[发明专利]次镜调焦方法、空间光学相机及其设计方法

权利要求书

1.一种次镜调焦方法，其特征在于：

空间光学相机中的次镜采用可变曲率反射镜；通过向可变曲率反射镜施加外部驱动力，使次镜的曲率半径发生变化，从而对由各种因素所导致的空间光学相机焦面漂移做出补偿，进而完成空间光学相机的调焦；

所述可变曲率反射镜为补偿每一个焦面漂移位置所需矢高的相对变化量获取过程为：

首先，在光学设计仿真软件中以待成像目标位于无穷远处为优化目标，完成空间相机光学系统的初始优化设计；

其次，保持空间相机光学系统中其他元件的光学参数不变，仅令次镜的曲率半径作为后续进一步优化的唯一变量；令焦面按照系统焦深Δ的整数倍偏离理想位置，并通过仿真软件优化获得每一个焦面位置衍射受限成像所需的次镜曲率半径数值；

最后，由次镜曲率半径与次镜口径大小计算得到每一个焦面位置对应的次镜矢高大小，并由此得到可变曲率反射镜为补偿每一个焦面漂移位置所需矢高的相对变化量δ_nΔ，如下式所示：

其中，D代表次镜的口径，R_ideal代表焦面位于理想位置时次镜的曲率半径，R_nΔ则代表焦面偏离理想位置焦深Δ整数倍(n倍)时对应的次镜曲率半径。

2.根据权利要求1所述的次镜调焦方法，其特征在于：

所述施加于可变曲率反射镜的外部驱动力由压电陶瓷驱动器通过单点直接接触或者环形驱动机构间接接触提供。

3.根据权利要求2所述次镜调焦方法，其特征在于：所述仿真软件采用Zemax或CodeV。

4.一种空间光学相机，其特征在于：其中次镜采用可变曲率反射镜，还包括驱动源；所述驱动源向可变曲率反射镜施加驱动力，使可变曲率反射镜的曲率半径发生变化，从而对由各种因素所导致的空间相机焦面漂移做出补偿，进而完成空间光学相机系统的调焦；

该空间光学相机的设计过程如下：

首先，在光学设计仿真软件中建立空间光学相机的模型，以待成像目标位于无穷远完成空间相机光学系统的初始优化设计后，保持空间光学相机中其他元件的光学参数不变，仅令次镜的曲率半径为后续进一步优化的唯一变量；

所述次镜采用可变曲率反射镜；

其次，令次镜焦面按照系统焦深Δ的整数倍偏离理想位置，通过仿真软件优化获得每一个焦面位置衍射受限成像所需的次镜曲率半径数值；

最后，由次镜曲率半径与次镜口径大小计算得到每一个焦面位置对应的次镜矢高大小，并由此得到可变曲率反射镜为补偿每一个焦面漂移位置所需矢高的相对变化量δ_nΔ，如下式所示：

其中，D代表次镜的口径，R_ideal代表焦面位于理想位置时次镜的曲率半径，R_nΔ则代表焦面偏离理想位置焦深Δ整数倍(n倍)时对应的次镜曲率半径。

5.根据权利要求4所述空间光学相机，其特征在于：

所述施加于可变曲率反射镜的外部驱动力由压电陶瓷驱动器通过单点直接接触或者环形驱动机构间接接触提供。

6.权利要求4所述空间光学相机，其特征在于：

所述空间光学相机的性能指标为：

次镜矢高变化范围：小于5um；

次镜矢高变化精度：小于5nm；

次镜矢高变化速度：实时；

允许补偿的空间光学相机焦面漂移：大于4mm；

空间相机的焦距变化量：利用次镜调焦补偿4mm焦面漂移对应的焦距变化量小于1％。

7.根据权利要求4所述空间光学相机，其特征在于：所述仿真软件采用Zemax或CodeV。