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      組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):2715221閱讀:481來源:國(guó)知局
      組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng)的制作方法
      【專利摘要】一種組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),其特點(diǎn)是由4組平行放置的離散光電成像系統(tǒng)組成,每組離散光電成像系統(tǒng)包括同心球面鏡頭和面陣傳感器陣列。與傳統(tǒng)成像系統(tǒng)相比,本發(fā)明具備單次成像視場(chǎng)大、分辨率高的特點(diǎn)。單次成像的信息量可以達(dá)到上百G像素。
      【專利說明】組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng)

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明屬于光電成像領(lǐng)域,特別是一種組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),可 以對(duì)接近180度的視場(chǎng)進(jìn)行高分辨率同時(shí)成像,適合于固定地點(diǎn)的對(duì)地、對(duì)海、對(duì)空觀測(cè), 以及車載、船載、機(jī)載移動(dòng)觀測(cè),實(shí)現(xiàn)民用、警用和軍用目的。

      【背景技術(shù)】
      [0002] 對(duì)于一個(gè)光學(xué)成像系統(tǒng),在高分辨率的前提下,可以通過移動(dòng)或掃描方式擴(kuò)大其 視場(chǎng)范圍,但存在時(shí)效性差的問題。例如作為衛(wèi)星載荷,需要衛(wèi)星環(huán)繞地球多次,才能對(duì)一 個(gè)較大的區(qū)域成像;搭載在飛機(jī)上時(shí)也有類似情況,不僅如此,若是軍事偵察,長(zhǎng)時(shí)間對(duì)同 一地點(diǎn)觀察將導(dǎo)致飛機(jī)有被擊落的可能。行進(jìn)在街道中的坦克,須對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行快速觀 察;監(jiān)控一個(gè)很大廣場(chǎng)的集會(huì),也有同樣的需求。人們可以通過堆積光學(xué)系統(tǒng)的方法來擴(kuò)大 同時(shí)成像的視場(chǎng)(如球形照相機(jī)),但在高分辨率的前提下,其占用的體積將非常大,不適 合移動(dòng)觀測(cè)。因此人們希望在高分辨率的前提下,盡量擴(kuò)大單次成像或單個(gè)成像光學(xué)系統(tǒng) 的視場(chǎng)。在先技術(shù)1 :廣角鏡頭和魚眼鏡頭,其視場(chǎng)較大(魚眼鏡頭可超過180度),但分辨 率較低,魚眼鏡頭有非常大的畸變(可超過100% );在先技術(shù)2 :反射加折射的全景光學(xué)系 統(tǒng),視場(chǎng)更大,但分辨率也較低,也有非常大的畸變,系統(tǒng)體積大,且反射式成像使應(yīng)用不方 便;在先技術(shù) 3 :(Multiscalegigapixelphotography,NATURE,V0L. 486,PP. 386, 21JUNE, 2012),公布了一種與本發(fā)明類似的大視場(chǎng)高分辨率成像系統(tǒng),但其系統(tǒng)較為復(fù)雜,制作困 難,體積大。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述在先技術(shù)的不足,提供了一種單次成像視場(chǎng)接近180 度、分辨率高的光電成像系統(tǒng),且具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)較為容易、體積較小等特點(diǎn),以適應(yīng)商 品化及移動(dòng)觀測(cè)的需求。
      [0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
      [0005] -種組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),其特點(diǎn)在于由4個(gè)平行放置的離散光 電成像系統(tǒng)組合而成,每組離散光電成像系統(tǒng)由同心球面鏡頭和面陣傳感器陣列構(gòu)成,所 述的4個(gè)同心球面鏡頭參數(shù)相同,所述的同心球面鏡頭由多個(gè)同光軸的鏡片和一個(gè)圓形光 闌組成,除了與光闌面重合的鏡片表面為平面外,所述的同心球面鏡頭的每個(gè)鏡片的工作 面均是球面,且球心都位于所述的光闌的中心點(diǎn),所述的面陣傳感器陣列由多個(gè)位于同心 球面鏡頭像面位置的等間隔排布的面陣傳感器構(gòu)成,每個(gè)面陣傳感器的感光面均與同心球 面鏡頭的像面相切,設(shè)兩相鄰面陣傳感器的中心點(diǎn)的距離為山面陣傳感器的感光面尺寸為 a,則必須滿足:a〈d〈2a。
      [0006] 所述的同心球面鏡頭,緊靠光闌的兩片鏡片所用的光學(xué)材料相同。
      [0007] 所述的同心球面鏡頭的鏡片是圓形,或是邊緣經(jīng)過切割的其他形狀。
      [0008] 與在先技術(shù)相比,本技術(shù)的效果如下:
      [0009] (1)與在先技術(shù)3相比,本發(fā)明將面陣傳感器直接置于鏡頭的像面位置,無需其他 的轉(zhuǎn)接透鏡,制作要容易得多。
      [0010] (2)與一般的成像系統(tǒng)相比,由于同心球面鏡頭的每個(gè)面都是同心的球面,且球 心位于光闌的中心點(diǎn),因此對(duì)接近180度范圍內(nèi)的視場(chǎng)都可以達(dá)到接近衍射極限的成像效 果。
      [0011] (3)本發(fā)明采用面陣傳感器陣列作為接收器,單次曝光就可以對(duì)整個(gè)視場(chǎng)成像,假 設(shè)同心球面鏡頭的焦距為180mm,像面的分辨率為2. 5um,面陣傳感器每個(gè)像素也是2. 5um, 則僅在120°的視場(chǎng)內(nèi)就有大約15G個(gè)像素點(diǎn)。若增加焦距或提高分辨率,則可能單次成像 就達(dá)到上百G像素的信息量。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0012] 圖1是本發(fā)明組合式大視場(chǎng)高分辨光電成像系統(tǒng)的實(shí)施例1的總體結(jié)構(gòu)示意圖;
      [0013]圖2是圖1所示實(shí)施例1的一路離散光電成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
      [0014] 圖3是圖2同心球面鏡頭的球差圖;
      [0015]圖4是圖1的四個(gè)離散光電成像系統(tǒng)所成圖像位置示意圖.

