一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统
阅读说明：本技术 一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统 (Large-caliber large-view-field double-concave-surface reflector telescope optical system ) 是由 李正阳 王力帆 梁明 袁祥岩 李博 于 2021-08-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统,包括两块双曲面反射镜,即双曲面主镜A、双曲面副镜B,且所述双曲面主镜A、双曲面副镜B均为凹面双曲面反射镜,在两块凹面双曲面反射镜之间设置有用于校正轴外光学像差的视场改正光学单元,所述光学系统沿光路方向依次设置为双曲面主镜A、双曲面副镜B、视场改正光学单元,所述光学系统无一次像面。本发明区别于传统反射式望远镜,采用双凹面反射镜对天体进行成像,具有长度短、体积小、重量轻的优点,而且大幅减少了副镜的面型检测难度,降低了副镜的面型检测成本。同时兼具大孔径、大视场的特点,大幅提高了望远镜的观测能力和探测效率。(The invention discloses a large-caliber large-view-field double-concave-surface reflector telescope optical system which comprises two hyperboloid reflectors, namely a hyperboloid primary reflector A and a hyperboloid secondary reflector B, wherein the hyperboloid primary reflector A and the hyperboloid secondary reflector B are both concave hyperboloid reflectors, a view field correction optical unit for correcting off-axis optical aberration is arranged between the two concave hyperboloid reflectors, the optical system is sequentially provided with the hyperboloid primary reflector A, the hyperboloid secondary reflector B and the view field correction optical unit along the optical path direction, and the optical system does not have a primary image surface. The invention is different from the traditional reflection telescope, adopts the double-concave reflector to image the celestial body, has the advantages of short length, small volume and light weight, greatly reduces the surface type detection difficulty of the auxiliary mirror and reduces the surface type detection cost of the auxiliary mirror. Meanwhile, the system has the characteristics of large aperture and large field of view, and greatly improves the observation capability and detection efficiency of the telescope.)
技术领域
本发明涉及天文光学望远镜光学系统，具体涉及一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统。
背景技术
随着人们对宇宙逐步深入的探索与研究，需要配备更高分辨率以及更强探测能力的望远镜对宇宙进行更加精确的探测。就地基大型望远镜而言，光学系统常见结构形式有卡塞格林系统(Cassegrain system),Ritchey-Cregory光学系统，主焦点光学系统，格利高里系统(Gregorian system)，其中卡塞格林系统和Ritchey-Cregory光学系统副镜为凸面镜，在面型检测过程中需要配备较大口径相位板进行检测，检测原理示意图如图1，检测系统包括干涉仪11、标准物镜12、相位补偿镜13、待测副镜14，该检测过程需要制备一块大口径反射型标准球面镜，检测光路搭建复杂，调整困难而且增加望远镜制造成本，格利果里系统主副镜均为双凹面，但需副镜对经主镜汇聚的焦点进行二次成像，即具有一次像面，导致光路长度增加，镜筒很长，视场非常小(即具有角分级视场)，如图2所示，图中系统显示了抛物面主镜16、椭球面副镜17、一次像面18。
发明内容
发明目的：鉴于以上问题，本发明提供一种具有大口径大视场的双凹面反射镜的天文望远镜光学系统。
本发明采用以下方案实现：
一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统，包括两块双曲面反射镜，即双曲面主镜A、双曲面副镜B，且所述双曲面主镜A、双曲面副镜B均为凹面双曲面反射镜，在两块凹面双曲面反射镜之间设置有用于校正轴外光学像差的视场改正光学单元，所述光学系统沿光路方向依次设置为双曲面主镜A、双曲面副镜B、视场改正光学单元，所述光学系统无一次像面。
进一步的，所述视场改正光学单元包括沿光路方向依次设置的弯月透镜C、弯月透镜D、弯月透镜E、弯月透镜F、弯月透镜H、弯月透镜I、双凸透镜J。
进一步的，在弯月透镜F和弯月透镜H之间还设置有滤光片G。
