一种棱镜光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种棱镜光学系统，包括一个棱镜，该棱镜包括三个光学表面，第一表面为球面，第二表面为自由曲面，第三表面为衍射面；物方产生的入射光线先在第一表面透射，然后依次在第二表面反射，在第一表面反射，最后由第三表面透射出该棱镜。仅采用一块棱镜光学元件实现设计，棱镜材料可选用普通光学玻璃或光学塑料，光学系统组成简单、体积小、重量轻、成本低；具有较大的像面尺寸和视场角，光学系统像面尺寸，视场角。该棱镜元件包含三个光学表面，通过入瞳偏心使得光线依次在棱镜元件三个表面间的透射、反射、全反射、透射，很好的校正了单色像差和复色像差，光学系统成像质量好，同时具有结构简单，易于装配的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种棱镜光学系统，具体为一种基于棱镜元件的成像光学系统。
技术介绍
随着小型化光电成像组件与微图像源等的发展与大量运用，用于照相机、视频记 录仪、投影仪等的光学系统也被要求具有较小的体积、重量及较低的成本。 传统的同轴对称式成像光学系统，光学元件依次分布在光轴上，其压缩空间体积 的能力有限，同时为了消除球差、慧差、像散、畸变、场曲五种单色像差与轴向色差和垂轴色 差两种复色差，不可避免的要采用若干组透镜元件或数个具备特殊面形的透镜元件来进行 像差校正，这直接导致了装配的复杂性及成本的增加。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种棱镜光学系统，用以解决传统的同轴对称式成像光学系 统结构复杂的问题。 为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种棱镜光学系统，包括一个棱镜，该棱镜包 括三个光学表面，分别为第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面为球面，第二表面 为自由曲面，第三表面为衍射面；物方产生的入射光线先在所述第一表面透射，然后依次在 所述第二表面反射，在所述第一表面反射，最后由第三表面透射出该棱镜。该棱镜光学系统的光学参数是：入瞳直径：8mm，视场角：24 °，工作波段为 480nm~644nm。 所述自由曲面满足下面的表达式： 其中，z是光学表面矢高；k为圆锥系数；c为曲率半径；r为光轴方向的半径高度， 有r2=X2+y2;A;是zernike多项式系数； 所述衍射面的衍射面位相分布表达式为： Φ(t) = 2π(B1t2+B2t4+B3t6. ..), 其中，BpB2、B3……为衍射元件的位相系数，t为径向坐标。 所述棱镜光学系统包括设置在所述入射光线的光路上的孔径光阑，所述入射光线 经过所述孔径光阑后在所述第一表面透射；由所述第三表面透射出该棱镜后的出射光线射 到一个像面上。 所述第一表面的曲率半径为-96. 2971mm，所述第二表面的曲率半径 为-62. 8811mm，所述第三表面的曲率半径为-58. 4499mm;所述孔径光阑和第一表面的间 隔为20mm，所述第一表面和第二表面的间隔为13mm，所述第一表面和第三表面的间隔为 16mm，所述第三表面和所述像面的间隔为14. 856mm。 所述自由曲面中，A2= 6. 6634e-007,A3= -0· 27571，A4= 2. 3526e-004 ;所述衍 射面中，衍射级次：1，中心波长：546nm，Bi= 2. 0949e-005,B2= -5. 2945e-007。 所述孔径光阑的偏心类型：Decenter&Return，偏心量：y= -5mm;所述第一 表面的偏心类型：Decenter&Return，偏心量：alf= 10 ° ;所述第二表面的偏心类型： Decenter&Return，偏心量：alf= 25。；所述第三表面的偏心类型：Basic，偏心量：alf= 38. 7。；所述像面的偏心类型：Decenter&Return，偏心量：alf= -2. 17。，y= 6. 46mm。 在所述物方与所述孔径光阑之间的光路上设置有一个望远光学系统，该望远光学 系统与所述棱镜光学系统组成一个中继成像系统；所述望远光学系统包括沿光路依次设置 的第一胶合镜组、第二胶合镜组、第五透镜和第六透镜，所述第一胶合镜组由依次设置的第 一透镜和第二透镜胶合构成，所述第二胶合镜组由依次设置的第三透镜和第四透镜胶合构 成。 所述第一透镜的靠近物方的表面的半径为-32. 