[發明專利]提高離軸三反光學系統成像質量的方法

有效

• 申請號: 201710864327.7
• 申請日: 2017-09-22
• 公開（公告）號: CN107505694B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 李杏華;張冬;高凌妤;郭倩蕊;景泉;胡震岳
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B17/06
• 分類號: G02B17/06;G02B27/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及光學系統的成像理論，為實現離軸三反光學系統成像位置補償，提高系統的成像質量。本發明采用的技術方案是，提高離軸三反光學系統成像質量的方法，將離軸三反系統等價為單反射系統，建立帶參考反射鏡成像模型，利用等效及坐標轉換的數學方法理論推導成像公式，其中，點光源經過反射鏡D1和參考反射鏡D2，在位于焦平面處的CCD上匯聚成點r，以反射鏡中心O_s為原點建立理想坐標系O_sX_sY_sZ_s，Z_s軸與視軸同線，以實際CCD中心O_r為原點建立實際成像坐標系O_rX_rY_rZ_r，忽略光學畸變誤差，僅考慮視軸旋轉平移和焦距變化的成像坐標補償方法。本發明主要應用于光學系統的成像檢測場合。

技術領域

本發明涉及光學系統的成像理論，涉及一種離軸三反光學系統視軸的位置變化與系統成像質量的理論分析。具體講，涉及提高離軸三反光學系統成像質量的方法。

背景技術

離軸三反光學系統不產生色差，無二級光譜，使用波段寬，孔徑可以做得很大，易于輕量化，三反射鏡可以獲得較大的視場，易于控制光學系統的雜散輻射，同時因離軸系統無中心遮攔，進入光學系統的光通量較大，使得像面照度更加均勻，高分辨率成像，能夠滿足空間相機對光學系統的要求和發展方向：地面分辨力高，地面覆蓋廣，研制相機體積減小，重量減輕。

離軸三反式光學系統是在同軸三反射式光學系統的基礎上，將光學系統的光闌離軸、視場離軸或鏡面傾斜，以消除同軸光學系統存在中心遮攔問題的非對稱光學系統。由于離軸三反系統反射鏡數量多，且各反射鏡中心光軸部分的缺失，光學結構的離軸性和非對稱性，使系統裝配有很大的困難。目前主要采用初始定位與計算機輔助裝調相結合的方法，裝配過程會帶來光學元件的位置誤差，使系統成像視軸發生改變，產生成像定位誤差，降低相機的成像精度和質量。因此，為了減小裝配過程系統視軸改變帶來的初始成像誤差，確定離軸三反光學系統的準確成像位置，提高離軸三反光學系統的成像精度有很重要的意義。

發明內容

為克服現有技術的不足，本發明旨在提出一種離軸三反光學系統視軸的位置變化與系統成像位置關系的理論研究方法。可實現離軸三反光學系統成像位置補償，提高系統的成像質量。本發明采用的技術方案是，提高離軸三反光學系統成像質量的方法，將離軸三反系統等價為單反射系統，建立帶參考反射鏡成像模型，利用等效及坐標轉換的數學方法理論推導成像公式，其中，點光源經過反射鏡D1和參考反射鏡D2，在位于焦平面處的CCD上匯聚成點r，以反射鏡中心Os為原點建立理想坐標系O_sX_sY_sZ_s，Z_s軸與視軸同線，以實際CCD中心O_r為原點建立實際成像坐標系O_rX_rY_rZ_r，忽略光學畸變誤差，僅考慮視軸旋轉平移和焦距變化的成像坐標補償方法，視軸的旋轉等效為入射光線和CCD面繞X_s和Y_s軸旋轉α角、β角；得到在光線偏轉后理想CCD成像面上的r和光線偏轉前理想CCD成像面上r′這兩點的數學關系；最后通過坐標系的轉換，將理想坐標系下的成像坐標r轉化成實際CCD面下的坐標k，推導出單反射鏡模型視軸改變后實際CCD成像坐標的數學表達式。