用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)。微小透鏡陣列位于前置物鏡和探測器焦平面之間，前置物鏡采用同心對稱的球形透鏡結(jié)構(gòu)，獲取大視場場景，微小透鏡陣列的每個(gè)通道由一組分離的雙膠合透鏡組構(gòu)成，用于在其所承擔(dān)通道的小視場范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精細(xì)像差校正，形成多個(gè)獨(dú)立的成像通道，將整個(gè)視場內(nèi)信息無任何損失地全部成像至探測器焦平面上，在大視場內(nèi)各處都獲得衍射極限性能的高分辨率成像。本實(shí)用新型采用純透射式的光學(xué)結(jié)構(gòu)，具有簡單緊湊、適用于整個(gè)可見光工作波段、視場大、全視場像質(zhì)均勻、成像性能優(yōu)、成本低等特點(diǎn)。本實(shí)用新型提供了空間分辨率不受視場限制的多尺度光學(xué)成像系統(tǒng)，適用于對地觀測和普查的遙感相機(jī)。
【專利說明】用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)，特別涉及一 種采用多尺度結(jié)構(gòu)的、折射式的、工作于整個(gè)可見光波段的、大視場、高分辨率的光學(xué)成像 系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著空間探索和對地觀測的不斷發(fā)展，對成像系統(tǒng)的視場和分辨率要求越來越 高。為實(shí)現(xiàn)在大視場范圍內(nèi)實(shí)時(shí)獲取高分辨率光學(xué)圖像，大規(guī)模高分辨率相機(jī)一直是研究 的難點(diǎn)和重點(diǎn)。
[0003] 采用傳統(tǒng)的成像方法和系統(tǒng)，大視場和高分辨率相互制約，工作波長一定時(shí)，要提 高系統(tǒng)的分辨率，只能通過增大系統(tǒng)口徑。而大視場、大口徑光學(xué)系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)， 要引入更多光學(xué)面來校正幾何像差，系統(tǒng)會(huì)變得非常復(fù)雜，要以系統(tǒng)重量、體積、復(fù)雜性和 巨額成本增加為巨大代價(jià)。另外，這種大口徑和高復(fù)雜性的光學(xué)系統(tǒng)，還受光學(xué)材料、加工、 檢測、制造成本和遙感器運(yùn)載能力等多方面條件的制約。采用當(dāng)前的制造技術(shù)，10米級(jí)的地 基系統(tǒng)和2. 4米的天基系統(tǒng)已被認(rèn)為達(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和經(jīng)濟(jì)承受的極限。因此，采用傳統(tǒng) 的設(shè)計(jì)方法，很難同時(shí)滿足現(xiàn)代遙感器成像系統(tǒng)對大視場和高分辨率的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊 湊、分辨率高、視場大、適用波段寬的用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是提供一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光 學(xué)成像系統(tǒng)，沿光線入射方向，依次為前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)、微小透鏡陣列和探測器焦平面； 所述的前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)為一組四片透鏡膠合的同心球面結(jié)構(gòu)，四片透鏡為球心對稱，安 裝于一個(gè)鏡筒內(nèi)，四片透鏡依次為彎月形球面負(fù)透鏡、平凸球面正透鏡、平凸球面正透鏡、 彎月形球面負(fù)透鏡；前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距之為67mm彡彡72mm ;所述的微小透鏡陣 列包括若干個(gè)單通道光學(xué)成像系統(tǒng)，所述的單通道光學(xué)成像系統(tǒng)為安裝于一個(gè)鏡筒內(nèi)的兩 組雙膠合透鏡結(jié)構(gòu)，兩組雙膠合透鏡的光學(xué)元件依次為球面負(fù)透鏡和球面正透鏡組成的第 一雙膠合組，球面正透鏡和球面負(fù)透鏡組成的第二雙膠合組，單通道光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距 忍為17_ <忍< 22_ ;各單通道光學(xué)成像系統(tǒng)安裝于一個(gè)與前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)的球形像 面同心的曲面上，形成微小透鏡陣列。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案中，前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)中所述的彎月形球面負(fù)透鏡、平 凸球面正透鏡、平凸球面正透鏡和彎月形球面負(fù)透鏡，它們相對于前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)的 焦距的歸一化值依次為廣 n、/%2、/、3和廣14，滿足條件-1.48彡廣n彡-1.45， 0· 53彡彡0· 56,0· 54彡彡0· 57, -1. 30彡彡-1. 25 ;單通道光學(xué)成像系統(tǒng)中所 述的球面負(fù)透鏡、球面正透鏡、球面正透鏡和球面負(fù)透鏡的焦距，它們相對于單通道光學(xué)成 像系統(tǒng)的焦距心的歸一化值依次為和/i，滿足條件-〇. 96彡彡-0. 94， 0· 45 彡廣 ％ 彡 0· 50,0· 22 彡 /%3 彡 0· 27, -ο. 35 彡 /%4 彡-ο. 30。
[0007] 本實(shí)用新型技術(shù)方案提供的一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)， 它的光學(xué)筒長L為135謹(jǐn)< L < 15Ctam。
[0008] 本實(shí)用新型在傳統(tǒng)的前置成像物鏡與焦平面探測器之間引入微小透鏡陣列，將前 置成像物鏡獲得的大視場景物分成多個(gè)成像通道，經(jīng)各通道的微小透鏡精確校正剩余像差 后，各通道探測器的焦平面上均得到性能相同且具有極高分辨率的光學(xué)像，通過對各通道 圖像進(jìn)行拼接處理，可獲得全視場高分辨率光學(xué)像。大視場內(nèi)信息無任何損失地全部成像 至探測器焦平面上。
