CN116699827B - 用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统。光学系统包括主镜、次镜、改正镜组和焦面。主镜为双曲面反射镜，主镜沿光轴开设有主镜中心孔；次镜位于主镜的反射面的一侧，次镜为双曲面反射镜；改正镜组包括依次排列的第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜、第四改正镜和第五改正镜，改正镜组穿过主镜中心孔；其中，第一改正镜和第五改正镜分别为弯月正透镜，第二改正镜为弯月负透镜，第三改正镜为双凹透镜，第四改正镜为平凸透镜；焦面设置于主镜背离次镜的一侧。本申请实施例的光学系统满足宽视场、高成像质量、快焦比以及结构紧凑的需求。

Description

用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统

技术领域

本申请属于天文光学望远镜技术领域，尤其涉及一种用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统。

背景技术

天体的光谱是它们在宇宙洪流中的信标，标示着它们物理性质的指纹，暗含着解锁它们气源奥秘的密码。通过光谱观测，可以绘制三维宇宙地图，估算遥远星系的年龄，分析近邻恒星的化学组成，测量大质量黑洞的吸积，揭示罕见暂现天体的身份。因此，光谱观测在天文学研究中占据着极为重要的位置。第五代光谱巡天要求望远镜口径6米级以上中大口径观测更暗弱的天体的光谱观测，海量的备选天体则要求巡天必须能在很大的视场内观测数以万计的目标，焦面可同时安装上万根光纤单元。光纤的传输效率和光纤焦比退化，要求望远镜为快焦比系统。同时考虑圆顶内视宁度的影响，要求望远镜结构紧凑。

光学系统是中大口径宽视场光谱巡天望远镜最核心关键技术之一，关系到望远镜视场、巡天效率、成像质量等重要参数，也决定了望远镜的整体外观，同时也是望远镜结构设计和成本控制的重要依据。目前，光谱巡天望远镜一般采用主焦光学系统，无法满足宽视场、高成像质量、快焦比以及结构紧凑的需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统，旨在解决中大口径天文望远镜无法满足大视场，高成像质量以及快焦比的需求，同时兼顾结构紧凑的问题。

本申请第一方面提供一种用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统，包括主镜、次镜、改正镜组和焦面。主镜为双曲面反射镜，主镜沿光轴开设有主镜中心孔；次镜位于主镜的反射面的一侧，次镜为双曲面反射镜；改正镜组包括依次排列的第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜、第四改正镜和第五改正镜，改正镜组穿过主镜中心孔；其中，第一改正镜和第五改正镜分别为弯月正透镜，第二改正镜为弯月负透镜，第三改正镜为双凹透镜，第四改正镜为平凸透镜；焦面设置于主镜背离次镜的一侧；其中，光学系统的视角为3度，焦比为3.5-3.8。

在一些实施例中，第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜和第四改正镜位于次镜与主镜之间；第五改正镜位于主镜与焦面之间。

在一些实施例中，主镜的口径为6500mm，主镜的焦比为1.25；次镜的口径为2450mm；第一改正镜的口径为1650mm。

在一些实施例中，第三改正镜朝向第四改正镜的曲面与第四改正镜朝向第三改正镜的曲面互相偏心。

在一些实施例中，第三改正镜朝向第四改正镜的曲面的倾斜度为0.13525°，第四改正镜朝向第三改正镜的曲面的倾斜度为0.13727°。

在一些实施例中，第三改正镜和第四改正镜分别在垂直于光轴的平面内旋转，旋转夹角α满足以下条件：0°≤α≤90°。

在一些实施例中，主镜与次镜之间的距离为5500mm；次镜与第一改正镜之间的距离为4175mm；第五改正镜与焦面之间的距离为786.4mm；光学系统覆盖的波段为360nm~1000nm；光学系统的全视场范围内主光线与法线的夹角小于0.5°。

