离轴三反光学系统设计：Wassermann-Wolf方程新应用

"该文提出了一种基于Wassermann-Wolf微分方程的离轴三反光学系统设计方法，旨在解决传统三反射系统设计中的复杂性和非球面收敛速度慢的问题。通过这种方法，设计出了一款具有1200mm焦距、18°×4°大视场和F数为4的离轴三反光学系统，其各个视场的调制传递函数在50lp/mm处均超过0.5，表现出良好的像质。Wassermann-Wolf方程设计方法简洁且收敛速度快，为三反射光学系统设计提供了高效起点。此外，系统采用二次曲面为主镜，非球面为次镜和三镜，且所有反射镜均无偏心和倾斜，降低了制造和调试的复杂性。" 这篇论文探讨了光学设计领域的一个创新方法，即利用Wassermann-Wolf微分方程来设计离轴三反光学系统。传统的三反射系统设计通常面临初始结构求解的复杂性和非球面元素收敛速度慢的挑战。Wassermann-Wolf方程，源于反射定律和正弦条件，被用来推导出一组用于构建同轴三反初始结构的方程。通过多项式拟合这些方程得到的Wassermann-Wolf曲面，能够生成一个像质优良的同轴三反初始结构。 论文中实现的设计案例是一个具有显著特性的离轴三反光学系统，其焦距长达1200mm，视场达到18°×4°，并且拥有较大的相对孔径（F数为4）。这样的设计参数表明系统能够处理宽广的视角并保持良好的成像质量。具体而言，系统的调制传递函数（MTF）在50线对/毫米（lp/mm）的分辨率下，所有视场均超过0.5，这体现了系统的高分辨率和图像清晰度。 Wassermann-Wolf微分方程设计方法的引入，显著简化了设计流程，并提高了计算收敛速度，对于三反射光学系统的设计提供了更有效的方法。这一方法的高效性体现在能够快速获得稳定的设计方案，为后续的优化工作奠定了坚实的基础。 此外，设计中的光学系统主镜采用了二次曲面，而次镜和三镜则为非球面。这种配置不仅保证了光学性能，还减少了制造难度。更重要的是，所有反射镜都没有偏心或倾斜，这意味着装配和调整的工作更加简便，同时也降低了生产成本。 这项工作为光学设计师提供了一个新的工具，通过Wassermann-Wolf方程来优化离轴三反光学系统的初始设计，同时考虑到了制造和调试的便利性，为未来的光学系统设计开辟了新的可能性。