大视场高分辨率光电成像系统的制作方法
【专利摘要】一种大视场高分辨率光电成像系统，其特点是由同心球面镜头和接收器阵列组成。与传统成像系统相比，本发明具备单次成像视场大、分辨率高的特点。实际上，就单次成像的信息量来说，可以达到上百G像素成像能力。
【专利说明】大视场高分辨率光电成像系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电成像领域，特别是一种大视场高分辨率光电成像系统，可以对接 近180度的视场进行高分辨率同时成像，适合于固定地点的对地、对海、对空观测，以及车 载、船载、机载移动观测，实现民用、警用和军用目的。
【背景技术】
[0002] 对于一个光学成像系统，在高分辨率的前提下，可以通过移动或扫描方式扩大其 视场范围，但存在时效性差的问题。例如作为卫星载荷，需要卫星环绕地球多次，才能对一 个较大的区域成像；搭载在飞机上时也有类似情况，不仅如此，若是军事侦察，长时间对同 一地点观察将导致飞机有被击落的可能。行进在街道中的坦克，须对周围环境进行快速观 察；监控一个很大广场的集会，也有同样的需求。人们可以通过堆积光学系统的方法来扩大 同时成像的视场（如球形照相机），但在高分辨率的前提下，其占用的体积将非常大，不适 合移动观测。因此人们希望在高分辨率的前提下，尽量扩大单次成像或单个成像光学系统 的视场。在先技术1 :广角镜头和鱼眼镜头，其视场较大（鱼眼镜头可超过180度），但分辨 率较低，鱼眼镜头有非常大的畸变（可超过100% );在先技术2 :反射加折射的全景光学系 统，视场更大，但分辨率也较低，也有非常大的畸变，系统体积大，且反射式成像使应用不方 便；在先技术 3 :(Multiscalegigapixelphotography，NATURE，V0L. 486,PP. 386, 21JUNE， 2012)，公布了一种与本发明类似的大视场高分辨率成像系统，但其系统较为复杂，制作困 难，体积大。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种大视场高分辨率光电成像 系统，该系统单次成像视场接近180度、分辨率高，且具有结构简单、实现较为容易、体积较 小等特点，以适应商品化及移动观测的需求。
[0004] 本发明的技术解决方案如下：
[0005] -种大视场高分辨率光电成像系统，特点在于其构成包括同心球面镜头和接收器 阵列，所述的同心球面镜头由多个镜片和一个圆形光阑组成，所有镜片的光轴和所述的光 阑的光轴重合，除了与光阑面重合的镜片表面为平面外，该同心球面镜头其他镜片的工作 面均是球面，且球心都位于光阑的中心点；所述的接收器阵列，由多个面阵探测器和相同数 量的光纤传像束构成，所述的光纤传像束呈矩形或正六边形排列的光纤阵列，光纤传像束 的一端为平面并与所述的面阵探测器的感光面粘贴在一起，所有光纤传像束的另一端拼接 在一起，组成一个准接收球面。
[0006] 所述的同心球面镜头，紧靠光阑的两片镜片所用的光学材料相同。
[0007] 所述的同心球面镜头，根据加工方法不同，紧靠光阑的两片镜片可以合并为一个 镜片，在上面制作光阑，这样同心球面镜头里的镜片就没有平面工作面。
[0008] 所述的同心球面镜头的镜片的形状是圆形，或边缘经过切割的其他形状。
[0009] 所述的光纤传像束的一端为平面，并与面阵探测器的感光面粘贴在一起，另外一 端为凹球面，所有光纤传像束的凹球面一端拼接在一起，组成一个与所述的同心球面镜头 的像面半径相同的接收球面。
[0010] 所述的光纤传像束是光纤面板或光纤光锥。
[0011] 所述的光纤传像束的位于同心球面镜头像面的一端涂覆上转换或下转换发光材 料。从而可以对面阵探测器无法直接探测的部分光谱进行成像。
[0012] 所有光纤传像束的凹球面一端拼接在一起，组成一个与同心球面镜头的像面半径 相同的接收球面。接收球面的大小可根据实际需要的视场大小确定；通过改变接收球面与 同心球面镜头的像面的距离，可以达到一定范围调焦的目的。
[0013] 所述的光纤传像束的两个端面可以都是平面，其中一端与面阵探测器的感光面粘 贴在一起，另外一端拼接在一起形成一个与同心球面镜头的像面接近的拟合面。
[0014] 当物面是一定距离处的平面时，最佳像面不一定是球面，但可以找出一个最接近 球面；
[0015] 与在先技术相比，本技术的效果如下：
[0016] 1)与一般的成像系统相比，由于同心球面镜头的每个面都是同心的球面，且球心 位于光阑的中心点，因此对接近180度范围内的视场都可以达到接近衍射极限的成像效 果。
[0017] 2)本发明采用面阵传感器阵列作为接收器，单次曝光就可以对整个视场成像，假 设同心球面镜头的焦距为180mm，像面的分辨率为2. 5um，面阵传感器每个像素也是2. 5um， 则仅在120°的视场内就有大约15G个像素点。若增加焦距或提高分辨率，则可能单次成像 就达到上百G像素的信息量。
