一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法与流程

本发明属于共形光学的，具体涉及一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法。

背景技术：

1、成像系统在拼接式共形光窗内绕固定轴旋转扫描时，入射光线可能会同时穿过多个光窗表面。光线经过不同光窗表面的入射角不同会产生光程差，从而引入动态像差，导致成像系统的点扩散函数劈裂或下降、调制传递函数降低，严重影响成像质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，旨在解决上述的问题。

2、本发明主要通过以下技术方案实现：

3、一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：光程差计算；根据旋转的俯仰角和方位角，计算入射光线在不同光窗表面上的入射角；然后，基于折射定律计算光线经过不同光窗表面的光程，进而计算得到不同光窗表面之间的光程差δ

d；

5、步骤s2：通光区域计算；根据旋转的俯仰角和方位角，通过投影关系计算各个光窗表面在成像系统入瞳上对应的通光区域；

6、步骤s3：可变形镜调节；根据不同光窗表面之间的光程差及入瞳上对应的通光区域，调节可变形镜各子孔径的镜面矢高，使得光线经可变形镜反射后各通光区域之间的光程差为0，实现像差的动态补偿。

7、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s1中，不同光窗表面之间的光程差δ

d为：其中：

α1和

α2分别为相邻两个光窗表面的光线入射角；

8、

α为入射光线在光窗表面的入射角，且

α为

α1或

α2；

9、

n为光窗折射率；

10、

d为厚度；

11、

n

c为旋转后成像系统入瞳面的单位法向量；

12、

r

β为俯仰旋转矩阵；

13、

r

γ为方位旋转矩阵；

14、

m为光窗表面单位法向量；

15、

n为旋转前成像系统入瞳面的单位法向量。

16、为了更好地实现本发明，进一步地，所述俯仰旋转矩阵

r

β和方位旋转矩阵

r

γ分别为：其中：

β为成像系统旋转的俯仰角；

17、

γ为成像系统旋转的方位角。

18、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2中，计算不同光窗表面之间的交线，然后，根据投影关系，得到交线在成像系统入瞳面的投影直线，作为两个光窗表面在入瞳面上对应的通光区域的分界线，以确定两个光窗表面对应的通光区域。

19、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s2中，设两个光窗表面的单位法向量分别为

n1和

n2，则两个光窗表面的交线

r为：其中：

p0为交线上的任意一点；

20、

n

d为交线的单位方向向量；

21、

x为参数，x∈r，用于表示直线方程；

22、根据投影关系，交线在成像系统入瞳面的投影直线

s为：其中：

p1为入瞳面上的任意一点；

23、

n

c为旋转后成像系统入瞳面的单位法向量。

24、为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤s3中，在可变形镜上，调节两个光窗表面对应的通光区域的镜面矢高差为δ

d/2，可使得光线经可变形镜反射后各通光区域之间的光程差为0，从而实现像差的动态补偿。

25、为了更好地实现本发明，进一步地，针对入射光线同时经过三个光窗表面的情况，选择其中一个光窗表面作为参考面，分别计算参考面与另外两个光窗表面的光程差以及对应的通光区域，进而在各自的通光区域内设置相应的镜面矢高，实现像差补偿。

26、本发明的有益效果如下：

27、本发明通过计算入射光线经过不同光窗表面产生的光程差以及对应的通光区域，进而调节可变形镜补偿光程差，实现了像差的动态补偿，具有较好的实用性。本发明可以应用于机载光电探测系统、导弹导引头、激光雷达等需要大视场扫描的共形光学系统领域。

1.一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，所述步骤s1中，不同光窗表面之间的光程差δd为：

3.根据权利要求2所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，所述俯仰旋转矩阵rβ和方位旋转矩阵rγ分别为：

4.根据权利要求1所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中，计算不同光窗表面之间的交线，然后，根据投影关系，得到交线在成像系统入瞳面的投影直线，作为两个光窗表面在入瞳面上对应的通光区域的分界线，以确定两个光窗表面对应的通光区域。

5.根据权利要求4所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，所述步骤s2中，设两个光窗表面的单位法向量分别为n1和n2，则两个光窗表面的交线r为：,

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，所述步骤s3中，在可变形镜上，调节两个光窗表面对应的通光区域的镜面矢高差为δd/2，可使得光线经可变形镜反射后各通光区域之间的光程差为0，从而实现像差的动态补偿。

7.根据权利要求1所述的一种基于可变形镜的拼接式共形光窗动态像差补偿方法，其特征在于，针对入射光线同时经过三个光窗表面的情况，选择其中一个光窗表面作为参考面，分别计算参考面与另外两个光窗表面的光程差以及对应的通光区域，进而在各自的通光区域内设置相应的镜面矢高，实现像差补偿。