[实用新型]一种大视场动态摄影相机光学系统

说明书

技术领域

本实用新型属于空间光学遥感器技术领域，涉及一种应用于空间的面阵广角动态摄影相机光学成像系统在透射式、大视场、低畸变和高成像质量条件下的实现方法。

背景技术

广角光学系统是一种大视场成像的光学系统，可以获取普通镜头无法比拟的场景范围，其应用已经从特殊摄影领域逐渐扩展到航天深空背景探测过程监视等领域。

根据像差理论，光学系统的畸变是与视场有关的像差，而像面的相对照度则又与边缘视场主光线入射到像面的角度余弦值呈四次方关系，对已一般光学系统，角放大倍率不大，因此，广角光学系统常常具有较大的畸变和较低的相对照度，大大降低了系统的成像质量和信噪比。

早在上个世纪20年代，R.W.Wood就已经开始了对鱼眼成像系统的研究，自上世纪60年代，鱼眼镜头得到了空前高速的发展，出现了许多新颖且高质量的镜头。其中尼康公司设计的一种视场180°、F/2.8、焦距16mm的鱼眼镜头已经在摄影行业得到了广泛应用。

目前已经成功应用的鱼眼镜头多为民用领域，像质要求相对较低，使用环境也无特殊之处；而应用于空间的鱼眼成像系统工作环境更加恶劣，对成像质量的要求更高，目前尚无成功在轨应用的鱼眼成像系统。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于空间的面阵广角动态摄影相机光学成像系统在透射式反远距、大视场、低畸变和高成像质量条件下的实现方法。

本实用新型的技术方案是：一种大视场动态摄影相机光学系统，包括前透镜组、中透镜组、后透镜组、渐变滤光片和面阵焦面探测器件；充满入瞳的测绘目标辐射光束进入光学系统，经过前透镜组和中透镜组调整目标辐射光束口径，使目标辐射光束充满放置于中透镜组后的光阑，从光阑出射的目标辐射光束经过后透镜组后入射至渐变滤光片，渐变滤光片调整像面照度，并最终在面阵焦面探测器件处成像。

所述第一透镜组包括一片非球面弯月负透镜、一片非球面弯月负透镜和一片球面弯月负透镜，其中非球面弯月负透镜的材料为冕牌玻璃，球面弯月负透镜的材料为火石玻璃。

所述第二透镜组包括一片球面弯月正透镜、一片球面弯月负透镜和一片球面弯月负透镜，其中球面弯月正透镜的材料为冕牌玻璃，球面弯月负透镜的材料为火石玻璃。

所述第三透镜组包括一片球面双凹负透镜、一片球面弯月正透镜，其中球面双凹负透镜的材料为冕牌玻璃，球面弯月正透镜的材料均为火石玻璃。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

1)本实用新型大视场动态摄影相机光学系统，采用非对称结构形式，通过局域控制优化方法解决了局部动态摄影和全幅面静态拍照两种功能下的成像质量要求，同时实现了边缘视场小相对畸变和高成像质量；光学系统仅由八片透镜组成，可针对前组、中组、后组透镜分别装校，降低了系统加工和装调的复杂程度，工程化难度小。

2)本实用新型光学系统采用反远距非球面设计，系统后截距大于系统焦距值，有效降低了焦面及结构组件的装调和调整的难度。

3)本实用新型光学系统可通过变化物距的同时采用探测器像元合并实现监视过程的不同分辨率成像。

4)本实用新型具有光机结构紧凑、组成简单、低畸变、成像质量良好、相对照度高、易于实现等优点，可应用短焦距实现较大视场的高质量成像系统。为机载/星载在轨大视场监视成像光学系统提出了一个较好的技术实现途径。

附图说明

图1为本实用新型光学系统组成结构示意图。

图2为光学系统传递函数曲线。

图3为光学系统残余像差及畸变曲线。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型光学系统由前透镜组1、中透镜组2、后透镜组3、渐变滤光片4、面阵焦面器件5组成；充满光学系统入瞳的测绘目标辐射光束经经过前组透镜组1和中透镜组2调整光束口径充满光阑6，后经过后透镜组3后入射至渐变滤光片4，渐变滤光片4调整像面照度，并最终在面阵焦面探测器件5处成像。所有透镜的材料均为无色光学玻璃，所有透镜与空气接触的表面镀增透膜，用于增加宽谱段成像光学系统的能量效率。通过结构设计环形结构保证光阑与透镜组的相对位置及通光口径。

本实用新型光学系统的一个实施方案为焦距4mm，工作谱段为可见光谱段450～700nm，基于相机系统能量和信噪比的要求，光学系统相对口径选为1/4，有效视场为108°光学系统外形尺寸为Φ30mm×50mm，透镜组最大通光口径控制在28mm以内，透镜组长度50mm。光学系统在中心50％视场范围内畸变设计值为全幅面的25％.