高像质准直光学系统

一、应用简介

提供高像质准直光束，可用于像质测试、相机参数标定等。

二、工作原理及设计案例

利用光学设计软件CODE V，对以上性能参数的准直光学系统进行了优化设计，得到了系统的光学参数数据和成像情况，包括不同视场的弥散斑和调制传递函数等。

光学系统设计结果如下图所示。通过光学系统点列图可知光学系统在1°视场内弥散斑直径最大为0.018mm，对应弥散角为0.0045mrad，对应的空间分辨率为111c/mrad。光学系统的MTF在红外波段接近衍射极限，成像质量良好。

图1 平行光管光路图

图2 光学系统MTF图

图3 光学系统点列图

（1）光学系统尺寸的确定

准直光学系统采用离轴两反形式，离轴量的大小决定于反射镜加工的难度、光学系统各元件的布局。根据星模拟器提出的指标要求，在满足加工精度和保证有效通光口径的前提下，需要综合考虑主镜和次镜的离轴量、反射镜的尺寸和位置，以确定系统各个部件的结构尺寸，从而为设计系统的整体外形结构打下基础。

综合分析后，可以确定主镜的参数如下：

（1）外径：Ø 316mm

（2）有效通光口径：Ø 308mm；

（3）厚度：40mm。

次镜的参数如下：

（1）外径：Ø 212mm

（2）有效通光口径：Ø 204mm；

（3）厚度：26.5mm。

由于光学系统口径较大，由于重力的自身变形也会比较大，因此常规的K9玻璃无法满足使用要求，因此镜片选择热膨胀系数较低且更硬的的熔融石英，可以在实验室条件下保证光学系统正常工作。光学镜片表面镀有金膜，可以在0.36μm~0.9μm范围内反射率达到95%以上。因此由2片镜片组成的光学系统的总反射率能够达到90%以上。

光学镜片加工成台阶形式，使用此种方式主镜的侧面支撑结构对主镜镜身作用力能够通过有效口径之外的镜体得到缓冲，最大限度保证主镜面形不受外力影响，满足主镜面形指标要求。

（2）结构设计

a.   主镜结构设计

主镜直接安装在镜室内，在镜室底部均匀分布1mm厚的硅橡胶垫片，将主镜装入镜室中后，使用5个均匀分布的凸块配合0.1mm厚的塞尺对其进行轴向定位。通过镜框外部的注胶孔向镜框上胶槽内注胶，使镜框与镜片侧面同样由具有弹性的胶斑相连。镜架底座上加工有4个环形腰槽，对主镜的角度位置进行调整。主镜结构示意图如下图所示：

图4 主镜机构示意图

b.   次镜结构设计

次镜结构示意图如下图所示：

图5 次镜机构示意图

次镜直接安装在镜室内，在镜室底部均匀分布1mm厚的硅橡胶垫片，将主镜装入镜室中后，使用5个均匀分布的凸块配合0.1mm厚的塞尺对其进行轴向定位。通过镜框外部的注胶孔向镜框上胶槽内注胶，使镜框与镜片侧面同样由具有弹性的胶斑相连。镜架底座上加工有4个环形腰槽，对主镜的角度位置进行调整。

（3）消杂光设计

为了提升测试精度，平行光管进行了消杂光设计。在平行光管内部喷涂有F952高吸收率黑漆，吸收率可以达到0.9以上，经过多次反射有效吸收率可以达到0.95以上。可以有效吸收高低温平行光管内部的杂散光，光管光路中还增加了多个杂散光抑制光阑，光阑表面也喷涂有高发射率黑漆，可以有效消除系统的杂光。

以上案例仅供参考，具体参数可根据实际情况调整