三反射式柱面光学系统设计及优化

反射式光学系统在本次学习中你将学习如何新建一个反射系统模型，如何添加一个非球面，如何添加一个偏心表面，非球面系统的优化方法，变焦系统等。

符号规则厚度：在反射系统中，厚度值的符号随反射次数的变化而变化，偶次反射之后为正，奇次反射之后为负。

在下一次反射之前，厚度值符号一直不变。

半径：曲率中心在顶的右侧则为正，在左侧为负。

双通表面和系统在某些反射系统中，其中一些表面被光线“看到”两次，例如在双通系统中，此类表面必须输入两次或更多次，每次光线命中表面均算一次。

在优化此类系统中，必须将这些表面结组，这样曲率（通常也包括厚度值）就不会独自改变。

这时最好使用拾取功能。

反射系统数据表面数据1选择File-new，在CodeV示例中选择cv_lens:maksutov.len，单击确定。

2接收示例文件的值（F数10，波长546.1，物体视场角0º和1.5º）。

下面是其表面数据。

注意，表面3stop和表面4的折射类型为反射，厚度3的符号为负（反射1次），而厚度4为正（反射2次）。

还请注意，这里某些值是相同的，表面2和4的半径，它们代表相同的物理表面。

现在，它们是独立变量，但是您需要进行更改以便使用拾取功能。

3右键单击4的Y半径，选择“拾取Pickup”，显示拾取编辑器。

4在参数字段中选择（与依赖参数相同same as dependent parameter）或着Y半径，在表面字段中选择2，比例为1，偏移为0，单击确定。

5在LDM窗口内，右键单击表面3上的厚度，并选择拾取。

如下6在参数字段中选择（与依赖参数相同same as dependent parameter）或着厚度，在表面字段中选择2，比例为-1，偏移为0，单击确定。

7表面3stop和表面4输入表面名称Primary和Secondary，说明3是主镜4是次镜，如下所示。

这在稍后的添加孔径和档光时会非常有用。

现在LDA窗口如下，小P表示拾取。

关于柱面光学透镜在光学成像系统中的运用作者：朱让甜来源：《中国新技术新产品》2014年第09期摘要：在非球面透镜中柱面镜是最普遍的一种，采用球面系统具有分别描述成像的特点，在一些特殊场合其具有特殊作用。

本文主要分析了柱面光学透镜成像原理，柱面光学透镜反射光线追迹，柱面光学透镜在光学成像系统中的运用。

关键词：柱面光学透镜；光学成像；运用中图分类号：O436 文献标识码：A一、柱面光学透镜成像原理（一）平面镜物体在静止的平面镜中出现的反射，这一结论来自于光学传播的基本定律。

分析虚像原理，可以简单理解为物体对镜平面产生的对称形体。

（二）柱面镜将曲面作为反射面时，入射光线与过曲面形成的成像点法线产生的角便是入射角，是相当于反射光线和同一法线之间产生的反射角，并且在同一平面内产生了入射光线、反射光线和法线，这个平面和过曲面产生的成像点切平面彼此垂直。

但是，在过曲面上由于各点比不是彼此平行的法线方向，例如：柱面法线垂直相交柱轴的很多叉线。

因此，所谓的柱面反射的虚像缺少固定的位置能够寻找，而是随着视点不同位置而出现了差异。

二、柱面光学透镜反射光线追迹将圆柱反射面光线反射作为追迹范例，在圆柱面顶点位置A构建直角右手坐标系，促使AX平行于圆柱面母线，坐标面的子午截面是AXZ。

如此，假如圆柱面设a为曲率半径，与坐标面OYZ平行的任意平面去截圆柱面时，都是在平面AXZ上获得截线，半径是a的圆。

在AXY存在于物面上的点D（X，Y，Z）沿着适量C方向发出一光线，光线在圆柱面上的投射点d1可以通过点d和适量c，促使d成为物面A点到d点的位置向量；圆柱面定A1至投射点a1的位置向量；N则是从A1到垂直于光线的向量，在两表面间线段的光纤通过垂直划分为两部分；分别是从A1向C1产生的辅助向量。

