[發明專利]一種光學檢焦系統及方法

在審

• 申請號: 201710816787.2
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN109001885A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 丁亞林;蘇東風;陳志超;劉波
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G02B7/28
• 分類號: G02B7/28;G02B17/06
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

本發明提供一種光學檢焦系統及方法，采用遠小于通光孔徑的檢焦平面反射鏡，通過合理布置平面反射鏡位置，檢焦時利用平面反射鏡靜止，主光學系統在俯角電機驅動下繞垂直于光軸平面的軸作往復小幅擺動的方法，從而大幅減小了相機的尺寸和重量，另外也便于對檢焦反射鏡進行溫控，從而保證了檢焦精度。

技術領域

本發明涉及光學檢測領域，特別涉及一種光學檢焦系統及方法。

背景技術

長焦距航空相機在空中成像時，由于溫度、大氣壓力和照相距離的變化會導致光學元件曲率半徑、透鏡間空氣間隔、鏡片間空氣折射率及結構件實際尺寸發生變化，造成離焦現象，嚴重影響圖像的清晰度和分辨率，因此要獲得高清晰度的圖像，就需要相機在拍照前進行自動檢焦。

目前，在長焦距航空相機中，常用的檢焦方法就是全孔徑自準直檢焦，結合圖1所示，長焦距航空相機的全孔徑自準直檢焦原理示意：全孔徑平面反射鏡1，該全孔徑平面反射鏡1具有光路折轉和自準直檢焦用。相機工作時，全孔徑平面反射鏡1與光軸成45度放置，使成像光線折轉90度；自準直檢焦前，全孔徑平面反射鏡1在電機的驅動下繞垂直于光軸平面的軸旋轉至與光軸垂直位置。檢焦時，主光學系統保持靜止不動，全孔徑平面反射鏡1在電機的驅動下繞垂直于光軸平面的軸做小幅擺動以實現自準直檢焦。

由于全孔徑平面反射鏡尺寸和重量大，導致相機長度方向尺寸加長、重量加大，因此裝機難度增大。另外航空相機外界溫度劇烈變化，尺寸較大的全孔徑檢焦平面反射鏡的溫控措施難于實施。溫度變化會改變檢焦平面反射鏡的面型，從而導致檢焦系統的象散，導致檢焦不準，降低檢焦精度。因此，在有限的裝機空間約束下，長焦距航空相機采用前置全孔徑平面反射鏡來實現高精度自準直檢焦將面臨重大挑戰。特別是對于采用R-C光學系統的航空相機，R-C光學系統是主鏡和次鏡都為雙曲面的改進形式的卡塞格林系統。長焦距航空相機采用R-C光學系統，目的之一就是可以有效減小尺寸，但全孔徑檢焦帶來的后果是增加相機尺寸和重量。

發明內容

有鑒于此，本發明實施例提供了一種光學檢焦系統及方法，大幅減小了相機的尺寸和重量，便于布置和安裝，另外也便于對平面反射鏡進行溫控，從而保證了檢焦精度。

第一方面，本發明提供一種光學檢焦系統，包括發光元件、光柵、焦平面反射鏡、透鏡組、折轉反射鏡、平面反射鏡、次鏡、主鏡、俯角電機、調焦電機以及光敏元件，所述次鏡、所述折轉反射鏡、所述主鏡構成主光學系統，所述平面反射鏡位于所述次鏡和所述主鏡之間，所述發光元件發出的光照射在所述光柵，所述光柵形成的光柵像經由焦平面反射依次經過所述透鏡組、所述折轉反射鏡、所述次鏡和所述主鏡后照射在所述平面反射鏡上，所述光柵像經過所述平面反射鏡反射后通過所述主鏡、所述次鏡、所述折轉反射鏡、所述透鏡組及所述焦平面反射后經由所述光柵照射在所述光敏元件上，所述俯角電機帶動所述主光學系統繞垂直于光軸平面的軸作往復擺動，根據所述光敏元件檢測到光能量強度控制所述調焦電機帶動焦平面沿光軸前后移動直至所述光能量強度最大。

可選地，包括信號處理器，所述光敏元件與所述信號處理器電連接，所述信號處理器根據所述光敏元件采集的光能量強度控制所述調焦電機帶動所述焦平面反射鏡沿光軸前后移動以調整焦平面位置。

可選地，所述主光學系統通過鏡筒安裝在所述俯角電機的轉軸上，所述俯角電機的轉軸安裝在外框架上。

可選地，所述平面反射鏡的中心在YC軸方向與所述主光學系統的中心重合，在XC軸方向，所述平面反射鏡與所述次鏡的中心距為112.5mm，在ZC軸方向，所述平面反射鏡與所述次鏡的空氣間隔為42.5mm。

可選地，所述平面反射鏡固定于所述外框架上。

可選地，包括反射鏡芯軸、支撐橫梁以及支耳，所述平面反射鏡安裝在所述反射鏡芯軸上，所述反射鏡芯軸安裝在所述支撐橫梁上，所述支撐橫梁通過所述支耳安裝在所述外框架上。

可選地，所述支耳為兩個分別安裝于所述支撐橫梁的兩端。