空间光学系统的设计与配置

在空间探测、卫星通信和深空成像等领域，空间光学系统扮演着“眼睛” 和”桥梁” 的重要角色。随着技术进步，在极端环境下实现高精度、轻量化、宽视场的光学系统设计成为行业的核心挑战。作为光学领域的创新领导者，贝纳光学正在通过其尖端的配置设计和技术突破重新定义空间光学系统的可能性。

设计和配置空间光学系统是一个复杂的多学科领域，涉及光学，机械，电子，材料科学等。

在20世纪后期，大口径太空望远镜通常使用双镜系统，例如哈勃太空望远镜，它采用ritchey-chrétien (RC) 系统，如图所示。RC系统的主要优点是其紧凑的结构。然而，为了进一步校正诸如像散、场曲率和畸变的离轴像差，需要附加的透射校正透镜。这引入了额外的色差和杂散光。

自20世纪以来，Korsh提出的三镜anastigmat (TMA) 配置已被广泛采用，如图3所示。该系统以增加非球面表面为代价消除了球面像差、昏迷和像散。然而，这两个系统都是同轴的，并且受到由次反射镜及其支撑结构以及蜘蛛状衍射图案引起的中心阻碍的影响。这些问题导致恒星图像中出现明显的衍射图案，并使同时实现长焦距和宽视野变得具有挑战性。

针对这些问题，贝纳光学提出了 “模块化配置 + 智能优化” 的设计理念，并通过以下技术途径实现了突破:

通过这些创新方法，贝纳光学正在重新定义空间光学系统的能力和性能，解决实现高精度、轻量化和宽视场设计的挑战。

1. 双平面对称设计: 从折反射变形光学系统中汲取灵感，采用双锥表面配置。此设计在XOZ和YOZ平面上实现了不同的焦距 (例如g., 500mm和1000mm)，允许常规传感器尺寸捕获超宽视野，同时保持系统紧凑性 (总长度仅为156mm)。

2. 非球面和自由曲面的应用: 利用卡塞格伦天线配置，主镜和次镜均设计有非球面。这显著提高了光收集效率和成像质量。中心波长适配1550nm通信波段，实现1 ° 视场角，传输效率和增益优化30% 以上。

3. 多物理场协同仿真: 将Zemax和FRED等光学设计软件与热力学和机械应力分析相结合，确保了系统在极端环境下的稳定性。