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離軸與共軸設(shè)計：紅外反射鏡如何突破視場與像質(zhì)矛盾？
在紅外反射鏡設(shè)計中，離軸與共軸設(shè)計是突破視場與像質(zhì)矛盾的關(guān)鍵技術(shù)路徑，二者通過不同的光學(xué)架構(gòu)與像差校正策略，分別針對大視場與高像質(zhì)需求實現(xiàn)優(yōu)化。
共軸設(shè)計以光軸為對稱軸，通過經(jīng)典雙反射鏡系統(tǒng)（如卡塞格林、格里高利結(jié)構(gòu)）實現(xiàn)小視場下的高像質(zhì)。其核心優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)緊湊、裝調(diào)簡單，且主次鏡同軸布局可減少系統(tǒng)復(fù)雜度。例如，卡塞格林系統(tǒng)通過主次鏡的二次反射，將像點引至主鏡外側(cè)，避免了中心遮攔，同時利用二次曲面（如拋物面、雙曲面）校正球差與彗差，使小視場（通常小于2°）內(nèi)像質(zhì)接近衍射極限。然而，共軸系統(tǒng)的視場擴展受限于次鏡遮攔與軸外像差累積，當(dāng)視場增大時，像散、場曲等像差會顯著惡化，導(dǎo)致邊緣視場像質(zhì)下降。
離軸設(shè)計則通過打破旋轉(zhuǎn)對稱性，消除共軸系統(tǒng)的中心遮攔，并利用自由曲面或非球面反射鏡實現(xiàn)大視場與高像質(zhì)的平衡。例如，離軸三反射鏡系統(tǒng)（如WALRUS、Schwarzschild結(jié)構(gòu)）通過主鏡、次鏡、三鏡的偏心與傾斜布局，將光線路徑分離，避免遮攔的同時擴大視場至10°以上。此類系統(tǒng)采用自由曲面反射鏡，其面型由高階多項式描述，可獨立控制不同視場的像差，顯著提升軸外像質(zhì)。例如，法國艾克斯馬塞大學(xué)設(shè)計的離軸三反系統(tǒng)，通過勒讓德多項式自由曲面與曲面探測器結(jié)合，實現(xiàn)了7.2°×7.2°視場內(nèi)像質(zhì)接近衍射極限。此外，離軸設(shè)計還可結(jié)合矢量像差理論，通過優(yōu)化反射鏡的偏心量與傾斜角，進一步平衡像差場，提升全視場均勻性。
技術(shù)突破點在于：共軸系統(tǒng)通過經(jīng)典像差校正理論優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，適用于小視場、高精度需求；離軸系統(tǒng)則依賴自由曲面加工與裝調(diào)技術(shù)，突破傳統(tǒng)像差校正極限，實現(xiàn)大視場與高像質(zhì)的兼容。未來，隨著超精密加工（如單點金剛石車削）與自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，離軸與共軸設(shè)計的融合將成為趨勢，例如采用共軸折疊反射鏡結(jié)合離軸校正技術(shù)，可在緊湊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)更大視場與更高像質(zhì)。
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