CN117092801A - 离轴折反射混合光学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种离轴折反射混合光学系统，该离轴折反射混合光学系统能够实现F数小于等于1.0，包括：主反射镜，位于入射光束的入射光路上，反射入射光束形成第一反射光束；次反射镜，位于所述主反射镜的反射光路上，用于反射第一反射光束，形成第二反射光束；第三反射镜，位于所述次反射镜的反射光路上，用于反射第二反射光束，形成第三反射光束；至少一个透镜，该至少一个透镜位于所述第三反射镜的反射光路上；像面，所述第三反射光束穿过至少一个透镜到达该像面；以及孔径光阑。该离轴折反射混合光学系统在实现小F数、大视场、无遮拦、且兼顾成像质量的同时，还能够使光学系统的体积和质量更小，结构更紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及光学设计领域，尤其涉及一种离轴折反射混合光学系统。
背景技术
离轴反射式光学成像系统具有透过率高，成像波段范围广，无色差等优势，在成像领域有着诸多应用。为了避免光束遮拦而减小成像效率，离轴系统的对称性遭到破坏，会引入一些非常规的和有视场依赖性的像差。具有回转对称性的球面和非球面校正这类像差的能力较弱。光学自由曲面是一种不具有回转对称性、设计自由度高的光学曲面，特别适用于校正光学系统像差，尤其是离轴非对称系统。采用光学自由曲面同时可以减少光学系统中元件的数量，降低光学系统的体积与重量，实现传统光学系统难以实现的系统参数、结构与功能。目前，采用了自由曲面的离轴光学系统相对于传统离轴光学系统在性能、体积、紧凑程度上有了很大的提升。随着高性能红外探测技术的发展，对光学系统有了更小F数、更大视场、更大焦距等高性能的要求。
然而，现有的离轴反射式光学系统为了实现紧凑的结构、以及为了避免光束遮拦往往会引入一些视场依赖的像差。因此，随着离轴反射式光学系统紧凑程度的提高，即使引入了自由曲面反射镜，离轴反射式光学系统也不能同时具备小F数、大视场、无遮拦、大焦距等高性能与好的成像质量。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种离轴折反射混合光学系统，该离轴折反射混合光学系统在实现小F数、大视场、无遮拦、且兼顾成像质量的同时，还能够使光学系统的体积和质量更小，结构更紧凑，进而解决现有的离轴反射式光学系统存在的技术问题。
一种离轴折反射混合光学系统，该离轴折反射混合光学系统能够实现F数小于等于1.0，该离轴折反射混合光学系统包括：
主反射镜，该主反射镜位于入射光束的入射光路上，并反射入射光束，形成第一反射光束；
次反射镜，该次反射镜位于所述主反射镜的反射光路上，用于反射所述第一反射光束，形成第二反射光束；
第三反射镜，该第三反射镜位于所述次反射镜的反射光路上，用于反射所述第二反射光束，形成第三反射光束，该第三反射光束的光路与入射光束的光路交叉且部分重叠；
至少一个透镜，该至少一个透镜位于所述第三反射镜的反射光路上，且所述第三反射镜和所述至少一个透镜位于入射光束的两侧；
像面，所述第三反射光束穿过所述至少一个透镜到达该像面；以及
孔径光阑，用于限制光束的口径。
相比于现有技术，本发明提供的离轴折反射混合光学系统使用至少一个透镜，可以校正视场依赖像差，提升成像质量，结合三个反射镜，使得该离轴折反射混合光学系统在实现极小F数(小于等于1.0)、大视场、无遮拦、且兼顾成像质量的同时，还能够使光学系统的体积和质量更小，结构更紧凑。而且，本发明的所述第三反射光束的光路与入射光束的光路交叉且部分重叠，可以进一步减小离轴折反射混合光学系统的体积，提高紧凑度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的离轴折反射混合光学系统的光路图。
图2为本发明实施例提供的离轴折反射混合光学系统的各视场的MTF曲线。
图3为本发明实施例提供的离轴折反射混合光学系统的各视场的平均RMS波像差图。
主要元件符号说明
离轴折反射混合光学系统 100
主反射镜 101
次反射镜 102
第三反射镜 103
透镜 104
第一表面 1041
第二表面 1042
孔径光阑 105
像面 106
入瞳 107
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
请参阅图1，本发明实施例提供一种离轴折反射混合光学系统100。该离轴折反射混合光学系统100包括相邻且间隔设置的一主反射镜101、一次反射镜102、一第三反射镜103、一透镜104、一孔径光阑105以及一像面106。其中，该主反射镜101位于入射光束的入射光路上，并反射入射光束，形成一第一反射光束。该次反射镜102位于主反射镜101的反射光路上，用于反射所述第一反射光束形成一第二反射光束。该第三反射镜103位于次反射镜102的反射光路上，用于反射所述第二反射光束形成一第三反射光束。该透镜104位于所述第三反射镜103的反射光路上。所述第三反射光束穿过所述入射光束后经过所述透镜104到达所述像面106。所述第三反射镜103和所述透镜104分别位于入射光束的两侧。所述入瞳和所述主反射镜102分别位于所述第二反射光束的两侧。