在一些实施例中，第一改正镜的后表面、第二改正镜的后表面和第五改正镜的后表面分别为10阶偶次非球面的高次非球面，焦面为满足8阶偶次非曲面的高次非球面光纤焦面。

在一些实施例中，焦面与改正镜组密封连接。

在一些实施例中，主镜的曲率半径为-16256.000mm；

次镜的曲率半径为-8075.319mm；

第一改正镜的前表面的曲率半径为3213.896mm，第一改正镜的后表面的曲率半径为9980.972mm；

第二改正镜的前表面的曲率半径为2854.672mm，第二改正镜的后表面的曲率半径为1586.402mm；

第三改正镜的前表面的曲率半径为-5319.874mm，第三改正镜的后表面的曲率半径为3833.925mm；

第四改正镜的前表面的曲率半径为3176.538mm，第四改正镜的后表面为平面；

第五改正镜的前表面的曲率半径为1578.541mm，第五改正镜的后表面的曲率半径为2108.729mm；

焦面的曲率半径为-9377.12mm。

与现有技术相比，本申请实施例提供的用于光谱巡天望远镜的光学系统包括主镜、次镜、改正镜组和焦面。本实施例的望远镜采用卡焦光学系统，主镜用于接收外部平行光，外部平行光经过主镜反射调整方向从而形成反射光，反射光经过次镜再次反射调整方向，二次反射的反射光依次经过第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜、第四改正镜和第五改正镜，透射至焦面上。本实施例的光学系统的视角为3度，焦比为3.5-3.8，相对于主焦光学系统，本申请实施例的光学系统具有更大的视场范围，而且经过光学校正，使得成像更加准确、清晰和平坦，从而提高了成像质量，此外，卡焦光学系统可以通过多次反射来折叠光路，使得望远镜的整体长度相对较短。因此，本申请实施例的用于光谱巡天望远镜的光学系统满足宽视场、高成像质量、快焦比以及结构紧凑的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一些实施例提供的光学系统结构示意图；

图2为图1所示光学系统的光线传播示意图；

图3为实施例1的光学系统的RMS弥散斑半径图；

图4为实施例1的光学系统的80%能量集中度图。

附图标号如下：

光学系统100；主镜10；主镜中心孔11；次镜20；改正镜组30；第一改正镜31；第二改正镜32；第三改正镜33；第四改正镜34；第五改正镜35；改正镜筒36；焦面40。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本申请的原理，但不能用来限制本申请的范围，即本申请不限于所描述的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“垂直”并不是严格意义上的垂直，而是在误差允许范围之内。“平行”并不是严格意义上的平行，而是在误差允许范围之内。

在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本申请的具体结构进行限定。在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1为本申请一些实施例提供的光学系统结构示意图；图2为图1所示光学系统的光线传播示意图。

请结合参阅图1和图2，本申请第一方面提供一种用于中大口径的光谱巡天望远镜的光学系统100，包括主镜10、次镜20、改正镜组30和焦面。主镜10为双曲面反射镜，主镜10沿光轴开设有主镜中心孔11；次镜20位于主镜10的反射面的一侧，次镜20为双曲面反射镜；改正镜组30包括改正镜筒36以及分别设置于改正镜筒36内且依次排列的第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33、第四改正镜34和第五改正镜35，改正镜组36穿过主镜中心孔11；其中，第一改正镜31和第五改正镜35分别为弯月正透镜，第二改正镜32为弯月负透镜，第三改正镜33为双凹透镜，第四改正镜34为平凸透镜；面设置于主镜10背离次镜20的一侧。其中，光学系统的视角为3度，焦比为3.5-3.8。

需要说明的是，“中大口径”是指望远镜口径在4米到6米级的望远镜。

示例性的，主镜10可以为双凹反射镜，次镜20为左端面和右端面均向右侧凸出的反射镜。第一改正镜31可以为左端面向左凸出、右端面为向左凹陷的弯月正透镜，第二改正镜32为左端面和右端面均向左凸出的弯月负透镜，第三改正镜为左端面和右端面均向内凹陷的双凹透镜，第四改正镜为左端面向左凸出、右端面为平面的平凸透镜，第五改正镜为左端面和右端面均向左凸出的弯月正透镜。第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33、第四改正镜34和第五改正镜35均密封在改正镜筒36内。其中，第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33和第四改正镜34和第五改正镜35用于校正球差、像散和慧差，同时，第三改正镜33和第四改正镜34用于校正大气色散。

主焦光学系统100通常由一个反射镜组成，负责将光线反射聚集至焦面40上。因此，在主焦光学系统100中，光线直接通过反射镜到达焦面40。而在本申请实施例中，主镜10用于接收外部平行光，外部平行光经过主镜10反射调整方向从而形成反射光，反射光经过次镜20再次反射调整方向，二次反射的反射光依次经过改正镜筒36内的第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33、第四改正镜34和第五改正镜35，透射至焦面40上。

