折-衍混合长焦深消色差超广角成像光学技术

研究目的:寻求一种基于折-衍混合原理的具有扩展焦深的超广角空间成像光学系统。解决由于空间环境变化引起的光学系统离焦并校正光学系统中的色差及畸变问题,以保证其在较大的范围内有较好的成像质量及实时图像匹配精度,同时实现系统的小型化。
基本原理:首先根据光学结构与视场角、像面照度、相对孔径等参数的相对关系选择超广角光学系统的初始结构;并利用非球面设计的多自由度及其与光瞳的位置关系校正系统畸变;然后基于能量守恒法设计具有对数光锥位相结构的衍射光学元件以实现扩展焦深功能;利用折、衍器件相反的色散特性消除系统的色差;利用获得的折-衍混合消色差单透镜替代初始光学系统中的双胶合透镜,最终扩展超广角光学系统焦深并实现系统的小型化。

                                                                     

图1 超广角光学系统光学结构图及系统像质评价
Fig1.Super wide angle optical system  (a)Layout  (b)Distortion  (C)MTF

图2 折射器件、衍射器件及折衍混合元件轴向光场分布特性
Fig2.Normalized intenesity of axial optical field  (a)ROE  (b)DOE  (c)HOE

 

科学意义及应用价值:深入了解用于宽波段、大视场成像的折-衍混合光学系统在傍轴及非傍轴情况下的轴向光场分布情况,即其焦深特性;同时,该方法是解决小型空间相机复杂环境下清晰成像的一种有效技术途径。
    该技术已申请中国发明专利。