所述离轴折反射混合光学系统100工作时的光路如下：光线通过入瞳107后，以锐角入射在主反射镜101上，经反射后，第一反射光束以锐角入射在次反射镜102上，第一反射光束经反射后形成第二反射光束。第二反射光束以锐角入射在第三反射镜上103，第二反射光束再经反射后形成第三反射光束。第三反射光束以锐角入射在所述透镜104的前表面、经折射，从透镜104的后表面出射，最后在像面106上成像，前表面是指透镜104靠近第三反射镜103的表面，后表面是指透镜104远离第三反射镜103的表面。该第三反射光束的光路与入射光束的光路交叉且部分重叠，这样可以充分利用空间，减少系统的体积。
所述孔径光阑105可以位于所述离轴折反射混合光学系统100的最前方，也可以位于所述主反射镜101上、所述次反射镜102上、或者所述第三反射镜103上，也可以位于所述离轴折反射混合光学系统100的入瞳处。所述孔径光阑105用于调整光束的大小。本实施例中，所述孔径光阑105位于所述离轴折反射混合光学系统100的入瞳107处。
所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103的反射面可以为球面、非球面或自由曲面。本实施例中，所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103的反射面均为自由曲面。
所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103的材料不限，只要保证其具有较高的反射率即可。例如，所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103可选用铝、铜等金属材料，也可选用碳化硅、二氧化硅等无机非金属材料。为了进一步增加所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103的反射率，可以在其各自的反射面镀一层增反膜，该增反膜可以为一金膜。所述主反射镜101、所述次反射镜102以及所述第三反射镜103的尺寸可以根据实际需要进行调整。
本实施例中，所述主反射镜101、次反射镜102，以及所述第三反射镜103以凹凸凹的形式分配光焦度，更有利于实现结构紧凑化，进而提高所述离轴折反射混合光学系统100的紧凑程度，减小体积。当然，所述主反射镜101、次反射镜102，以及所述第三反射镜103并不限定于本实施例中的凹凸凹的形式，在其它实施例中也可以根据实际需要进行调整。
为了描述方便，将所述离轴折反射混合光学系统100所处的空间定义一全局三维直角坐标系(X，Y，Z)，将所述主反射镜101所处的空间定义一第一局部三维直角坐标系，次反射镜102所处的空间定义一第二局部三维直角坐标系，第三反射镜103所处的空间定义一第三局部三维直角坐标系。本实施例中，所述离轴折反射混合光学系统100的孔径光阑的位置为所述全局三维直角坐标系的原点。请参阅图1所示，通过孔径光阑105的一条水平方向的直线为Z轴，向左为负向右为正，Y轴在图1所示的平面内，垂直于Z轴向上为正向下为负，X轴垂直于YZ平面，垂直YZ平面向里为正向外为负。
在所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中，以所述主反射镜101上的一点为原点，定义一第一局部三维直角坐标系。所述主反射镜101的反射面及其位置由该第一局部三维直角坐标系描述。在所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中，以所述次反射镜102上的一点为原点定义一第二局部三维直角坐标系，所述次反射镜102的反射面及其位置由该第二局部三维直角坐标系描述。在所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中，以所述第三反射镜103上的一点为原点定义一第三局部三维直角坐标系，第三反射镜103的反射面及其位置由该第三局部三维直角坐标系描述。
所述第一局部三维直角坐标系，第二局部三维直角坐标系，及第三局部三维直角坐标系的原点分别位于所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中不同的位置。所述第一局部坐标系，第二局部坐标系，及第三局部三维直角坐标系中的每个局部坐标系均可以看作是全局坐标系(X，Y，Z)的原点分别沿Y轴正方向和Z轴正方向平移之后，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转一定的角度得到，平移的距离和旋转的角度可依实际需要选择设置。
