高像質準直光學系統(tǒng)

一、應用簡介

提供高像質準直光束，可用于像質測試、相機參數標定等。

二、工作原理及設計案例

利用光學設計軟件CODE V，對以上性能參數的準直光學系統(tǒng)進行了優(yōu)化設計，得到了系統(tǒng)的光學參數數據和成像情況，包括不同視場的彌散斑和調制傳遞函數等。

光學系統(tǒng)設計結果如下圖所示。通過光學系統(tǒng)點列圖可知光學系統(tǒng)在1°視場內彌散斑直徑最大為0.018mm，對應彌散角為0.0045mrad，對應的空間分辨率為111c/mrad。光學系統(tǒng)的MTF在紅外波段接近衍射極限，成像質量良好。

圖1 平行光管光路圖

圖2 光學系統(tǒng)MTF圖

圖3 光學系統(tǒng)點列圖

（1）光學系統(tǒng)尺寸的確定

準直光學系統(tǒng)采用離軸兩反形式，離軸量的大小決定于反射鏡加工的難度、光學系統(tǒng)各元件的布局。根據星模擬器提出的指標要求，在滿足加工精度和保證有效通光口徑的前提下，需要綜合考慮主鏡和次鏡的離軸量、反射鏡的尺寸和位置，以確定系統(tǒng)各個部件的結構尺寸，從而為設計系統(tǒng)的整體外形結構打下基礎。

綜合分析后，可以確定主鏡的參數如下：

（1）外徑：? 316mm

（2）有效通光口徑：? 308mm；

（3）厚度：40mm。

次鏡的參數如下：

（1）外徑：? 212mm

（2）有效通光口徑：? 204mm；

（3）厚度：26.5mm。

由于光學系統(tǒng)口徑較大，由于重力的自身變形也會比較大，因此常規(guī)的K9玻璃無法滿足使用要求，因此鏡片選擇熱膨脹系數較低且更硬的的熔融石英，可以在實驗室條件下保證光學系統(tǒng)正常工作。光學鏡片表面鍍有金膜，可以在0.36μm~0.9μm范圍內反射率達到95%以上。因此由2片鏡片組成的光學系統(tǒng)的總反射率能夠達到90%以上。

光學鏡片加工成臺階形式，使用此種方式主鏡的側面支撐結構對主鏡鏡身作用力能夠通過有效口徑之外的鏡體得到緩沖，最大限度保證主鏡面形不受外力影響，滿足主鏡面形指標要求。

（2）結構設計

a.   主鏡結構設計

主鏡直接安裝在鏡室內，在鏡室底部均勻分布1mm厚的硅橡膠墊片，將主鏡裝入鏡室中后，使用5個均勻分布的凸塊配合0.1mm厚的塞尺對其進行軸向定位。通過鏡框外部的注膠孔向鏡框上膠槽內注膠，使鏡框與鏡片側面同樣由具有彈性的膠斑相連。鏡架底座上加工有4個環(huán)形腰槽，對主鏡的角度位置進行調整。主鏡結構示意圖如下圖所示：

圖4 主鏡機構示意圖

b.   次鏡結構設計

次鏡結構示意圖如下圖所示：

圖5 次鏡機構示意圖

次鏡直接安裝在鏡室內，在鏡室底部均勻分布1mm厚的硅橡膠墊片，將主鏡裝入鏡室中后，使用5個均勻分布的凸塊配合0.1mm厚的塞尺對其進行軸向定位。通過鏡框外部的注膠孔向鏡框上膠槽內注膠，使鏡框與鏡片側面同樣由具有彈性的膠斑相連。鏡架底座上加工有4個環(huán)形腰槽，對主鏡的角度位置進行調整。

（3）消雜光設計

為了提升測試精度，平行光管進行了消雜光設計。在平行光管內部噴涂有F952高吸收率黑漆，吸收率可以達到0.9以上，經過多次反射有效吸收率可以達到0.95以上?？梢杂行崭叩蜏仄叫泄夤軆炔康碾s散光，光管光路中還增加了多個雜散光抑制光闌，光闌表面也噴涂有高發(fā)射率黑漆，可以有效消除系統(tǒng)的雜光。

以上案例僅供參考，具體參數可根據實際情況調整