自由曲面離軸三反光學系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及光學系統設計領域，尤其涉及一種自由曲面離軸Η反光學系統。
【背景技術】
[0002] 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W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W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。
[0003] 然而，現有的自由曲面離軸Η反光學系統主要針對線視場，F數較大，而且Η個曲 面均為自由曲面，且主反射鏡與第Η反射鏡分離，加工與裝調難度相當大，不易于實現。

【發明內容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種可W實現大視場角，小F數且加工與裝調難度小的 自由曲面離軸Η反光學系統。
[0005] -種自由曲面離軸Η反光學系統，包括；一光闊，該光闊設置在光線的入射光路 上；一主反射鏡，該主反射鏡設置在光線的入射光路，所述光線依次經過所述光闊和主反射 鏡，所述主反射鏡用于將所述光線反射，形成一第一反射光；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；一第 Η反射鏡，該第Η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Η反射光；W及一探測器，該探測器位于所述第Η反射鏡的反射光路上，用 于接收所述第Η反射光并成像；所述次反射鏡所處的空間定義一第一Η維直角坐標系（X， Υ，Ζ)，所述次反射鏡的頂點為該第一Η維直角坐標系狂，Υ，幻的原點；所述主反射鏡W及 第Η反射鏡所處的空間定義一第二Η維直角坐標系（X'，Υ'，Ζ'），該第二Η維直角坐標系 (X'，Υ'，Ζ'）為所述第一Η維直角坐標系狂，Υ，幻沿Ζ軸方向平移得到；所述主反射鏡的 反射面和第Η反射鏡的反射面采用同一自由曲面方程描述，且該自由曲面方程為關于X'y' 的6次多項式；所述次反射鏡的反射面為關于xy的10次多項式非球面。
[0006] 與現有技術比較，本發明提供的自由曲面離軸Η反光學系統可W實現較小F 數、較大視場角的矩形視場成像，且成像質量良好，其中，F數可達2. 13,視場角可達到 6.4°Χ8° ;系統的主反射鏡的反射面和第Η反射鏡的反射面采用同一自由曲面方程描 述，加工時不需要變換坐標系與加工方程，降低加工難度，同時有利于將其加工在一塊元件 上；另外，系統的次反射鏡采用非球面，大大降低裝調難度，使系統易于實現。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發明實施例提供的自由曲面離軸Η反光學系統的結構示意圖。
[0008]圖2為本發明實施例提供的自由曲面離軸Η反光學系統的光路示意圖。
[0009]圖3為為本發明實施例提供的自由曲面離軸Η反光學系統在長波紅外波段下部 分視場角的調制傳遞函數MTF曲線。
[0010] 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】
[0011] 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Η反光學系統100 做進一步的詳細說明。
[0012] 請參閱圖1-2,本發明實施例提供一種自由曲面離軸Η反光學系統100,包括；一 光闊102、一主反射鏡104、一次反射鏡106、一第Η反射鏡108W及一探測器110。所述光 闊102設置在光線的入射光路上，用于控制入射光線的直徑；所述主反射鏡104也位于光線 的入射光路上，所述光線依次經過所述光闊和所述主反射鏡；所述次反射鏡106位于所述 主反射鏡104的反射光路上；所述第Η反射鏡108位于次反射鏡106的反射光路上；所述探 測器110位于第Η反射鏡108的反射光路上。所述主反射鏡104W及第Η反射鏡108的反 射面均為自由曲面，所述次反射鏡106的反射面為一非球面。
[0013] 所述自由曲面離軸Η反光學系統100工作時的光路如下；入射光線通過光闊102 后入射到所述主反射鏡104的反射面上，經該主反射鏡104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106的反射面上，經該次反射鏡106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Η反射鏡108的反射面上，經該第Η反 射鏡108的反射面反射后形成一第Η反射光被所述探測器110接收并成像。
[0014] 為了描述方便，將所述次反射鏡106所處的空間定義一第一Η維直角坐標系（X， Υ，Ζ)，所述次反射鏡106的頂點為該第一立維直角坐標系化Υ，幻的原點，通過次反射鏡 106頂點的一條水平方向的直線為Ζ軸，向左為負向右為正，Υ軸在圖1所示的平面內，垂直 于Ζ軸向上為正向下為負，X軸垂直于ΥΖ平面，垂直ΥΖ平面向里為正向外為負。所述主反 射鏡W及第Η反射鏡所處的空間定義一第二Η維直角坐標系（X'，Υ'，Ζ'），該第二Η維直角 坐標系（X'，Υ'，Ζ'）為所述第一Η維直角坐標系狂，Υ，幻沿Ζ軸方向平移得到，所述主反 射鏡的頂點W及第Η反射鏡的頂點均在所述第一Η維直角坐標系狂，Υ，Ζ)的Ζ軸上。
[0015] 所述光闊102相對于所述第一Η維直角坐標系狂，Υ，幻中的Ζ軸向上平移約 23. 814mm，所述光闊102的中必與主反射鏡104的頂點沿Ζ軸方向的距離約為190. 391mm; 所述主反射鏡104的頂點與次反射鏡106的頂點沿Z軸反方向的距離約為127. 370mm;所 述次反射鏡106的頂點與第Η反射鏡108的頂點沿Z軸方向的距離約為127. 370mm;所述 第Η反射鏡108的頂點與所述探測器110的中必沿Z軸反方向的距離約為192. 740mm;所 述探測器110的中必沿Υ軸負方向偏離z軸，偏離量約為15. 252mm，所述探測器110與ΧΥ平面沿順時針方向的夾角約為4.905°。
[0016] 在所述第一Η維直角坐標系α，Υ，Ζ)中，所述次反射鏡106的反射面為一 10次的 xy多項式非球面，該xy多項式非球面的表達式為：
其中，Z為曲面矢高，C為曲面曲率，k為二次曲面系數，A、B、C、D分別是多項式中4次 項系數、6次項系數、8次項系數W及10次項系數。
[0017] 本實施例中，所述次反射鏡106反射面的xy多項式中曲率C、二次曲面系數kW 及各項系數A、B、C、D的值請參見表1。可W理解，曲率C、二次曲面系數kW及各項系數A、 B、C、D的值也不限于表1中所述，本領域技術人員可W根據實際需要調整。
[001引表1次反射鏡的反射面的xy多項式中的各系數的值_
所述第二Η維直角坐標系（X'，Y'，Z'）為所述第一Η維直角坐標系狂，Y，Z)沿Ζ軸方 向平移約127.370mm，。即本實施例中所述第一Η維直角坐標系化Υ，幻的原點到所述第 二Η維直角坐標系（X'，Υ'，Ζ'）的原點的距離約為127. 370mm。
[0019]在所述第二Η維直角坐標系（X'，Y'，Z'）中，所述主反射鏡104W及第Η反射鏡 108的反射面均為x'y'的多項式自由曲面，該x'y'多項式曲面的一般表達式為：
其中，Z'為曲面矢高，C'為曲面曲率，k'為二次曲面系數，Ai'是多項式中第i項的系 數。由于所述自由曲面離軸Η反光學系統100關于Υ'Ζ'平面對稱，因此，可W僅保留X的 偶次項。同時，由于高次項會增加系統的加工難度。優選的，所述主反射鏡104的反射面采 用最高次為6次的X'的偶次項的x'y'多項式