[0009] 本實(shí)用新型提供的用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的大視場高分辨率光學(xué)成像系 統(tǒng)，由于采用了多尺度結(jié)構(gòu)的折射式光學(xué)成像方法，可在很大的視場范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)極高的分 辨率。在前置物鏡和探測器焦面之間，引入微小透鏡陣列，作為場處理器。本實(shí)用新型提 供的多尺度結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)，前置物鏡采用四片膠合的同心對稱球面透鏡，這種結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)， 具有像差與視場無關(guān)的優(yōu)點(diǎn)，它的剩余像差只有球場和垂軸色差，因此，具備獲取大視場成 像的能力，再通過合理的光焦度分配、正負(fù)透鏡組合，有效減小球差，另外通過合理選取光 學(xué)玻璃材料來消色差，得到較小的剩余像差。本實(shí)用新型提供的多尺度結(jié)構(gòu)光學(xué)系統(tǒng)，微小 透鏡陣列位于一個(gè)與前置物鏡形成的球形像面同心的曲面上，同時(shí)起校正前置物鏡剩余像 差和中繼轉(zhuǎn)像的作用，它的每個(gè)通道分擔(dān)前置物鏡的一個(gè)分視場，只需采用簡單的匹茲伐 結(jié)構(gòu)，通過兩組雙膠合物鏡，選擇合理的玻璃搭配，有效減小前置物鏡的剩余球場和垂軸色 差，而小透鏡陣列各通道系統(tǒng)本身具有口徑小和近軸的特點(diǎn)，像差校正難度小，可容易將其 視場內(nèi)前置物鏡像差校正到接近衍射極限的成像性能，獲得具有衍射極限的極高分辨率， 各通道均可將前置物鏡對應(yīng)視場內(nèi)的像校正到衍射極限性能。最后通過電子計(jì)算機(jī)技術(shù)， 將各通道子圖像進(jìn)行拼接處理，即可得到前置物鏡獲取的大視場景物像，且具有衍射極限 的高分辨率特性。
[0010] 本實(shí)用新型提供的多尺度大視場高分辨率光學(xué)成像系統(tǒng)搭載于航天器上，接收來 自地物的太陽光反射光，經(jīng)過多尺度光學(xué)系統(tǒng)后，在各通道探測器的光敏面上形成光學(xué)像， 經(jīng)電子電路采集、圖像處理后輸出捕獲的目標(biāo)圖像，得到地物大范圍內(nèi)目標(biāo)場景的高分辨 率圖像。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是：
[0012] 1、本實(shí)用新型采用多尺度結(jié)構(gòu)的折射式光學(xué)系統(tǒng)，由前置物鏡和小透鏡陣列構(gòu) 成，前置物鏡和小透鏡陣列系統(tǒng)均具有結(jié)構(gòu)簡單、容易裝調(diào)、穩(wěn)定性好、實(shí)現(xiàn)成本低的優(yōu) 占.
[0013] 2、本實(shí)用新型提供的光學(xué)系統(tǒng)的視場為

【權(quán)利要求】
1. 一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)，其特征在于：沿光線入射方 向，依次為前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)（1)、微小透鏡陣列（2)和探測器焦平面（3);所述的前置物鏡 光學(xué)系統(tǒng)為一組四片透鏡膠合的同心球面結(jié)構(gòu)，四片透鏡為球心對稱，安裝于一個(gè)鏡筒內(nèi)， 四片透鏡依次為彎月形球面負(fù)透鏡（11)、平凸球面正透鏡（12)、平凸球面正透鏡（13)、彎 月形球面負(fù)透鏡（14);前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)（1)的焦距為67mm彡彡72mm ;所述的微小 透鏡陣列（2)包括若干個(gè)單通道光學(xué)成像系統(tǒng)，所述的單通道光學(xué)成像系統(tǒng)為安裝于一個(gè) 鏡筒內(nèi)的兩組雙膠合透鏡結(jié)構(gòu)，兩組雙膠合透鏡的光學(xué)元件依次為球面負(fù)透鏡（21)和球面 正透鏡（22)組成的第一雙膠合組，球面正透鏡（23)和球面負(fù)透鏡（24)組成的第二雙膠合 組，單通道光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距忍為17_ <忍< 22_ ;各單通道光學(xué)成像系統(tǒng)安裝于一 個(gè)與前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)（1)的球形像面同心的曲面上，形成微小透鏡陣列（2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng),其特征 在于：所述的彎月形球面負(fù)透鏡（11)、平凸球面正透鏡（12)、平凸球面正透鏡（13)和彎月 形球面負(fù)透鏡（14)，它們相對于前置物鏡光學(xué)系統(tǒng)的焦距的歸一化值依次為廣 n、f 72、 和廣14，滿足條件

3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng),其特征 在于：所述的球面負(fù)透鏡（21)、球面正透鏡（22)、球面正透鏡（23)和球面負(fù)透鏡（24)的焦 距，它們相對于單通道光學(xué)成像系統(tǒng)的焦距忍的歸一化值依次為/%、/% 2、和/%4， 滿足條件-〇· 96彡/'公彡-0· 94,0· 45彡彡0· 50,0· 22彡/'烈彡0· 27, -0· 35彡/'別彡-0· 30。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于大規(guī)模高分辨率遙感相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng),其特征 在于：它的光學(xué)筒長L為135mm < L < 150_。
【文檔編號(hào)】G02B27/58GK203838419SQ201320880938
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】季軼群, 王巖 申請人:蘇州大學(xué)