一种基于非球面的反远距型光学系统设计

1.本发明属于光学系统设计技术领域，特别是涉及一种基于非球面的反远距型光学系统设计。
2.

背景技术：

3.随着航空相机研发技术不断进步，专家们开始不断提高航空相机成像质量。作为航空相机光学系统核心部分，成像质量在航空相机系统中有着至关重要的地位。光学系统成像质量关键就是光学系统设计，随着航空相机技术不断发展，光学系统设计方式和理论也日益发展完善。
4.近年来我国对机载相机光学设计相关部分研究有：2003年中国科学院长春光学精密机械与物理研究所付芸等人通过对机载相机的成像补偿技术进行研究，研制出一种新型的扫描反射镜结构，极大幅度提高机载相机的成像质量；2008年河南理工大学吴文静等人设计了一种swdc航空数码相机成像系统，基于深入研究swdc虚拟影像拼接的原理和过程，提出mask匀光的处理方法处理光学图像；2013年长春理工大学姚智慧等人对基于线阵ccd的二维图像成像系统进行了开发，与传统的线阵成像系统相比，系统具有可移植性强、控制方便、传输速率高等优点；2018年战略支援部队信息工程大学莫德林团队对航空长焦斜视相机从误差、影响、仿真等方面进项研究，为实际的长焦斜视机载相机的研制提供基本研究依据；2019年长春理工大学李英超等人设计了应用于无人机搜索的可见光两档变焦偏振成像系统和长波红外两档航空相机成像系统；2020年长春工业大学蒋陈平、杨振等人对非球面机载相机的光学系统进行了设计及分析。
5.随着人类社会的发展日新月异，光学系统设计根据设计指标的要求不断更新完善。成像质量始终是光学系统设计的重中之重，决定了整个装置机构的性能。因此航空相机光学系统的设计优化是航空相机系统中至关重要的一步，也是第一步。
6.现如今光学系统的设计已经和计算机紧密联合在一起，随着zemax、codev等光学设计软件的不断更新与优化使光学设计变得高效化，越来越复杂光学结构的设计得以实现，机载相机设备朝着小型化，精密化的方向发展。
7.光学系统的设计是航空相机成像质量的重中之重，但是随着对于航空相机的性能要求越来越多，相机的结构也越来越复杂。应时代发展的需求，对于相机光学系统的设计也越来越趋于多元化。因此对于相机的光学系统设计的要求也愈发的严格。反远距光学系统能够较为清晰的观察较远处的物体，故在航空相机中被广泛应用。


技术实现要素：

8.本发明主要提供了一种基于非球面的反远距型光学系统的设计方法。
9.本发明的目的主要在于：基于该光学系统设计，借此实现较长的工作距，能够对较远处的物体进行更好的成像。
10.本发明的技术方案如下：（1）对光学系统的参数进行初选；（2）对光学系统的初始结构进行选择；（3）根据计算所得的参数对光学系统的初始结构进行设计；（4）对光学系统的初始结构进行优化处理，使之达到所需的技术要求；本发明具有如下明显的优点：（1）能够使光学系统轻量化；（2）能够更好的校正光学系统中的像差，改善成像质量；（3）可实现较长的工作距；现如今光学系统的设计已经和计算机紧密联合在一起，随着zemax，codev等光学设计软件的不断更新与优化使光学设计变得高效化，越来越复杂光学结构的设计得以实现，机载相机设备朝着小型化，精密化的方向发展，故本发明设计了一种机载相机镜头成像光学系统，特点在于应用了反远距型结构以及非球面镜片达到了简化结构同时具有较高的成像质量。
11.附图说明
12.图1反远距结构的高斯光学图2优化后的光学系统图3优化后的mtf函数图像图4优化后的点列图
具体实施方式
13.为了满足设计需求，充分利用ccd的分辨率，同时又不发生混频现象导致图像失真，所设计的光学镜头必须满足采样定理：
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(1)图1示出了反远距结构的高斯光学，反远距结构由负光焦度的前组和正光焦度的后组组成，通过前组负元件将大视场的轴外光线发散，使其到达后组时角度减小，实现广角目的；同时使到达光阑处的光线角度减小，从而使轴外视场渐晕得到改善，增加了靶面照度的均匀性。。
14.图2、图3、图4示出了经过优化后的光学系统以及优化后的mtf函数图像以及点列图，由以上可以看出优化后的光学系统的成像质量得到了极大的提高，在截止频率处均大于0.35，故该光学系统具有较好的成像。
15.具体实施步骤归纳如下：1.依据设计要求，通过采样定理、视场方程等计算得到满足该光学系统的光学指标。
16.2.根据光学指标确定光路结构形式，确定光路结构为反远距形式。
17.3.根据所选取的反远距的光学结构以及光学指标使用zemax软件对其光学系统进
行初选设计，得到光学系统的初始数据以及初始结构。
18.4.系统由5组7片组成，其中包括2片双胶合和3片单透镜组成，其中最后一片透镜后表面采用非球面(二次)。
19.5.通过zemax软件对初始的光学系统进行优化处理，使得光学系统的mtf函数以及点列图满足光学系统的设计需求。


技术特征：
1.一种非球面型反远距光学系统，能够借此实现较长的工作距,该系统的的主要特征如下：(1)依据设计要求，通过采样定理、视场方程等计算得到满足该光学系统的光学指标;(2)根据光学指标确定光路结构形式，确定光路结构为反远距形式;(3)根据所选取的反远距的光学结构以及光学指标使用zemax软件对其光学系统进行初选设计，得到光学系统的初始数据以及初始结构；(4)系统由5组7片组成，其中包括2片双胶合和3片单透镜组成，其中最后一片透镜后表面采用非球面(二次)；(5)通过zemax软件对初始的光学系统进行优化处理，使得光学系统的mtf函数以及点列图满足光学系统的设计需求。

技术总结
本发明属于光学系统设计技术领域，涉及一种含有非球面的反远距型光学系统设计，能够很好的减重和增大视场。该光学系统的特征如下：系统由5组7片组成，其中包括2片双胶合和3片单透镜组成，其中最后一片透镜后表面采用非球面(二次)，能够减少光学元件的数目，减轻相机重量，提高成像质量。光学系统的设计包括：光学系统设计参数的选择、初式结构的选择、光学系统结构设计及优化。结构设计及优化。结构设计及优化。


技术研发人员：张立敏 张壮壮 李迎春 林洁琼 孙江波 冉同欢 刘非 王增路
受保护的技术使用者：长春工业大学
技术研发日：2022.11.23
技术公布日：2023/1/17