[0018] 3)与在先技术3相比，本发明采用光纤束代替后继镜头组，使结构更简单、体积更 小，且没有后继镜头组产生的渐晕，因此具有更高的适应性；
[0019] 4)由于采用了成像光纤束，可以涂覆上转换或下转换发光材料，从而可以对面阵 探测器无法直接探测的部分光谱进行成像。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1是本发明大视场高分辨率光电成像系统的实施例1光路结构示意图；
[0021] 图2是实施例1同心球面镜头的球差图；
[0022] 图3和图4分别是实施例1中的单根光纤传像束的结构和多根光纤传像束的排布 方式示意图；
[0023] 图5是实施例1中的光纤传像束的另一种端面结构；
[0024] 图6是本发明大视场高分辨率光电成像系统的实施例2的光路结构示意图；
[0025] 图7和图8分别是本发明同心球面镜头的另外一种结构的两个视图；
[0026] 图9是图7所示镜头实施例的像面图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应限制本发明的保护范围。
[0028] 图1是本发明大视场高分辨率光电成像系统的实施例1的结构示意图，由图可见， 本发明所述的大视场高分辨率光电成像系统由同心球面镜头1和接收器阵列2组成。
[0029] 所述的同心球面镜头1由前组镜G1、光阑ST和后组镜G2组成，所述的前组镜包括 镜片Gl-Α、镜片Gl-B和镜片G1-C，所述的后组镜包括镜片G2-A、镜片G2-B和镜片G2-C，所 述的镜片Gl-A、Gl-B、Gl-C、G2-A、G2-B和G2-C共轴，且依次胶接在一起，形成光学面S1、 52、53、54、55、56、57，所述的光学面54为平面，在其上面采用镀膜方法制作出圆形光阑51'， 所述的光学面SI、S2、S3、S5、S6、S7均为球面，且球心位于所述的光阑ST的中心点，同心 球面镜头的像面頂G为球面，且球心也位于光阑ST的中心点。
[0030] 表1给出了图1实施例中所述同心球面镜头1的参数，本同心球面镜头1实施例 的焦距为180mm，入瞳直径为60mm，艾里斑半径约为2. 15um，图2给出了实施例1的同心球 面镜头1的球差图，本实施例的同心球面镜头1的成像分辨率在±60°的范围内均接近衍 射极限，且入瞳大，因此同时具有大视场和高分辨率的特点。
[0031] [表1]
【权利要求】
1. 一种大视场高分辨率光电成像系统，特征在于其构成包括同心球面镜头和接收器阵 列，所述的同心球面镜头由多个镜片和一个圆形光阑组成，所有镜片的光轴和所述的光阑 的光轴重合，除了与光阑面重合的镜片表面为平面外，该同心球面镜头其他镜片的工作面 均是球面，且球心都位于光阑的中心点；所述的接收器阵列，由多个面阵探测器和相同数量 的光纤传像束构成，所述的光纤传像束呈矩形或正六边形排列的光纤阵列，光纤传像束的 一端为平面并与所述的面阵探测器的感光面粘贴在一起，所有光纤传像束的另一端拼接在 一起，组成一个准接收球面。
2. 根据权利要求1所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述的同心球面 镜头，紧靠光阑的两片镜片所用的光学材料相同。
3. 根据权利要求1所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述的同心球面 镜头，根据加工方法不同，紧靠光阑的两片镜片可以合并为一个镜片，在上面制作光阑，这 样同心球面镜头里的镜片就没有平面工作面。
4. 根据权利要求1所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述的同心球面 镜头的镜片的形状是圆形，或边缘经过切割的其他形状。
5. 根据权利要求1所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述的光纤传 像束的一端为平面，并与面阵探测器的感光面粘贴在一起，另外一端为凹球面，所有光纤传 像束的凹球面一端拼接在一起，组成一个与所述的同心球面镜头的像面半径相同的接收球 面。
6. 根据权利要求1所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述的光纤传像 束是光纤面板或光纤光锥。
7. 根据权利要求1至6任一项所述的大视场高分辨率光电成像系统，其特征在于所述 的光纤传像束的位于同心球面镜头像面的一端涂覆上转换或下转换发光材料。
【文档编号】G02B6/06GK104238116SQ201410468102
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】徐文东, 赵成强 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所