[发明专利]多孔径单探测器光学成像系统

说明书

本发明公开多孔径单探测器光学成像系统，系统由一个中心光学成像系统和两个镜像对称的旁侧光学成像系统组成，中心光学成像系统为旋转对称系统，光轴与系统中心轴重合，两个旁侧光学成像系统位于中心光学成像系统的水平两侧，两个旁侧光学成像系统光轴利用棱镜偏折装置与中心光学成像系统光轴存在一定向外侧发散的水平夹角，目标发出不同角度平行光分别通过中心光学成像系统和旁侧光学成像系统成像于同一探测器像平面内不同坐标点上。右旁侧光学成像系统对右侧视场内目标成像，左旁侧光学成像系统对左侧视场内目标成像，两副像与中心光学成像系统所成的像经后续图像处理后拼接可获得水平大视场图像。可实现大视场、大相对孔径下的目标信息采集。

本申请是名为《多孔径单探测器光学成像系统》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2020年02月18日，申请号为202010099417.3。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，涉及一种多孔径单探测器光学成像系统。

背景技术

多孔径成像系统是仿生昆虫复眼而设计制造的一种新型多光轴成像系统，相比于传统的单孔径单光轴成像系统，具有大视场、低像差、子孔径构成简单等优点。

目前用于大视场要求的多孔径成像系统，多为多孔径多探测器的构成方式，造价高昂且系统庞大，而多孔径单探测器的构成方式更利于多孔径系统在便携式设备或夜视成像领域的推广应用。

基于扩大视场的要求，多孔径光学系统需要进行曲面排布，而为了与平面的探测器相匹配，需要加入中继光学器件。已有的中继光学器件实现方案包括：折转透镜、微棱镜阵列、光敏聚合物波导、光纤面板，但要想投入实际应用，还需要充分考虑现有的硬件和器件水平来设计方案。

大视场、大相对孔径的光学系统常采用的结构型式是双高斯型。镜组的光学元件以光阑为中心，形成近乎对称的结构布局，可以使轴外像差得到较好的校正。系统利用多孔径的构型分割视场后，可考虑采用匹兹伐型物镜或三分离式物镜。匹兹伐型物镜适合大相对孔径但中等或小视场的情况，结构简单经济。三分离物镜是一种结构最简单的照相物镜，对其进行复杂化，把前、后两个正透镜中的一个分成两个，可提高系统的相对孔径。另一类复杂化形式是将前、后两个正透镜中的一个或两个用双胶合透镜组代替，可在提高系统相对孔径和视场的同时改善边缘视场的成像质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构相对简单且实现手段相对成熟的多孔径单探测器光学成像系统，为研究多孔径单探测器光学成像设备提供可投入实际应用的可行性支持。应用本系统的右旁侧光学成像系统对右侧视场内目标成像，应用左旁侧光学成像系统对左侧视场内目标成像，所成的两副像与中心光学成像系统所成的像经后续图像处理后拼接可获得水平大视场图像。本系统可实现大视场、大相对孔径下的目标信息采集。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种多孔径单探测器光学成像系统，光学系统由一个中心光学成像系统和两个拥有镜像对称光学结构的旁侧光学成像系统组成，中心光学成像系统为旋转对称系统，光轴与系统中心轴重合，两个旁侧光学成像系统位于中心光学成像系统的水平两侧，从水平面上看，两个旁侧光学成像系统光轴利用棱镜偏折装置与中心光学成像系统光轴存在一定的向外侧发散的水平夹角，目标发出的不同角度的平行光分别通过中心光学成像系统和旁侧光学成像系统成像于同一探测器像平面内不同坐标点上；

所述中心光学成像系统由沿光线传播方向依次排列的第一球面镜、第二球面镜、第三球面镜和第四球面镜构成，光阑位于第二球面镜之后；透镜材料依次为H-LAK5A，ZF6，H-LAK5A，H-QF50A；第一球面镜口径为14.77mm，系统总长为34.17mm；

所述中心光学成像系统有效焦距f′＝25mm，入瞳直径系统F#＝2，视场为±10°×±10°，所用探测器像元尺寸为6.5μm×6.5μm，在特征频率77lp/mm处的中心视场MTF大于0.5；