[发明专利]用作斜视相机镜头的光学系统的设计方法

权利要求书

1.一种用作斜视相机镜头的光学系统的设计方法，所述用作斜视相机镜头的光学系统包括一主反射镜，一次反射镜，一第三反射镜，以及一图像传感器，所述次反射镜位于主反射镜的反射光路上，所述第三反射镜位于次反射镜的反射光路上，所述图像传感器位于第三反射镜的反射光路上，所述主反射镜以及第三反射镜的反射面均为自由曲面，所述次反射镜的反射面为一球面且为一光阑面，所述用作斜视相机镜头的光学系统的设计方法包括以下步骤：

S1：建立一初始系统，该初始系统包括一初始主镜、一初始次镜以及一初始三镜，所述初始主镜设置在物方光线的入射光路上，用于将所述物方光线反射，形成一第一反射光；所述初始次镜设置在所述初始主镜的反射光路上，用于将所述第一反射光二次反射，形成一第二反射光，所述初始三镜设置在所述次镜的反射光路上，用于将所述第二反射光再次反射，形成一第三反射光；

S2：建立一新的物像关系，该新的物像关系的建立所基于的公式为：

其中，ω为视场角，p为单个像素单元的大小，H为斜视相机的海拔高度；

S3：选取多条第一特征光线，该多条第一特征光线从物方空间正向追踪到所述图像传感器，保持所述初始主镜与初始次镜不变，根据该多条第一特征光线及该新的物像关系逐点求解待求第三反射镜上的多个第一特征数据点，将得到的多个第一特征数据点进行曲面拟合，得到所述第三反射镜；以及

S4：选取多个视场以及多条第二特征光线，使所述多条第二特征光线从图像传感器反向追踪到物方空间，保持所述初始次镜与第三反射镜不变，根据该多条第二特征光线及新的物像关系逐点求解待求的主反射镜上的多个第二特征数据点，将得到的多个第二特征数据点进行曲面拟合，得到所述主反射镜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用作斜视相机镜头的光学系统的视场角大于等于35°小于等于65°，随着视场角的增加，观测点离待观测点的距离越来越近。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在ω视场角上加入一微小增量视场Δω之后，在像面上的像高变化Δh，视场焦距FFL(ω)为：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在各个视场所对应的视场焦距FFL(ω)的分布确定的情况下，依据此分布计算出各个视场的预期像高值，该预期像高值即的新的物像关系。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一特征数据点P_i(i＝0,1,2…K)的求解包括如下步骤：

选取第一条第一特征光线与三镜初始结构的交点为第一特征数据点P₁；

在得到i(1≤i≤K-1)个特征数据点P_i后，根据斯涅尔定律的矢量形式求解该特征数据点P_i(1≤i≤K-1)处的单位法向量以及

过所述第一特征数据点P_i(1≤i≤K-1)做一切平面，该切平面与其余K-i条特征光线相交得到K-i个交点，从该K-i个交点中选取出与所述第一特征数据点P_i(1≤i≤K-1)距离最近的一个交点，作为所述三镜的下一个第一特征数据点P_i+1(1≤i≤K-1)，直到计算得到所述三镜的所有第一特征数据点P_i(i＝1,2…K)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一条第一特征光线为离所述用作斜视相机镜头的光学系统光轴最近的一条第一特征光线。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一特征数据点Pi(1≤i≤K-1)处的单位法向量为：

其中，分别为沿着特征光线入射与出射方向的单位矢量。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中，所述多个视场的选取方法包括：选取一视场a；选取一b，该视场b的主光线与所述主镜初始结构基本上相交于所述视场a的边缘光线与主镜初始结构的交点；以此类推，直到选取完所有的视场，并使所述初始主镜上的相邻视场之间部分重叠。