用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统。微小透镜阵列位于前置物镜和探测器焦平面之间，前置物镜采用同心对称的球形透镜结构，获取大视场场景，微小透镜阵列的每个通道由一组分离的双胶合透镜组构成，用于在其所承担通道的小视场范围内实现精细像差校正，形成多个独立的成像通道，将整个视场内信息无任何损失地全部成像至探测器焦平面上，在大视场内各处都获得衍射极限性能的高分辨率成像。本实用新型专利技术采用纯透射式的光学结构，具有简单紧凑、适用于整个可见光工作波段、视场大、全视场像质均匀、成像性能优、成本低等特点。本实用新型专利技术提供了空间分辨率不受视场限制的多尺度光学成像系统，适用于对地观测和普查的遥感相机。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统
本技术涉及一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统，特别涉及一 种采用多尺度结构的、折射式的、工作于整个可见光波段的、大视场、高分辨率的光学成像 系统。
技术介绍
随着空间探索和对地观测的不断发展，对成像系统的视场和分辨率要求越来越 高。为实现在大视场范围内实时获取高分辨率光学图像，大规模高分辨率相机一直是研究 的难点和重点。 采用传统的成像方法和系统，大视场和高分辨率相互制约，工作波长一定时，要提 高系统的分辨率，只能通过增大系统口径。而大视场、大口径光学系统，采用传统方法设计， 要引入更多光学面来校正几何像差，系统会变得非常复杂，要以系统重量、体积、复杂性和 巨额成本增加为巨大代价。另外，这种大口径和高复杂性的光学系统，还受光学材料、加工、 检测、制造成本和遥感器运载能力等多方面条件的制约。采用当前的制造技术，10米级的地 基系统和2. 4米的天基系统已被认为达到了系统设计和经济承受的极限。因此，采用传统 的设计方法，很难同时满足现代遥感器成像系统对大视场和高分辨率的要求。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种结构简单紧 凑、分辨率高、视场大、适用波段宽的用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统。 实现本技术目的的技术方案是提供一种用于大规模高分辨率遥感相机的光 学成像系统，沿光线入射方向，依次为前置物镜光学系统、微小透镜阵列和探测器焦平面； 所述的前置物镜光学系统为一组四片透镜胶合的同心球面结构，四片透镜为球心对称，安 装于一个镜筒内，四片透镜依次为弯月形球面负透镜、平凸球面正透镜、平凸球面正透镜、 弯月形球面负透镜；前置物镜光学系统的焦距之为67mm彡彡72mm ;所述的微小透镜阵 列包括若干个单通道光学成像系统，所述的单通道光学成像系统为安装于一个镜筒内的两 组双胶合透镜结构，两组双胶合透镜的光学元件依次为球面负透镜和球面正透镜组成的第 一双胶合组，球面正透镜和球面负透镜组成的第二双胶合组，单通道光学成像系统的焦距 忍为17_ <忍< 22_ ;各单通道光学成像系统安装于一个与前置物镜光学系统的球形像 面同心的曲面上，形成微小透镜阵列。 本技术的技术方案中，前置物镜光学系统中所述的弯月形球面负透镜、平 凸球面正透镜、平凸球面正透镜和弯月形球面负透镜，它们相对于前置物镜光学系统的 焦距的归一化值依次为广 n、/%2、/、3和广14，满足条件-1.48彡广n彡-1.45， 0· 53彡彡0· 56,0· 54彡彡0· 57, -1. 30彡彡-1. 25 ;单通道光学成像系统中所 述的球面负透镜、球面正透镜、球面正透镜和球面负透镜的焦距，它们相对于单通道光学成 像系统的焦距心的归一化值依次为和/i，满足条件-〇. 96彡彡-0. 94， 0· 45 彡广 ％ 彡 0· 50,0· 22 彡 /%3 彡 0· 27, -ο. 35 彡 /%4 彡-ο. 30。 本技术技术方案提供的一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统， 它的光学筒长L为135謹< L < 15Ctam。 