Distortion analysis and focal length testing of off-axis optical system

Qiang CHENG; Haixiang Hu; Longxiang LI; Xiaokun WANG; Xiao Luo; Xuejun ZHANG

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Distortion analysis and focal length testing of off-axis optical system

更新时间：2022-08-30

- Distortion analysis and focal length testing of off-axis optical system
- Optics and Precision Engineering Pages: 1-9(2022)
- 作者机构：
  
  1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所中国科学院光学系统先进制造技术重点实验室，长春 130033
  2.中国科学院大学，北京 100049
- 作者简介：
  
  E-mail： chengq@ciomp.ac.cn
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： O439
- Received：25 April 2022，
  
  Revised：14 June 2022，
  
  Published Online：30 August 2022，
- 稿件说明：
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程强,胡海翔,李龙响等.离轴光学系统的畸变分析及焦距测量[J].光学精密工程,

CHENG Qiang,Hu Haixiang,LI Longxiang,et al.Distortion analysis and focal length testing of off-axis optical system[J].Optics and Precision Engineering,
程强,胡海翔,李龙响等.离轴光学系统的畸变分析及焦距测量[J].光学精密工程, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

CHENG Qiang,Hu Haixiang,LI Longxiang,et al.Distortion analysis and focal length testing of off-axis optical system[J].Optics and Precision Engineering, DOI：10.37188/OPE.XXXXXXXX.0001

摘要

目的为了实现离轴光学系统的高精度畸变分析、测量及在轨图像的快速、高精度畸变校正，利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析。方法首先，对离轴光学系统的理论畸变进行了分析，提出了等效焦距的概念，并利用高阶畸变分析方法对系统的相对畸变进行了拟合分析。接着，针对装调完成的某离轴光学系统完成了畸变测试及焦距测量。最后，利用实测结果完成了该离轴光学系统的物像对应关系的高精度解算。结果与ZEMAX光线追迹的结果相比，利用高阶畸变系数计算得到的等效焦距最大偏差为0.366mm；对于某装调完成的离轴光学系统，实测等效同轴系统焦距的偏差仅为6.378mm，相对偏差为0.73‰。结论验证了该方法对于离轴光学系统畸变分析、测量及焦距测量的正确性及精度，将为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供可靠输入。

Abstract

ObjectiveIn order to realize high-precision distortion analysis and measurement of off-axis optical system and fast and high-precision distortion correction of on-orbit image， the relative distortion of off-axis optical system is fitted and analyzed by using high-order distortion analysis method.MethodFirstly， the theoretical distortion of off-axis optical system is analyzed， the concept of equivalent focal length is proposed， and the relative distortion of the system is fitted and analyzed by using the high-order distortion analysis method. Then， the distortion testing and focal length measurement are completed for an off-axis optical system which is aligned well. Finally， the measured results are used to complete the object image correspondence of the off-axis optical system.ResultCompared with the results of ZEMAX ray tracing， the maximum deviation of the equivalent focal length calculated by using the high-order distortion analysis method is 0.366mm； For an off-axis optical system after alignment， the measured focal length deviation of the equivalent coaxial system is only 6.378mm， and the relative deviation is 0.73‰.ConclusionThe correctness and accuracy of this method for distortion analysis， measurement and focal length measurement of off-axis optical system are verified， which will provide reliable input for fast and high-precision distortion correction of on-orbit image.

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联系固话：0431-86708685 手机号：15044157176 . doi: 10.3788/aos201333.0222003 http://dx.doi.org/10.3788/aos201333.0222003

文章创新点介绍： . doi: 10.3788/aos201333.0222003 http://dx.doi.org/10.3788/aos201333.0222003

离轴光学系统的畸变场直接影响系统成像的几何位置精度，本文提出了离轴光学系统等效焦距的概念，并利用高阶畸变分析方法对离轴光学系统的相对畸变进行了拟合分析，并针对某装调完成的离轴系统，利用多组物方二维角度和二维像高建立评价函数，并采用多维约束非线性优化方法解算得到等效同轴系统焦距、三阶畸变系数和五阶畸变系数，并进一步基于上述实测结果得到了基于离轴光学系统真实畸变场的高精度物像对应关系，为在轨图像的快速、高精度畸变校正提供了可靠输入。. doi: 10.3788/aos201333.0222003 http://dx.doi.org/10.3788/aos201333.0222003

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