进一步的，所述双曲面主镜A与双曲面副镜B之间的空气间隔为4097mm±5％，双曲面副镜B与弯月透镜C之间的空气间隔为1606mm±5％，弯月透镜C与弯月透镜D之间的空气间隔为100mm±5％，弯月透镜D与弯月透镜E之间的空气间隔为140mm±5％，弯月透镜E与弯月透镜F之间的空气间隔为190mm±5％，弯月透镜F与滤光片G之间的空气间隔为401mm±5％，滤光片G与弯月透镜H之间的空气间隔为487mm±5％，弯月透镜H与弯月透镜I之间的空气间隔为75mm±5％，弯月透镜I与双凸透镜J之间的空气间隔为0.04mm±5％。
进一步的，所述大口径是1米以上口径，所述大视场是直径3°以上视场。
进一步的，所述光学系统采用反射式光学架构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明大口径大视场天文望远镜光学系统采用反射式光学架构，区别于传统反射式望远镜，采用双凹面反射镜对天体进行成像，具有长度短、体积小、重量轻的优点，而且大幅减少了副镜的面型检测难度，降低了副镜的面型检测成本。同时兼具大孔径、大视场的特点，大幅提高了望远镜的观测能力和探测效率。
附图说明
图1为传统反射式望远镜的检测光路示意图。
图2为传统反射式望远镜的小视场原理示意图。
图3为本发明实施例中光学系统架构图。
图4为本发明实施例中光学系统的检测原理图。
图5为本发明中全视场下光学系统像质展示图(点列图)。
图6为本发明中Guest Star Telescope望远镜仿真示意图。
图中标记：1、双曲面主镜A；2、双曲面副镜B；3、弯月透镜C；4、弯月透镜D；5、弯月透镜E；6、弯月透镜F；7、滤光片G；8、弯月透镜H；9、弯月透镜I；10、双凸透镜J；11、干涉仪；12、标准物镜；13、相位补偿镜；14、待测副镜；15、补偿透镜；16、抛物面主镜；17、椭球面副镜；18、一次像面。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供一种大口径大视场双凹面望远镜光学系统，光学系统架构图如图3。该光学系统包括两块双曲面反射镜，即双曲面主镜A1、双曲面副镜B2，且双曲面主镜A1、双曲面副镜B2均为凹面双曲面反射镜，在两块凹面双曲面反射镜之间设置有用于校正轴外光学像差的视场改正光学单元，该光学系统沿光路方向依次设置为双曲面主镜A1、双曲面副镜B2、视场改正光学单元，该光学系统无一次像面。本实施例的大口径大视场天文望远镜光学系统采用反射式光学架构，区别于传统反射式望远镜(如格里高利天文望远镜，其副镜是凹面，具有一次像面，因此镜筒需要做的很长)，采用双凹面反射镜对天体进行成像，具有长度短、体积小、重量轻的优点，而且大幅减少了副镜的面型检测难度，检测原理图如图4，图中显示了干涉仪11、标准物镜12、待测副镜14、补偿透镜15，降低了副镜的面型检测成本；同时兼具大口径(1米口径以上)、大视场的特点(直径3°视场以上)，大幅提高了望远镜的观测能力和探测效率。
本实施例中，视场改正光学单元的优选方案包括弯月透镜C3、弯月透镜D4、弯月透镜E5、弯月透镜F6、滤光片G7、弯月透镜H8、弯月透镜I9、双凸透镜J10，及整个光学系统包括两块凹面双曲面反射镜、七块视场改正镜和一片滤光片。该光学系统沿光路方向依次设置有双曲面主镜A1、双曲面副镜B2、弯月透镜C3、弯月透镜D4、弯月透镜E5、弯月透镜F6、滤光片G7、弯月透镜H8、弯月透镜I9、双凸透镜J10。
所述主镜A为口径4000mm的双曲面反射镜。副镜B为凹面双曲面反射镜，为提高望远镜光学系统大视场下光学像质，设置七块改正镜组校正轴外光学像差，另外，为提高测光精度，设置滤光片F对特定波段像斑进行筛选。该光路结构提高了光学系统的装配性能，降低了光学检测成本，在光路设计时，副镜B采用凹面面型，大幅度缩小了相位补偿器的尺寸，便于进行面型检测。
镜头采用反射式的光学结构，综合Ritchey-Cregory和格利果里系统结构的变形结构作为该系统的基本雏形，在副镜设计为凹面的前提下实现对天体的成像，从而使镜筒的重量、长度都得到有效的控制。该镜头入瞳口径为4000mm，在满足通光能量和保证像质的情况下，结构轻小紧凑，具有长度短、体积小、重量轻的优点，同时兼具大孔径、大视场的特点。
光学系统采用七片透射镜片作为改正镜组，以达到良好的光学像质。考虑到大口径镜片胶合工艺的困难性，因此大口径镜片没有采用胶合组。在优化设计中，合理地选择操作数和权重，使各种像差得到有效的控制。考虑到大口径镜片的加工难度,设计时加大部分空气间隔，并将滤光片设置在改正镜组中间，使得后组2片镜片尺寸大幅减小。
在本实施例中，所述双曲面主镜A与双曲面副镜B之间的空气间隔为4097mm，双曲面副镜B与弯月透镜C之间的空气间隔为1606mm，弯月透镜C与弯月透镜D之间的空气间隔为100mm，弯月透镜D与弯月透镜E之间的空气间隔为140mm，弯月透镜E与弯月透镜F之间的空气间隔为190mm，弯月透镜F与滤光片G之间的空气间隔为401mm，滤光片G与弯月透镜H之间的空气间隔为487mm，弯月透镜H与弯月透镜I之间的空气间隔为75mm，弯月透镜I与双凸透镜J之间的空气间隔为0.04mm。上述空气间隔的数据可以在±5％幅度内变动。
由上述镜片组成的光学系统达到了如下的光学指标：
1、焦距：f′＝7106mm；
2、相对孔径：D/F＝1/1.78；
3、视场角：4°(-2°～2°)；
4、设计波段：380～700nm；
5、视场点斑RMS：0°视场点斑RMS为5.4μm，2°视场点斑RMS为6.7μm(具体如图5)；
6、镜筒总长：4300mm。
本发明大口径大视场天文光学望远镜光学系统的优点：
(1)副镜采用凹面双曲面反射镜，便于进行面型检测，节约制造成本；
(2)综合Ritchey-Cregory和格利果里系统结构的变形结构作为该系统的基本雏形，在副镜设计为凹面的前提下实现对物天体的成像，从而使镜头的重量，长度都得到有效的控制。
(3)考虑到大口径镜片的加工难度,设计时加大部分空气间隔，并将滤光片设置在改正镜组中间，使得中后组2片镜片尺寸大幅减小。
目前该实施例拟应用于Guest Star Telescope项目中，望远镜实物仿真示意图如图6。
综上所述，本发明是一种大口径大视场双凹面反射镜望远镜光学系统。该系统设计过程中采用双凹面反射镜对天体进行成像，具有长度短、体积小、重量轻的优点，而且大幅减少了副镜的面型检测难度，降低了副镜的面型检测成本。同时兼具大孔径、大视场的特点，大幅提高了望远镜的观测能力和探测效率。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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