其中，焦面是指光线通过各个光学元件后，聚焦在特定位置形成的表面，为光线汇聚的位置，可以放置探测器、传感器等，用于捕捉或记录成像信息。

光学系统的视角为3度，能够覆盖较大的视场范围，从而可以观测到更广阔的天空范围。

光学系统100的焦比为3.5-3.8，焦比是指光学系统100的焦距与光学口径之比。本申请实施例的光学系统100的焦比较小，即具有快焦比，能够收集更多的光线，提高了光学系统的灵敏度和光线采集能力。较小的焦比有助于减小光纤焦比退化和提高光纤的传输效率。较小的焦比有助于减少某些像差，如球差和慧差。较小的焦比可以实现较大的视场，有助于在相对较大的视场内保持较好的像质和图像均匀性，因此可以使得光学系统100的结构更紧凑。

可选的，光学系统100的焦比为3.6，也可以为3.5-3.8范围内的任意数字，例如还可以为3.5、3.7、3.8等。

本申请实施例的光学系统100属于卡焦光学系统100，包括多个光学元件，主镜10、次镜20和改正镜组30位于主光轴上的不同位置，这种设计可以增加光学路径的长度，从而提供更多的光线-物体交互，有助于减少像差和畸变，提高光学性能和图像质量。而且改正镜组30中的各个改正镜可以纠正色差和像差，使得成像更加准确、清晰和平坦，从而提高成像质量。而且卡焦光学系统100具有较宽的视场，使得光线能够在整个视场范围内均匀地汇聚到焦面40上。此外，卡焦光学系统100可以通过多次反射来折叠光路，使得望远镜的整体长度相对较短。因此，本申请实施例的用于光谱巡天望远镜的光学系统100满足宽视场、高成像质量、快焦比以及结构紧凑的需求。

光学系统100的边缘视场引入的渐晕小于或等于3%。边缘视场的渐晕是指图像在边缘区域相对中心区域的亮度降低。通过控制渐晕在≤3%，可以实现更均匀的亮度分布，使图像在整个视场范围内呈现一致的亮度。这有助于避免中心和边缘区域之间的明显亮度差异，提高图像的观看体验和可读性。边缘视场的渐晕可能会导致图像失真，例如颜色偏移、亮度不均匀等。通过控制渐晕在较低的水平（≤3%），可以减少这些图像失真的影响，保持图像的准确性和一致性。渐晕会在图像边缘引入暗部，从而降低图像的对比度和清晰度。通过控制渐晕在较低的水平，可以提高图像的对比度和清晰度，使细节更加清晰可见。

在一些实施例中，主镜的曲率半径为-16256.000mm；次镜的曲率半径为-8075.319mm；第一改正镜的前表面的曲率半径为3213.896mm，第一改正镜的后表面的曲率半径为9980.972；第二改正镜的前表面的曲率半径为2854.672mm，第二改正镜的后表面的曲率半径为1586.402mm；第三改正镜的前表面的曲率半径为-5319.874mm，第三改正镜的后表面的曲率半径为3833.925mm；第四改正镜的前表面的曲率半径为3176.538mm，第四改正镜的后表面为平面；第五改正镜的前表面的曲率半径为1578.541mm，第五改正镜的后表面的曲率半径为2108.729mm；焦面的曲率半径为-9216.780mm。通过调节曲率半径，可以控制光学元件的焦距，实现对光线的聚焦或发散。通过选择合适的曲率半径，可以满足光学系统100的要求。

在一些实施例中，第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33和第四改正镜34位于次镜20与主镜10之间；第五改正镜35位于主镜10与焦面40之间。

改正镜组30可以校正光学系统100中的色差，色差是不同波长的光线经过光学系统100后汇聚在不同位置的现象，设置改正镜可以调整光线的传播路径和折射效果，以使不同波长的光线汇聚到相同焦面40上，提高色彩的准确性和一致性。通过将不同的改正镜设置在不同位置，可以更精确的实现系统优化。这些改正镜的配置可以在不同的位置上引入光学校正，以最大程度地提高光学系统100的光学性能和成像质量。

