[发明专利]一种光学检焦系统及方法

说明书

本发明提供一种光学检焦系统及方法，采用远小于通光孔径的检焦平面反射镜，通过合理布置平面反射镜位置，检焦时利用平面反射镜静止，主光学系统在俯角电机驱动下绕垂直于光轴平面的轴作往复小幅摆动的方法，从而大幅减小了相机的尺寸和重量，另外也便于对检焦反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。

技术领域

本发明涉及光学检测领域，特别涉及一种光学检焦系统及方法。

背景技术

长焦距航空相机在空中成像时，由于温度、大气压力和照相距离的变化会导致光学元件曲率半径、透镜间空气间隔、镜片间空气折射率及结构件实际尺寸发生变化，造成离焦现象，严重影响图像的清晰度和分辨率，因此要获得高清晰度的图像，就需要相机在拍照前进行自动检焦。

目前，在长焦距航空相机中，常用的检焦方法就是全孔径自准直检焦，结合图1所示，长焦距航空相机的全孔径自准直检焦原理示意：全孔径平面反射镜1，该全孔径平面反射镜1具有光路折转和自准直检焦用。相机工作时，全孔径平面反射镜1与光轴成45度放置，使成像光线折转90度；自准直检焦前，全孔径平面反射镜1在电机的驱动下绕垂直于光轴平面的轴旋转至与光轴垂直位置。检焦时，主光学系统保持静止不动，全孔径平面反射镜1在电机的驱动下绕垂直于光轴平面的轴做小幅摆动以实现自准直检焦。

由于全孔径平面反射镜尺寸和重量大，导致相机长度方向尺寸加长、重量加大，因此装机难度增大。另外航空相机外界温度剧烈变化，尺寸较大的全孔径检焦平面反射镜的温控措施难于实施。温度变化会改变检焦平面反射镜的面型，从而导致检焦系统的象散，导致检焦不准，降低检焦精度。因此，在有限的装机空间约束下，长焦距航空相机采用前置全孔径平面反射镜来实现高精度自准直检焦将面临重大挑战。特别是对于采用R-C光学系统的航空相机，R-C光学系统是主镜和次镜都为双曲面的改进形式的卡塞格林系统。长焦距航空相机采用R-C光学系统，目的之一就是可以有效减小尺寸，但全孔径检焦带来的后果是增加相机尺寸和重量。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学检焦系统及方法，大幅减小了相机的尺寸和重量，便于布置和安装，另外也便于对平面反射镜进行温控，从而保证了检焦精度。

第一方面，本发明提供一种光学检焦系统，包括发光元件、光栅、焦平面反射镜、透镜组、折转反射镜、平面反射镜、次镜、主镜、俯角电机、调焦电机以及光敏元件，所述次镜、所述折转反射镜、所述主镜构成主光学系统，所述平面反射镜位于所述次镜和所述主镜之间，所述发光元件发出的光照射在所述光栅，所述光栅形成的光栅像经由焦平面反射依次经过所述透镜组、所述折转反射镜、所述次镜和所述主镜后照射在所述平面反射镜上，所述光栅像经过所述平面反射镜反射后通过所述主镜、所述次镜、所述折转反射镜、所述透镜组及所述焦平面反射后经由所述光栅照射在所述光敏元件上，所述俯角电机带动所述主光学系统绕垂直于光轴平面的轴作往复摆动，根据所述光敏元件检测到光能量强度控制所述调焦电机带动焦平面沿光轴前后移动直至所述光能量强度最大。

可选地，包括信号处理器，所述光敏元件与所述信号处理器电连接，所述信号处理器根据所述光敏元件采集的光能量强度控制所述调焦电机带动所述焦平面反射镜沿光轴前后移动以调整焦平面位置。

可选地，所述主光学系统通过镜筒安装在所述俯角电机的转轴上，所述俯角电机的转轴安装在外框架上。

可选地，所述平面反射镜的中心在YC轴方向与所述主光学系统的中心重合，在XC轴方向，所述平面反射镜与所述次镜的中心距为112.5mm，在ZC轴方向，所述平面反射镜与所述次镜的空气间隔为42.5mm。

可选地，所述平面反射镜固定于所述外框架上。

可选地，包括反射镜芯轴、支撑横梁以及支耳，所述平面反射镜安装在所述反射镜芯轴上，所述反射镜芯轴安装在所述支撑横梁上，所述支撑横梁通过所述支耳安装在所述外框架上。

可选地，所述支耳为两个分别安装于所述支撑横梁的两端。