基于单色像差理论,确定同轴三反光学系统的初始结构参数,通过二次曲面系数为0的偶次非球面的高次项之间的平衡,校正离轴系统引起的非对称性像差,同时结合DMD(数字微镜器件)目标生成器,设计出一款采用离轴三反光学系统的平行光管,为坦克承载的被测光电设备提供室内模拟目标。本光学系统的设计指标是工作波段为0.2~1.2μm,有效焦距为3000mm,全视场为2°,F数为8。结果表明,系统各视场的波像差均优于λ/34(主波长λ=0.6328μm),传递函数MTF均优于0.71@36.5lp/mm,接近衍射极限,成像质量好。对系统进行公差分析之后,系统的传递函数值远优于0.6@36.5lp/mm,合理的公差分配使系统加工难度降低,装调检测更加方便容易。

离轴反射光学系统克服了传统折射系统的材料限制,具有大口径、小体积、轻量化、无色差等优点,随着自由度极高的自由曲面的大量应用,校正了离轴系统引入的非对称像差,成为了研究的热点。针对离轴三反初始结构求解复杂的问题,介绍了几种离轴反射系统的常用设计方法,从设计原理上将其归结为两类思路:一是根据像差理论先建立同轴系统的初始结构,通过对光学系统的离轴优化实现无中心遮拦;二是直接构建无中心遮拦的简单光学系统,在优化过程中利用复杂面型进行像差优化。根据两类设计原理对不同结构的光学系统进行了实例设计,优化过程和像质评价结果表明,两类设计方法都能够满足设计指标,仅优化过程不同,其构建结果几乎具有等价性。其中第一类方法在像差优化中更具优势,适用于离轴角较小的光学系统;第二类方法避免了复杂的离轴优化,适用于紧凑型光学系统。