[发明专利]变焦稳像一体化成像系统中变形镜变焦面形设计方法

权利要求书

1.变焦稳像一体化成像系统中变形镜变焦面形设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：针对元件不动型变焦成像光学系统，建立变形镜的变焦面形模型；

元件不动型变焦成像光学系统中，有光学元件L_n(n＝1,...,n-i,...,n-j,...,n,i＞j)，其中，L_n-i与L_n-j为变形镜，其面形可变，位置不变；其它光学元件为系统中的固定光学元件，即，位置与面形均不可变的光学元件；

用矩阵方法表示元件不动型变焦成像光学系统，求解光学系统中光学元件的光学变换矩阵与光线在空气中传播的光学变换矩阵，其中，光学元件的光学变换矩阵M_n为：

其中，φ_n(n＝1,…,n-i,…,n-j,…n,；ij)表示光学元件光焦度；

光线在空气中传播的光学变换矩阵T_n-1为：

其中，d_n-1(n-1＝1,...,n-i,...,n-j,...,n-1；i＞j)表示传播距离；

将元件不动型变焦成像光学系统分解成由n个光学元件和n-1个传播介质组成的变换系统，将光学系统中光学元件的光学变换矩阵与光线在空气中传播的光学变化矩阵，按照光线在光学系统中的传播顺序进行连乘，得到系统的光学变换矩阵M，从而建立变形镜变焦面形模型：

步骤二：建立变形镜变焦面形与焦距之间的求解关系；

令元件不动型变焦成像光学系统焦距系统后截距A、C根据公式(3)得到；

对于变焦系统，想要实现一目标焦距f'与系统后截距l'，当变焦系统中固定光学参数与各个元件间距已知，且固定光学元件的光学元件参数也已知时，光学系统的焦距和后截距仅由两个变形镜的光焦度决定，此时，根据目标焦距f'求出光学系统中变形镜的光焦度

步骤三：根据成像系统变焦需求，计算得到变形镜的变焦面形；

用Zernike多项式表示变形镜变焦面形，其表达式为：

其中，Z为元件表面某处点的矢高，Z_j为第j阶Zernike项，C_j+1为Z_j的系数；

使用Zernike多项式离焦项，实现变形镜光焦度改变；定义b为离焦项系数，其中为由Zernike多项式生成的Zernike面形光焦度；要使变形镜光焦度分别为需要加载离焦系数分别为

步骤四：根据计算结果，调整实现所需的变形镜面形。