弯月镜结构补偿镜的折反型望远系统

　　1　引　言

　　现在大批量生产的斯密特-卡塞格林型望远镜有大的长径比和比较窄的光谱波段两大缺陷,而本文所介绍的新型折反系统的弯月型校正镜,可对上述两个缺陷进行补偿。本文介绍了弯月补偿镜材料与次镜材料相同与不同时光学系统的性能,其结构优良,容易制造,表面全部采用球面。弯月校正镜直径仅是入瞳的1/3。结构紧凑,长径比率仅为1.5~1.6,即长度仅是最大口径的1.6倍。系统指标为F#7,全长是焦距的1/4,全视场为2°,遮拦比为0.33,波段较宽,为400~1 100nm。从原理上讲,斯密特-卡塞格林型望远镜不能消除色球差。若要降低长径比,则非球面的偏心差在大批量装配情况下,工差带就窄很多,严很多。为了应对这些缺陷,需提高次镜口径,减小平板非球面性,以减小由此平板产生的色球差,但由此也扩展了制造偏心工差,提高了中心遮拦比,从而降低了中高频的对比度。新型斯密特-卡塞格林型望远镜,孔径比可以做到1/6.3,但是中心遮拦比高达18.5%[2],这样的望远镜不适合进行天文细节观察,如细结构的星云,月球环型山的细节等。F#10斯密特-卡塞格林型望远镜也存在严重不足,如对于弱的散射目标,曝光时间需要长达几个小时,尤其是对于现代彩色底片;即使在合理的延时时间内(1~1.5 h),对于现代的具有较高敏感度的黑白底片也没有足够的曝光量。通常避开这些不足的做法是:增加正负元件组合使相对孔径增大到F#6.3,其位于主镜之后,焦点之前。这样的正负元件组合可以起到平像场的作用,可以使视场达到1.4~1.7°[3]。然而,这样的焦距转换器存在散射、光吸收等问题,在像面上产生类似化妆的背景效果[3]。为解决这些问题,本文提出了一种改进的折反结构系统.

　　2　改进的折反结构系统

　　2.1　新型R-C望远镜布局

　　图1所示的新型R-C折反望远镜的光学参数如下:

　　焦距为1 000 mm,F#7,遮拦比为0.33,最大半视场为1°,主镜到次镜距离为263 mm,其长度约为焦距的1/4,主镜口径175 mm,长径比=263/175≈1.5,相对于传统的R-C望远镜是非常紧凑的结构.

　　2.2　弯月镜与次镜材料相同时系统的光学性能

　　图2中的Mangin反射镜与弯月镜是由同种材料制成的。两个半径的关系决定了其所引进的位置色差的正负,因为所引进的位置色差很小,所以其半径差也非常小,所引进的单色差与单纯的球面镜前后相差很小,故等光程的条件易于满足[5],如图2所示。其特点如下:几乎是等半径的弯月镜是非焦型负透镜,其凹面朝着物方。Man-gin反射镜是负透镜,背面是反射面,作为次镜。

　　应该强调的是,因为材料的一致性,系统的二级光谱非常小。在486.1 (F)~656.3 (C)波段,系统的二级光谱将比采用消色差双透镜型的R-C型同焦距望远镜小100倍左右,比消色差型同焦距望远镜小170倍左右。此结构不仅消除了3个初级像差,而且基本消除了二级光谱。当弯月镜、次镜和场镜材料都选择熔石英时,系统的光学性能达到衍射极限的水平,图3,4,5,6为像质曲线。