[发明专利]无遮拦的三反射镜光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学系统，特别涉及一种无遮拦大相对孔径三反射镜光学系统，可使用在波段从紫外到红外的宽光谱成像系统，特别适用于光谱成像仪前置物镜，属光学技术领域。

背景技术

目前，在光学系统设计领域，无遮拦的三反射镜光学系统，一般都采用二次曲面或加偶次非球面来设计。在“一种成像光谱仪前置物镜的设计”([J].光子学报，2003，29(4)：498-499)一文中，公开了一种光学系统，参见附图1，它由主镜M1、次镜M2和三镜M3组成，该系统中，母镜尺寸远远大于有效利用尺寸，采用这种面型设计的光学系统像质也不是很理想，由于元件的旋转对称性和离轴使用的原因，往往使像面上剩余像差的分布很不均匀，某一带的剩余像差很大，满足不了使用要求。此外，由于各个元件的偏心和离轴造成零视场主光线不能沿着各个元件的定点行进，给系统装调带来很大的麻烦。

近年来，光学自由曲面的加工检测技术得到了较快的发展，光学设计者在光学系统设计中采用自由曲面成为可能。国内外已有不少利用自由曲面设计光学照明投影系统的报道，“利用CODE V设计含有自由曲面的光学系统”([J].应用光学.2006，27(2)，120～123)一文中，介绍了自由曲面的光学系统设计。

Zernike多项式是非旋转对称方程，“The mumbers of Optical ResearchAssociates.Eentering Surface Shape and Position[A].(Code V electronicDocument library[C].2004，Vol(I)，4-99～4-101).一文中，应用Zernike多项式来描述自由曲面，公式如下：

Z=cr21+1-(1+k)c2r2+Σj=166Cj+1Zj]]>

其中：

Z为平行z轴方向上的矢高，

c为顶点曲率，

k为二次曲面系数，

Z_j为第j项泽尼克多项式表达式(从1到66)

C_j+1为Z_j项的系数，

r²＝x²+y²为元件上任意点到z轴的距离。

由于Zernike多项式某些项的系数与光学系统的Seide(赛得)系数具有对应关系，为系统像差的校正提供了更多的自由变量，在系统优化的时，可以有针对性地进行像差控制，达到像面上像差均匀分布；表面的非对称性可以对系统的偏心倾斜进行补偿校正，使系统避开遮拦时，不会出现采用二次曲面设计该系统母镜过大不利于加工装调的情况，能够在满足像差要求的情况下，实现大相对孔径，无遮拦系统的设计。

该多项式对应有极坐标(R和θ)下的表达式，具体关系如表1。

表1：Zernike多项式与赛得像差对应关系