离轴三反光学系统技术方案

本发明专利技术涉及一种离轴三反光学系统。所述第一反射镜用于将来自物方的光线进行反射，以形成第一反射光；所述第二反射镜设置在所述第一反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光进行反射，以形成第二反射光；所述第三反射镜设置在所述第二反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光进行反射，以形成射向所述第二反射镜的第三反射光，所述第二反射镜还用于将所述第三反射光进行反射，以形成第四反射光，并且所述第四反射光在像面处成像。通过这种特殊的设计，在不增加元件数量的前提下实现光路的折叠，利于减小离轴三反光学系统的体积。利于减小离轴三反光学系统的体积。利于减小离轴三反光学系统的体积。

【技术实现步骤摘要】
离轴三反光学系统


[0001]本专利技术涉及光学系统
，特别是涉及一种离轴三反光学系统。

技术介绍

[0002]随着超精密加工技术的发展，光学系统中的元件表面描述方式不再局限于球面、非球面，而是逐渐发展到了以无旋转对称性的自由曲面进行描述。自由曲面的应用使光学设计具有更多的设计自由度，这为光学系统成像质量提高、系统体积压缩的实现提供了更多可能。
[0003]高分辨与小体积一直是设计航空航天相机时的追求目标。当探测器像元尺寸确定后，光学系统的焦距大小决定了航空相机的对地分辨率。为了提高对地分辨力需要设计出焦距很长的光学系统，但为了缩小相机的体积，又要求光学系统的各个方向的长度尽可能小。因此，长焦距和小体积之间具有一定的矛盾性。
[0004]相关技术中的离轴三反光学成像系统，虽然其具有较长的焦距，但是其光学结构缺乏必要的光路折叠，从而致使光学成像系统的体积偏大。

