自由曲面離軸三反光學(xué)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 自由曲面是指無(wú)法用球面或非球面系數(shù)來(lái)表示的非傳統(tǒng)曲面，通常是非回轉(zhuǎn)對(duì)稱 的，結(jié)構(gòu)靈活，變量較多，為光學(xué)設(shè)計(jì)提供了更多的自由度，可W大大降低光學(xué)系統(tǒng)的像差， 減小系統(tǒng)的體積、重量與鏡片數(shù)量，可W滿足現(xiàn)代成像系統(tǒng)的需要，有著廣闊的發(fā)展應(yīng)用前 景。由于自由曲面有非對(duì)稱面并提供了更多的設(shè)計(jì)自由度，他們常被用在離軸非對(duì)稱系統(tǒng) 中。
[0003] 然而，現(xiàn)有的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)主要針對(duì)線視場(chǎng)，F(xiàn)數(shù)較大，而且Η個(gè)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(diào)難度相當(dāng)大，不易于實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，確有必要提供一種可W實(shí)現(xiàn)大視場(chǎng)角，小F數(shù)且加工與裝調(diào)難度小的 自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)。
[0005] -種自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)，包括；一光闊，該光闊設(shè)置在光線的入射光路 上；一主反射鏡，該主反射鏡設(shè)置在光線的入射光路，所述光線依次經(jīng)過(guò)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(shè)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(shè)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(cè)器，該探測(cè)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(biāo)系（X， Υ，Ζ)，所述次反射鏡的頂點(diǎn)為該第一Η維直角坐標(biāo)系狂，Υ，幻的原點(diǎn)；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(biāo)系（X'，Υ'，Ζ'），該第二Η維直角坐標(biāo)系 (X'，Υ'，Ζ'）為所述第一Η維直角坐標(biāo)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(guān)于X'y' 的6次多項(xiàng)式；所述次反射鏡的反射面為關(guān)于xy的10次多項(xiàng)式非球面。
[0006] 與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明提供的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)可W實(shí)現(xiàn)較小F 數(shù)、較大視場(chǎng)角的矩形視場(chǎng)成像，且成像質(zhì)量良好，其中，F(xiàn)數(shù)可達(dá)2. 13,視場(chǎng)角可達(dá)到 6.4°Χ8° ;系統(tǒng)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(shí)不需要變換坐標(biāo)系與加工方程，降低加工難度，同時(shí)有利于將其加工在一塊元件 上；另外，系統(tǒng)的次反射鏡采用非球面，大大降低裝調(diào)難度，使系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)的光路示意圖。
[0009]圖3為為本發(fā)明實(shí)施例提供的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)在長(zhǎng)波紅外波段下部 分視場(chǎng)角的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線。
[0010] 主要元件符號(hào)說(shuō)明
如下【具體實(shí)施方式】將結(jié)合上述附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
【具體實(shí)施方式】
[0011] 下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明提供的自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)100 做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0012] 請(qǐng)參閱圖1-2,本發(fā)明實(shí)施例提供一種自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)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(cè)器110。所述光 闊102設(shè)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(jīng)過(guò)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(cè)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(xué)系統(tǒng)100工作時(shí)的光路如下；入射光線通過(guò)光闊102 后入射到所述主反射鏡104的反射面上，經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(cè)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(biāo)系（X， Υ，Ζ)，所述次反射鏡106的頂點(diǎn)為該第一立維直角坐標(biāo)系化Υ，幻的原點(diǎn)，通過(guò)次反射鏡 106頂點(diǎn)的一條水平方向的直線為Ζ軸，向左為負(fù)向右為正，Υ軸在圖1所示的平面內(nèi)，垂直 于Ζ軸向上為正向下為負(fù)，X軸垂直于ΥΖ平面，垂直ΥΖ平面向里為正向外為負(fù)。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(biāo)系（X'，Υ'，Ζ'），該第二Η維直角 坐標(biāo)系（X'，Υ'，Ζ'）為所述第一Η維直角坐標(biāo)系狂，Υ，幻沿Ζ軸方向平移得到，所述主反 射鏡的頂點(diǎn)W及第Η反射鏡的頂點(diǎn)均在所述第一Η維直角坐標(biāo)系狂，Υ，Ζ)的Ζ軸上。
[0015] 所述光闊102相對(duì)于所述第一Η維直角坐標(biāo)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(diǎn)沿Ζ軸方向的距離約為190. 391mm; 所述主反射鏡104的頂點(diǎn)與次反射鏡106的頂點(diǎn)沿Z軸反方向的距離約為127. 370mm;所 述次反射鏡106的頂點(diǎn)與第Η反射鏡108的頂點(diǎn)沿Z軸方向的距離約為127. 370mm;所述 第Η反射鏡108的頂點(diǎn)與所述探測(cè)器110的中必沿Z軸反方向的距離約為192. 740mm;所 述探測(cè)器110的中必沿Υ軸負(fù)方向偏離z軸，偏離量約為15. 252mm，所述探測(cè)器110與ΧΥ平面沿順時(shí)針?lè)较虻膴A角約為4.905°。
[0016] 在所述第一Η維直角坐標(biāo)系α，Υ，Ζ)中，所述次反射鏡106的反射面為一 10次的 xy多項(xiàng)式非球面，該xy多項(xiàng)式非球面的表達(dá)式為：
其中，Z為曲面矢高，C為曲面曲率，k為二次曲面系數(shù)，A、B、C、D分別是多項(xiàng)式中4次 項(xiàng)系數(shù)、6次項(xiàng)系數(shù)、8次項(xiàng)系數(shù)W及10次項(xiàng)系數(shù)。
[0017] 本實(shí)施例中，所述次反射鏡106反射面的xy多項(xiàng)式中曲率C、二次曲面系數(shù)kW 及各項(xiàng)系數(shù)A、B、C、D的值請(qǐng)參見(jiàn)表1?？蒞理解，曲率C、二次曲面系數(shù)kW及各項(xiàng)系數(shù)A、 B、C、D的值也不限于表1中所述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整。
[001引表1次反射鏡的反射面的xy多項(xiàng)式中的各系數(shù)的值_
所述第二Η維直角坐標(biāo)系（X'，Y'，Z'）為所述第一Η維直角坐標(biāo)系狂，Y，Z)沿Ζ軸方 向平移約127.370mm，。即本實(shí)施例中所述第一Η維直角坐標(biāo)系化Υ，幻的原點(diǎn)到所述第 二Η維直角坐標(biāo)系（X'，Υ'，Ζ'）的原點(diǎn)的距離約為127. 370mm。
[0019]在所述第二Η維直角坐標(biāo)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(xiàng)式自由曲面，該x'y'多項(xiàng)式曲面的一般表達(dá)式為：
其中，Z'為曲面矢高，C'為曲面曲率，k'為二次曲面系數(shù)，Ai'是多項(xiàng)式中第i項(xiàng)的系 數(shù)。由于所述自由曲面離軸Η反光學(xué)系統(tǒng)100關(guān)于Υ'Ζ'平面對(duì)稱，因此，可W僅保留X的 偶次項(xiàng)。同時(shí)，由于高次項(xiàng)會(huì)增加系統(tǒng)的加工難度。優(yōu)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(xiàng)的x'y'多項(xiàng)式