基于自由曲面的緊湊型離軸三反無焦系統設計

閆鈞華，胡子佳，朱德燕，陳陽，張寅，俞立謙

（南京航空航天大學空間光電探測與感知工業和信息化部重點實驗室，南京 211106）

0 引言

隨著我國航天技術的不斷進步，對空間光學系統的輕量化、小型化、分辨率等方面提出了更高的要求［1］。離軸三反光學系統具有無色差、工作波段寬［2］，無中心遮攔［3］，結構簡單［4］等優點，結構緊湊的離軸三反光學系統可以減輕衛星平臺承受重量，減小容納空間［5］，提高空間利用率，越來越多地應用于資源普查、災害預警、氣象觀測等領域。自由曲面具有多自由度［6］，強像差校正能力，打破了旋轉對稱的約束，適合校正離軸系統引起的非旋轉對稱像差［7］，同時可以減少系統中元件的數量，減小光學系統的體積及重量。將自由曲面應用到離軸三反射光學系統中，有利于壓縮系統體積，提高系統分辨率［8］。

2014 年，孟慶宇等設計了基于自由曲面的離軸三反光學系統，三鏡為XY多項式表示的自由曲面，增加優化的自由度，設計結果顯示最大波像差RMS 為0.012 6λ（λ=0.633 μm），成像質量良好［9］。2019 年，孟慶宇等設計出成像質量良好的自由曲面離軸三反系統［10］，系統焦距為1 000 mm，其主鏡和三鏡均為XY多項式表征的自由曲面，并給出了相應的優化設計策略，波像差為0.04λ（λ=0.633 μm）。2019 年，WU Weichen等設計了工作在長波紅外波段，焦距為9.3 mm 的基于自由曲面的離軸三反光學系統，圖像質量接近衍射極限的［11］。雖然自由曲面已經廣泛的應用于離軸反射式聚焦光學系統，但在離軸反射式無焦系統中的應用還較少。……