本书系统介绍无运动部件变焦光学系统的基本概念、研究背景、国内外现状以及实现方式。首先,针对变曲率反射镜这一实现无运动部件变焦的关键器件,以兼顾大的中心形变与高的面形精度为目标,分别讨论变曲率反射镜的物理形变机理、设计与优化方法以及反射镜样片的研制与试验验证情况;其次,系统阐述无运动部件变焦光学系统的设计技术,以经典的三反、四反光学系统为例,介绍基于变曲率反射镜的离轴反射变焦光学系统的初始结构求解过程与基于自由曲面矢量像差理论的系统优化设计,给出三反、四反离轴反射变焦光学系统设计实例并结合变曲率反射镜形变过程中的面形精度变化对变焦成像性能的影响进行分析;最后,对变曲率反射镜技术的扩展应用进行简要探讨。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 技术内涵 2
1.2 国内外变曲率反射镜技术现状 4
1.2.1 国外变曲率反射镜技术现状 4
1.2.2 国内变曲率反射镜技术现状 14
1.2.3 变曲率反射镜技术的发展趋势 19
1.3 国内外无运动部件反射变焦技术现状 20
1.4 本书的主要工作与内容安排 24
第2章 变曲率反射镜基本理论 26
2.1 弹性圆薄板形变理论 26
2.1.1 等厚度弹性圆薄板 26
2.1.2 变厚度弹性圆薄板 30
2.2 变曲率反射镜面形精度评价方法 33
第3章 变曲率反射镜设计与研制技术 37
3.1 环形线负载驱动等厚度变曲率反射镜技术 37
3.1.1 反射镜中心形变的解析建模与特性分析 37
3.1.2 反射镜样片的研制与试验验证 41
3.2 均匀压力驱动变厚度变曲率反射镜技术 52
3.2.1 变厚度分布下的中心形变解析建模 52
3.2.2 基于小参数理论的形变量解析求解与精度分析 53
3.2.3 反射镜样片的研制与试验验证 74
3.3 超大形变变厚度变曲率反射镜技术 89
第4章 无运动部件反射变焦光学系统设计技术 100
4.1 像差理论概述 100
4.1.1 矢量像差理论 100
4.1.2 自由曲面光学系统像差理论 127
4.2 基于变形镜的反射变焦光学系统初始结构 151
4.2.1 基于变形镜的三反射变焦光学系统初始结构求解 152
4.2.2 基于变形镜的前置无焦四反变倍光学系统初始结构求解 163
4.3 表面像差贡献分析程序设计思想与工作流程 168
4.3.1 表面像差贡献分析程序设计思想 168
4.3.2 表面像差贡献分析程序主要工作流程 171
4.3.3 实例验证 179
4.4 基于变形镜的反射变焦光学系统公差敏感性分析 197
4.4.1 自由曲面变形镜各项Zernike 系数公差敏感性分析 198
4.4.2 自由曲面变形镜偏心和倾斜公差相对敏感性分析 200
4.4.3 自由曲面变形镜顶点曲率半径公差相对敏感性分析 204
4.4.4 光学性能预估 204
4.5 基于变形镜的反射变焦光学系统变形镜形变量分析及优化控制方法 206
4.6 基于变形镜的反射变焦光学系统设计实例 211
4.6.1 基于自由曲面变形镜的离轴三反变焦光学系统设计 212
4.6.2 基于变形镜的前置无焦四反变倍系统+后固定成像组的光学系统设计 222
4.7 应用于前置无焦变倍光学系统的变曲率反射镜设计 243
4.7.1 大形变下弹性圆薄板形变理论 244
4.7.2 变曲率反射镜设计结果 247
4.7.3 变曲率反射镜面形精度对系统性能的影响 253
4.7.4 光学性能仿真分析 255
第5章 变曲率反射镜技术的扩展应用研究 257
5.1 基于变曲率反射镜的高精度调焦技术 257
5.1.1 研究背景 257
5.1.2 设计实例 257
5.2 基于变曲率反射镜像方扫描的大焦深成像技术 261
5.2.1 研究背景 261
5.2.2 设计实例 261
参考文献 264