本实施例中，所述第一局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向平移3.88mm，沿其Z轴正方向平移331.68mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转56.6度得到。
在所述第一局部三维直角坐标系中，所述主反射镜101的反射面为xy的多项式自由曲面；在所述第二局部三维直角坐标系中，所述次反射镜102的反射面为xy的多项式自由曲面；在所述第三局部三维直角坐标系中，所述第三反射镜103的反射面为xy的多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面的方程式均可表达为：
其中，z为曲面矢高，c为曲面曲率，k为二次曲面系数，Ai是多项式中第i项的系数。由于所述离轴折反射混合光学系统100关于YZ平面对称，因此，可以仅保留x的偶次项。
本实施例中，在所述第一局部三维直角坐标系中，所述主反射镜101的反射面为x的偶次多项式，x的最高次数为6次，该6次xy多项式自由曲面的方程式可表达为：
需要注意地是，所述主反射镜101的xy多项式自由曲面的最高次的次数并非仅限于本实施例中的6次，还可以为4次、8次或10次等，本领域技术人员可以根据实际情况优化设计得到。
本实施例中，所述主反射镜101反射面的xy多项式中曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值请参见表1。可以理解，曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai值也不限于表1中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
表1主反射镜101的反射面的xy多项式中的各系数的值
本实施例中，所述第二局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向平移-145.26mm，沿其Z轴正方向平移231.62mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转29.7度得到。
本实施例中，在所述第二局部三维直角坐标系中，所述次反射镜102的反射面一xy多项式自由曲面，所述xy多项式为x的偶次多项式，x的最高次数为6次，该6次xy多项式自由曲面的方程式可表达为：
需要注意地是，所述次反射镜102的xy多项式自由曲面的最高次的次数并非仅限于6次，还可以为4次、8次或10次等，本领域技术人员可以根据实际情况优化设计得到。
本实施例中，所述次反射镜102反射面的xy多项式中曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值请参见表2。可以理解，曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai值也不限于表2中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
表2次反射镜102的反射面的xy多项式中的各系数的值
| c | -9.39E+02 |
| k | 8.41E+00 |
| A3 | -1.39E+00 |
| A4 | 2.25E-04 |
| A6 | 1.31E-05 |
| A8 | -8.39E-08 |
| A10 | 3.07E-06 |
| A11 | 1.11E-09 |
| A13 | 2.06E-09 |
| A15 | 4.92E-09 |
| A17 | -4.76E-12 |
| A19 | -1.56E-11 |
| A21 | -2.48E-11 |
| A22 | 2.16E-14 |
| A24 | 5.19E-14 |
| A26 | 5.73E-14 |
| A28 | 4.34E-14 |
本实施例中，所述第三局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向平移150.78mm，沿其Z轴正方向平移114.42mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转-76.94度得到。
本实施例中，在所述第三局部三维直角坐标系中，所述第三反射镜103的反射面一xy多项式自由曲面，所述xy多项式为x的偶次多项式，x的最高次数为6次，该6次xy多项式自由曲面的方程式可表达为：
需要注意地是，所述第三反射镜103的xy多项式自由曲面的最高次的次数并非仅限于本实施例的6次，还可以为4次、8次或10次等，本领域技术人员可以根据实际情况优化设计得到。
