反射光学システムの光学特性の深さ解析

反射光学システムは、主に色収差を回避しながら高い撮像品質を達成する能力のために、今日様々な分野で広く使用されている。 屈折システムと比較して、反射システムはレンズ屈折の代わりにミラー反射を使用し、光学要素が少なく、光学性能の安定性が高いことを特徴としています。 この記事では、さまざまな環境における反射システムの基本的な構造、特性、および光学特性について説明します。 この記事が読者に役立つことを願っています。

シュミット光学システムを設計する方法

シュミット光学システムは、主に天文望遠鏡やその他の高精度撮像装置で使用される一般的なタイプの反射光学システムです。 その設計の鍵は、球面収差を効果的に補正し、それによってイメージング品質を向上させるシュミット補正プレートの使用にあります。 シュミット光学系の基本構造は、球面一次ミラーとシュミット補正板を含み、これは通常一次ミラーの曲率中心に配置される。

球面光学の説明と応用

からの球面光学要素非球面レンズメーカー反射光学システムにおいて重要な役割を果たす。 球面ミラーは、収差を効果的に補正し、イメージング品質を向上させることができます。 シングルポイントダイアモンドターニングなどの最新の製造技術により、大径の非球面ミラーの製造がより実現可能になりました。 これらの技術的進歩により、高精度イメージング分野における反射光学システムの応用が広がっている。

レンズシステムとミラーシステムの根本的な違い

光伝送の観点から、レンズシステムとミラーシステムの間には根本的な違いがあります。 レンズシステムでは、光はしばしば直接通過し、入口瞳孔の全口径を利用します。 対照的に、ミラーシステムは、従来のデュアルミラーカセグレインシステムに見られるように、ミラーが互いに遮る可能性があるため、本質的に異なります。 この特性により、中間周波数でMTF (変調伝達関数) 曲線が著しく低下する可能性があります。

反射システムの利点

反射システムは、屈折システムよりも一定の利点を有する。 まず、スネルの法則によれば、ミラーのすべての波長の屈折率は-1と見なすことができ、反射システムが色収差を回避できるようになります。 これにより、大口径および広角設計で特に効果的です。 第二に、反射システムは一般に必要な光学要素が少なく、製造コストとメンテナンスの難しさを減らします。 鏡の表面は光学材料によって制約されないため、反射システムは大きな開口部を実現できます。これは、天文学や航空宇宙などの分野で重要です。 さらに、ミラーの設計の自由度が高く、フリーフォーム表面が一般的な研究の方向性です。

反射システムの制限

反射システムは、中央の障害物とは別に、ミラー間の相互干渉に直面し、位置合わせの難しさを大幅に増加させます。 支持構造やその他の機械部品は、システムのコンパクトさをさらに高め、多くの場合、光学要素が少なくなります。 光の遮断とコンポーネントの干渉の問題は、反射システムの視野を制限します。 要素が限られているため、反射システムが非球面を使用して収差を制御することを回避することは困難になります。 最も原始的な反射光学システムはニュートンシステムであり、球面の主鏡は軸上の点だけをほとんどクリアに保ちます。

反射システムの熱特性

反射光学系の熱特性は、主にそれらの材料の熱膨張係数によって決定されます。 反射システムがアルミニウムなどの単一の材料で作られている場合、その熱効果は通常無視できます。 これは、均一な温度変化下では、システム全体が均一に膨張または収縮するためです。 すべてのシステムパラメータ (ミラー曲率など) は比例してスケーリングするため、収差は発生せず、イメージングは明確なままです。 ただし、実際のアプリケーションでは、反射システムは複数の材料を必要とする場合があり、熱勾配効果が重要になります。 異なる材料が異なる熱膨張coeffiを持っているときCient、またはシステム内に温度差がある場合、温度勾配により、さまざまな部品の膨張または収縮が異なり、システムの光学性能に影響を与える可能性があります。 このような場合、イメージングは、特に温度変化が大きい環境で収差または歪みを示し、画質の安定性に影響を与える可能性があります。 したがって、複数の材料を使用する、または熱勾配を経験する反射システムの場合、熱特性の注意深い評価が不可欠です。 設計者は、材料の熱膨張係数、システムパラメータに対する温度変化の影響、およびイメージング品質への潜在的な影響を考慮する必要があります。 正確な熱分析により、光学性能に対するこれらの熱効果を予測し、最小限に抑えることができます。

反射システムのCatadioptricシステム

反射屈折システムの場合、前述の熱膨張の問題に対処するために、多くの高精度ミラーはZerodurのような材料を使用します。 Zerodurの熱膨張係数はほぼゼロであるため、温度変動下で安定した寸法変化を維持できます。 したがって、Zerodurは大口径ミラー、特に天体望遠鏡やその他の高精度光学システムで広く使用されています。 この材料を使用する反射システムは、大きな温度変化がある環境で優れた光学性能を維持し、熱膨張によって引き起こされる収差を回避できます。