[发明专利]一种棱镜光学系统

说明书

本发明涉及一种棱镜光学系统，包括一个棱镜，该棱镜包括三个光学表面，第一表面为球面，第二表面为自由曲面，第三表面为衍射面；物方产生的入射光线先在第一表面透射，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该棱镜。仅采用一块棱镜光学元件实现设计，棱镜材料可选用普通光学玻璃或光学塑料，光学系统组成简单、体积小、重量轻、成本低；具有较大的像面尺寸和视场角，光学系统像面尺寸，视场角。该棱镜元件包含三个光学表面，通过入瞳偏心使得光线依次在棱镜元件三个表面间的透射、反射、全反射、透射，很好的校正了单色像差和复色像差，光学系统成像质量好，同时具有结构简单，易于装配的优点。

技术领域

本发明涉及一种棱镜光学系统，具体为一种基于棱镜元件的成像光学系统。

背景技术

随着小型化光电成像组件与微图像源等的发展与大量运用，用于照相机、视频记录仪、投影仪等的光学系统也被要求具有较小的体积、重量及较低的成本。

传统的同轴对称式成像光学系统，光学元件依次分布在光轴上，其压缩空间体积的能力有限，同时为了消除球差、慧差、像散、畸变、场曲五种单色像差与轴向色差和垂轴色差两种复色差，不可避免的要采用若干组透镜元件或数个具备特殊面形的透镜元件来进行像差校正，这直接导致了装配的复杂性及成本的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种棱镜光学系统，用以解决传统的同轴对称式成像光学系统结构复杂的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种棱镜光学系统，包括一个棱镜，该棱镜包括三个光学表面，分别为第一表面、第二表面和第三表面，所述第一表面为球面，第二表面为自由曲面，第三表面为衍射面；物方产生的入射光线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该棱镜。

该棱镜光学系统的光学参数是：入瞳直径：8mm，视场角：24°，工作波段为480nm～644nm。

所述自由曲面满足下面的表达式：

其中，z是光学表面矢高；k为圆锥系数；c为曲率半径；r为光轴方向的半径高度，有r²＝x²+y²；A_i是zernike多项式系数；

其中，

所述衍射面的衍射面位相分布表达式为：

φ(t)＝2π(B₁t²+B₂t⁴+B₃t⁶...)，

其中，B₁、B₂、B₃……为衍射元件的位相系数，t为径向坐标。

所述棱镜光学系统包括设置在所述入射光线的光路上的孔径光阑，所述入射光线经过所述孔径光阑后在所述第一表面透射；由所述第三表面透射出该棱镜后的出射光线射到一个像面上。

所述第一表面的曲率半径为-96.2971mm，所述第二表面的曲率半径为 -62.8811mm，所述第三表面的曲率半径为-58.4499mm；所述孔径光阑和第一表面的间隔为20mm，所述第一表面和第二表面的间隔为13mm，所述第一表面和第三表面的间隔为16mm，所述第三表面和所述像面的间隔为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，衍射级次：1，中心波长：546nm，B₁＝2.0949e-005，B₂＝-5.2945e-007。