三、柱面光学镜在光学成像系统中的运用（一）单面柱面光学镜在光学系统应用仅在一个方向上柱面镜有曲率，利用柱面反射镜光纤矢量追迹可知，一个截面维度方向对于平行光束来说产生了会聚或者发散功能，但是不会对X轴方向发挥任何作用。

大口径红外离轴三反光学系统设计及公差分析孙永雪;夏振涛;韩海波;王珂;陈刚义【摘要】在空间光学领域中,光学系统的发展趋势为长焦距、大视场、轻量化、大相对孔径、高成像质量等.为适应该发展趋势,对大口径反射式光学系统进行研究,在共轴三反系统的成像理论基础上,为避免中心遮拦,提高成像质量,采用视场离轴方式,设计了一款大口径离轴三反式光学系统.该光学系统在奈奎斯特空间频率17lp/mm处,光学传递函数MTF大于0.75,成像质量接近衍射极限.此外,光学系统公差的合理分配是影响相机总体性能的主要因素,运用公差灵敏度分析和反转灵敏度分析,计算各公差对光学系统成像质量的影响,给出了合适的公差分配,经过模拟分析,按照给定的公差加工装调,系统光学传递函数大于0.55.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2018(039)006【总页数】6页(P803-808)【关键词】红外系统;光学设计;公差分析;离轴三反系统;红外光学材料【作者】孙永雪;夏振涛;韩海波;王珂;陈刚义【作者单位】上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240;上海卫星装备研究所,上海200240【正文语种】中文【中图分类】TN216引言在航天遥感领域中，长焦距、高分辨率的红外相机发挥着越来越重要的作用。

相机的地面分辨率与光学系统的角分辨率有关，由于衍射极限限制，要实现高分辨率就要求光学系统具有大的口径。

在光学系统设计中，由于材料、重量和价格等的限制，长焦距、大口径的光学系统多采用反射式结构。

反射式光学系统以其无色差，光路可折叠，便于缩短筒长，结构紧凑，易于轻量化，口径和焦距都可以做的很大，以及对温度变化不敏感等优点，在航天遥感领域备受关注[1-2]。

反射系统一般分为双反射镜系统和三反射镜系统，其中双反射镜系统由于优化变量少，不能满足大视场、大相对孔径要求；三反射镜系统有3个半径、2个间隔、3个非球面系数共8个参数，在满足焦距和主要像差后有充分的变量来满足外形尺寸的要求，也可降低系统高级像差。

