CN102253479B - 一种主焦式折反光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种主焦式折反光学系统，具有1m以上的口径，3°以上的视场，且具有平的像面，方便外接焦平面光电接收器件，此望远镜可用于地基观测。本发明包括抛物面主镜(1)和校正组(I)以及焦平面快门(6)，其中校正组包括四片校正镜，分别是光焦度为正且凸面朝向主镜的弯月型透镜的第一透镜(2)，光焦度为负且凸面朝向主镜的弯月型透镜的第二透镜(3)，光焦度为负且凸面朝向主镜的弯月型透镜的第三透镜(4)，以及正光焦度的第四透镜(5)。在校正组(I)中，除第一透镜(2)的凹面为抛物面外，其余均为球面。
Description
技术领域
本发明涉及光学系统领域，尤其是主焦式折反光学望远镜，可应用于口径超过1m的大视场地基望远镜。
背景技术
大口径大视场平场望远镜在天文观测和空间碎片监测中有着重要意义。大口径意味着更强的集光能力，从而探测更弱的星等；大视场意味着更大的单幅画面视场，从而能更快的搜索天区；平场意味着可以方便的配置焦平面光电探测设备。大口径大视场望平场望远镜在巡天普查和空间碎片监测中发挥着越来越重要的作用。
传统的大口径望远镜由于必须使用反射式主镜，而反射式光学系统的自身特点限制了视场的增大，虽然也有几种特殊的形式可以达到较大视场，如施密特望远镜和三反甚至四反望远镜，但因为施密特改正板难于制造加工，而三反或四反望远镜存在较大的遮拦，所以它们的严重缺陷导致了很少在实际中使用。主焦式折反光学系统在理论上可以达到较大视场，但校正组比较复杂，需使用多种牌号光学玻璃消色差，以及使用高阶非球面校正像差，对于大口径的光学透镜而言，许多牌号光学玻璃是难于炼制的，而且大口径高阶非球面的加工检测都存在一定的困难，所以，开发一种方便工程实现的主焦式光学系统非常有必要。
发明内容
本发明为了解决上述提出的问题，解决现有技术存在的不足，提出了一种结构简单，光学材料单一，对光学加工要求简单的大口径，大视场平场望远镜光学系统，包括抛物面主镜和置于像面之前的焦平面快门，由第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成的校正组置于主镜的反射光路上，用于校正主镜的边缘视场像差，增大有效视场，所述第一透镜为正光焦度且凸面朝向主镜的弯月型透镜，所述第二透镜为负光焦度且凸面朝向主镜的弯月型透镜，所述第三透镜为负光焦度且凸面朝向主镜的弯月型透镜，所述第四透镜为靠近像面的正光焦度透镜，其中，第一透镜和第二透镜对主镜反射会聚光束进行像差校正，第三透镜对经过像差校正的光束起发散作用，第四透镜对发散的光束会聚成像。
所述第一透镜的凹面为旋转抛物面，第二～四透镜各面均为球面。
所述第一～四透镜采用融石英玻璃制成。
所述焦平面快门为大口径幕帘式快门。
所述第四透镜沿轴向调整，高温时向主镜靠近，当低温时则远离主镜，以保证在一定温度范围的像质水平。本发明主焦式折反光学系统具有以下优点：
1、光学系统结构简单紧湊，仅用四片透镜的校正组就实现了大于3°的视场，并且在全视场内像差校正良好，实现了平场像面，非常方便使用大靶面焦平面光电探测设备，同时也可用于胶片照像。
2、光学系统中的透镜材料全部采用融石英玻璃。对大多数牌号光学玻璃而言，大口径且具有优良光学性能的坯料是非常难于炼制的，但融石英玻璃是比较容易获得光学性能优良的大口径坯料的，且融石英玻璃具有较好的光学加工性能、机械性能。
3、光学元件加工检验方便。在校正组中，除第一透镜的凹面为旋转抛物面外，其余透镜的各面均为球面。球面加工可按常规方法加工检验，旋转抛物面用一块等口径的中心带孔平面反射镜即可实现高精度检验。
