[发明专利]一种自由曲面光学系统

说明书

本发明公开了一种自由曲面光学系统，包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和图像传感器，第一反射镜为光焦度为负的高次凸非球面反射镜；第二反射镜为光焦度为正的自由曲面反射镜；第三反射镜为光焦度为负的球面反射镜；第四反射镜为光焦度为正的自由曲面反射镜；目标光束投射至第一反射镜之后，依次经第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜反射之后，投射至图像传感器。本发明的光学系统布局紧凑，减少了光学系统自由曲面反射镜的数量，降低了工程实现难度，系统装调自由度减少，加快了计算机辅助装调收敛速度。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种光学系统。

背景技术

反射式光学系统由于不存在色差、系统光路可折叠、便于轻量化等优点，在空间光学系统中得到广泛应用。但是现有大视场自由曲面光学系统自由曲面反射镜数量多，加工周期加长，以及系统装调自由度太多，计算机辅助装调收敛速度慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自由曲面光学系统，旨在解决现有技术中，大视场自由曲面光学系统自由曲面反射镜数量多、加工周期加长、系统装调自由度太多、计算机辅助装调收敛速度慢的问题。

本发明实施例提供了一种自由曲面光学系统，所述光学系统包括第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜和图像传感器，所述第一反射镜为光焦度为负的高次凸非球面反射镜；所述第二反射镜为光焦度为正的自由曲面反射镜；所述第三反射镜为光焦度为负的球面反射镜；所述第四反射镜为光焦度为正的自由曲面反射镜；目标光束投射至所述第一反射镜之后，依次经所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜反射之后，投射至所述图像传感器。

进一步地，所述第一反射镜的中心、所述第二反射镜的中心、所述第三反射镜的中心和所述第四反射镜的中心在同一平面且不共线。

进一步地，所述第一反射镜的中心与所述第二反射镜的中心之间的距离为D1、所述第二反射镜的中心与所述第三反射镜的中心之间的距离为D2、所述第三反射镜的中心与所述第四反射镜的中心之间的距离为D3，D1＜D2＜D3，D3与D1的比值大于或等于1，小于或等于1.5。

进一步地，所述第一反射镜呈长条形。

进一步地，所述第一反射镜的反射面满足高次凸非球面表征函数：

其中，z为所述反射面的矢高，c为所述反射面的名义曲率半径；r为所述反射面的反射镜口径；k为预设的二次曲面系数；A、B、C、D、E、F、G、H和J分别为预设的第4、6、8、10、12、14、16、18和20阶系数。

进一步地，所述第二反射镜和所述第四反射镜均为满足Zernike多项式的自由曲面反射镜。

进一步地，所述第二反射镜的中心与所述第一反射镜的中心之间在竖直方向的距离Y2＝D1×tan(2α)，D1为所述第一反射镜的中心与所述第二反射镜的中心之间的距离，α为局部光轴方向与所述第一反射镜法线的夹角；

所述第三反射镜的中心与所述第二反射镜的中心之间在竖直方向的距离Y3＝D2×tan(2β)，D2为所述第二反射镜的中心与所述第三反射镜的中心之间的距离，β为局部光轴方向与所述第二反射镜法线的夹角；

所述第四反射镜的中心与所述第三反射镜的中心之间在竖直方向的距离Y3＝D3×tan(2γ)，D3为所述第三反射镜的中心与所述第四反射镜的中心之间的距离，γ为局部光轴方向与所述第三反射镜法线的夹角。

进一步地，所述光学系统还包括光阑，所述光阑设置在所述第三反射镜的表面。

进一步地，所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜和所述第四反射镜采用碳化硅、微晶玻璃、铍铝合金、铍、铝合金中的任意一种或多种材料制成。