[发明专利]一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法

摘要

本发明公开了一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法，属于光学设计领域。衍射望远镜光学系统由衍射物镜、中继镜和衍射校正镜构成，将传统透射式的中继镜和衍射校正镜改进为反射镜，进行离轴，并在三反射镜系统基础上增加一个反射镜，构成离轴四反射式目镜，提出了一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法。相比透射式系统或基于离轴三反射式衍射望远镜系统，本发明设计方法简单易行，设计的光学系统镜片数量少，变化参数多，并且在大视场、宽波段范围内有着优良的性能。

主权项

1.一种基于离轴四反射镜的衍射望远镜光学系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、基于同轴四反射镜衍射望远镜系统的初始结构参数计算衍射望远镜光学系统由衍射物镜、中继镜、衍射校正镜组成，光线入射后，依次经衍射物镜、中继镜、衍射校正镜到达像面；其中，将中继镜设计为三反射镜结构，衍射校正镜设计为反射式，共同组成四反射镜目镜系统；所述的衍射物镜口径和F数分别为D₁和F₁/#，由三反射镜构成的中继镜中主镜M₁、次镜M₂、三镜M₃顶点的曲率半径分别为R₁、R₂、R₃，主镜M₁、次镜M₂、三镜M₃的非球面系数分别为主镜M₁至次镜M₂距离、次镜M₂至三镜M₃距离、三镜M₃至衍射校正镜的距离分别为d₁、d₂、d₃；衍射校正镜设计成反射式，其F数、曲率半径、非球面系数以及到像面距离分别为F_N/#、R_N、和l₂；对于衍射望远镜光学系统设计，衍射物镜的口径D₁和F₁/#，衍射校正镜的F_N/#作为初始结构参数；根据f1＝l1＝D1×F1/#计算衍射物镜的焦距，利用ZEMAX软件计算出衍射物镜二元面系数；衍射望远镜光学系统存在色差大的问题，为了校正色差，系统结构的设计基于Schupmann消色差原理，衍射物镜与衍射校正镜之间存在以下关系：其中，衍射校正镜的曲率半径初始值可根据RN＝2fN计算；衍射物镜至中继镜距离l1与中继镜至衍射校正镜距离l2存在以下关系：l2＝ηl1由高斯公式可计算出中继镜的焦距(或光焦度)：利用计算出的中继镜焦距frelay和选取的合适镜间距离d，根据以下公式可计算出三个反射镜的曲率半径：其中，为了简化计算，目镜中四个反射镜的非球面系数可利用软件在系统进行优化时直接计算；至此，基于同轴四反射镜衍射望远镜光学系统的初始结构参数D1、F1/#、FN/#、l1、l2、d1、d2、d3、R1、R2、R3、RN以及衍射物镜的二元面系数全部确定；步骤二、将步骤一中获得的初始结构参数输入到ZEMAX光学设计软件中；将光阑至于衍射物镜面上，再将中继镜系统取合适值为离轴量，使系统无中心遮拦，进行光学系统设计优化，即可得到满足要求的离轴四反射镜衍射望远镜光学系统。