿真两方面对子孔径布局对拼接光学系统像质的影响进行了分析.首先,由衍射理论出发,分析子孔径布局对光学系统点扩散函数的影响,对点扩散函数进行傅里叶变换计算出其光学传递函数;其次,由光学设计软件内嵌程序将子孔径布局实际地加入到设计的光学系统中,可以更加实际地分析各种不同子孔径布局对光学系统像质的具体影响,避免了依靠经验判断的主观性以及理论计算与设计过程脱节等问题.本文还针对子孔径布局对具有相同相对孔径光学系统的影响进行了模拟仿真及测试,结果表明,孔径布局对具有相同相对孔径光学系统的光学传递函数影响趋势一致,从而为子孔径拼接原理样机的实用性及像质检测提供了理论依据.

　　1　像质计算理论基础

　　设拼接光学系统的子孔径为圆形结构,子孔径直径为d,子孔径数目为m,拼接光学系统的点扩散函数为：

　　2　软件内嵌程序对子孔径布局影响的分析

　　将子孔径布局实际地加入到设计的光学系统中,由光学设计软件内嵌程序分析各种不同子孔径布局对光学系统成像质量的影响,可以使得孔径布局的确定融入于设计过程中.在保证光学系统像质前提下为子孔径拼接光学系统原理样机确定合理的孔径布局.

　　应用式(2)数学模型计算与应用软件内嵌程序模拟仿真得出的点扩散函数与光学传递函数的一维分布、二维分布分别如图1.

　　通过计算结果与模拟仿真结果的对比,应用内嵌程序的仿真结果与理论计算结果是吻合的.通过将各种不同的孔径布局加入到所设计的光学系统中更加实际地分析孔径布局对像质的影响.

　　3　子孔径布局对具有相同相对孔径光学系统像质影响的分析

　　拼接光学系统的实际应用价值在于实现超大口径系统的加工,在真正进行超大口径系统加工生产之前需要从原理上验证其可行性,所以对于低成本的小型模拟拼接光学系统的研究是很重要的,而模拟拼接光学系统的光学参量需要满足能够更加真实地反映子孔径布局对拼接光学系统像质的影响.