51_，所述第一透镜的靠近像方的 表面的半径为19. 72_ ;第二透镜的靠近物方的表面的半径为19. 72_，第二透镜的靠近像 方的表面的半径为131. 1mm;第三透镜的靠近物方的表面的半径为86. 9mm，所述第三透镜 的靠近像方的表面的半径为76. 91_ ;所述第四透镜的靠近物方的表面的半径为76. 91_， 所述第四透镜的靠近像方的表面的半径为-28. 71_ ;所述第五透镜的靠近物方的表面的 半径为37. 288mm，所述第五透镜的靠近像方的表面的半径为-89. 54mm;所述第六透镜的靠 近物方的表面的半径为-36. 12_，所述第六透镜的靠近像方的表面的半径为42. 17_ ; 所述第一透镜的厚度为1. 5_，所述第二透镜的厚度为3_，所述第一胶合镜组与 第二胶合镜组之间的间隔为9. 89mm;第三透镜的厚度为2mm，第四透镜的厚度为6mm，所述 第二胶合镜组与所述第五透镜之间的间隔是〇. 5mm;第五透镜的厚度为6. 5mm，第五透镜与 第六透镜之间的间隔是10. 5_ ;第六透镜的厚度为2. 5_，第六透镜与孔径光阑之间的间 隔为10_。 第一透镜的材料为HLAK50A_CDGM，第二透镜的材料为HFK61_CDGM，第三透镜的材 料为QF1_CDGM，第四透镜的材料为HQK3_CDGM，第五透镜的材料为HK10_CDGM，第六透镜的 材料为QF1_CDGM。 本专利技术与现有技术相比，具有以下优势： (1)仅采用一块棱镜光学元件实现设计，棱镜材料可选用普通光学玻璃或光学塑 料，光学系统组成简单、体积小、重量轻、成本低。 (2)具有较大的像面尺寸和视场角，光学系统像面尺寸，视场角。 (3)该棱镜元件包含三个光学表面，通过入瞳偏心使得光线依次在棱镜元件三个 表面间的透射、反射、反射、透射，很好的校正了单色像差和复色像差，光学系统成像质量 好，同时具有结构简单，易于装配的优点。 (3)系统出瞳距离长，出瞳直径大，可倒置作为头盔显示器使用。 (4)光学系统出瞳位于棱镜元件前可作为中继成像系统使用。【附图说明】 图1是中继成像系统的结构图； 图2是棱镜光学系统的结构图； 图3为棱镜光学系统的点列图； 图4是棱镜光学系统的畸变图； 图5是棱镜光学系统作为头盔显示器变形使用设计图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。 中继成像系统实施例 如图1所示的中继成像系统，整体包括两部分：一部分是望远光学系统，另一部分 是棱镜光学系统。 对于棱镜光学系统，该棱镜光学系统的光学参数是：入瞳直径：8_，视场角：24° ; 棱镜光学系统的工作波段为480nm~644nm;C⑶参数为：像元尺寸：4. 67μmX4. 67μm，像 元数量：1024X768。 如图2所不，该棱镜光学系统的成像部分由一个棱镜构成，从物方至像方沿光线 传输方向依次分布着孔径光阑1、棱镜元件2和像面3,其中，棱镜2包括三个光学表面，如 图2所示，分别为第一表面a、第二表面b和第三表面c，第一表面a为球面，第二表面b为 自由曲面，第三表面c为衍射面。物方产生的入射光线经过孔径光阑1后，先在第一表面a 透射，光线进入到该棱镜2中，然后光线依次在第二表面b反射，反射的光线再在第一表面 a上反射，最后由第三表面c透射出该棱镜2。由第三表面c透射出该棱镜2后的出射光线 射到像面3上，由CCD像面吸收。为了良好校正单色像差和复色像差，以及保证成像质量， 上述反射的光线再在第一表面a上全反射后，由第三表面c透射出该棱镜2。 自由曲面b满足下面的表达式： 其中，z是光学表面矢高；k为圆锥系数；c为曲率半径；r为光轴方向的半径高度， 有r2=X2+y2;A;是ze本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种棱镜光学系统，其特征在于，包括一个棱镜，该棱镜包括三个光学表面，分别为第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面为球面，第二表面为自由曲面，第三表面为衍射面；物方产生的入射光线先在所述第一表面透射，然后依次在所述第二表面反射，在所述第一表面反射，最后由第三表面透射出该棱镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王合龙，陈建发，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南;41