在一些实施例中，主镜10的口径为6500mm，主镜10的焦比为1.25；次镜20的口径为2450mm；第一改正镜31的口径为1650mm。

本申请实施例的主镜10、次镜20和第一改正镜31的口径大小设置便于收集和聚焦更多的光线，实现大口径、宽视角、宽波段覆盖、快焦比的光学系统100。

主镜10的焦比是指主镜10的焦距与主镜10的有效口径直径之间的比值。本申请实施例的主镜10的焦比较小，有助于实现快焦比和减小光路尺寸。

在一些实施例中，第三改正镜33朝向第四改正镜34的曲面与第四改正镜34朝向第三改正镜33的曲面互相偏心。

也就是说，第三改正镜33的右端面与第四改正镜34的左端面偏心构成大气色散校正系统，第三改正镜33与第四改正镜34的相对位置存在一个偏移。具体来说，第三改正镜33的中心轴与第四改正镜34的中心轴在水平方向上不重合，而是有一定的偏移量。

由于不同波长的光线在穿过大气层时会以微小的角度偏离光轴，导致观测到的天体图像产生轴向色差。本申请实施例的第三改正镜33的右端面与第四改正镜34的左端面存在偏心，增加了光学系统100不同波长的色散，正好与大气的色散相互抵消，可以实现大气色散的校正。偏心设计使得不同波长的光线在通过第三改正镜33和第四改正镜34时经历不同的光程，从而引起不同的折射角偏移。这种差异可以被后续的光学元件所补偿，从而将不同波长的光线重新对准在焦面40上，增大了光学系统100的色差，校正了大气色散。

在一些实施例中，第三改正镜33朝向第四改正镜34的曲面的倾斜度为0.13525°，第四改正镜34朝向第三改正镜33的曲面的倾斜度为0.13727°。

也就是说，第三改正镜33的右端面的倾斜角度为0.13525°，第四改正镜34的左端面的倾斜角度为0.13727°。观测过程中，第三改正镜33和第四改正镜34相对旋转可均匀的校正大气色散，在0度到55度天顶角有均匀的像质。

在一些实施例中，第三改正镜33和第四改正镜34分别在垂直于光轴的平面内旋转，旋转夹角α满足以下条件：0°≤α≤90°。

需要说明的是，第三改正镜33和第四改正镜34的旋转是沿同一旋转轴旋转，且向相反的方向旋转。例如第三改正镜33顺时针旋转，则第四改正镜34逆时针旋转。本申请实施例的第三改正镜33和第四改正镜34之间相对旋转α的角度，可以校正0°到60°天顶角 360nm到1000nm波长内的大气色散，使得巡天观测天区范围内成像质量均匀。

在一些实施例中，主镜10与次镜20之间的距离为5500mm；次镜20与第一改正镜31之间的距离为4175mm；第五改正镜35与焦面40之间的距离为786.4mm，从而实现了大口径、宽视场、宽波段覆盖的光学系统100。

光学系统100覆盖的波段为360nm~1000nm，覆盖可见光至近红外波段。

光学系统100的全视场范围内主光线与法线的夹角小于0.5°，满足焦面40光纤单元的安装需求，实现整个焦面40光纤耦合一致性。

在一些实施例中，焦面40为满足10阶偶次非曲面的高次非球面光纤焦面40。

本申请实施例在焦面40上设置成千上万跟光纤定位单元，例如约2万根光纤定位单元，经过光纤导入到光谱仪实现光谱巡天观测。光纤焦面40通过将光学系统100的输出耦合到光纤上，可以实现更灵活、更简便的光束传输和终端仪器布局。光纤焦面40提供了一个易于控制和定位的焦点，使得光束的耦合和对准更加容易，减少了对复杂光学元件的需求。而高次非球面光纤焦面40可以通过设计非球面曲率，减少或纠正光学系统100中的像差。

8阶偶次非曲面的高次非球面光纤焦面40是指光纤末端形成的焦面40具有8阶偶次非曲面的特征，也就是说焦面40的曲率分布可以由8阶偶次多项式函数描述，其中包含了8阶的非线性项。具体的函数公式为：

其中，C=1/R，R为曲率半径，k为锥度系数，r为半径，a1为2阶非球面系数，a2为4阶非球面系数，a3为6阶非球面系数，a4为8阶段非球面系数，a5为10阶非球面系数。

