一种大视场低畸变全反射式光学系统

本技术涉及一种全反射式光学系统，尤其涉及一种可用作成像光谱仪前置物镜的大视场低畸变全反射式光学系统。

背景技术：

1、离轴三反成像系统具有无色差、热性能好、工作光谱范围宽等特点，可以广泛应用于光学系统成像技术等领域。目前比较常见的离轴反射系统多为采用传统简单面型的非致冷型系统，由于可设计变量自由度少的原因，整个光学系统很难兼顾视场与成像质量，无法同时满足大视场、低畸变、高灵敏度、高信噪比的要求。

2、公开号为cn212341587u的中国实用新型专利公开了一种应用自由曲面的离轴三反光学系统，设计了一个视场大小为3.66°×2.93°的光学系统，虽然面型应用了自由曲面，但系统视场较小，且系统的最大畸变值比较大，为3.7％。

3、文献“design of a compact spectrometer with large field ofview basedon freeform surface.”(optics communications,444,81-86.doi:10.1016/j.optcom.2019.03.064)报道的离轴三反成像系统中应用的是非球面面型，视场大小为27°×1°，系统的最大畸变值比较大为2％。

技术实现思路

1、本实用新型针对现有技术存在的不足，提出了一种大视场低畸变全反射式光学系统。

2、为了解决以上技术问题，本实用新型提供的技术解决方案如下：

3、一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特殊之处在于：沿光线入射方向依次为主反射镜、次反射镜、第三反射镜、平面反射镜和像面。其中主反射镜和第三反射镜的面型均采用xy多项式自由曲面，利用其光学自由度减小畸变，从而达到大视场、低畸变的效果；同时还利用平面反射镜来折叠光路，使光路分布更加合理。

4、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

5、1.本实用新型通过引入平面反射镜，折叠光路，充分利用空间，使所述全反射式光学系统的结构更加紧凑，当用作成像光谱仪的前置物镜时光路更合理。

6、2.本实用新型通过将主反射镜和第三反射镜的面型设置为自由曲面，为光学系统提供了更多的自由度，因而有利于校正像差，提高光学系统的性能参数。同时，相对于球面或非球面系统的控制变量更多，与现有的其他离轴三反成像系统相比，在相同的波段和视场下，本实用新型能实现更低的畸变，获得更好的像质。

技术特征：

1.一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特征在于：按光线入射方向，依次包括凹面主反射镜(1)、凸面次反射镜(2)、凹面第三反射镜(3)、平面反射镜(4)以及像面(5)；主反射镜(1)和第三反射镜(3)位于次反射镜(2)的同一侧；

2.根据权利要求1所述的一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特征在于：所述系统的f数的取值范围为2≤f≤5。

3.根据权利要求1所述的一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特征在于：所述系统的总长l的取值范围为30mm≤l≤70mm。

4.根据权利要求1所述的一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特征在于：所述系统的最大畸变绝对值δ的取值范围的取值范围为0≤δ≤0.5％。

5.根据权利要求1所述的一种大视场低畸变全反射式光学系统，其特征在于：所述系统的全视场ω的取值范围为30≤ω≤50°。

技术总结
本技术涉及一种大视场低畸变全反射式光学系统。入射光线由主反射镜反射，光束会聚入射到次反射镜上，经次反射镜反射的光束再经过第三反射镜的内表面反射后入射到平面反射镜上，经平面反射镜反射后成像在像面上。主反射镜、次反射镜和第三反射镜组成离轴三反成像系统；主反射镜和第三反射镜的面型为自由曲面，且二者的内表面均为凹面；次反射镜的面型为凸面。本技术提供的全反射式光学系统具有视场大、畸变低的成像效果，更好的实现系统的像差的校正和平衡，可用作成像光谱仪的前置物镜。

技术研发人员：季轶群,孙淑君,冯安伟
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：20230315
技术公布日：2024/1/15