一种基于自由曲面的离轴三反光学系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113640978A(43)申请公布日2021.11.12(21)申请号202110849267.8(22)申请日2021.07.27(71)申请人南京航空航天大学地址211106江苏省南京市江宁区将军大道29号(72)发明人闫钧华胡子佳朱德燕刘子健丁鹏远张少帅朱桂熠(74)专利代理机构江苏圣典律师事务所32237代理人徐晓鹭(51)Int.Cl.G02B17/06(2006.01)G02B27/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种基于自由曲面的离轴三反光学系统(57)摘要本发明公开了一种基于自由曲面的离轴三反光学系统，该系统包括主反射镜、次反射镜和三反射镜，三个反射镜面均为泽尼克标准矢高表面，远处目标物反射的平行光线依次经过主反射镜、次反射镜和三反射镜。该发明光学系统焦距为140mm，F数为2，结构简单紧凑，满足小型化、高分辨率的需要，可广泛应用于空间光学探测、天文观测等领域。CN113640978ACN113640978A权利要求书1/1页1.一种基于自由曲面的离轴三反光学系统，所述光学系统包括主反射镜(1)，次反射镜(2)和三反射镜(3)，其特征在于，所述的主反射镜(1)、次反射镜(2)、三反射镜(3)均为泽尼克标准矢高表面，曲面方程满足式(1)，所述主反射镜(1)和三反射镜(3)位于同侧，次反射镜(2)位于对侧，来自远处目标物反射的平行光线依次经过主反射镜(1)、次反射镜(2)和三反射镜(3)后成像在像面；式(1)中，以空间中任一点为原点定义三维直角坐标系(x，y，z)，以y‑z平面为纸面，x轴为沿纸面向内，并取直角坐标系为右手坐标系，z为沿z方向的曲面矢高，r2＝x2+y2，r为表面点的径向坐标，c为曲面的曲率，k为圆锥曲线常数，αi为偶次项的系数，Zj为泽尼克多项式第j项，Cj为第j项的系数，p为泽尼克多项式的项数。2.根据权利要求1所述的基于自由曲面小F数、紧凑型离轴三反光学系统设计，其特征在于所述光阑面与次反射镜(2)表面重合，次反射镜(2)无孔径离轴量。3.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴三反光学系统，其特征在于，所述主反射镜(1)为高次双曲面反射镜，次反射镜(2)和三反射镜(3)均为高次椭球面反射镜。4.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴三反光学系统，其特征在于，所述反射镜(1)，次反射镜(2)和三反射镜(3)的参数为：主反射镜(1)反射面曲率半径为‑567.768mm，表面间隔为‑129mm，圆锥曲线常数为‑1.737，绕x轴旋转角度为‑7.73°；次反射镜(2)反射面曲率半径为‑210.278mm，表面间隔为119.478mm，圆锥曲线常数为4.24，绕x轴旋转角度为‑8.48°；三反射镜(3)反射面的曲率半径为‑169.071mm，距离像面的间隔为‑100mm，圆锥曲线常数为0.322，绕x轴旋转角度为‑5.19°。5.根据权利要求1所述的一种基于自由曲面的离轴三反光学系统，其特征在于，各反射镜泽尼克标准矢高参数如下表所示：项数主反射镜次反射镜三反射镜Z4‑3.672‑0.3148.351E‑003Z5‑0.0481.424E‑0033.802E‑003Z80.0454.402E‑0031.532E‑003Z91.2490.0910.042。2CN113640978A说明书1/3页一种基于自由曲面的离轴三反光学系统技术领域[0001]本发明属于红外光学成像系统设计领域，涉及离轴反射光学系统，特别涉及一种基于自由曲面小F数、紧凑型离轴三反光学系统。背景技术[0002]相比于折射式系统和折反射式光学系统，全反射系统具有无色差、宽波段、小体积等优点；离轴三反光学系统相比于同轴三反射式光学系统可以避免中心遮拦，视场更大，成像质量更好，被越来越多地应用于资源普查、灾害预警、气象观测等领域。随着光学检测与加工技术的不断提高，多自由度的自由曲面成为研究热点，自由曲面是非传统曲面，无法用球面或非球面表示，结构灵活，可以很好地校正光学系统的像差，从而使光学系统满足轻量化、小型化、高分辨率的要求。离轴三反光学系统在避免遮拦的同时会产生离轴量，增加系统体积，导致大体积包络问题，小F数可以使分辨率提高，但会增加设计难度。目前，许多设计的离轴三反光学系统F数较大，无法同时满足高分辨率和小体积的要求。发明内容[0003]为了解决目前离轴三反光学系统大体积包络或低分辨率的问题，本发明提供了一种基于自由曲面小F数、紧凑型离轴三反光学系统，该系统满足结构紧凑、高分辨率的要求。[0004]为解决以上技术问题，该发明基于自由曲面小F数、紧凑型离轴三反光学系统包括主反射镜1，次反射镜2和三反射镜3；其特征在于