[发明专利]多孔径单探测器交叉视场成像系统

说明书

本发明公开了一种多孔径单探测器交叉视场成像系统，涉及光学成像技术领域，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。本发明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。

本发明是发明名称为“多孔径单探测器交叉视场成像系统”的分案申请，其中，母案的申请号为202010099623.4，申请日为2020.02.18。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，特别是涉及一种多孔径单探测器交叉视场成像系统。

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。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。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔径单探测器交叉视场成像系统，无需额外加入后期图像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。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多孔径单探测器交叉视场成像系统，所述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；

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；

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；