本技术在传统的前置成像物镜与焦平面探测器之间引入微小透镜阵列，将前 置成像物镜获得的大视场景物分成多个成像通道，经各通道的微小透镜精确校正剩余像差 后，各通道探测器的焦平面上均得到性能相同且具有极高分辨率的光学像，通过对各通道 图像进行拼接处理，可获得全视场高分辨率光学像。大视场内信息无任何损失地全部成像 至探测器焦平面上。 本技术提供的用于大规模高分辨率遥感相机的大视场高分辨率光学成像系 统，由于采用了多尺度结构的折射式光学成像方法，可在很大的视场范围内实现极高的分 辨率。在前置物镜和探测器焦面之间，引入微小透镜阵列，作为场处理器。本技术提 供的多尺度结构光学系统，前置物镜采用四片胶合的同心对称球面透镜，这种结构的系统， 具有像差与视场无关的优点，它的剩余像差只有球场和垂轴色差，因此，具备获取大视场成 像的能力，再通过合理的光焦度分配、正负透镜组合，有效减小球差，另外通过合理选取光 学玻璃材料来消色差，得到较小的剩余像差。本技术提供的多尺度结构光学系统，微小 透镜阵列位于一个与前置物镜形成的球形像面同心的曲面上，同时起校正前置物镜剩余像 差和中继转像的作用，它的每个通道分担前置物镜的一个分视场，只需采用简单的匹兹伐 结构，通过两组双胶合物镜，选择合理的玻璃搭配，有效减小前置物镜的剩余球场和垂轴色 差，而小透镜阵列各通道系统本身具有口径小和近轴的特点，像差校正难度小，可容易将其 视场内前置物镜像差校正到接近衍射极限的成像性能，获得具有衍射极限的极高分辨率， 各通道均可将前置物镜对应视场内的像校正到衍射极限性能。最后通过电子计算机技术， 将各通道子图像进行拼接处理，即可得到前置物镜获取的大视场景物像，且具有衍射极限 的高分辨率特性。 本技术提供的多尺度大视场高分辨率光学成像系统搭载于航天器上，接收来 自地物的太阳光反射光，经过多尺度光学系统后，在各通道探测器的光敏面上形成光学像， 经电子电路采集、图像处理后输出捕获的目标图像，得到地物大范围内目标场景的高分辨 率图像。 与现有技术相比，本技术的有益效果是： 1、本技术采用多尺度结构的折射式光学系统，由前置物镜和小透镜阵列构 成，前置物镜和小透镜阵列系统均具有结构简单、容易装调、稳定性好、实现成本低的优 占. 2、本技术提供的光学系统的视场为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统，其特征在于：沿光线入射方向，依次为前置物镜光学系统（1）、微小透镜阵列（2）和探测器焦平面（3）；所述的前置物镜光学系统为一组四片透镜胶合的同心球面结构，四片透镜为球心对称，安装于一个镜筒内，四片透镜依次为弯月形球面负透镜（11）、平凸球面正透镜（12）、平凸球面正透镜（13）、弯月形球面负透镜（14）；前置物镜光学系统（1）的焦距f1为67mm≤f1≤72mm；所述的微小透镜阵列（2）包括若干个单通道光学成像系统，所述的单通道光学成像系统为安装于一个镜筒内的两组双胶合透镜结构，两组双胶合透镜的光学元件依次为球面负透镜（21）和球面正透镜（22）组成的第一双胶合组，球面正透镜（23）和球面负透镜（24）组成的第二双胶合组，单通道光学成像系统的焦距f2为17mm≤f2≤22mm；各单通道光学成像系统安装于一个与前置物镜光学系统（1）的球形像面同心的曲面上，形成微小透镜阵列（2）。

【技术特征摘要】
1. 一种用于大规模高分辨率遥感相机的光学成像系统，其特征在于：沿光线入射方 向，依次为前置物镜光学系统（1)、微小透镜阵列（2)和探测器焦平面（3);所述的前置物镜 光学系统为一组四片透镜胶合的同心球面结构，四片透镜为球心对称，安装于一个镜筒内， 四片透镜依次为弯月形球面负透镜（11)、平凸球面正透镜（12)、平凸球面正透镜（13)、弯 月形球面负透镜（14);前置物镜光学系统（1)的焦距为67mm彡彡72mm ;所述的微小 透镜阵列（2)包括若干个单通道光学成像系统，所述的单通道光学成像系统为安装于一个 镜筒内的两组双胶合透镜结构，两组双胶合透镜的光学元件依次为球面负透镜（21)和球面 正透镜（22)组成的第一双胶合组，球面正透镜（23)和球面负透镜（24)组成的第二双胶合 组，单通道光学成像系统的焦距忍为17_ <忍< 22_ ;各单通道光学成像系统安装于一 个与前置物镜光学系统（1)的球形像面同心的曲面上，形成微...

【专利技术属性】
技术研发人员：季轶群，王岩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32