技术实现思路

[0005]基于此，本申请实施例提出一种离轴三反光学系统，从而有利于在保证长焦距的情况下，进一步缩小光学系统的体积，进而有利于实现紧凑型离轴三反光学成像系统。
[0006]本申请提出一种离轴三反光学系统。所述离轴三反光学系统包括第一反射镜、第二反射镜以及第三反射镜。所述第一反射镜用于将来自物方的光线进行反射，以形成第一反射光。所述第二反射镜设置在所述第一反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光进行反射，以形成第二反射光。所述第三反射镜设置在所述第二反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光进行反射，以形成射向所述第二反射镜的第三反射光。所述第二反射镜还用于将所述第三反射光进行反射，以形成第四反射光，并且所述第四反射光在像面处成像。
[0007]本申请中，入射至离轴三反光学系统的光束两次经过第二反射镜的反射，从而通过三面反射镜实现了光束的四次反射。通过这种特殊的设计，在不增加元件数量的前提下实现光路的折叠，利于在保证长焦距的情况下减小离轴三反光学系统的体积，降低安装对准的难度。另外，在相同的三个反射镜数量情况下，使光线经过四次反射，也即，相当于增加了一面反射镜，从而有利于减小每面反射镜承担的光焦度，有利于减小镜面的曲率半径，降低光学元件的加工难度。
[0008]进一步地，所述离轴三反光学系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第一反射镜或所述第三反射镜上。
[0009]或者，在一些实施例中，所述离轴三反光学系统的孔径光阑设置在所述物方与所述第一反射镜之间，且位于来自所述物方的光线的光路上。
[0010]在一些实施例中，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜的反射面为球面、非球面、自由曲面中的一种。
[0011]在一些实施例中，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜的反射面均为自由曲面，在空间中定义第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)；
[0012]在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第一反射镜为基础定义第二三维直角坐标系(x2，y2，z2)；
[0013]在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第二反射镜为基础定义第三三维直角坐标系(x3，y3，z3)；
[0014]在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第三反射镜为基础定义第四三维直角坐标系(x4，y4，z4)；
[0015]在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述像面处为基础定义第五三维直角坐标系(x5，y5，z5)；
[0016]所述第二三维直角坐标系(x2，y2，z2)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
3.606058mm，441.699735mm)，z2轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转10.156621度；
[0017]所述第三三维直角坐标系(x3，y3，z3)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
236.197739mm，72.477861mm)，z3轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转7.664499度；
[0018]所述第四三维直角坐标系(x4，y4，z4)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
257.371562mm，456.080600mm)，z4轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转0.621483度；
[0019]所述第五三维直角坐标系(x5，y5，z5)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
127.405735mm，471.826343mm)，z5轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转18.815418度。
[0020]在一些实施例中，所述第一反射镜的反射面为关于x2y2的4次多项式自由曲面，所述第二反射镜的反射面为关于x3y3的6次多项式自由曲面，所述第三反射镜的反射面为关于x4y4的6次多项式自由曲面。
[0021]在一些实施例中，所述x2y2的4次多项式的方程式为：
[0022][0023]其中，c为所述第一反射镜的基底曲率，k为所述第一反射镜的二次曲面系数，c＝
‑
4.212955E
‑
04，k＝
‑
4.422194E+00，A3＝
‑
4.820757E
‑
03，A4＝
‑
3.074835E
‑
05，A6＝
‑
1.966639E
‑
06，A8＝6.349666E
‑
08，A
10
＝4.290582E
‑
08，A
11
＝4.429853E
‑
11，A
13
＝8.264656E
‑
11，A
15
＝3.376195E
‑
11。
[0024]在一些实施例中，所述x3y3的6次多项式的方程式为：
[0025][0026]其中，c为所述第二反射镜的基底曲率，k为所述第二反射镜的二次曲面系数，c＝
‑
3.662751E
‑
04，k＝
‑
4.032032E+01，A3＝1.154211E
‑
01，A4＝
‑
9.521947E
‑
05，A6＝3.071521E
‑
05，A8＝1.054537E
‑
07，A
10
＝
‑
1.547028E
‑
08，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种离轴三反光学系统，其特征在于，包括：第一反射镜，所述第一反射镜用于将来自物方的光线进行反射，以形成第一反射光；第二反射镜，所述第二反射镜设置在所述第一反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光进行反射，以形成第二反射光；以及第三反射镜，所述第三反射镜设置在所述第二反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光进行反射，以形成射向所述第二反射镜的第三反射光，所述第二反射镜还用于将所述第三反射光进行反射，以形成第四反射光，并且所述第四反射光在像面处成像。2.根据权利要求1所述的离轴三反光学系统，其特征在于，所述离轴三反光学系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第一反射镜或所述第三反射镜上；或，所述孔径光阑设置在所述物方与所述第一反射镜之间，且位于来自所述物方的光线的光路上。3.根据权利要求1所述的离轴三反光学系统，其特征在于，所述第一反射镜、所述第二反射镜以及所述第三反射镜的反射面为球面、非球面、自由曲面中的一种。4.根据权利要求1所述的离轴三反光学系统，其特征在于，在空间中定义第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)；在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第一反射镜为基础定义第二三维直角坐标系(x2，y2，z2)；在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第二反射镜为基础定义第三三维直角坐标系(x3，y3，z3)；在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述第三反射镜为基础定义第四三维直角坐标系(x4，y4，z4)；在空间中相对于该第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)，以所述像面处为基础定义第五三维直角坐标系(x5，y5，z5)；其中，所述第二三维直角坐标系(x2，y2，z2)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
3.606058mm，441.699735mm)，z2轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转10.156621度；所述第三三维直角坐标系(x3，y3，z3)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
236.197739mm，72.477861mm)，z3轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转7.664499度；所述第四三维直角坐标系(x4，y4，z4)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
257.371562mm，456.080600mm)，z4轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转0.621483度；所述第五三维直角坐标系(x5，y5，z5)的原点在所述第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的坐标为(0mm，
‑
127.405735mm，471.826343mm)，z5轴正方向相对于第一三维直角坐标系(x1，y1，z1)的z1轴正方向逆时针旋转18.815418度。5.根据权利要求4所述的离轴三反光学系统，其特征在于，所述第一反射镜的反射面为关于x2y2的4次多项式自由曲面，所述第二反射镜的反射面为关于x3y3的6次多项式自由曲面，所述第三反射镜的反射面为关于x4y4的6次多项式自由曲面。6.根据权利要求5所述的离轴三反光学系统，其特征在于，所述x2y2的4次多项式的方程
式为：其中，c为所述第一反射镜的基底曲率，k为所述第一反射镜的二次曲面系数，c＝
‑
4.212955E
‑
04，k＝
‑
4.422194E+00，A3＝
‑
4.820757E
‑
03，A4＝
‑
3.074835E
‑
05，a6＝
‑
1.966639E
‑
06，A8＝6.349666E
‑
08，A
10
＝4.290582E
‑
08，A
11
＝4.429853E
‑
11，A
13
＝8.264656E
‑
11，a

【专利技术属性】
技术研发人员：朱钧，赵高兴，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：