四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统

本发明涉及天文光学望远镜光学系统，具体涉及一种结构简单体积紧凑的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统。

背景技术：

1、在数十年来，复消色差折射镜的矫正范围基本限制在436nm波长的g线到707nm波长的r线范围内，无法完全覆盖人眼380nm–780nm的感光波段，也无法对天文学中非常重要的近红外波段提供良好矫正。为了拓宽折射系统的工作波段，往往需要较多数量的镜片结构，这不仅增加了加工难度和成本，也使得系统的体积重量增加。较多的表面还增加了杂光散射，降低了系统的透过率和图像对比度。

技术实现思路

1、发明目的：鉴于以上问题，本发明提供一种结构简单体积紧凑的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统。

2、本发明采用以下方案实现：

3、四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，由三片球面透镜和一片非球面透镜组成，所述光学系统沿光路方向依次设置有球面双凸透镜a、球面双凸透镜b、球面双凹透镜c、非球面双凸透镜d；所述光学系统用于从紫外365nm波长的i线到近红外1014nm波长的t线的宽波段范围内对球差、轴向色差、垂轴色差、彗差和高阶像差进行高度矫正；所述光学系统的最大焦点偏移量小于±0.00035％，在人眼最敏感的546nm波长的e线焦点位置处，365nm–1014nm波长范围内斯特列尔比大于99％，四片透镜使用的光学玻璃在365nm–1014nm波长范围内其10mm内部透过率大于95％。

4、进一步的，所述球面双凸透镜a材料为hoya fcd100，球面双凸透镜b材料为schottf5，球面双凹透镜c材料为ohara s-lah97，非球面双凸透镜d材料为hoya m-fcd1。

5、进一步的，所述非球面双凸透镜d，其前表面为二次非球面，圆锥系数k＝-0.650；后表面为球面。

6、进一步的，所述球面双凸透镜a与球面双凸透镜b之间的空气间隔为0.35mm，球面双凸透镜b与球面双凹透镜c之间的空气间隔为1.30mm，球面双凹透镜c与非球面双凸透镜d之间的空气间隔为1.40mm。

7、进一步的，所述球面双凸透镜a的前表面顶点曲率半径为769.440mm、后表面顶点曲率半径为-1024.450mm；所述球面双凸透镜b的前表面顶点曲率半径为5448.830mm、后表面顶点曲率半径为-2264.190mm；所述球面双凹透镜c的前表面顶点曲率半径为-1173.420mm、后表面顶点曲率半径为539.960mm；所述非球面双凸透镜d的前表面顶点曲率半径为403.760mm、后表面顶点曲率半径为-1829.030mm。

8、进一步的，所述球面双凸透镜a的厚度为14.50mm；所述球面双凸透镜b的厚度为7.20mm；所述球面双凹透镜c的厚度为5.00mm；所述非球面双凸透镜d的厚度为16.80mm。

9、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

10、本发明四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜系统采用包含一个非球面表面的四片透镜，实现了从紫外365nm波长的i线到近红外1014nm波长的t线的宽波段范围内对球差、轴向色差、垂轴色差、彗差和高阶像差的高度矫正。这样，复消色差折射镜的矫正波段不仅彻底覆盖了人眼的感光波段范围(380nm–780nm)，更充分覆盖了现代天文ccd和cmos传感器的感光范围。365nm–1014nm波长范围内最大焦点偏移小于±0.00035％。在人眼最敏感的546nm波长的e线焦点位置处，365nm–1014nm波长范围内斯特列尔比(strehlratio)大于99％。特列尔比(strehl ratio)是在相同光阑直径时实际光学系统(有像差)所成的像与理想完美光学系统(无像差)理想高斯像点之间的光强度之比。斯特利尔比(strehl ratio)最大值为100％，意味着此时光学系统为完美无像差的。常见的行业惯例认为，当斯特利尔比(strehl ratio)达到80％时，光学系统达到“衍射极限”，拥有优秀的光学性能。本发明的光学性能远高于80％斯特利尔比(strehl ratio)的标准，性能与无像差光学系统非常接近。一般情况下实现这样的光学性能需要较多数量的镜片矫正像差，成本高、加工困难、体积重量大，本发明只使用了四个透镜，透镜数量较少、间距小、结构简单、成本低、重量轻、体积紧凑。本发明中所使用的光学玻璃材料经过精心挑选，在365nm–1014nm波长范围内具有高透过率(10mm内部透过率大于95％)。

11、为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本发明作进一步详细说明。

技术特征：

1.四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：由三片球面透镜和一片非球面透镜组成，所述光学系统沿光路方向依次设置有球面双凸透镜a、球面双凸透镜b、球面双凹透镜c、非球面双凸透镜d；所述光学系统用于从紫外365nm波长的i线到近红外1014nm波长的t线的宽波段范围内对球差、轴向色差、垂轴色差、彗差和高阶像差进行高度矫正；所述光学系统的最大焦点偏移量小于±0.00035％，在人眼最敏感的546nm波长的e线焦点位置处，365nm–1014nm波长范围内斯特列尔比大于99％，四片透镜使用的光学玻璃在365nm–1014nm波长范围内其10mm内部透过率大于95％。

2.如权利要求1所述的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：所述球面双凸透镜a材料为hoya fcd100，球面双凸透镜b材料为schott f5，球面双凹透镜c材料为ohara s-lah97，非球面双凸透镜d材料为hoya m-fcd1。

3.如权利要求1所述的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：所述非球面双凸透镜d，其前表面为二次非球面，圆锥系数k＝-0.650；后表面为球面。

4.如权利要求1所述的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：所述球面双凸透镜a与球面双凸透镜b之间的空气间隔为0.35mm，球面双凸透镜b与球面双凹透镜c之间的空气间隔为1.30mm，球面双凹透镜c与非球面双凸透镜d之间的空气间隔为1.40mm。

5.如权利要求1所述的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：所述球面双凸透镜a的前表面顶点曲率半径为769.440mm、后表面顶点曲率半径为-1024.450mm；所述球面双凸透镜b的前表面顶点曲率半径为5448.830mm、后表面顶点曲率半径为-2264.190mm；所述球面双凹透镜c的前表面顶点曲率半径为-1173.420mm、后表面顶点曲率半径为539.960mm；所述非球面双凸透镜d的前表面顶点曲率半径为403.760mm、后表面顶点曲率半径为-1829.030mm。

6.如权利要求5所述的四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，其特征在于：所述球面双凸透镜a的厚度为14.50mm；所述球面双凸透镜b的厚度为7.20mm；所述球面双凹透镜c的厚度为5.00mm；所述非球面双凸透镜d的厚度为16.80mm。

技术总结
本发明公开了一种四片式宽波段消色差消球差消彗差的折射望远镜光学系统，由三片球面透镜和一片非球面透镜组成，所述光学系统沿光路方向依次设置有球面双凸透镜A、球面双凸透镜B、球面双凹透镜C、非球面双凸透镜D构成。实现了从紫外365nm波长的i线到近红外1014nm波长的t线的宽波段范围内对球差、轴向色差、垂轴色差、彗差和高阶像差的高度矫正，透镜数量较少、间距小、结构简单、成本低、重量轻、体积紧凑。546nm波长的e线焦点位置处，365nm–1014nm波长范围内轴上斯特利尔比(Strehl Ratio)大于99％。本发明适用于成像和目视观测使用。

技术研发人员：李正阳,丛迦南
受保护的技术使用者：中国科学院南京天文光学技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16