本发明属于太赫兹成像，具体涉及一种太赫兹自由曲面离轴三反准光系统。
背景技术：
1、太赫兹波(thz)是一种介于微波和红外光之间的电磁波，其频率范围为0.1thz至10thz，波长为3mm至30μm。太赫兹波具有穿透性强、非接触检测、谱线宽等独特优势，在无损检测领域具有广阔的应用前景。近年来，太赫兹成像技术在航天航空、电子产品、食品安全、生物医学等领域得到了广泛应用。
2、目前，焦平面阵列探测器(fpa)是太赫兹成像技术中主要用的探测器之一。为了提高fpa的灵敏度和成像质量，通常需要采用准光系统对太赫兹波进行聚焦。现有的焦平面阵列探测器采用的准光系统主要有两种类型：(1)折射镜头准光系统:折射镜头准光系统通常由2片或3片折射镜头组成，可以有效地聚焦太赫兹波。然而，折射式镜头材料的传输损耗以及不同界面之间的干涉会降低系统的灵敏度和成像质量。(2)反射镜准光系统:反射镜准光系统通常由2片或3片反射镜组成，可以避免材料传输损耗。然而，传统的球面或非球面反射镜难以消除像差，导致成像质量不佳。
3、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其采用自主研发的自由曲面设计方法，有效消除像差，提高了系统的灵敏度和成像质量。
2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供了一种太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，包括：
3、第一反射镜，设置在光线的出射光路上，用于将所述光线反射，形成第一反射光束；
4、第二反射镜，设置在所述第一反射镜的反射光路上，用于将所述第一反射光束二次反射，形成第二反射光束；
5、第三反射镜，设置在所述第二反射镜的反射光路上，用于将所述第二反射光束再次反射，形成第三反射光束；
6、探测器，位于所述第三反射镜的反射光路上且位于所述第三反射光束的会聚光斑处，用于接收所述第三反射光束；
7、所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射面均采用xy多项式面型，且xy多项式为x的偶次多项式，x的最高次数为6次；
8、建立全局三维直角坐标系(x，y，z)，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的中心分别位于坐标系(x，y，z)中的点o1、点o2和点o3处，点o1、点o2和点o3两两之间的距离满足以下关系：d23>＝d12>＝d13；
9、其中，d12为点o1和点o2之间的距离，d23为点o2和点o3之间的距离，d13为点o1和点o3之间的距离；
10、所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的通光孔径为60nm-160mm，f数为1-1.3，视场角范围为(±4.2°×±4.2°)～(±4.6°×±4.6°)。。
11、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第二反射镜上；或者，
12、所述第二反射镜为孔径光阑。
13、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射面均为含有x偶次项的6次xy多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面方程式为：
14、
15、其中，第一反射镜的曲率半径为2646.08299075151mm，二次曲面系数为109.049764178204，x半宽为160mm，y半宽为160mm，xy多项式的面型参数为：
16、
17、第二反射镜的曲率半径为-646.297743530395mm，二次曲面系数为10.670946693987，x半宽为80mm，y半宽为80mm，xy多项式的面型参数为：
18、
19、第三反射镜的曲率半径为-436.76242195341mm，二次曲面系数为-0.00275362836076844，曲率半径为180mm，xy多项式的面型参数为：
20、
21、
22、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一反射镜的中心点o1和所述第二反射镜的中心点o2的距离d12为400.008mm；所述第二反射镜的中心点o2和所述第三反射镜的中心点o3的距离d23为400.071mm；所述第三反射镜的中心点o3和所述探测器的平面中心的距离为399.935mm。
23、5.根据权利要求3所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，入射至所述第一反射镜的光线的最下方光线与所述第二反射镜上边缘之间的距离大于10mm；所述第三反射镜的第三反射光束和所述第二反射镜下边缘之间的距离至少大于10mm。
24、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的焦距为160mm，通光孔径为120mm-160mm，f数为1-1.3；
25、所述探测器为焦平面阵列探测器，所述焦平面阵列探测器的阵列规模数量为32×32或64×64，每个阵列单元的尺寸为0.4mm，所述焦平面阵列探测器阵列规模为25.6mm×25.6mm；
26、所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场角范围为±4.6°×±4.6°。
27、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场范围内均方根半径为5.424μm-25.947μm，波长在0.882μm时衍射极限为0.27lp/mm。
28、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射面均为含有x偶次项的6次xy多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面方程式为：
29、
30、其中，第一反射镜的曲率半径为1323.06433748304mm，二次曲面系数为109.049764178204，x半宽为80mm，y半宽为80mm，xy多项式的面型参数为：
31、
32、
33、第二反射镜的曲率半径为-323.154450880609mm，二次曲面系数为10.670946693987，x半宽为40mm，y半宽为40mm，xy多项式的面型参数为：
34、
35、
36、第三反射镜的曲率半径为-218.384981294618mm，二次曲面系数为-0.00275362836076844，x半宽为95mm，y半宽为110mm，xy多项式的面型参数为：
37、
