[發明專利]自由曲面離軸三反光學系統

有效

• 申請號: 201410077774.4
• 申請日: 2014-03-05
• 公開（公告）號: CN104898261B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 朱鈞;楊通;金國藩;范守善
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業（深圳）有限公司
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種自由曲面離軸三反光學系統，尤其涉及一種可以實現小F數、大視場推掃成像的自由曲面離軸三反光學系統。

背景技術

自由曲面是指無法用球面或非球面系數來表示的非傳統曲面，通常是非回轉對稱的，結構靈活，變量較多，為光學設計提供了更多的自由度，可以大大降低光學系統的像差，減小系統的體積、重量與鏡片數量，可以滿足現代成像系統的需要，有著廣闊的發展應用前景。由于自由曲面有非對稱面并提供了更多的設計自由度，他們常被用在離軸非對稱系統中。

然而，現有的自由曲面離軸三反光學系統主要適用于小視場角，大F數的線視場，對于具有大視場角，小F數視場的應用范圍受限。因此如果可以提出一種可以實現大視場，小F數的自由曲面離軸三反光學系統系統，將非常有意義。

發明內容

有鑒于此，確有必要提供一種可以實現大視場角，小F數的自由曲面離軸三反光學系統。

一種自由曲面離軸三反光學系統，包括：一主反射鏡，該主反射鏡設置在光線的出射光路上，用于將所述光線反射，形成一第一反射光，以所述主反射鏡的頂點為第一原點定義一第一三維直角坐標系(X，Y，Z)；一次反射鏡，該次反射鏡設置在所述主反射鏡的反射光路上，用于將所述第一反射光二次反射，形成一第二反射光，該次反射鏡為一光闌面，以所述次反射鏡的頂點為第二原點定義一第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')，且該第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')為所述第一三維直角坐標系(X，Y，Z)沿Z軸反方向平移得到；一第三反射鏡，該第三反射鏡設置在所述次反射鏡的反射光路上，用于將所述第二反射光再次反射，形成一第三反射光，以所述第三反射鏡的頂點為第三原點定義一第三三維直角坐標系(X''，Y''，Z'')，且該第三三維直角坐標系(X''，Y''，Z'')為所述第二三維直角坐標系(X'，Y'，Z')沿Z軸方向平移得到；以及一圖像傳感器，該圖像傳感器位于所述第三反射鏡的反射光路上，用于接收所述第三反射光；所述主反射鏡、次反射鏡以及第三反射鏡的反射面分別為關于xy、x'y'以及x''y''的6次多項式自由曲面。

與現有技術比較，本發明提供的自由曲面離軸三反光學系統可以實現較小F數、較大視場的成像，且成像質量良好，其中，F數可達1.3，視場角可達到24°×0.07°；該自由曲面反射鏡使用的xy多項式自由曲面的次數較低，比較容易加工，易于批量生產。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的自由曲面離軸三反光學系統的光路示意圖。

圖2為本發明實施例提供的自由曲面離軸三反光學系統的立體結構示意圖。

圖3為本發明實施例提供的自由曲面離軸三反光學系統的結構示意圖。

圖4為本發明實施例一提供的自由曲面離軸三反光學系統在可見光波段下部分視場角的調制傳遞函數MTF曲線。

主要元件符號說明

如下具體實施方式將結合上述附圖進一步說明本發明。

具體實施方式

下面將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的自由曲面離軸三反光學系統100做進一步的詳細說明。

請參閱圖1-3，本發明實施例提供一種自由曲面離軸三反光學系統100，包括：一主反射鏡102、一次反射鏡104、一第三反射鏡106以及一圖像傳感器108。所述次反射鏡104位于主反射鏡102的反射光路上，所述第三反射鏡106位于次反射鏡104的反射光路上，所述圖像傳感器108位于第三反射鏡106的反射光路上。所述主反射鏡102、次反射鏡104、以及第三反射鏡106的反射面均為自由曲面，且所述次反射鏡104的反射面為一光闌面。

所述自由曲面離軸三反光學系統100工作時的光路如下：光線首先入射到所述主反射鏡102的反射面上，經該主反射鏡102的反射面反射后形成一第一反射光，該第一反射光入射到所述次反射鏡104的反射面上，經該次反射鏡104的反射面反射后形成一第二反射光，該第二反射光入射到所述第三反射鏡106的反射面上，經該第三反射鏡106的反射面反射后形成一第三反射光被所述圖像傳感器108接收到。

為了描述方便，將所述主反射鏡102所處的空間定義一第一三維直角坐標系（X，Y，Z）、次反射鏡104所處的空間定義一第二三維直角坐標系（X'，Y'，Z'）、第三反射鏡106所處的空間定義一第三三維直角坐標系（X''，Y''，Z''）。