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技术

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d

Design method of three mirror anti astigmatism telescope with mirror spacing as free parameter

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及望远镜设计
，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。
技术介绍
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,“Closedformsolutionforthree-mirrortelescopes,correctedforsphericalaberration,coma,astigmatism,andfieldcurvature,”ApplOpt11(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-mirrortelescopes:designandoptimization,”ApplOpt17(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.LeeandS.-M.Yu,“AnalyticDesignProcedureofThree-mirrorTelescopeCorrectedforSphericalAberration,Coma,Astigmatism,andPetzvalFieldCurvature,”JournaloftheOpticalSocietyofKorea13(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。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术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。本专利技术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；步骤二、根据平像场三反消像散望远镜系统的镜面位置需求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、三镜与像面的间隔d3；步骤三、根据近轴边缘光线在像面上的交点高度为零、望远镜三级场曲为零、d1、d2、d3和f，计算主镜、次镜和三镜的曲率半径；步骤四、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步骤三的计算结果计算主镜、次镜和三镜的二次曲面系数。本专利技术的有益效果是：本专利技术以镜间隔为自由参量的解析设计方法可以在预先确定系统的包络尺寸，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。本专利技术解决了现有三反消像散望远镜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)的问题，本专利技术通过新的设计角度和设计思路，能够设计出额外形式的光焦度组合的平像场三反消像散系统，能实现正-负-正及其他形式光焦度组合的三反消像散系统的设计；对于除正-负-正光焦度组合的三反消像散系统提供一种全新的解析三反消像散系统设计理论和设计方法，填补了平像场三反消像散望远镜设计的空白。附图说明图1为本专利技术的原理流程图。图2为本专利技术的设计得出的+1000mm焦距、正-负-正光焦度望远镜系统图。图3为本专利技术的设计得出的+1000mm焦距、正-正-负光焦度望远镜系统图。图4为本专利技术的设计得出的-1000mm焦距、正-正-负光焦度望远镜系统图。图5为本专利技术的设计得出的-1000mm焦距、正-负-正光焦度望远镜系统图。具体实施方式为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。本专利技术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，流程如图1所述，设计流程如下：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。具体为根据应用需求确定系统的焦距，根据应用需求还能确定系统的口径和视场等系统指标，对于设计有中间像面的三反系统(即平像场三反消像散望远镜系统)，则焦距设定为正值；对于设计没有中间像面的三反系统，则焦距设定为负值。步骤二、根据下述两项中的任意一项确定主镜与次镜的间隔d1、次镜与三镜的间隔d2、三镜与像面的间隔(即光学后截距)：平像场三反消像散望远镜系统的镜面位置需求、平像场三反消像散望远镜系统的包络尺寸的需求。镜面位置需求为主镜镜面、次镜镜面和三镜镜面的位置需求。步骤三、根据近轴边缘光线在像面上的交点高度为零、望远镜三级场曲为零、d1、d2、d3和焦距，计算出主镜、次镜和三镜的曲率半径。步骤四、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步骤三的计算结果计算主镜、次镜和三镜的二次曲面系数。上述的曲率半径的求解：如图1，平面场三反消像散光学系统光学设计参量的求解共需满足以下6个条件：条件a、焦距条件：系统焦距为给定值；条件b、成像条件：近轴边缘光线在像面上的交点高度应为零；条件c、球差条件：系统三级球差为零；条件d、彗差条件：系统三级彗差为零；条件e、像散条件：系统三级像散为零；条件g、场曲条件：系统三级场曲为零；这六个条件中，由于条件a、b和g只与表面曲率半径和镜面间隔相关，条件c、d和e还额外与二次曲面系数相关。因此，利用条件a、b和g先解出镜面曲率半径，再利用条件c、d和e解出二次曲面系数。利用近轴边缘光线追迹公式(1)和(2)，条件a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.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，其特征在于，包括如下步骤：/n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；/n步骤二、根据平像场三反消像散望远镜系统的镜面位置需求或包络尺寸需求确定主镜与次镜的间隔d

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，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；
步骤二、根据平像场三反消像散望远镜系统的镜面位置需求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、三镜与像面的间隔d3；
步骤三、根据近轴边缘光线在像面上的交点高度为零、望远镜三级场曲为零、d1、d2、d3和f，计算主镜、次镜和三镜的曲率半径；
步骤四、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步骤三的计算结果计算主镜、次镜和三镜的二次曲面系数。


2.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤三得出两组主镜、次镜和三镜的曲率半径，一组为：









另一组为：









其中，r1表示主镜表面的曲率半径，r2表示次镜表面的曲率半径，r3表示三镜表面的曲率半径。


3.如权利要求1所述的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，其特征在于，所述主镜、次镜和三镜的二次曲面系数的计算公式为：






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【专利技术属性】
技术研发人员：顾志远，颜昌翔，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22