38、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一反射镜的中心点o1和所述第二反射镜的中心点o2的距离d12为200.008mm；所述第二反射镜的中心点o2和所述第三反射镜的中心点o3的距离d23为200.039mm；所述第三反射镜的中心点o3和所述探测器的平面中心的距离为199.971mm。
39、在本发明的一个或多个实施例中，入射至所述第一反射镜的光线的最下方光线与所述第二反射镜上边缘之间的距离大于10mm；所述第三反射镜的第三反射光束和所述第二反射镜下边缘之间的距离至少大于10mm。
40、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的焦距为80mm，通光孔径为60mm-80mm，f数为1-1.2；
41、所述探测器为焦平面阵列探测器，所述焦平面阵列探测器的阵列规模数量为32×32或64×64，每个阵列单元的尺寸为0.4mm，所述焦平面阵列探测器阵列规模为12.8mm×12.8mm；
42、所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场角范围为±4.2°×±4.2°。
43、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场范围内均方根半径为2.785μm-7.689μm，波长在0.882μm时衍射极限为0.33lp/mm。
44、在本发明的一个或多个实施例中，所述太赫兹波是0.1thz～10thz的电磁波。
45、与现有技术相比，本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，通过采用自由曲面设计技术设计的xy多项式面型，使得该系统无中心遮拦，无色差，工作波段长，实现大视场低畸变的成像效果，更好地实现系统的像差的矫正和平衡，有效消除像差，提高成像质量。
46、本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜选用自由曲面xy多项式面型校正离轴像差，同时各个镜面结构都是在面内的偏心和倾斜，使用的自由曲面关于弧矢面对称，只更改x的偶次项参数，保证了整个系统关于弧矢面对称，大大减小了生产加工难度，同时增大了系统视场。
47、本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，使用操作数约束入射光线最下方光线与第二反射镜上边缘之间的距离大于10mm和经第三反射镜反射的第三反射光束和第二反射镜下边缘之间的距离大于10mm，保证在优化的过程中，全部光线没有遮挡，防止反射光线在不同反射镜面上产生交集，导致杂散光严重，影响成像质量。
48、本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，采用离轴三反光学设计方案，减小系统体积和重量，提高有效孔径。
49、本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，适用于焦平面阵列探测器，可以提高太赫兹成像系统的灵敏度和成像质量。
50、本发明的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，具有广阔的应用前景，可用于航天航空、电子产品、食品安全、生物医学等领域的无损检测。
1.一种太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，还包括孔径光阑，所述孔径光阑设置在所述第二反射镜上；或者，
3.根据权利要求1所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射面均为含有x偶次项的6次xy多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面方程式为：
4.根据权利要求3所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述第一反射镜的中心点o1和所述第二反射镜的中心点o2的距离d12为400.008mm；所述第二反射镜的中心点o2和所述第三反射镜的中心点o3的距离d23为400.071mm；所述第三反射镜的中心点o3和所述探测器的平面中心的距离为399.935mm。
5.根据权利要求3所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，入射至所述第一反射镜的光线的最下方光线与所述第二反射镜上边缘之间的距离大于10mm；所述第三反射镜的第三反射光束和所述第二反射镜下边缘之间的距离至少大于10mm。
6.根据权利要求3所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的焦距为160mm，通光孔径为120mm-160mm，f数为1-1.3；
7.根据权利要求3所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场范围内均方根半径为5.424μm-25.947μm，波长在0.882μm时衍射极限为0.27lp/mm。
8.根据权利要求1所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜的反射面均为含有x偶次项的6次xy多项式自由曲面，该xy多项式自由曲面方程式为：
9.根据权利要求8所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述第一反射镜的中心点o1和所述第二反射镜的中心点o2的距离d12为200.008mm；所述第二反射镜的中心点o2和所述第三反射镜的中心点o3的距离d23为200.039mm；所述第三反射镜的中心点o3和所述探测器的平面中心的距离为199.971mm。
10.根据权利要求8所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，入射至所述第一反射镜的光线的最下方光线与所述第二反射镜上边缘之间的距离大于10mm；所述第三反射镜的第三反射光束和所述第二反射镜下边缘之间的距离至少大于10mm。
11.根据权利要求8所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的焦距为80mm，通光孔径为60mm-80mm，f数为1-1.2；
12.根据权利要求8所述的太赫兹自由曲面离轴三反准光系统，其特征在于，所述太赫兹自由曲面离轴三反准光系统的视场范围内均方根半径为2.785μm-7.689μm，波长在0.882μm时衍射极限为0.33lp/mm。
