[发明专利]自由曲面离轴三反成像系统

说明书

本发明涉及一种自由曲面离轴三反成像系统包括：一主镜，一次镜，一三镜，以及一探测器，光线依次经过所述主镜、次镜和三镜的反射后，被所述探测器接收到并成像，该自由曲面离轴三反成像系统的视场角大于等于60°×1°，且F数小于等于2.5。

技术领域

本发明涉及光学设计领域，尤其涉及一种自由曲面离轴三反成像系统。

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。

现有的自由曲面离轴三反光学系统主要针对大视场或者小F数高分辨率成像，无法同时实现大视场角和小F数，不能在大的成像范围内同时得到高分辨率图像。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种可以同时实现大视场角和小F数的自由曲面离轴三反成像系统。

一种自由曲面离轴三反成像系统，包括：一主镜，以所述主镜的顶点为第一原点定义一第一三维直角坐标系(X，Y，Z)，在该第一三维直角坐标系(X，Y，Z)中，所述主镜的反射面为一xy多项式自由曲面；一次镜，以所述次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′)由所述第一三维直角坐标系(X，Y，Z)沿Z轴负方向和Y轴负方向平移得到，在该第二三维直角坐标系(X′，Y′，Z′)中，所述次镜的反射面为一x′y′多项式自由曲面；一三镜，以所述三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″)由所述第二三维直角坐标系(X′，Y′，Z′)沿Z′轴正方向和Y′轴正方向平移得到，在该第三三维直角坐标系(X″，Y″，Z″)中，所述三镜的反射面为一x″y″多项式自由曲面；以及一探测器，光线依次经过所述主镜、次镜和三镜的反射后，被该探测器接收到并成像，其中，该自由曲面离轴三反成像系统的视场角大于等于60°×1°，且F数小于等于2.5。

相较于现有技术，本发明提供的自由曲面离轴三反光学系统的视场角大于等于60°×1°的同时F数小于等于2.5，因此，本发明提供的自由曲面离轴三反光学系统可以同时实现大视场角和小F数的成像，能在大的成像范围内同时得到高分辨率图像。

附图说明

图1为本发明实施例提供的特征视场的选取方法。

图2为本发明实施例提供的构建特征视场的拓展方向示意图。

图3为本发明提供的拓展构建特征视场并构建自由曲面系统的示意图。

图4为本发明实施例提供的延展构建区域并构建自由曲面离轴成像系统的示意图。

图5为本发明实施例提供的自由曲面离轴成像系统的设计流程示意图。

图6为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统的构建过程示意图。

图7为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统的光路图。

图8为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统的MTF曲线。

图9为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统的平均RMS弥散斑直径图。

图10为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统的畸变网格图。

主要元件符号说明

自由曲面离轴三反成像系统 100

主镜 102