多级反光镜光学系统的设计与优化多级反光镜光学系统被广泛应用于航天、机器视觉、医学影像等领域中。

它能够实现高分辨率、高对比度的成像效果，并且具备一定的适应性，能够适应不同环境下的成像要求。

本文将深入探讨多级反光镜光学系统的设计与优化问题。

一、反光镜与光路设计反光镜是多级反光镜光学系统的重要组成部分。

它能够反射由主光路传入的光线，使光线能够沿着不同的光路传播。

因此，反光镜的反射率、表面形态等因素会影响光路中的光线走向，从而影响成像质量。

在反光镜的设计中，需要考虑其材质、反射率、形状和尺寸等因素。

一般来讲，反光镜应该具有较高的反射率，以最大程度地保持光线的亮度。

同时，反光镜的表面形态也需要充分考虑，以减少光线反射过程中产生的光学噪声。

在光路的设计中，则需要考虑光路的传播路径、光路长度以及光路中的光学元件的位置和大小等因素。

通过对这些因素的控制，可以实现更加稳定、高效的成像效果。

二、多级反光镜系统的优化在多级反光镜光学系统的设计中，需要考虑光学元件的数量、形状和大小等因素。

同时，还需要考虑反光镜的反射率和表面形态等因素。

在这些因素的基础之上，我们可以通过优化反光镜的布局和光学元件的尺寸等参数，来实现系统的优化。

其中，反光镜布局的优化是非常重要的。

反光镜的布局需要考虑光线通过反射镜后的传播路径，从而使得光线到达成像平面的过程最为高效和稳定。

同时，反光镜也需要尽可能少，以减少光线在传播过程中的损失。

另外，反光镜与光学元件之间的距离也是影响系统性能的重要方面。

通过优化反光镜与光学元件的尺寸和布局，可以实现更少的反光镜和光学元件的使用情况下，获得更高的成像质量。

三、多级反光镜系统的实际应用多级反光镜光学系统被广泛应用于各种不同的领域中。

在机器视觉领域中，多级反光镜光学系统被用于实现高精度的位置定位和物体识别任务；在医学影像领域中，多级反光镜光学系统能够减少不同组织之间的干涉，从而实现更加清晰和准确的成像效果。

总之，多级反光镜光学系统是一种灵活、高效而且能够适应不同环境的光学设备。

长焦距离轴三反射式光学系统设计王路王春艳鲍智康（长春理工大学光电工程学院，长春130022）摘要：介绍了一种长焦距离轴三反射式光学系统的设计过程。

在同轴三反射式光学系统基础上,将第一面镜设置成光阑，通过对其适当的离轴、倾斜，实现无中心遮拦的离轴反射式光学系统设计。

给出了同轴系统初始结构的求解方程，分析了同轴系统存在的问题。

以一个长焦距离轴三反射式光学系统作为设计实例，通过镜面离轴、倾斜并进行优化,得到了成像质量良好的光学系统设计结果。

关键词：离轴三反射式光学系统；长焦距；光阑；中心遮拦中图分类号:TH703文献标识码: A文章编号:Design of Long Focal Length and Uncoaxial Three-mirror Reflective Optical SystemWANG Lu WANG Chunyan BAO Zhikang( School of Photo-electronic Engineering, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022)Abstract: Introduced the designing process of a long focal length and uncoaxial three-mirror reflective system. .Based on the coaxial three-mirror, placed the first surface as the aperture and decentered to a suitable position to get the result of non-obstruction of the light..Primary aberration formula is deducted respectively, and analyzed the problems existed in the coaxial three-mirror reflective system. Took an uncoaxial three-mirror reflective system as a design example, by decenterring and tilting the surface, and got a good image quality of optical system design results.Keywords：uncoaxial three-mirror reflective system; long focal length; aperture; obstruction of light0.引言反射式物镜在空间光学系统中有着广泛的应用。

第29卷 第12期光 学 学 报V ol.29,No.122009年12月ACTA OPTICA SINICADec ember,2009文章编号:0253-2239(2009)12-3506-05自由立体显示用柱面透镜光栅的优化设计周 磊1,2王琼华1,2陶宇虹1,2李大海1,2赵悟翔1,2焦甜甜1,21四川大学电子信息学院,四川成都6100652四川大学视觉合成图形图像技术国防重点学科实验室,四川成都610065摘要 在用于自由立体显示的柱面透镜光栅的设计中,针对用理想光学系统思想计算的数据不够精确,用光学软件计算的数据往往不符合实际要求且需反复尝试,提出用光线追迹建立数学模型的方法设计柱面透镜光栅参数。

