[发明专利]以镜间隔为自由参量的平像场三反消像散望远镜设计方法

说明书

以镜间隔为自由参量的平像场三反消像散望远镜设计方法涉及望远镜设计技术领域，解决了无其他形式解析的望远镜设计方法的问题，包括：根据应用需求确定焦距；根据平像场三反消像散望远镜系统的镜面位置或包络尺寸需求确定主镜与次镜的间隔d₁、次镜与三镜的间隔d₂、三镜后表面与像面的间隔d₃；根据近轴边缘光线在像面上的交点高度和望远镜三级场曲均为零、d₁、d₂、d₃和焦距，计算镜子的曲率半径；根据望远镜三级球差为零、望远镜三级彗差为零、望远镜三级像散为零以及曲率半径计算镜子的二次曲面系数。本发明可以在设计前预先确定直观的结构参量，同时便于快速给出满足条件的所有的三反消像散望远镜所有的设计解。

技术领域

本发明涉及望远镜设计技术领域，具体涉及以镜间隔为自由参量的平像场三反消像散望远镜设计方法。

背景技术

三反消像散光学系统能够同时校正球差、彗差、像散和场曲四种初级像差，因此可以在较大的视场内实现衍射受限的成像质量，并且可以实现紧凑的设计。自20世纪70年代三反消像散望远镜的设计理念被提出以来，其在遥感、天文探测领域应用愈加广泛。

目前，平像场三反消像散光学系统的主流的设计方法一般是将主、次镜的遮拦比和主、次镜的垂轴放大率中的三个参量作为自由设计参量，根据一阶参数限制和消像差要求，通过解方程组来得到光学设计参数的解(详见潘君骅,“具有三个二次曲面反射镜的光学系统研究,”光学学报(08),717-721(1988))。此外，Korsh(D.Korsch,“Closed formsolution for three-mirror telescopes,corrected for spherical aberration,coma,astigmatism,and field curvature,”Appl Opt 11(12),2986-2987(1972).)给出以次、三镜的放大率和次镜的光瞳放大率为自由设计参量的解析解。Robb(P.N.Robb,“Three-mirror telescopes:design and optimization,”Appl Opt 17(17),2677-2685(1978).)以主镜F数，主次镜的组合焦距，主次镜系统焦点与主镜和三镜顶点距离为自由设计参量推导出了镜面曲率半径、间隔和非球面系数的求解公式，并利用数值解法实现了三反消像散系统结构参量的求解。Lee(J.-U.Lee and S.-M.Yu,“Analytic Design Procedure ofThree-mirror Telescope Corrected for Spherical Aberration,Coma,Astigmatism,and Petzval Field Curvature,”Journal of the Optical Society of Korea 13(2),184-192(2009).)提出了以边缘光线在次镜上的交点高度，主、次镜间隔和次、三镜间隔为自由设计参量的三反消像散系统设计参数的求解。

现有的平像场三反消像散光学系统的设计方法中的自由设计参量并不是直观的结构参量(例如镜面间隔)，光学设计者无法在设计前对反射镜的位置、光学系统的包络尺寸进行限定。

并且，现有几种方法仅能实现正-负-正光焦度组合的三反消像散系统设计参数的求解。实际上还存在额外形式的光焦度组合(例如正-正-负光焦度组合)的平像场三反消像散系统。对于除正-负-正光焦度组合的三反消像散系统，目前还未有其他形式解析的三反消像散系统设计理论能够进行求解，也就是还没有其他形式解析的平像场三反消像散望远镜设计方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供以镜间隔为自由参量的平像场三反消像散望远镜设计方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

以镜间隔为自由参量的平像场三反消像散望远镜设计方法，包括如下步骤：

步骤一、根据应用需求确定平像场三反消像散望远镜系统的焦距f；