[發明專利]變焦穩像一體化成像系統中變形鏡穩像面形的設計方法

有效

• 申請號: 201910342312.3
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110133846B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 郝群;寧妍;胡搖;程雪岷
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B26/08
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 唐華

本發明涉及一種變焦穩像一體化成像系統中變形鏡穩像面形的設計方法，屬于光電技術領域。本方法基于空間光線追跡方法與多元非線性最優化算法，以建立考慮變焦的變形鏡穩像面形數學模型為核心。首先，根據入射光線信息，求解變形鏡變焦面形出射的光線信息。然后，建立考慮變焦的光學系統穩像面形求解模型。之后，建立穩像面形優化的評價函數，基于模擬退火算法進行穩像面形優化。然后，完成穩像相關項像差的篩選，明確對光學系統穩像有貢獻的像差項。最后，設計變焦與穩像組合面形。本方法能夠在變形鏡有限的動態范圍內，在完成變焦面形的基礎上進行穩像面形設計，以同時滿足光學成像系統變焦與穩像的需要。

技術領域

本發明涉及一種變形鏡穩像面形的設計方法，屬于光電技術領域。

背景技術

成像系統在軍用領域與民用領域有著廣泛的應用。在一些成像系統中，比如偵察系統與地面遙感系統，為了完成目標的捕獲及跟蹤功能，需要在系統中集成光學變焦系統，以獲得不同物距、不同視場下目標的清晰圖像。光學變焦系統在變焦過程中不會丟失跟蹤目標，而且能夠根據目標特征選擇合適大小的視場，大大提高了跟蹤、監測的功效。

除了光學變焦系統的應用之外，由于成像載體的隨機運動，對集成在其上的成像系統存在一些不利影響，系統光軸與目標之間會產生相對運動，導致在像面位置形成圖像的平移和旋轉。為了捕獲靜止目標物體的清晰圖像，需要在成像系統中引入圖像穩定技術。基于上述要求，研究一種具有穩像能力的小型化、智能化、通用化的變焦系統，是十分必要的。

變形鏡，即Deformable mirror(DM)，是一種具有很高自由度的面形可變光學器件。它通過可控的驅動器來控制反射鏡面，使其不同部位作微小運動，從而改變變形鏡的面形。利用變形鏡與其它光學透鏡組成“元件不動型變焦穩像一體化成像光學系統”，以能夠清晰成像為目標，采取不同的變形控制，能夠實現光學系統變焦與穩像。與傳統的光學成像系統相比，“元件不動型變焦穩像一體化成像光學系統”具有體積小、重量輕、低功耗和響應快等顯著的技術優勢，符合偵察、監測裝置的發展趨勢。

在專利“一種元件不動型變焦穩像一體化成像光學系統(CN201310341584)”中，提出了一種變焦穩像一體化成像光學系統，利用光學元件或光學組元距離改變實現光學變焦，提出了通過采用焦距可變的變形鏡實現元件不動型系統變焦和穩像，以解決傳統變焦與穩像系統性能受限于宏觀機械結構響應速度和控制精度的問題。但是，該專利并未公開涉及變焦穩像一體化光學系統中變形鏡用于實現變焦與穩像的面形設計方法和相關技術。

由于變形鏡行程有限、控制困難，很難同時實現具有多種模式像差的面形控制，因此，在完成變形鏡變焦面形設計的基礎上，需要尋找一種變形鏡穩像面形的設計方法，在變形鏡動態范圍內，設計出滿足變焦穩像一體化光學系統中穩像需求的面形。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述變焦穩像一體化光學系統中變形鏡穩像面形的優化設計問題，提出一種變形鏡穩像面形設計方法。

本方法基于空間光線追跡方法與多元非線性最優化算法，以建立考慮變焦的變形鏡穩像面形數學模型為核心，流程如圖1所示。

首先，根據入射光線信息，求解變形鏡變焦面形出射的光線信息。

然后，建立考慮變焦的光學系統穩像面形求解模型。

之后，建立穩像面形優化的評價函數，基于模擬退火算法進行穩像面形優化。

然后，完成穩像相關項像差的篩選，明確對光學系統穩像有貢獻的像差項。

最后，設計變焦與穩像組合面形。

有益效果