      【具體實(shí)施方式】
      [0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明,但不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
      [0017] 圖1是本發(fā)明大視場(chǎng)高分辨光電成像系統(tǒng)的實(shí)施例1的總體結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可 見,本發(fā)明大視場(chǎng)高分辨光電成像系統(tǒng)由4個(gè)離散光電成像系統(tǒng)3(5-1、5-2、5-3和5-4)組 成,4個(gè)離散光電成像系統(tǒng)S成正方形分布,每個(gè)光電成像系統(tǒng)S針對(duì)目標(biāo)的一部分進(jìn)行成 像,4個(gè)部分最終合成一幅完整的目標(biāo)圖像。
      [0018] 圖2是圖1實(shí)施例的一路光電成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2所示,本發(fā)明所述的 光電成像系統(tǒng)由同心球面鏡頭1和接收器陣列2組成;
      [0019] 所述的同心球面鏡頭1由前組鏡G1、光闌ST和后組鏡G2組成,所述的前組鏡包括 鏡片Gl-Α、鏡片Gl-B和鏡片G1-C,所述的后組鏡包括鏡片G2-A、鏡片G2-B和鏡片G2-C,所 述的鏡片Gl-A、Gl-B、Gl-C、G2-A、G2-B和G2-C共軸,切依次膠接在一起,形成光學(xué)面S1、 52、53、54、55、56、57,所述的光學(xué)面54為平面,在其上面采用鍍膜方法制作出圓形光闌51', 所述的光學(xué)面SI、S2、S3、S5、S6、S7均為球面,且球心位于所述的光闌ST的中心點(diǎn),同心 球面鏡頭的像面頂G為球面,且球心也位于光闌ST的中心點(diǎn);
      [0020] 表1給出了圖2所述同心球面鏡頭1的參數(shù),本同心球面鏡頭1實(shí)施例的焦距為 180mm,入瞳直徑為60mm,艾里斑半徑約為2. 15um,圖3給出了同心球面鏡頭1的球差圖,由 圖3可以看出,本實(shí)施例的同心球面鏡頭1的成像分辨率在±60°的范圍內(nèi)均接近衍射極 限,并可以擴(kuò)展到接近±90°視場(chǎng),因此同時(shí)具有大視場(chǎng)和高分辨率的特點(diǎn)。。
      [0021] [表 1]
      [0022]

      【權(quán)利要求】
      1. 一種組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),其特征在于由4個(gè)平行放置的離散光 電成像系統(tǒng)組合而成,每組離散光電成像系統(tǒng)由同心球面鏡頭和面陣傳感器陣列構(gòu)成,所 述的4個(gè)同心球面鏡頭參數(shù)相同,所述的同心球面鏡頭由多個(gè)同光軸的鏡片和一個(gè)圓形光 闌組成,除了與光闌面重合的鏡片表面為平面外,所述的同心球面鏡頭的每個(gè)鏡片的工作 面均是球面,且球心都位于所述的光闌的中心點(diǎn),所述的面陣傳感器陣列由多個(gè)位于同心 球面鏡頭像面位置的等間隔排布的面陣傳感器構(gòu)成,每個(gè)面陣傳感器的感光面均與同心球 面鏡頭的像面相切,設(shè)兩相鄰面陣傳感器的中心點(diǎn)的距離為d,面陣傳感器的感光面尺寸為 a,則必須滿足:a〈d〈2a。
      2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),其特征在于所述的同 心球面鏡頭,緊靠光闌的兩片鏡片所用的光學(xué)材料相同。
      3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的組合式大視場(chǎng)高分辨率光電成像系統(tǒng),其特征在于所述 的同心球面鏡頭的鏡片是圓形,或是邊緣經(jīng)過切割的其他形狀。
      【文檔編號(hào)】G02B27/00GK104238115SQ201410466026
      【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
      【發(fā)明者】徐文東, 趙成強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
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