在一些实施例中，焦面40与改正镜组30密封连接。具体地，改正镜组30具有改正镜筒36，第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33、第四改正镜34和第五改正镜35均位于改正镜筒36内，焦面40与改正镜筒36密封连接。本申请实施例的密封连接可以消除杂散光的影响。

实施例

以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

实施例1

实施例1的用于光谱巡天望远镜的光学系统100，包括主镜10、次镜20、改正镜组30和焦面。主镜10为双曲面反射镜，主镜10沿光轴开设有主镜中心孔11；次镜20位于主镜10的反射面的一侧，次镜20为双曲面反射镜；改正镜组30包括改正镜筒36以及分别设置于改正镜筒36内且依次排列的第一改正镜31、第二改正镜32、第三改正镜33、第四改正镜34和第五改正镜35，改正镜组36穿过主镜中心孔11；其中，第一改正镜31和第五改正镜35分别为弯月正透镜，第二改正镜32为弯月负透镜，第三改正镜33为双凹透镜，第四改正镜34分别为平凸透镜；焦面设置于主镜10背离次镜20的一侧。其中，光学系统的视角为3度，焦比为3.68。主镜10的口径为6500mm，主镜10的焦比为1.25；次镜20的口径为2450mm；第一改正镜31的口径为1650mm。第三改正镜33朝向第四改正镜34的曲面与第四改正镜34朝向第三改正镜33的曲面互相偏心。第三改正镜33朝向第四改正镜34的曲面的倾斜度为0.13525°，第四改正镜34朝向第三改正镜33的曲面的倾斜度为0.13727°。

第一改正镜31、第二改正镜32、第五改正镜35和焦面40为高次非曲面。各非球面表面的面型由偶数次非球面表示，其表示的旋转对称多项式非球面在一个球面（或用二次曲面确定的非球面）基础上增加一个多项式的增量来描述。偶数次非球面用径向坐标值的偶数次幂来描述非球面，标准基面用曲率半径和二次曲面系数确定。面型坐标由下式确定：

其中，C=1/R，R为曲率半径，k为锥度系数，r为半径，a1为2阶非球面系数，a2为4阶非球面系数，a3为6阶非球面系数，a4为8阶段非球面系数，a5为10阶非球面系数。

实施例1的用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统的具体参数如表1所示。

表1

上表1中，曲率半径的正负号以光线出射侧为原点，相对于光线出射侧为凸面表示为正，凹面表示为负。其中，L1-F为第一改正镜的前表面，L1-B为第一改正镜的后表面；L2-F为第二改正镜的前表面，L2-B为第二改正镜的后表面；L3-F为第三改正镜的前表面，L1-B为第三改正镜的后表面；L4-F为第四改正镜的前表面，L4-B为第四改正镜的后表面；L5-F为第五改正镜的前表面，L5-B为第五改正镜的后表面。

“MIRROR（Ohara E6 borosilicate）”是指一种由Ohara公司生产的镜片材料，具体是E6硼硅酸盐玻璃。E6硼硅酸盐玻璃是一种硼硅酸盐玻璃，具有较低的热膨胀系数和较高的抗热冲击性能。这种材料具有良好的光学透过性，能够传输多种波长范围的光线，包括可见光和近红外光。它还具有较高的化学稳定性和耐腐蚀性，可用于各种环境条件下的光学器件。

“MIRROR（Zerodur glass）”是指一种特殊的玻璃陶瓷材料，被用于制造高精度的光学镜面。Zerodur是由SCHOTT公司开发和生产的一种无热膨胀陶瓷材料，具有极低的热膨胀系数。Zerodur玻璃陶瓷是由硼硅酸盐玻璃经过特殊的热处理和控制冷却过程制成的。它具有非常低的热膨胀系数，几乎为零，因此被称为"Zerodur"。这使得Zerodur材料在温度变化时能够保持其形状和尺寸的稳定性，避免因热胀冷缩而引起的形状畸变或应力变化。“AIR”为空气，“SILICA”为二氧化硅。

