[发明专利]多通道宽场成像系统以及用于在其中使用的光学系统

说明书

一种用于与多通道宽场成像系统一起使用的光学系统，该光学系统包括：物镜；用来将光分成第一波长范围和第二波长范围的二向色元件，该二向色元件被定位成从该物镜接收几乎平行的主射线；用来从二向色元件接收第一波长范围的光的第一通道透镜系统；以及用来从二向色元件接收第二波长范围的光的第二通道透镜系统。

技术领域

本公开内容总体上涉及光学系统的领域，并且具体地涉及用于在具有多个图像传感器的成像系统中使用的光学系统，其中所检测的在某些波长范围中的图像信号幅度比其他波长范围中的更微弱几个数量级。

背景技术

在诸如相机的成像系统中，从物体场景捕获光发射并且使用所捕获的光来在像平面处构建物体场景的空间和色度（chromatic）表示。图像可以由检测器或光敏介质来记录。这样的成像系统可以通过它们的操作空间以及它们在操作空间内的性能来表征。

成像系统的操作空间可以包括例如角视场、工作距离以及光谱带宽。成像系统的性能可以包括例如空间分辨率、跨像平面的相对照度以及低光照条件的系统灵敏度。

当物体的图像由成像设备（诸如相机）来形成时，可以用各种参数来描述成像设备对光学信息的影响。例如，点源的图像将根据成像设备的点扩散函数（PSF）而改变。PSF表征当构建图像场景时成像设备如何改变物体场景中的精细细节。图像展示由设备带来并且另外原本不是物体的一部分的像差。更一般地，像场分辨率和对比度将由成像设备的调制传递函数（MTF）来确定。PSF和MTF二者可以展示波长依赖性、系统孔径几何形状依赖性和像差依赖性；即对于不同的波长MTF可能是不同的并且对于不同的孔径几何形状MTF可能是不同的，并且MTF还可能依赖于最后的波前被衍射受限或像差受限的程度。

PSF、MTF以及真实成像系统的其他这样的参数计及并包括衍射效应和像差效应。例如，如果在成像系统中引入像差，则MTF和PSF二者可能改变，从而使图像质量下降。当孔径被减小时，跨整个视场像差受限的系统可能示出改进的性能。然而，在这样的系统中，一个波长可能主要对离轴性能退化负责。

一些成像系统相比于轴上而言在离轴处展示更多的像差并且可能利用渐晕来控制原本会对图像质量产生不利影响的离轴像差。渐晕包含选择性地阻止周围的射线到达像平面。例如，可以通过阻止与离轴场位置相关联的某些射线到达像平面来减小彗差。这些射线可被阻挡在系统孔径光阑之前和/或之后的区域中。可能通过限制（渐晕）孔径的插入或通过不会位于系统孔径光阑处的尺寸过小的透镜来阻挡该射线。然而，在对多于一个波长成像的系统中（在这里不同的波长具有不同的强度），这样的渐晕可能在低强度波长处减少太多光，以使得对于低强度波长的图像可能不可辨别。

发明内容

一个或多个实施例针对一种用于与多通道宽场成像系统一起使用的光学系统，该光学系统包括：物镜；用来将光分成第一波长范围和第二波长范围的二向色元件，该二向色元件被定位成从该物镜充分接收平行的主射线；用来从二向色元件接收第一波长范围的光的第一通道透镜系统；以及用来从二向色元件接收第二波长范围的光的第二通道透镜系统。

该物镜可以输出在二向色元件的规格内的半锥角内的边缘射线。

该第一波长范围和第二波长范围可以具有相差至少一个数量级的强度。

该第二波长范围可以具有比第一波长范围更低的强度并且第二通道透镜系统的孔径光阑可以比第一通道透镜系统中的孔径光阑更大。

该二向色元件可以在光学系统中的限制孔径之前。

该第一和第二通道透镜系统可以具有分开且独立的限制孔径。

与共用物镜结合的该第一和第二通道透镜系统可以具有焦点后移的形式。

该第一和第二通道透镜系统的透镜元件可以具有完全相同的透镜规定（prescription）。

该光学系统可以是图像空间远心的。