自由曲面离轴三反光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种自由曲面离轴三反光学系统，包括：一光阑，位于光线的入射光路上；一主反射镜，位于光线的入射光路上，所述光线依次经过所述光阑和主反射镜；一次反射镜，位于所述主反射镜的反射光路上；一第三反射镜，位于所述次反射镜的反射光路上；以及一探测器，位于所述第三反射镜的反射光路上；所述次反射镜所处的空间定义一第一三维直角坐标系，所述次反射镜的顶点为第一三维直角坐标系的原点；所述主反射镜和第三反射镜所处的空间定义一第二三维直角坐标系；所述主反射镜和第三反射镜的反射面采用同一自由曲面方程描述，且该自由曲面方程为一6次多项式；所述次反射镜的反射面为一10次多项式非球面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学系统设计领域，尤其涉及一种自由曲面离轴Η反光学系统。
技术介绍
自由曲面是指无法用球面或非球面系数来表示的非传统曲面，通常是非回转对称 的，结构灵活，变量较多，为光学设计提供了更多的自由度，可W大大降低光学系统的像差， 减小系统的体积、重量与镜片数量，可W满足现代成像系统的需要，有着广阔的发展应用前 景。由于自由曲面有非对称面并提供了更多的设计自由度，他们常被用在离轴非对称系统 中。 然而，现有的自由曲面离轴Η反光学系统主要针对线视场，F数较大，而且Η个曲 面均为自由曲面，且主反射镜与第Η反射镜分离，加工与装调难度相当大，不易于实现。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可W实现大视场角，小F数且加工与装调难度小的 自由曲面离轴Η反光学系统。 -种自由曲面离轴Η反光学系统，包括；一光阔，该光阔设置在光线的入射光路 上；一主反射镜，该主反射镜设置在光线的入射光路，所述光线依次经过所述光阔和主反射 镜，所述主反射镜用于将所述光线反射，形成一第一反射光；一次反射镜，该次反射镜设置 在所述主反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光二次反射，形成一第二反射光；一第 Η反射镜，该第Η反射镜设置在所述次反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光再次 反射，形成一第Η反射光；W及一探测器，该探测器位于所述第Η反射镜的反射光路上，用 于接收所述第Η反射光并成像；所述次反射镜所处的空间定义一第一Η维直角坐标系（X， Υ，Ζ)，所述次反射镜的顶点为该第一Η维直角坐标系狂，Υ，幻的原点；所述主反射镜W及 第Η反射镜所处的空间定义一第二Η维直角坐标系（X'，Υ'，Ζ'），该第二Η维直角坐标系 (X'，Υ'，Ζ'）为所述第一Η维直角坐标系狂，Υ，幻沿Ζ轴方向平移得到；所述主反射镜的 反射面和第Η反射镜的反射面采用同一自由曲面方程描述，且该自由曲面方程为关于X'y' 的6次多项式；所述次反射镜的反射面为关于xy的10次多项式非球面。 与现有技术比较，本专利技术提供的自由曲面离轴Η反光学系统可W实现较小F 数、较大视场角的矩形视场成像，且成像质量良好，其中，F数可达2. 13,视场角可达到 6.4°Χ8° ;系统的主反射镜的反射面和第Η反射镜的反射面采用同一自由曲面方程描 述，加工时不需要变换坐标系与加工方程，降低加工难度，同时有利于将其加工在一块元件 上；另外，系统的次反射镜采用非球面，大大降低装调难度，使系统易于实现。【附图说明】 图1为本专利技术实施例提供的自由曲面离轴Η反光学系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的自由曲面离轴Η反光学系统的光路示意图。图3为为本专利技术实施例提供的自由曲面离轴Η反光学系统在长波红外波段下部 分视场角的调制传递函数MTF曲线。 主要元件符号说明如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本专利技术。【具体实施方式】 下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的自由曲面离轴Η反光学系统100 做进一步的详细说明。 请参阅图1-2,本专利技术实施例提供一种自由曲面离轴Η反光学系统100,包括；一 光阔102、一主反射镜104、一次反射镜106、一第Η反射镜108W及一探测器110。所述光 阔102设置在光线的入射光路上，用于控制入射光线的直径；所述主反射镜104也位于光线 的入射光路上，所述光线依次经过所述光阔和所述主反射镜；所述次反射镜106位于所述 主反射镜104的反射光路上；所述第Η反射镜108位于次反射镜106的反射光路上；所述探 测器110位于第Η反射镜108的反射光路上。所述主反射镜104W及第Η反射镜108的反 射面均为自由曲面，所述次反射镜106的反射面为一非球面。 