共心透镜系统研究

讨论共心镜系统的光学特性和像差特点，并提出一种１６０°×３２°视场，１／２．８相对孔径的广角大孔径共心透镜系统．

基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统设计

针对凝视型红外成像告警设备中对场景目标进行大视场广域搜索与小视场精确识别一体化的应用需求,设计了一种基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统.该系统采用由多层共心球透镜和可连续变焦的独立次级小相机阵列级联而成的二次成像结构,能够有效实现大视场高分辨率无畸变成像.此外,采用全动变焦设计的独立次级小相机阵列在对搜索到的目标进行探测、识别和跟踪的一体化检测的同时保持像面稳定,实现对成像场景的分区域管理.设计结果表明,该红外成像系统在全变焦范围内的调制传递函数(MTF)曲线均接近衍射极限,且变焦曲线平滑,避免了变焦过程中卡滞、冲击等不利现象的产生,能有效实现大视场监测及小视场识别的功能.

高集成度小型化共心多尺度光学系统设计

针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化,设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联,以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果一致性好的特点,并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。此外,通过设计相机阵列的排列方式进一步减少相机使用数量,实现轻量化。通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数曲线在特征频率270 lp/mm处可达0.3,全视场弥散斑均方根(RMS)半径均小于探测器像元尺寸1.85μm,成像效果优良,且公差分析结果表明系统易加工制造。该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像,而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构,应用前景广阔。

基于多尺度成像的宽波段广域高分辨光学系统设计

针对光电成像系统呈现出的全天候、大视场、高分辨的成像需求,基于多尺度成像原理设计了一款0.4~1.7μm宽波段的广域高分辨率光学成像系统。该系统由共心球物镜和37个中继子系统阵列组成,通过多个中继子系统阵列对共心球物镜所得一次中间像面进行视场分割、成像及像差校正,从而实现广域高分辨成像。经过优化设计,最终得到全视场(105.6°×25.6°)的宽波段、大视场、高分辨光学系统。系统单通道全视场范围内点列图的最大均方根半径值小于一个像元尺寸,各视场调制传递函数值在空间频率为33 lp/mm处均大于0.6,曲线平滑集中。分析结果表明,该系统满足大视场、高分辨、全天候成像需求,可为后续宽波段、大视场、高分辨光学成像系统的设计提供一种可行的参考方案。