多孔径单探测器交叉视场成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多孔径单探测器交叉视场成像系统，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内侧交叉的水平夹角，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。应用本系统采集目标信息，无需额外加入后期数据处理即可一次成像得到探测器上各子图像的正确拼接图像，实现大视场、大相对孔径下的目标信息采集。

Multi aperture single detector cross field imaging system

【技术实现步骤摘要】
多孔径单探测器交叉视场成像系统
本专利技术属于光学成像
，涉及一种多孔径单探测器交叉视场成像系统。
技术介绍
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。另外多孔径单探测器光学成像系统，需要将同一个探测器不同区域处的各个子图像最终拼接为一副大视场图像，普遍使用的方法是不考虑一次成像在探测器上各子图像的衔接关系，利用后端图像处理进行子图像拼接。这种方法将前端光学系统的设计复杂度，转移到了后期电子学的处理中。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。
技术实现思路
本专利技术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交叉视场成像系统，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左侧视场内目标成像，应用左旁侧光学成像系统对右侧视场内目标成像，所成的两副像与中心光学成像系统所成的像在同一个探测器上实现正确拼接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。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种多孔径单探测器交叉视场成像系统，所述多孔径交叉视场成像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内侧交叉的水平夹角，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。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述目标位于无穷远处，且目标发出的光线波长范围覆盖可见光及近红外波长范围。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述中心光学成像系统的接收角度为±10°×±10°。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述旁侧光学成像系统的水平接收角度分别为-10°～-30°及+10°～+30°，垂直接收角度均为±10°。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述旁侧光学成像系统与中心光学成像系统光轴间水平夹角分别为±20°。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述旁侧光学成像系统含有只偏折光轴而不影响成像方向的光轴偏折装置。作为本专利技术的一种优选技术方案，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N-LAK12，SF4，N-LAK12，LF5；第一球面镜口径为10mm，系统总长为31.93mm。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述中心光学成像系统有效焦距f′＝25mm，入瞳直径φ＝9.6mm，系统F#＝2.6，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0.43。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述拥有镜像对称光学结构的旁侧光学成像系统由沿光线传播方向依次排列的第一球面镜、第二胶合镜、第三球面镜和光轴偏折棱镜构成，光阑位于第二胶合镜后；透镜及棱镜材料依次为N-LAK33、H-ZLAF90、ZF4、H-LAK61、H-K9L；第一球面镜口径为10mm，系统垂直于探测器方向上的总长为28.283mm。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述右旁侧光学成像系统有效焦距f′＝25mm，入瞳直径φ＝9.6mm，系统F#＝2.6，视场为(+10°～+30°)×±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0.4。作为本专利技术的一种优选技术方案，所述左旁侧光学成像系统有效焦距f′＝25mm，入瞳直径φ＝9.6mm，系统F#＝2.6，视场为(-10°～-30°)×±10°，在特征频率77lp/mm处的中心视场MTF大于0.4。本专利技术中，多孔径单探测器交叉视场成像系统仿照并列型复眼分割视场成像的形式，接收从无穷远处不同角度入射的平行光，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。同时仿照人眼中心高分辨率，边缘低分辨率的特点，中心光学成像系统和旁侧光学成像系统采用不同的结构形式。本专利技术中，所述中心光学成像系统为轴对称成像系统，接收视场为±10°×±10°。本专利技术中，所述旁侧光学成像系统接收视场分别为(+10°～+30°)×±10°及(-10°～-30°)×±10°，设计中利用棱镜偏折光轴。本专利技术提供的多孔径单探测器交叉视场成像系统中，目标发出的可见光或微光信息经过各个光学成像系统后在同一探测器像面不同区域成分立的三幅目标图像，旁侧光学系统所成的两副像与中心光学成像系统所成的像首尾相接形成水平大视场图像，主要用于位于无穷远处的可见光或微光目标，其核心设计为成像系统分割视场并交叉成像的结构实现方案和两套光学系统的简化，以能够在较为简单的光学结构下获得足够的视场和良好的成像结果。相比于现有技术，具体有如下优点：能够用于可见光至近红外波段0.48μm＜λ＜0.863μm的无穷远目标；能够获得水平全视场达60°的物方信息，在此要求下，分别采用结构简单的匹兹伐型物镜和三分离式物镜来构成中心光学成像系统和两个旁侧光学成像系统。旁侧光学成像系统使用棱镜来偏折光轴，不影响系统的轴对称性。系统整体成像质量较好，设计结果达到使用要求；系统尺寸合理，便于后续的机械结构设计，具有一定的可行性。利用交叉视场成像，无需额外加入数据处理即可一次成像得到探测器上各子图像的正确拼接图像。附图说明图1为多孔径单探测器交叉视场成像系统立体结构示意图；图2为多孔径单探测器交叉视场成像系统结构示意图；图3为多孔径单探测器交叉视场成像系统孔径分布示意图；图4为多孔径单探测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于多孔径交叉视场成像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内侧交叉的水平夹角，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。/n

【技术特征摘要】
1.多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于多孔径交叉视场成像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内侧交叉的水平夹角，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。


2.根据权利要求1所述的多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于所述目标位于无穷远处，且目标发出的光线波长范围覆盖可见光及近红外波长范围。


3.根据权利要求1所述的多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于所述中心光学成像系统的接收角度为±10°×±10°。


4.根据权利要求1所述的多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于所述旁侧光学成像系统的水平接收角度分别为-10°～-30°及+10°～+30°，垂直接收角度均为±10°。


5.根据权利要求1所述的多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于所述旁侧光学成像系统与中心光学成像系统光轴间水平夹角分别为±20°。


6.根据权利要求1所述的多孔径单探测器交叉视场成像系统，其特征在于所述旁侧光学成像系统含有只偏折光轴而不影响成像方向的光轴偏折装置。


7.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，黄峰，李刚，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：河北;13