[发明专利]变焦稳像一体化成像系统中变形镜稳像面形的设计方法

说明书

本发明涉及一种变焦稳像一体化成像系统中变形镜稳像面形的设计方法，属于光电技术领域。本方法基于空间光线追迹方法与多元非线性最优化算法，以建立考虑变焦的变形镜稳像面形数学模型为核心。首先，根据入射光线信息，求解变形镜变焦面形出射的光线信息。然后，建立考虑变焦的光学系统稳像面形求解模型。之后，建立稳像面形优化的评价函数，基于模拟退火算法进行稳像面形优化。然后，完成稳像相关项像差的筛选，明确对光学系统稳像有贡献的像差项。最后，设计变焦与稳像组合面形。本方法能够在变形镜有限的动态范围内，在完成变焦面形的基础上进行稳像面形设计，以同时满足光学成像系统变焦与稳像的需要。

技术领域

本发明涉及一种变形镜稳像面形的设计方法，属于光电技术领域。

背景技术

成像系统在军用领域与民用领域有着广泛的应用。在一些成像系统中，比如侦察系统与地面遥感系统，为了完成目标的捕获及跟踪功能，需要在系统中集成光学变焦系统，以获得不同物距、不同视场下目标的清晰图像。光学变焦系统在变焦过程中不会丢失跟踪目标，而且能够根据目标特征选择合适大小的视场，大大提高了跟踪、监测的功效。

除了光学变焦系统的应用之外，由于成像载体的随机运动，对集成在其上的成像系统存在一些不利影响，系统光轴与目标之间会产生相对运动，导致在像面位置形成图像的平移和旋转。为了捕获静止目标物体的清晰图像，需要在成像系统中引入图像稳定技术。基于上述要求，研究一种具有稳像能力的小型化、智能化、通用化的变焦系统，是十分必要的。

变形镜，即Deformable mirror(DM)，是一种具有很高自由度的面形可变光学器件。它通过可控的驱动器来控制反射镜面，使其不同部位作微小运动，从而改变变形镜的面形。利用变形镜与其它光学透镜组成“元件不动型变焦稳像一体化成像光学系统”，以能够清晰成像为目标，采取不同的变形控制，能够实现光学系统变焦与稳像。与传统的光学成像系统相比，“元件不动型变焦稳像一体化成像光学系统”具有体积小、重量轻、低功耗和响应快等显著的技术优势，符合侦察、监测装置的发展趋势。

在专利“一种元件不动型变焦稳像一体化成像光学系统(CN201310341584)”中，提出了一种变焦稳像一体化成像光学系统，利用光学元件或光学组元距离改变实现光学变焦，提出了通过采用焦距可变的变形镜实现元件不动型系统变焦和稳像，以解决传统变焦与稳像系统性能受限于宏观机械结构响应速度和控制精度的问题。但是，该专利并未公开涉及变焦稳像一体化光学系统中变形镜用于实现变焦与稳像的面形设计方法和相关技术。

由于变形镜行程有限、控制困难，很难同时实现具有多种模式像差的面形控制，因此，在完成变形镜变焦面形设计的基础上，需要寻找一种变形镜稳像面形的设计方法，在变形镜动态范围内，设计出满足变焦稳像一体化光学系统中稳像需求的面形。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述变焦稳像一体化光学系统中变形镜稳像面形的优化设计问题，提出一种变形镜稳像面形设计方法。

本方法基于空间光线追迹方法与多元非线性最优化算法，以建立考虑变焦的变形镜稳像面形数学模型为核心，流程如图1所示。

首先，根据入射光线信息，求解变形镜变焦面形出射的光线信息。

然后，建立考虑变焦的光学系统稳像面形求解模型。

之后，建立稳像面形优化的评价函数，基于模拟退火算法进行稳像面形优化。

然后，完成稳像相关项像差的筛选，明确对光学系统稳像有贡献的像差项。

最后，设计变焦与稳像组合面形。

有益效果