[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焦距为120mm，具有两个视场范围通道，第一视场范围中心为0°，视场大小为2°×2°。第二视场范围中心为4°，视场大小为2°×2°。两个视场范围通道成像于同一探测器。

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，不同视场的光线汇聚于探测器不同位置，同一位置的探测器只能观察一个视场范围的物体。

发明内容

综上所述，确有必要提供一种能够在将不同视场范围的物体成像在同一探测器位置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，所述次镜包括一第一自由曲面及一第二自由曲面，以所述第一自由曲面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轴正方向平移得到，在该第二三维直角坐标系(X'，Y'，Z') 中，所述第一自由曲面的反射面为一x'y'多项式自由曲面，以所述第二自由曲面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'轴负方向平移得到，在该第三三维直角坐标系(X”， Y”，Z”)中，所述第二自由曲面的反射面为一x”y”多项式自由曲面；一三镜，以所述三镜的顶点为第四原点定义一第四三维直角坐标系(X”'，Y”'， Z”')，且该第四三维直角坐标系(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，在该第四三维直角坐标系(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，所述自由三反成像系统进一步包括一光阑，所述光阑设置在次镜上，该光阑能够在第二三维直角坐标系原点与第三三维直角坐标系原点之间平移。

所述自由曲面离轴三反成像系统的焦距为120mm。

所述自由曲面离轴三反成像系统包括一第一视场范围和一第二视场范围。所述第一视场范围中心为0°，视场大小为2°×2°。所述第二视场范围中心为4°，视场大小为2°×2°。

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具有两个视场范围，通过平移光阑可以实现视场的切换。因此，本发明提供的自由曲面离轴三反光学系统可以将不同视场的物成像在同一探测器上。

附图说明

图1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2为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统，在光阑在次镜第一自由曲面处的工作状态下的MTF曲线。

图3为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统，在光阑在次镜第二自由曲面处的工作状态下的MTF曲线。

图4为本发明实施例提供的自由曲面离轴三反成像系统，在光阑在次镜第一自由曲面处的工作状态下的波像差图。