所述自由曲面离轴Η反光学系统100工作时的光路如下；入射光线通过光阔102 后入射到所述主反射镜104的反射面上，经该主反射镜104的反射面反射后形成一第一反 射光，该第一反射光入射到所述次反射镜106的反射面上，经该次反射镜106的反射面反射 后形成一第二反射光，该第二反射光入射到所述第Η反射镜108的反射面上，经该第Η反 射镜108的反射面反射后形成一第Η反射光被所述探测器110接收并成像。 为了描述方便，将所述次反射镜106所处的空间定义一第一Η维直角坐标系（X， Υ，Ζ)，所述次反射镜106的顶点为该第一立维直角坐标系化Υ，幻的原点，通过次反射镜 106顶点的一条水平方向的直线为Ζ轴，向左为负向右为正，Υ轴在图1所示的平面内，垂直 于Ζ轴向上为正向下为负，X轴垂直于ΥΖ平面，垂直ΥΖ平面向里为正向外为负。所述主反 射镜W及第Η反射镜所处的空间定义一第二Η维直角坐标系（X'，Υ'，Ζ'），该第二Η维直角 坐标系（X'，Υ'，Ζ'）为所述第一Η维直角坐标系狂，Υ，幻沿Ζ轴方向平移得到，所述主反 射镜的顶点W及第Η反射镜的顶点均在所述第一Η维直角坐标系狂，Υ，Ζ)的Ζ轴上。 所述光阔102相对于所述第一Η维直角坐标系狂，Υ，幻中的Ζ轴向上平移约 23. 814mm，所述光阔102的中必与主反射镜104的顶点沿Ζ轴方向的距离约为190. 391mm; 所述主反射镜104的顶点与次反射镜106的顶点沿Z轴反方向的距离约为127. 370mm;所 述次反射镜106的顶点与第Η反射镜108的顶点沿Z轴方向的距离约为127. 370mm;所述 第Η反射镜108的顶点与所述探测器110的中必沿Z轴反方向的距离约为192. 740mm;所 述探测器110的中必沿Υ轴负方向偏离z轴，偏离量约为15. 252mm，所述探测器110与ΧΥ平面沿顺时针方向的夹角约为4.905°。 在所述第一Η维直角坐标系α，Υ，Ζ)中，所述次反射镜106的反射面为一 10次的 xy多项式非球面，该xy多项式非球面的表达式为：其中，Z为曲面矢高，C为曲面曲率，k为二次曲面系数，A、B、C、D分别是多项式中4次 项系数、6次项系数、8次项系数W及10次项系数。 本实施例中，所述次反射镜106反射面的xy多项式中曲率C、二次曲面系数kW 及各项系数A、B、C、D的值请参见表1。可W理解，曲率C、二次曲面系数kW及各项系数A、 B、C、D的值也不限于表1中所述，本领域技术人员可W根据实际需要调整。[001引表1次反射镜的反射面的xy多项式中的各系数的值_所述第二Η维直角坐标系（X'，Y'，Z'）为所述第一Η维直角坐标系狂，Y，Z)沿Ζ轴方 向平移约127.370mm，。即本实施例中所述第一Η维直角坐标系化Υ，幻的原点到所述第 二Η维直角坐标系（X'，Υ'，Ζ'）的原点的距离约为127. 370mm。在所述第二Η维直角坐标系（X'，Y'，Z'）中，所述主反射镜104W及第Η反射镜 108的反射面均为x'y'的多项式自由曲面，该x'y'多项式曲面的一般表达式为：其中，Z'为曲面矢高，C'为曲面曲率，k'为二次曲面系数，Ai'是多项式中第i项的系 数。由于所述自由曲面离轴Η反光学系统100关于Υ'Ζ'平面对称，因此，可W仅保留X的 偶次项。同时，由于高次项会增加系统的加工难度。优选的，所述主反射镜104的反射面采 用最高次为6次的X'的偶次项的x'y'多项式当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自由曲面离轴三反光学系统，其特征在于，包括：一光阑，该光阑设置在光线的入射光路上；一主反射镜，该主反射镜设置在光线的入射光路，所述光线依次经过所述光阑和主反射镜，所述主反射镜用于将所述光线反射，形成一第一反射光；一次反射镜，该次反射镜设置在所述主反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光二次反射，形成一第二反射光；一第三反射镜，该第三反射镜设置在所述次反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光再次反射，形成一第三反射光；以及一探测器，该探测器位于所述第三反射镜的反射光路上，用于接收所述第三反射光并成像；所述次反射镜所处的空间定义一第一三维直角坐标系（X，Y，Z），所述次反射镜的顶点为该第一三维直角坐标系(X，Y，Z)的原点；所述主反射镜以及第三反射镜所处的空间定义一第二三维直角坐标系（X'，Y'，Z'），该第二三维直角坐标系（X'，Y'，Z'）为所述第一三维直角坐标系(X，Y，Z)沿Z轴方向平移得到；所述主反射镜的反射面和第三反射镜的反射面采用同一自由曲面方程描述，且该自由曲面方程为关于x'y'的6次多项式；所述次反射镜的反射面为关于xy的10次多项式非球面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨通，朱钧，金国藩，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11