[發明專利]大視場高分辨率光電成像系統

無效

• 申請號: 201410468102.6
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104238116A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 徐文東;趙成強
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B27/00
• 分類號: G02B27/00;G02B6/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純;張寧展

技術領域

本發明屬于光電成像領域，特別是一種大視場高分辨率光電成像系統，可以對接近180度的視場進行高分辨率同時成像，適合于固定地點的對地、對海、對空觀測，以及車載、船載、機載移動觀測，實現民用、警用和軍用目的。

背景技術

對于一個光學成像系統，在高分辨率的前提下，可以通過移動或掃描方式擴大其視場范圍，但存在時效性差的問題。例如作為衛星載荷，需要衛星環繞地球多次，才能對一個較大的區域成像；搭載在飛機上時也有類似情況，不僅如此，若是軍事偵察，長時間對同一地點觀察將導致飛機有被擊落的可能。行進在街道中的坦克，須對周圍環境進行快速觀察；監控一個很大廣場的集會，也有同樣的需求。人們可以通過堆積光學系統的方法來擴大同時成像的視場(如球形照相機)，但在高分辨率的前提下，其占用的體積將非常大，不適合移動觀測。因此人們希望在高分辨率的前提下，盡量擴大單次成像或單個成像光學系統的視場。在先技術1：廣角鏡頭和魚眼鏡頭，其視場較大(魚眼鏡頭可超過180度)，但分辨率較低，魚眼鏡頭有非常大的畸變(可超過100％)；在先技術2：反射加折射的全景光學系統，視場更大，但分辨率也較低，也有非常大的畸變，系統體積大，且反射式成像使應用不方便；在先技術3：(Multiscale?gigapixel?photography，NATURE，VOL.486，pp.386，21JUNE，2012)，公布了一種與本發明類似的大視場高分辨率成像系統，但其系統較為復雜，制作困難，體積大。

發明內容

本發明的目的在于克服上述在先技術的不足，提供一種大視場高分辨率光電成像系統，該系統單次成像視場接近180度、分辨率高，且具有結構簡單、實現較為容易、體積較小等特點，以適應商品化及移動觀測的需求。

本發明的技術解決方案如下：

一種大視場高分辨率光電成像系統，特點在于其構成包括同心球面鏡頭和接收器陣列，所述的同心球面鏡頭由多個鏡片和一個圓形光闌組成，所有鏡片的光軸和所述的光闌的光軸重合，除了與光闌面重合的鏡片表面為平面外，該同心球面鏡頭其他鏡片的工作面均是球面，且球心都位于光闌的中心點；所述的接收器陣列，由多個面陣探測器和相同數量的光纖傳像束構成，所述的光纖傳像束呈矩形或正六邊形排列的光纖陣列，光纖傳像束的一端為平面并與所述的面陣探測器的感光面粘貼在一起，所有光纖傳像束的另一端拼接在一起，組成一個準接收球面。

所述的同心球面鏡頭，緊靠光闌的兩片鏡片所用的光學材料相同。

所述的同心球面鏡頭，根據加工方法不同，緊靠光闌的兩片鏡片可以合并為一個鏡片，在上面制作光闌，這樣同心球面鏡頭里的鏡片就沒有平面工作面。

所述的同心球面鏡頭的鏡片的形狀是圓形，或邊緣經過切割的其他形狀。

所述的光纖傳像束的一端為平面，并與面陣探測器的感光面粘貼在一起，另外一端為凹球面，所有光纖傳像束的凹球面一端拼接在一起，組成一個與所述的同心球面鏡頭的像面半徑相同的接收球面。

所述的光纖傳像束是光纖面板或光纖光錐。

所述的光纖傳像束的位于同心球面鏡頭像面的一端涂覆上轉換或下轉換發光材料。從而可以對面陣探測器無法直接探測的部分光譜進行成像。

所有光纖傳像束的凹球面一端拼接在一起，組成一個與同心球面鏡頭的像面半徑相同的接收球面。接收球面的大小可根據實際需要的視場大小確定；通過改變接收球面與同心球面鏡頭的像面的距離，可以達到一定范圍調焦的目的。

所述的光纖傳像束的兩個端面可以都是平面，其中一端與面陣探測器的感光面粘貼在一起，另外一端拼接在一起形成一個與同心球面鏡頭的像面接近的擬合面。

當物面是一定距離處的平面時，最佳像面不一定是球面，但可以找出一個最接近球面；

與在先技術相比，本技術的效果如下：

1)與一般的成像系統相比，由于同心球面鏡頭的每個面都是同心的球面，且球心位于光闌的中心點，因此對接近180度范圍內的視場都可以達到接近衍射極限的成像效果。

2)本發明采用面陣傳感器陣列作為接收器，單次曝光就可以對整個視場成像，假設同心球面鏡頭的焦距為180mm，像面的分辨率為2.5um，面陣傳感器每個像素也是2.5um，則僅在120°的視場內就有大約15G個像素點。若增加焦距或提高分辨率，則可能單次成像就達到上百G像素的信息量。

3)與在先技術3相比，本發明采用光纖束代替后繼鏡頭組，使結構更簡單、體積更小，且沒有后繼鏡頭組產生的漸暈，因此具有更高的適應性；