本实施例中，所述第三反射镜103反射面的xy多项式中曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值请参见表3。可以理解，曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai值也不限于表3中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
表3第三反射镜103的反射面的xy多项式中的各系数的值
将所述透镜104上接收第三反射光的表面定义为第一表面1041，与该第一表面1041相对的表面定义为第二表面1042。在所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中，以所述透镜104第一表面1041上的一点为原点定义一第四局部三维直角坐标系，第一表面1041由该第四局部三维直角坐标系描述。在所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)中，以所述透镜104第二表面1042上的一点为原点定义一第五局部三维直角坐标系，第二表面1042由该第五局部三维直角坐标系(X，Y，Z)描述。
所述第一表面1041可以为球面，非球面，自由曲面，或衍射面。所述第二表面1042可以为球面，非球面，自由曲面，或衍射面。本实施例中，所述第一表面1041为一6阶xy多项式自由曲面，所述第二表面1042为一8阶非球面。
所述第四局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向和Z轴正方向平移，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转一定的角度得到，且平移的距离和旋转的角度可依实际需要选择设置。本实施例中，所述第四局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向平移-129.26mm，沿其Z轴正方向平移60.23mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转81.4度得到。
在所述第四局部三维直角坐标系中，所述第一表面1042为xy的多项式自由曲面，所述xy多项式为x的偶次多项式，x的最高次数为6次，该xy多项式自由曲面的方程式可表达为：
需要注意地是，所述第一表面1041的xy多项式自由曲面的最高次的次数并非仅限于本实施例的6次，还可以为4次、8次或10次等，本领域技术人员可以根据实际情况优化设计得到。
本实施例中，所述第一表面1041的xy多项式中曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai的值请参见表4。可以理解，曲率c、二次曲面系数k以及各项系数Ai值也不限于表4中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
表4第一表面1041的xy多项式中的各系数的值
所述第五局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向和Z轴正方向平移，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转一定的角度得到，且平移的距离和旋转的角度可依实际需要选择设置。本实施例中，所述第五局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿其Y轴正方向平移-137.14mm，沿其Z轴正方向平移58.85mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转81.4度得到。
在所述第五局部三维直角坐标系中，所述第二表面1042为一8阶非球面。该8阶非球面的表达式为：
可以理解，所述第一表面1042的次数并非仅限于本实施例的8次，还可以为4次、6次或10次等，本领域技术人员可以根据实际情况优化设计得到。
本实施例中，所述第二表面1042的表达式中c(为表5中Y半径的倒数)，二次曲面常数(k)，以及各项系数的值请参见表5。可以理解，c，二次曲面常数(k)，以及各项系数的值也不限于表5中所述，本领域技术人员可以根据实际需要调整。
表5第二表面1042的xy多项式中的各系数的值
| Y半径 | -5.13E+01 |
| 二次曲面常数(k) | 1.80E+00 |
| 4阶系数(A) | -7.27E-07 |
| 6阶系数(B) | -1.55E-09 |
| 8阶系数(C) | 8.42E-13 |
| D-J | 0 |
