[发明专利]自由曲面离轴三反光学系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学系统的设计领域，尤其涉及一种自由曲面离轴三反光学系统。

背景技术

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，可以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，可以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三反光学系统主要针对线视场，成像范围较小，而且三个曲面均为自由曲面，且主反射镜与第三反射镜分离，加工与装调难度相当大，不易于实现。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种可以实现成像范围较大，且易于加工装调的的自由曲面离轴三反光学系统。

一种自由曲面离轴三反光学系统，包括：一主反射镜，该主反射镜设置在光线的出射光路上，用于将所述光线反射，形成一第一反射光，以所述主反射镜的顶点为第一原点定义一第一三维直角坐标系(X,Y,Z)；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，该次反射镜为一光阑面，以所述次反射镜的顶点为第二原点定义一第二三维直角坐标系（X'，Y'，Z'），且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轴反方向平移得到；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，以所述第三反射镜的顶点为第三原点定义一第三三维直角坐标系（X''，Y''，Z''），且该第三三维直角坐标系（X''，Y''，Z''）为所述第二三维直角坐标系（X'，Y'，Z'）沿Z轴方向平移得到；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；所述主反射镜的反射面以及所述第三反射镜的反射面分别为一5次的xy多项式、x''y''多项式的自由曲面；所述次反射镜的反射面为一平面。

与现有技术比较，本发明提供的自由曲面离轴三反光学系统具有较大矩形视场，成像范围较大；该自由曲面离轴三反光学系统的主反射镜与第三反射镜空间位置近似连续相切，有利于将其加工在一块元件上，从而有利于系统的加工和装调；该自由曲面离轴三反光学系统的次反射镜采用一个平面镜转折光路，大大降低装调难度，使系统易于实现。

附图说明

图1为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反光学系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反光学系统的光路示意图。

图3为本发明实施例提供的自由曲面离轴三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发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的自由曲面离轴三反光学系统做进一步的详细说明。

请参阅图1-2，本发明实施例提供一种自由曲面离轴三反光学系统100，包括：一主反射镜102、一次反射镜104、一第三反射镜106以及一探测器108。所述次反射镜104位于主反射镜102的反射光路上，所述第三反射镜106位于次反射镜104的反射光路上，所述探测器108位于第三反射镜106的反射光路上。所述主反射镜102以及第三反射镜106的反射面均为自由曲面，且所述次反射镜104的反射面为一光阑面。所述次反射镜104的反射面为一平面。

所述自由曲面离轴三反光学系统100工作时的光路如下：光线首先入射到所述主反射镜102的反射面上，经该主反射镜102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104的反射面上，经该次反射镜104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三反射镜106的反射面上，经该第三反射镜106的反射面反射后形成一第三反射光被所述探测器108接收到并成像。

为了描述方便，将所述主反射镜102所处的空间定义一第一三维直角坐标系（X，Y，Z）、次反射镜104所处的空间定义一第二三维直角坐标系（X'，Y'，Z'）、第三反射镜106所处的空间定义一第三三维直角坐标系（X''，Y''，Z''）。