将观看距离、柱面透镜光栅离显示屏距离以及柱面透镜光栅的焦斑大小共同作为参数设计的依据。

分析了柱面透镜曲率半径和焦斑大小,以及柱面透镜厚度和焦斑大小的变化关系。

采用该方法为19inch (48.26cm)平面显示屏设计了一组柱面透镜光栅参数,并用光学设计软件A SAP 模拟了该系统的视区分布。

结果表明该柱面透镜光栅的视区分布比较理想,宽度为65mm,满足高性能自由立体显示的要求。

关键词 光学设计;自由立体显示;柱面透镜光栅;视区分布中图分类号 T N 141 文献标识码 A doi :10.3788/AOS 20092912.3506Optimum De sign of Le nticular Lens for Auto -Stereoscopic DisplayZhou Lei 1,2 Wang Qio nghua 1,2 Tao Yuho ng 1,2 Li Dahai 1,2Zhao Wuxiang1,2Jiao Tiantian1,21S chool of Elect r on ics an d Inf or m a tion Engin eer in g ,S ichu an Un iver sit y ,Chen gdu ,Sichu an 610065,Chin a2Key La bor a tor y of F un da m en ta l Sy nt het ic Vision G r aphics an d Im a ge f or Na tion a l Defen se ,Sichu an Un iver sit y ,Chen gdu ,Sichu an 610065,Chin aAbstract I n the parameter design of lenticular lens used for auto -stereoscopic display system,bec ause the parameters calculated by using ideal optical system are im prec ise and the parameters calc ulated by using optic al software are unpractic al or complex,a mathematic model based on rays tracing is proposed.The viewing distance,the distance from the display to the lenticular lens and the size of focus spot a re taken as the basis for parameter design.The relationship between the radius and the size of focus spot,and the relationship between the thickness and the size of focus spot are analyzed.The para meters of lenticular lens for a 19inch (48.26cm)flat display are designed and the viewing zone distribution is simulated by the optical design software called ASAP.G ood viewing zone distribution is obtained and it s width is 65mm,which satisfies the requirements for the auto -stereoscopic display having good performances.Key wo rds optics design;auto -stereoscopic display;lenticular lens;viewing zone distribution收稿日期:2009-01-15;收到修改稿日期:2009-02-25基金项目:国家863计划(2007AA 01Z301)资助课题。

新型三反射光学系统设计近年来，随着互联网技术和信息技术的发展，受到越来越多人的关注，光学技术也日益成为社会科技发展的重要组成部分。

由于光学技术在许多地方都发挥着重要作用，比如医疗保健，安全防护，电信和信息系统，电子显示屏，机器视觉，空间科学和军事领域等，光学技术的发展具有重要的意义。

传统的光学技术大多数是基于简单的双反射和多反射原理。

在复杂的场景下，这种技术会遇到很多问题，比如反射太多的光会导致图像模糊，反射的路径会被屏蔽，等等。

为了解决这一问题，研究人员提出了一种新型的三反射光学系统设计，以改善反射出现的问题。

新型三反射光学系统是一种基于多种光学原理的复合系统。

它使用一种反射模式，将发射的光反射到三个不同的反射器上。

这种系统的主要优势是可以有效地控制反射的损耗，从而改善图像质量，同时还可以减少背景反射带来的干扰。

此外，三反射系统还可以有效地提高光和受光物体之间的距离，避免因光污染而导致的图像模糊。

此外，此类系统具有较高的耐受性，可以有效地抵抗环境噪声，并进一步提高图像质量。

除了上述优点外，新型三反射光学系统还具有一定的缺点。

最重要的是，它是一种复杂的光学系统，在设计和制造过程中需要大量的时间和精力，同时由于系统的复杂性，可能带来更多的成本。

另外，此类系统的抗灰尘能力一般比较低，如果环境中有太多的灰尘，难以保证良好的图像质量。

总的来说，新型三反射光学系统是一种非常有前景的光学技术，它可以有效地解决传统反射光学系统存在的许多问题。

由于它开发过程中包含了多种光学原理，它在现有的应用中也有着重要的意义，比如医疗保健，安全防护，电信和信息系统，电子显示屏，机器视觉，空间科学和军事领域等。

如果结合相关的光学原理，以及现有的计算机技术，那么未来的应用将会更加广泛。

从上述内容可以看出，三反射光学系统具有诸多优点，但也存在一定的缺点。

未来，我们要充分利用光学原理和计算机技术，进一步改进新型三反射系统，针对不足之处进行改进，以更好地应用新型三反射光学系统，为未来的众多应用领域带来更大的帮助。