所述透镜106的材料、规格可依实际需要选择设置。所述透镜106的材料可以为锗、硫化锌、硒化锌等。本实施例中，所述透镜104的材料采用锗。所述透镜104结合三个自由曲面反射镜可以将光谱范围由8-12μm扩宽到8-14μm，相对于透射系统光谱范围扩宽了50％。所述离轴折反射混合光学系统100的透过率可以达到90％以上，相对于透射系统提升了30％。
所述透镜104优选为弯月透镜，尺寸小且其直径厚度比大，引入的色差极小，可以保持反射式结构的无色差的优点。优选的，所述透镜104的直径厚度比大于6，更有利于降低色差。本实施例中，所述透镜104为直径厚度比大于6的薄弯月透镜。所述透镜104的厚度在设计时尽可能减小，从而能降低色差对成像质量的影响。本实施例中，所述透镜104的厚度为7mm。在其它一些实施例中，所述透镜104的厚度可以小于7mm。
本实施例中，所述透镜104的光轴方向相对所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)的Y轴负方向有一个顺时针的锐角旋转角度，可以一定程度上避免杂散光通过孔径光阑、透镜直接照射在探测器上。
在其它一些实施例中，所述透镜104可以替换为两个透镜或者由多个透镜组成的透镜组，进而提高色差校正的功能。
以所述像面106上的一点为原点定义一第六局部三维直角坐标系，所述像面106的位置由该第六局部三维直角坐标系描述。所述第六局部三维直角坐标系中的每个局部坐标系均可以看作是全局坐标系(X，Y，Z)的原点分别沿其Y轴正方向和Z轴正方向平移之后，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转一定的角度得到，平移的距离和旋转的角度可依实际需要选择设置。本实施例中，所述第六局部三维直角坐标系为所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)沿Y轴正方向平移-151.84mm，沿Z轴正方向平移55.76mm，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转81.4度得到。所述像面106的位置可以放置任意的光学成像元件，也可以作为另一个光学系统的入瞳。本实施例中，所述像面106的位置放置一光探测器。
本实施例中，所述离轴折反射混合光学系统100的整体外形为一梯形结构。所述离轴折反射混合光学系统100的焦距为250mm，入瞳直径为250mm，工作波段为中波红外(8-14μm)，F数为1.0，视场为3.51°×2.81°。当然，可以理解地，所述离轴折反射混合光学系统100的参数的数值并不限于本实施例所列举的数值，依据本发明而得到的参数的其它数值，也应在本发明所保护的范围内。例如，在其它一些实施例中，所述离轴折反射混合光学系统100可以实现F数小于1.0，从而实现极高的分辨率。在一些实施例中，所述离轴折反射混合光学系统100的对角线视场可以实现12°视场角。
请参阅图2，为所述离轴折反射混合光学系统100在中波红外波段下部分视场角的调制传递函数MTF。从图2中可以看出，各视场MTF曲线都基本达到了衍射极限，表明该离轴折反射混合光学系统100具有很高的成像质量。
请参阅图3，为所述离轴折反射混合光学系统100的各视场的平均RMS波像差图。由图中可以看出，平均值为0.057λ，其中λ＝9488.8nm，说明该离轴折反射混合光学系统100的成像质量很好。
本发明提供的离轴折反射混合光学系统具有以下有益效果：第一，本发明包括三个自由曲面反射镜以及一个透镜，使得该离轴折反射混合光学系统在实现小F数、大视场、无遮拦、且兼顾成像质量的同时，还能够使光学系统的体积和质量更小，结构更紧凑。基于本发明结构的离轴折反射混合光学系统可以实现极小F数，F数小于等于1.0，从而实现极高的分辨率，这是现有技术无法实现的。第二，所述主反射镜、次反射镜，以及第三反射镜以凹凸凹的形式分配光焦度，更有利于实现结构紧凑化，进而提高所述离轴折反射混合光学系统的紧凑程度，减小体积。第三，本发明的离轴折反射混合光学系统可以实现长波光谱范围由8-12μm扩宽到8-14μm，相对于透射系统光谱范围扩宽了50％，还有扩展到中波段，实现宽波段。所述离轴折反射混合光学系统的透过率可以达到90％以上，相对于透射系统提升了30％。第四，本发明的所述离轴折反射混合光学系统与常规紧凑型反射自由曲面系统相比，引入自由曲面薄透镜，能够校正视场依赖像差，提升成像质量。第五，与传统透射系统相比，本发明的所述离轴折反射混合光学系统的结构更简单、紧凑程度更高；同时能够实现小F数、大视场、大口径、小色差、宽光谱。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种离轴折反射混合光学系统，其特征在于，该离轴折反射混合光学系统能够实现F数小于等于1.0，该离轴折反射混合光学系统包括：
主反射镜，该主反射镜位于入射光束的入射光路上，并反射入射光束，形成第一反射光束；
次反射镜，该次反射镜位于所述主反射镜的反射光路上，用于反射所述第一反射光束，形成第二反射光束；
