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多角度耦合分幅相机光学系统设计

张天舒 金光 刘春雨

张天舒, 金光, 刘春雨. 多角度耦合分幅相机光学系统设计[J]. 中国光学, 2018, 11(4): 615-622. doi: 10.3788/CO.20181104.0615
引用本文: 张天舒, 金光, 刘春雨. 多角度耦合分幅相机光学系统设计[J]. 中国光学, 2018, 11(4): 615-622. doi: 10.3788/CO.20181104.0615
ZHANG Tian-shu, JIN Guang, LIU Chun-yu. Optical system design of multi-angle coupled framing camera[J]. Chinese Optics, 2018, 11(4): 615-622. doi: 10.3788/CO.20181104.0615
Citation: ZHANG Tian-shu, JIN Guang, LIU Chun-yu. Optical system design of multi-angle coupled framing camera[J]. Chinese Optics, 2018, 11(4): 615-622. doi: 10.3788/CO.20181104.0615

多角度耦合分幅相机光学系统设计

doi: 10.3788/CO.20181104.0615
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 61503360

详细信息
    作者简介:

    张天舒(1991-), 女, 辽宁沈阳人, 硕士研究生, 2014年于浙江大学获得学士学位, 主要从事光学设计方面的研究。E-mail:zhang_tian_shu@163.com

    金光(1958-), 男, 吉林长春人, 博士, 研究员, 博士生导师, 1982年于长春光机学院获得学士学位, 1991年、2001年于中科院长春光机所分别获得硕士、博士学位, 主要从事小卫星总体技术方面的研究。E-mail:jing@ciomp.ac.cn

Optical system design of multi-angle coupled framing camera

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61503360

More Information
  • 摘要: 为实现高速相机的分幅功能,本文提出一种采用多角度耦合分幅方式的高速相机光学系统。该系统分幅结构采用多组相同的光学系统,在平行于物面的圆周上均匀分布,分别从不同角度拍摄同一物面,在保证各组系统的物方视场相同的情况下,每组光学系统的光轴与物平面的夹角均相同,通过优化设计得到全视场的最佳成像。根据需求,使用光学设计软件设计了多角度耦合四分幅成像中长焦光学系统并绘制三维立体仿真模型,分析了每组像面像质、照度以及畸变等相关参数,调制传递函数MTF在频率为50 lp/mm处不低于0.5,F数为2,畸变小于0.4%,相较于常用的棱镜和反射棱锥分光方式,无需额外分光结构,像面照度提高4倍以上。结果表明成像质量理想,分幅相机系统各像面所成像一致性高。
  • 图  1  (a) 物点与4个系统的立体结构;(b)相邻两个系统的几何关系

    Figure  1.  (a)Structure of the object point and four systems; (b)geometrical relationship of two adjacent systems

    图  2  沙姆定律几何证明

    Figure  2.  Geometric proof of the Scheimpflug principle

    图  3  单组物镜二维轮廓图

    1.双胶合透镜一, 2.凸透镜一, 3.凹透镜, 4.凸透镜二, 5.双胶合透镜二, 6.弯月透镜

    Figure  3.  2D layout graph of single group of objective

    1.double glude lens, 2.convex len, 3.concave len, 4.convex len, 5.double lude lens, 6.meniscus len

    图  4  多角度耦合四分幅光学系统结构主视图

    Figure  4.  Front view of multi-angle framing camera

    图  5  多角度耦合四分幅光学系统结构立体视图

    Figure  5.  Stereoscopic view of multi-angle framing camera

    图  6  系统MTF曲线图

    Figure  6.  Curve diagram of MTF

    图  7  场曲和畸变性能

    Figure  7.  Field curvature and distortion

    图  8  (a)、(b)、(c)和(d)分别为结构1、2、3和4的畸变网格图

    Figure  8.  (a), (b), (c) and (d) are the distortion grid figures of configuration 1, 2, 3 and 4 respectively

    表  1  各个分幅像面在不同视场的最小相对照度

    Table  1.   The minimum relative illuminance of each segmented image surface in differend fields of view

    结构扫描方向
    +X-X+Y-Y
    10.9730.9730.9700.976
    20.9730.9730.9760.970
    30.9760.9700.9730.973
    40.9700.9760.9730.973
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-26
  • 修回日期:  2018-01-13
  • 刊出日期:  2018-08-01

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