針對實時廣域高分辨率成像需求同時保證系統(tǒng)結構的小型化與輕量化,設計了高集成度共心多尺度光學成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用伽利略型共心多尺度成像結構將球透鏡與次級相機陣列進行級聯(lián),以充分利用雙層共心球透鏡視場大且全視場成像效果一致性好的特點,并發(fā)揮伽利略型共心多尺度結構體積緊湊的優(yōu)勢。此外,通過設計相機陣列的排列方式進一步減少相機使用數(shù)量,實現(xiàn)輕量化。通過全系統(tǒng)聯(lián)動設計與優(yōu)化,系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線在特征頻率270 lp/mm處可達0.3,全視場彌散斑均方根（RMS）半徑均小于探測器像元尺寸1.85μm,成像效果優(yōu)良,且公差分析結果表明系統(tǒng)易加工制造。該系統(tǒng)不僅能夠有效實現(xiàn)大視場高分辨率成像,而且具有低的結構復雜度及更緊湊的結構,應用前景廣闊。 

【文章來源】：光學精密工程. 2020,28(06)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)成像評價圖

高集成度小型化共心多尺度光學成像系統(tǒng)充分利用了球透鏡視場大、光能收集能力強、軸外像差小等特點,將共心球透鏡作為主物鏡,并采用伽利略型多尺度成像結構,將球透鏡與小相機陣列進行級聯(lián),以更緊湊的系統(tǒng)結構獲取大視場高分辨率成像效果。此外,通過研究共心球透鏡結構復雜度與其成像性能的關系,從而確定一個最優(yōu)化的系統(tǒng)結構,可在提高成像性能的前提下進一步降低系統(tǒng)結構的復雜度。設計結果表明,該系統(tǒng)成像效果優(yōu)良,并具有良好的成像穩(wěn)定性。2 成像原理

共心球透鏡作為系統(tǒng)的主要組成部分,在設計中需要在其結構復雜度與成像性能之間進行權衡,圖3給出了不同復雜度下的共心球透鏡結構及其調(diào)制傳遞函數(shù)MTF曲線。在共心結構特點下,球透鏡在復雜化的過程中每增加一片透鏡僅增加一個玻璃材料、一個曲率半徑及一個玻璃厚度的設計變量,因此優(yōu)化中便于控制變量以進行成像性能的比較,圖中所示系列透鏡均是最優(yōu)化后F/2.5,70 mm的共心球透鏡。分析圖3中MTF曲線可以得出,隨著表面數(shù)量的增加,MTF隨之提高,但通過增加系統(tǒng)的復雜度來提高成像性能時存在一個效果遞減定律,即結構復雜度由一個表面增加至兩個表面時,MTF值在頻率200 lp/mm處由0.02提升至0.4,提高了約20倍,而復雜度由2個表面增加至6個表面時,MTF僅提升至0.5,提高了0.25倍。而圖3上方系列透鏡的結構圖則說明,隨著復雜度的提高,球透鏡的口徑隨之增加,此外,通過比較透鏡(2)、(3)與透鏡(4)、(6)可知,在透鏡層數(shù)相同的情況下,具有完全對稱結構的共心球透鏡更易獲得較小的口徑尺寸。通過上述分析可找出一個最優(yōu)化的設計,在該設計下系統(tǒng)不僅具有良好的成像性能,同時有較小的尺寸和低復雜度。3 共心多尺度光學系統(tǒng)設計

【參考文獻】：
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本文編號：3388030