第三反射镜，该第三反射镜位于所述次反射镜的反射光路上，用于反射所述第二反射光束，形成第三反射光束，该第三反射光束的光路与入射光束的光路交叉且部分重叠；
至少一个透镜，该至少一个透镜位于所述第三反射镜的反射光路上，且所述第三反射镜和所述至少一个透镜位于入射光束的两侧；
像面，所述第三反射光束穿过所述至少一个透镜到达该像面；以及
孔径光阑，用于限制光束的口径。
2.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，所述离轴折反射混合光学系统包括一入瞳，入射光线通过入瞳后，以锐角入射在所述主反射镜上，经反射后，第一反射光束以锐角入射在所述次反射镜上，第一反射光束经反射后形成第二反射光束，该第二反射光束以锐角入射在第三反射镜上，第二反射光束再经反射后形成第三反射光束，第三反射光束以锐角入射在所述至少一个透镜靠近所述第三反射镜的表面、经折射，从所述至少一个透镜远离所述第三反射镜的表面出射，最后在像面上成像。
3.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，所述主反射镜、次反射镜以及第三反射镜的反射面均为自由曲面。
4.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，所述主反射镜，次反射镜，以及第三反射镜以凹凸凹的形式分配光焦度。
5.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，所述至少一个透镜为一个透镜，将该透镜上接收第三反射光的表面定义为第一表面，与该第一表面相对的表面定义为第二表面，所述第一表面和第二表面为球面、非球面、自由曲面、或衍射面。
6.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，该离轴折反射混合光学系统的F数为1.0。
7.如权利要求1所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，将所述孔径光阑的位置为原点定义一全局三维直角坐标系(X，Y，Z)，通过孔径光阑的一条水平方向的直线为Z轴，向左为负向右为正，垂直于Z轴向上为正向下为负，X轴垂直于YZ平面，垂直YZ平面向里为正向外为负；将所述主反射镜所处的空间定义一第一局部三维直角坐标系，次反射镜所处的空间定义一第二局部三维直角坐标系，第三反射镜所处的空间定义一第三局部三维直角坐标系；所述第一局部坐标系，第二局部坐标系，及第三局部三维直角坐标系中的每个局部坐标系均是全局坐标系的原点分别沿Y轴正方向和Z轴正方向平移之后，然后以全局坐标系(X，Y，Z)的X轴为旋转轴逆时针旋转一定的角度得到；所述主反射镜在所述第一局部坐标系中的表达式，所述次反射镜在所述第二局部坐标系中的表达式，以及所述第三反射镜在所述第三局部坐标系中的表达式均为6次xy多项式自由曲面，该6次xy多项式自由曲面的方程式为：
其中，z为曲面矢高，c为曲面曲率，k为二次曲面系数，Ai是多项式中第i项的系数。
8.如权利要求7所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，在该第一局部三维直角坐标系中，所述主反射镜的6次xy多项式自由曲面的方程式中，c＝-3.76E+03，k＝5.00E+00，A3＝5.48E-01，A4＝-9.67E-05，A6＝-7.81E-05，A8＝1.28E-07，A10＝3.92E-07，A11＝5.09E-11，A13＝-5.59E-11，A15＝-6.17E-10，A17＝-7.28E-13，A19＝-4.65E-13，A21＝1.21E-12，A22＝9.18E-16，A24＝2.20E-15，A26＝-3.76E-16，A28＝-2.66E-15。
9.如权利要求7所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，在该第二局部三维直角坐标系中，所述次反射镜的6次xy多项式自由曲面的方程式中，c＝-9.39E+02，k＝8.41E+00，A3＝-1.39E+00，A4＝2.25E-04，A6＝1.31E-05，A8＝-8.39E-08，A10＝3.07E-06，A11＝1.11E-09，A13＝2.06E-09，A15＝4.92E-09，A17＝-4.76E-12，A19＝-1.56E-11，A21＝-2.48E-11，A22＝2.16E-14，A24＝5.19E-14，A26＝5.73E-14，A28＝4.34E-14。
10.如权利要求7所述的离轴折反射混合光学系统，其特征在于，所述透镜的光轴方向相对所述全局三维直角坐标系(X，Y，Z)的Y轴负方向有一个顺时针的锐角旋转角度。
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