偏视场光学系统视场优化设计方法

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1、第32卷第1期航天返回与遥感2011年2月SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING7偏视场光学系统视场优化设计方法苏云胡斌汤天瑾(北京空间机电研究所袁北京100076)摘要文章以同轴三反偏视场光学系统型式为例袁利用ZEMAX宏建立优化函数袁实现了将光学系统视场中心位置尧视场大小作为变量进行优化设计袁从而实现了综合考虑光学系统视场尧像质及相关尺寸要求的整体优化遥关键词光学设计同轴三反偏视场视场优化空间遥感中图分类号院TH74曰TB133文献标识码院A文章编号院1009-8518渊2011冤01-0007-05Fi

2、eldOptimizationMethodofFieldBiasOpticalSystemSuYunHuBinTangTianjin(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing袁100076袁China)AbstractTakingacoaxialTMAsystemasanexample,themacroofZEMAXisusedtobuildanewmeritfunctiontomaketheoptimizationwiththevariabledimensionofth

3、efield,thepositionofthecenterandconfigu鄄rationparametersinthispaper.Therebyitrealizedtheintegraloptimizationofopticalsystemfield,imagequalityanddimension.KeywordsOpticaldesignThree-mirrorsystemFieldbiasFieldoptimizationSpaceremotesensing1引言由于同轴反射式光学系统无色差尧结构对称尧装调相对简单袁并且能

4、够满足长焦距袁体积尧质量小等空间[1]应用的要求袁而广泛应用于光学遥感领域遥在同轴反射式光学系统设计时袁为了避开中心遮拦袁常采用偏视场型式袁光学视场中心不是轴上视场袁而是与光轴成一定的夹角袁即为偏视场光学系统遥偏视场光学系统是常用的空间光学系统型式袁其优点是可以减小同轴系统的遮拦影响遥在此类光学系统设计中袁视场中心相对轴上视场的偏离量袁即光学系统视场中心位置是一个待确定的参数袁该参数决定了光学系统视场的大小尧光学系统像质及相关尺寸要求遥目前袁该参数一般是根据设计经验或经过有限次尝试确定的袁而无法做到最优主镜设计遥出瞳位置2中心视场位置

5、与视场大小的关系次镜折转镜焦面本文以某同轴三反射式光学系统为例开展视场三镜咱2暂优化设计方法研究袁偏视场光学方案如图1所示遥此类光学系统中心视场与光轴成一定夹角袁将一次像面收稿日期院2010-10-10图1某同轴三反偏视场光学系统示意图基金项目院中国空间技术研究院自主研发课题8航天返回与遥感2011年第32卷焦面引出轴外袁从而避免焦面造成的系统遮拦遥一般通过次镜后或三镜后放置折转镜用于折转光路袁因此对放置折转镜的位置具有一定的要求遥在设计过程中袁需要合理地选择中心视场的位置袁以保证折转镜避开光束袁不与光路发生结构干涉遥一般来说袁中心视

6、场偏离轴上视场越大袁则折转镜的位置空间越大袁越容易保证不与光路发生结构干涉问题遥而三反光学系统最大视场有限袁因此一般在偏视场方向只能做到较小视场遥图咱3暂2所示为相对轴上视场偏离量与光学系统可使用视场大小的关系遥图2相对轴上视场偏离量与光学系统可使用视场大小的关系由图2可知袁光学系统偏离轴向视场的大小袁即光学系统中心视场的位置与光学系统可使用视场的大小是一对矛盾量袁同时光学系统中心视场的位置又受限于结构袁需要保证折转镜避开光路遥光学系统中心视场的位置是偏视场反射式光学系统设计中需要考虑的核心问题遥目前在设计过程中袁中心视场位置的确认是

7、利用设计人员的经验袁经过有限次的尝试得到袁因此无法保证是综合考虑了各项因素的最优设计遥3光学系统视场优化方法针对上节提出的光学系统中心视场位置与光学系统可使用视场的大小之间的矛盾关系袁提出了基于ZEMAX宏的视场优化设计方法遥3.1ZEMAX编程语言及调用方法咱4暂ZEMAX编程语言渊ZPL冤是一个专门为配合ZEMAX使用的宏语言遥ZPL提供了用户扩展能力袁用户如果有特殊的计算需求袁而ZEMAX又未内建袁则用户可以根据自己的要求利用ZPL自己编写计算过程来完成遥ZPL与BASIC宏语言相似袁但具有自己的结构和关键词袁另外还添加了光线追

8、迹等独有的功能和函数遥ZEMAX优化函数中袁能够支持用户自己利用宏编写的函数遥通过调用宏袁得到宏的返回值作为优化函数的值袁进而可以在优化函数列表中同其他函数一样带入计算遥调用宏作为优化函数的过程如下院1冤编写宏文件袁要求