4、温度调焦采用轴向移动第三透镜的方式实现，通常的温度调焦是调节焦平面光电探测相机轴向位置。
附图说明
图1是本发明的光学结构示意图；图中：1为主镜，2为校正组第一透镜，3为校正组第二透镜，4为校正组第三透镜，5为校正组第四透镜，6为焦平面快门；
图2是具体实施方式的像差曲线；图中：图2(a)是光学系统像差曲线；图2(b)是光学系统的球差、场曲、畸变曲线。
具体实施方式
参见图1，本发明主焦式折反光学望远镜，包括抛物面主镜1和校正组I以及焦平面快门6，其中，由第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4和第四透镜5组成的校正组I置于主镜1的反射光路上，校正组I主要校正主镜1的边缘视场像差，从而增大有效视场。其中，校正组I按光路走向四片透镜的特征及位置关系依次是：第一透镜2为正光焦度且凸面朝向主镜1的弯月型透镜，第二透镜3为负光焦度且凸面朝向主镜1的弯月型透镜，第三透镜4为负光焦度且凸面朝向主镜1的弯月型透镜。从主镜1反射出来的会聚光束经第一透镜2和第二透镜3，光束发散程度均没有明显变化，这两个透镜主要起校正像差的作用。当光束经第三透镜4时，对光束有一定的发散作用。靠近像面的第四透镜5为正光焦度透镜，主要起会聚光束成像的作用。
工作时，入射光线经抛物面主镜1反射，进入校正组第一透镜2，经第二透镜3，第三透镜4，第四透镜5，然后通过焦平面快门6，最后成像在平场像平面上。当环境温度发生变化时，通过轴向调节第三透镜4，即当高温时第三透镜4向主镜I靠近，当低温时则远离主镜1，从而保证最佳像面调到焦平面光电探测设备上。当需要调节曝光时间时，通过控制焦平面快门6闭合时间实现。
实施例的基本参数如下：
主镜通光孔径：φ1800mm
工作视场：2ω＝3.04°
工作波长：500nm-800nm
实施例的光学结构参数见下表1。
表1实施例的光学结构参数
该实施例的像差曲线见图2(a)和图2(b)，从图中可以看出该光学系统达到了较好的像质水平。
Claims (2)
1. 一种主焦式折反光学系统，包括抛物面主镜（1）和置于像面之前的焦平面快门（6），其特征是由第一透镜（2）、第二透镜（3）、第三透镜（4）和第四透镜（5）组成的校正组(Ⅰ)置于主镜（1）的反射光路上，用于校正主镜（1）的边缘视场像差，增大有效视场，所述第一透镜（2）为正光焦度且凸面朝向主镜(1)的弯月型透镜，所述第二透镜（3）为负光焦度且凸面朝向主镜（1）的弯月型透镜，所述第三透镜（4）为负光焦度且凸面朝向主镜（1）的弯月型透镜，所述第四透镜（5）为靠近像面的正光焦度透镜，第四透镜（5）的形状为双凸且曲率半径短的面朝向主镜(1)；其中，第一透镜（2）和第二透镜（3）对主镜（1）反射的会聚光束进行像差校正，第三透镜（4）对经过像差校正的光束起发散作用，第四透镜（5）对发散的光束会聚成像；
所述第一透镜（2）的凹面为旋转抛物面，第二～四透镜各面均为球面。
2. 根据权利要求1所述的主焦式折反光学系统，其特征是所述第一～四透镜采用融石英玻璃制成。
3. 根据权利要求1所述的主焦式折反光学系统，其特征是所述焦平面快门（6）为大口径幕帘式快门。
4. 根据权利要求1所述的主焦式折反光学系统，其特征是所述第四透镜（5）沿轴向调整，高温时向主镜(1)靠近，当低温时则远离主镜（1），以保证在一定温度范围内的像质水平。
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