对于高次非曲面的非球面系数如下表2所示：

表2

如图3的RMS弥散斑半径图所示，视场内平均RMS弥散斑半径小于25um。RMS（RootMean Square）弥散斑半径是一种用来衡量光学系统的光学质量的指标。它描述了光线经过光学系统后在焦点附近的弥散情况。RMS弥散斑半径表示了光线在焦点附近的空间分布情况。它量化了光学系统中的像差，即光线汇聚于焦点时由于光学元件的非理想性导致的偏离理想聚焦的程度。更具体地说，RMS弥散斑半径是指在焦点附近测量的光斑直径的均方根值。RMS弥散斑半径越小，表示光线在焦点附近的分布越紧凑，光学系统的像差越小，成像质量越高。相反，RMS弥散斑半径越大，则表示光线在焦点附近的分布更为散乱，光学系统的像差越大，成像质量越差。

如图4的80%能量集中度图所示，80%能量集中度半径优于30um。能量集中度是一种衡量光学系统光学质量的指标。它描述了以偏离主光线或物点像的重心的距离为函数的包围圆能量占总能量的百分比。80%能量集中度表示以离主光线或物点像的重心的距离为函数的所包围圆能量占总能量80%的距离。80%能量集中度的半径越小，光学系统的像差越小，成像质量越高。相反，80%能量集中度的半径越大，则表示光线在焦点附近的分布更为散乱，光学系统的像差越大，成像质量越差。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于中大口径光谱巡天望远镜的光学系统，其特征在于，包括：

主镜，所述主镜为双曲面反射镜，所述主镜沿光轴开设有主镜中心孔；

次镜，位于所述主镜的反射面的一侧，所述次镜为双曲面反射镜；

改正镜组，包括依次排列的第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜、第四改正镜和第五改正镜，所述改正镜组穿过所述主镜中心孔；其中，所述第一改正镜和所述第五改正镜分别为弯月正透镜，所述第四改正镜为平凸透镜，所述第二改正镜为弯月负透镜，所述第三改正镜为双凹透镜；

焦面，设置于所述主镜背离所述次镜的一侧；

其中，所述光学系统的视角为3度，焦比为3.5-3.8。

2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一改正镜、第二改正镜、第三改正镜和第四改正镜位于所述次镜与所述主镜之间；

所述第五改正镜位于所述主镜与所述焦面之间。

3.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述主镜的口径为6500mm，所述主镜的焦比为1.25-1.5；

所述次镜的口径为2450mm；

所述第一改正镜的口径为1650mm。

4.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三改正镜朝向所述第四改正镜的曲面与所述第四改正镜朝向所述第三改正镜的曲面互相偏心。

5.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三改正镜朝向所述第四改正镜的曲面的倾斜度为0.13525°，所述第四改正镜朝向所述第三改正镜的曲面的倾斜度为0.13727°。

6.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第三改正镜和所述第四改正镜分别在垂直于所述光轴的平面内旋转，旋转夹角α满足以下条件：0°≤α≤90°。

7.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述主镜与所述次镜之间的距离为5500mm；

所述次镜与所述第一改正镜之间的距离为4175mm；

所述第五改正镜与所述焦面之间的距离为786.4mm；

所述光学系统覆盖的波段为360nm~1000nm；

所述光学系统的全视场范围内主光线与法线的夹角小于0.5°。

8.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述第一改正镜的后表面、所述第二改正镜的后表面和所述第五改正镜的后表面分别为10阶偶次非球面的高次非球面，所述焦面为满足8阶偶次非曲面的高次非球面焦面。

9.根据权利要求1~8任一项所述的光学系统，其特征在于，所述焦面与所述改正镜组密封连接。

10.根据权利要求1~8任一项所述的光学系统，其特征在于，所述主镜的曲率半径为-16256.000mm

所述次镜的曲率半径为-8075.319mm；

所述第一改正镜的前表面的曲率半径为3213.896mm，所述第一改正镜的后表面的曲率半径为9980.972mm；

所述第二改正镜的前表面的曲率半径为2854.672mm，所述第二改正镜的后表面的曲率半径为1586.4mm；

所述第三改正镜的前表面的曲率半径为-5319.874mm，所述第三改正镜的后表面的曲率半径为3833.925mm；

所述第四改正镜的前表面的曲率半径为3176.538mm，所述第四改正镜的后表面为平面；

所述第五改正镜的前表面的曲率半径为1578.541mm，所述第五改正镜的后表面的曲率半径为2108.729mm；

所述焦面的曲率半径为-9377.126mm。