[发明专利]基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法及其光学系统

说明书

本发明公开了一种基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法，包括：选取一定结构的主物镜和小相机进行优化，得到优化后的主物镜和优化后的小相机；将所述优化后的主物镜与所述优化后的小相机结合以对中心视场进行优化设计，得到像质满足要求的中心视场子系统；当得到像质满足要求的中心视场子系统时，根据小相机阵列对不同角度的非中心视场子系统进行优化，得到像质满足要求的非中心视场子系统以完成分孔径像差校正。本发明提供的基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法，采用不同的小相机校正主物镜不同视场的残余像差，从而减轻主物镜设计的压力，使多尺度结构中的主物镜多样化，同时，降低了整个光学设计的难度和系统的加工装调难度。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法及其光学系统。

背景技术

随着光学成像技术的不断发展，大视场高分辨率成像技术也得到了飞快的发展。其中，基于共心球透镜结构的多尺度成像系统由于解决了大视场和高分辨率相互制约的问题，满足了人们对大成像场景高数据量信息捕获的迫切需求而被广泛应用。请参见图1，图1是现有技术提供的一种基于共心球透镜结构的多尺度成像系统结构示意图，其由共心球主物镜和次级小相机阵列级联而成，其结构根据有无中间像面分为开普勒式和伽利略式两种形式，图1中(a)为基于共心球透镜的开普勒式多尺度成像系统结构，(b)为基于共心球透镜的伽利略式多尺度成像系统结构。但在实际应用中，球透镜由于材料的限制无法实现更长的焦距，并且由于胶合结构的限制，共心球透镜无法应用在红外波段中。

目前，针对球透镜在实现多尺度成像所存在的焦距短的问题，现有技术中的一种方案是将共心球透镜用类双高斯结构来代替，从而实现了更长的焦距。请参见图2，图2是现有技术提供的一种基于类双高斯结构的多尺度成像系统结构示意图。

然而，由于类双高斯结构不具有共心球透镜所独有的旋转对称性，因此在各个成像视场其像差特性不同，故在相同小相机的情况下，类双高斯物镜的设计难度大大提升，同时增加了整个光学设计的难度以及系统的加工制造难度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法及其光学系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于多尺度成像系统的分孔径像差校正方法，包括：

选取一定结构的主物镜和小相机进行优化，得到优化后的主物镜和优化后的小相机；

将所述优化后的主物镜与所述优化后的小相机结合以对中心视场进行优化设计，得到像质满足要求的中心视场子系统；

当得到像质满足要求的中心视场子系统时，根据小相机阵列对不同角度的非中心视场子系统进行优化，得到像质满足要求的非中心视场子系统以完成分孔径像差校正。

在本发明的一个实施例中，所述选取一定结构的主物镜和小相机进行优化，得到优化后的主物镜和优化后的小相机，包括：

选取结构完全对称的双高斯物镜作为主物镜，并对其进行优化设计，得到优化后的主物镜；

选取合适的小相机初始结构并对其进行优化得到优化后的小相机。

在本发明的一个实施例中，将所述优化后的主物镜与所述优化后的小相机结合以对中心视场进行优化设计，得到像质满足要求的中心视场子系统，包括：

调整所述优化后的主物镜与所述优化后的小相机之间的距离以确定最优的光阑位置；

保持所述优化后的主物镜结构参数不变，对所述优化后的小相机结构进行优化设计直至所述中心视场的MTF像质评价结果、场曲值以及畸变满足成像要求，得到像质满足要求的中心视场子系统。