近红外镜头系统的设计与装调

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红外辐射又称作红外线 ，是 自然界 中任何温度高于绝对零度(-273.16℃)的物体都在连续不断发出的光波。其波长范围为 0.75-1 000 Ia，m。根据波长的不 同，又可分为三个 区域 ：近红外区(0.75～3 m)、中红外区(3-25 m)和远红外区(25-1 000 m)。由于其具有 比可见光宽很多的波段范围 ，并且某些波段在大气中比可见光和紫外线具有更 强的穿透力 ，红外光被广泛应用于红外天文观测 、红外成像 、红外探测 、超光谱成像 、红外通讯等技术 中 。

红外观测与可见光观测不 同，红外天空背景是- 种热辐射效应，在地面观测时 白天和黑夜的热辐射差别不大。与可见光望远镜相 比，红外望远镜不受白天夜晚的限制 ，观测能力极大提高 。因此红外望远镜的研制已成为现在空间天文探测的热点。

为 了使 1.23 m望远镜具有大视场捕获功能HJ，文 中开展了口径为 200mn3的近红外镜头 的设计与装调 ，在成功实现白天成像功能的同时，实现了镜头的结构轻量化、高稳定性 、便于装调等优点 。

1 设计原理1.1 光学设计原理红外镜头常用的光学系统有折射式、反射式两种 。折射式红外镜头的特点是视场大、无遮拦损失 ，像差易通过光学设计校正 ，但大口径 的红外镜头成本 高且不易制作 、光能损失高，通常用于 250innl以下 的口径。反射式红外镜头的特点是无色差 ，成本低 、易制造 ，多波段系统可共用 口径 ，但其轴外像差较大且有遮拦损失 。由于文中研究的 200mm 口径近红外镜头主镜尺寸相对较大 ，采用折射式系统制造难度大 、成本高 ，且镜子本身重量大 ，难 以达到轻量化的目的；若采用反射式系统 ，制造成本低 ，且质量轻，并且通过适当的调整机构又可消除反射式系统的带来的像差。因此 ，综合考虑，文 中研究的 200mm 口径近红外镜头选用反射式光学系统 。

反射式光学系统中有同轴式 、离轴式两种 。同轴式光学系统的特点是精度高，易装调，但系统有遮拦损失；离轴式光学系统 的特点是 系统无遮拦 ，但光学元件的支撑结构加工精度低 ，不易装调 ，且所 占空间大〖虑到采用离轴式光学系统会增加红外镜头的装调难度 ，且镜头总体尺寸大，对红外镜头随望远镜- 同进行方位及俯仰运动带来不便 ，所以选用同轴式光学系统。

经以上分析与对比，最终设计得 出文 中研究的近红外镜头采用卡塞格林反射 、同轴式光学系统。系统参数见表 1。

表 1红外镜头系统参数Tab.1 Parameters of the near-IR systemParameters ValuePure apertum/mmAbscured ratioField of view/( )200O.3571 000W aveband/Ixm 0.9-1Image surface dimension/mm 16.41.2 结构 设计 原理红外镜头设计时首要考虑的是减小视场内的杂散辐射。杂散辐射 ，也称为杂光 ，是指扩散于光学系统像面或者探测器接收面上的非 目标光线或非成像光线辐射能。杂散光降低 了像面的对 比度和调制传递 函数 ，使整个像面的层次减少 ，清晰度变坏 ，甚至形成杂光斑点，严重时使 目标图像被杂散光噪声所淹没 。影响红外镜头的杂散辐射有两点来源 ：(1)物空间视场以外的杂散辐射。(2)红外系统本身的辐射 。

针对物空间视场以外的杂散辐射 ，通常采用的光学结构为遮光筒。而针对红外镜头本身的辐射 ，通常采用对系统内部的结构件进行染料染黑或喷 黑漆处理 ，可以有效地吸收系统 自身的辐射。

红外镜头设计时仍应注意的是，在次镜机构的设计 中次镜室应置于次镜的背面 ，从而防止次镜框的热辐射进入视场 ]。

在卡塞格林光学系统中 ，自主镜反射来的光线要经过次镜的二次反射 ，最终成像在焦点上。主镜的支撑结构-般较容易满足要求 ，薄弱环节在次镜的支撑结构 。通常次镜是由若干个薄梁片支撑。梁片的数量越多，其支撑刚度越大 ，但系统遮拦越大 ；相反 ，