共轴折反射式变焦光学系统设计：镜面形变技术应用

"利用镜面形变实现共轴折反射式变焦光学系统设计 (2010年)，董伟辉，谢永军，李恩玲 - 该论文提出了一种创新的光学系统设计方法，通过改变镜面的形状来调整焦距，实现了无需移动部件的共轴折反射式变焦系统。系统基于卡塞格林反射式望远镜结构，使用ZEMAX软件进行设计，具有1600mm至800mm的焦距范围和0.6°至1.2°的视场。系统由两个可变形反射面、一个平面反射面和一个透镜组成，主要依靠主镜和次镜的曲率变化及入瞳直径调整来实现变焦。设计结果显示系统在高空间频率下的成像性能良好，满足成像要求。" 这篇论文探讨的核心知识点包括： 1. **变焦光学系统设计**：传统变焦系统通常需要移动光学元件来改变焦距，而本文提出的方法是通过改变镜面的曲率，即镜面形变，实现焦距的调整，从而实现变焦功能，这降低了对机械运动部件的依赖。 2. **卡塞格林反射式望远镜结构**：这是一种经典的光学系统设计，由主镜和次镜构成，主镜通常是凹面，次镜为凸面，两者组合可以实现长焦距、紧凑的光学设计。论文结合这一结构模式设计变焦系统。 3. **ZEMAX光学设计软件**：ZEMAX是广泛使用的光学设计工具，能模拟和优化各种复杂的光学系统，包括本文中的共轴折反射式变焦系统。 4. **可变形镜（Deformable Mirrors, DMs）**：这种特殊类型的镜子能够改变其表面形状，从而调整光线的聚焦特性。在本文的系统中，主镜和次镜的变形是实现变焦的关键。 5. **入瞳直径变化**：入瞳直径的调整会影响系统的光束大小，从而影响焦距和视场，是控制变焦的另一个重要因素。 6. **成像性能评估**：设计的变焦系统在空间频率16lp/mm处的调制传递函数（MTF）超过0.75，说明图像质量高，最大均方根弥散斑半径小于探测元尺寸，这意味着它能满足实际成像应用的要求。 7. **关键技术指标**：MTF和均方根弥散斑半径是衡量光学系统成像质量的重要指标，MTF反映了图像细节的保存程度，而均方根弥散斑半径则关乎图像的清晰度。 该论文提供了一种新的、基于镜面形变的变焦光学系统设计理念，这一方法在不增加复杂机械运动的同时，保证了优良的成像质量和宽广的焦距范围，对于光学工程领域具有重要的研究价值。