[發明專利]一種棱鏡光學系統

有效

• 申請號: 201510901125.6
• 申請日: 2015-12-05
• 公開（公告）號: CN105334608B
• 公開（公告）日: 2018-06-26
• 發明（設計）人: 王合龍;陳建發
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所
• 主分類號: G02B17/08
• 分類號: G02B17/08;G02B27/00
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

本發明涉及一種棱鏡光學系統，包括一個棱鏡，該棱鏡包括三個光學表面，第一表面為球面，第二表面為自由曲面，第三表面為衍射面；物方產生的入射光線先在第一表面透射，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該棱鏡。僅采用一塊棱鏡光學元件實現設計，棱鏡材料可選用普通光學玻璃或光學塑料，光學系統組成簡單、體積小、重量輕、成本低；具有較大的像面尺寸和視場角，光學系統像面尺寸，視場角。該棱鏡元件包含三個光學表面，通過入瞳偏心使得光線依次在棱鏡元件三個表面間的透射、反射、全反射、透射，很好的校正了單色像差和復色像差，光學系統成像質量好，同時具有結構簡單，易于裝配的優點。

技術領域

本發明涉及一種棱鏡光學系統，具體為一種基于棱鏡元件的成像光學系統。

背景技術

隨著小型化光電成像組件與微圖像源等的發展與大量運用，用于照相機、視頻記錄儀、投影儀等的光學系統也被要求具有較小的體積、重量及較低的成本。

傳統的同軸對稱式成像光學系統，光學元件依次分布在光軸上，其壓縮空間體積的能力有限，同時為了消除球差、慧差、像散、畸變、場曲五種單色像差與軸向色差和垂軸色差兩種復色差，不可避免的要采用若干組透鏡元件或數個具備特殊面形的透鏡元件來進行像差校正，這直接導致了裝配的復雜性及成本的增加。

發明內容

本發明的目的是提供一種棱鏡光學系統，用以解決傳統的同軸對稱式成像光學系統結構復雜的問題。

為實現上述目的，本發明的方案包括一種棱鏡光學系統，包括一個棱鏡，該棱鏡包括三個光學表面，分別為第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面為球面，第二表面為自由曲面，第三表面為衍射面；物方產生的入射光線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該棱鏡。

該棱鏡光學系統的光學參數是：入瞳直徑：8mm，視場角：24°，工作波段為480nm～644nm。

所述自由曲面滿足下面的表達式：

其中，z是光學表面矢高；k為圓錐系數；c為曲率半徑；r為光軸方向的半徑高度，有r²＝x²+y²；A_i是zernike多項式系數；

其中，

所述衍射面的衍射面位相分布表達式為：

φ(t)＝2π(B₁t²+B₂t⁴+B₃t⁶...)，

其中，B₁、B₂、B₃……為衍射元件的位相系數，t為徑向坐標。

所述棱鏡光學系統包括設置在所述入射光線的光路上的孔徑光闌，所述入射光線經過所述孔徑光闌后在所述第一表面透射；由所述第三表面透射出該棱鏡后的出射光線射到一個像面上。

所述第一表面的曲率半徑為-96.2971mm，所述第二表面的曲率半徑為 -62.8811mm，所述第三表面的曲率半徑為-58.4499mm；所述孔徑光闌和第一表面的間隔為20mm，所述第一表面和第二表面的間隔為13mm，所述第一表面和第三表面的間隔為16mm，所述第三表面和所述像面的間隔為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，衍射級次：1，中心波長：546nm，B₁＝2.0949e-005，B₂＝-5.2945e-007。