R-C光学系统设计及杂散光分析

    R-C（Ritchey-Chrétien）光学系统是卡塞格林系统的一种形式，该系统具有尺寸小、焦距长、无色差等优点，在空间光学遥感器中得到广 泛应用。R-C 系统消除了初级彗差，但由于像散未消，视场仍不能很大。为了进一步扩大视场，办法是在像面之前加上透射的视场改正镜组。因此，R-C 光学系统一般是由主镜、次镜、主校正镜及次校正镜组成的折反射式系统。

    然而，R-C 系统带来的中心遮光、结构严格，特别是不经主镜、次镜而由物空间直接射到或经过校正镜和场镜后射到像面的杂散光问题，使其杂散光消除难以处理，杂光使像面上的辐照度不均匀，像面上物体和背景的对比度和信噪比降级，使探测距离下降^[1]。众多的科研工作者一直以极大的努力研究 R-C 系统的杂散光消除问题。

    目前国内外关于 R-C 系统的文章大多是光学设计与杂散光分析分开，而将二者结合进行研究是很重要的。实际用的光学系统在设计时要考虑消杂光的难易，在应用时也必须先进行杂散光 分析。本文将光学设计与杂散光分析相结合，根据实际工程需要，设计了一例空间用 R-C 光学系统，系统结构紧凑，成像质量优良。同时根据要求，针对 R-C 系统的特点，考虑轴外渐晕的影响，计算出主、次镜内遮光罩的尺寸，并给出外遮光罩的设计方法，对该 R-C 望远镜系统进行了遮光罩设计，结合 CAD 作图，确定外遮光罩挡光环的位置，并用光学软件进行杂散光分析，计算得到系统的 PST 曲线。结果表明，当离轴角度大于太阳临界入射角时，PST 值小于 10^－8量级，满足实际工程需要。

    1 光学系统设计

    1.1 设计指标及选型

    设计要求：焦距 f＝2000mm，F/#＝10，2ω＝1.66°，探测器像元尺寸为 10μm×10μm，要求在 Nyquist 频率处（也就是 N＝50 lp/mm），系统的平均传函 MTF≥0.5，后工作距离不小于 10mm。根据系统焦距长、口径大、视场大的特点，本设计采用 R-C 系统加后校正镜组的形式实现。

    1.2 设计步骤及结果

    下面确定 R-C 系统的外形尺寸和结构参量。令α为次镜对主镜的遮拦比，β为次镜的放大率，d 为主、次镜的距离，R 为各面顶点的曲率半径， 为焦点伸出量，f₁′为主镜焦距，具体步骤如下^[2]：

    1）选择主镜的相对口径。主镜相对口径的选择与多方面因素有关，要综合几方面的因素来设定，一般取1:3，大望远镜愈来愈多采用1:2，本设计中取1:2；

    2）确定焦点的伸出量 。消像差的独立变量中，与轮廓尺寸有关的是α及β。在实际系统中，焦点的伸出量 是重要的，因此先要确定 值。本设计中取 ＝180 mm；