一种低畸变大视场双焦距光学系统

本技术涉及一种低畸变大视场双焦距光学系统，主要用于空间目标成像与广域成像，也可应用于民用机器视觉和安防成像设备等需要大视场光学系统的领域。

背景技术：

1、随着我国国民经济与国防工业技术的迅速发展，对航天器周边态势感知的需求日益增加，对于空间目标成像与广域成像的需求越来越迫切，对超大视场光学系统的成像效果和性能要求越来越高。光学成像系统可以获取目标影像，并通过图像识别技术得到位置参数，对于空间目标成像与广域成像起着非常重要的作用。目前在国际空间站、航天飞机等航天器上，超大视场光学成像系统都有成功的应用。

2、应用于这些方面的光学系统对所成像的视场要求较大。工作环境为真空且温度变化剧烈的严苛环境，光学系统需要在真空环境下具有良好的空间环境适应性；为了适应航天任务的需要，光学系统要能够实现轻小型化。常规鱼眼光学系统虽然可实现大视场成像，但是其采用f-θ畸变的光学系统的中心视场分辨率较低，难以兼顾中心视场的高分辨率成像和大视场目标搜索的需求。

技术实现思路

1、为了克服现有光学系统无法兼顾中心视场的高分辨率成像和大视场目标搜索需求的问题，本实用新型为此提出一种低畸变大视场双焦距光学系统，该系统的中心视场长焦距用于中心目标高分辨率成像，边缘视场短焦距用于大视场目标搜索，具有大视场、双焦距、良好的空间环境适应性、满足轻小型化的技术特点。

2、本实用新型的技术方案是：

3、一种低畸变大视场双焦距光学系统，其特殊之处在于：包括由物方至像方沿光路依次设置的第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第四正透镜、光阑、第五正透镜、第三负透镜、第六正透镜及滤光片；

4、其中第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第四正透镜、光阑、第五正透镜、第三负透镜、第六正透镜、滤光片构成长焦距光学系统，用于实现中心附近视场成像；

5、其中第一负透镜、第二负透镜、第四正透镜、光阑、第五正透镜、第三负透镜、第六正透镜、滤光片构成短焦距光学系统，用于实现大视场成像；

6、长焦距光学系统和短焦距光学系统共用成像靶面，在靶面上分区成像。

7、进一步地，上述第一正透镜的焦距f’1满足：9f’<f’1<10f’；

8、上述第二正透镜的焦距f’2满足：8f’<f’2<9f’；

9、上述第一负透镜的焦距f’3满足：-3f’<f’3<-2f’；

10、上述第二负透镜的焦距f’4满足：-2f’<f’4<-f’；

11、上述第三负透镜的焦距f’5满足：-2f’<f’5<-f’；

12、上述第三正透镜的焦距f’6满足：0.5f’<f’6<1.5f’；

13、上述第四正透镜的焦距f’7满足：f’<f’7<2f’；

14、上述第五正透镜的焦距f’8满足：f’<f’8<2f’；

15、上述第六正透镜的焦距f’9满足：2f’<f’9<3f’；

16、其中，f’为长焦距光学系统的焦距。

17、进一步地，定义光线首先到达的表面为各个透镜的前表面，光线后到达的表面为各个透镜的后表面；

18、上述第一正透镜前表面曲率半径r1为2f’<r1<3f’，第一正透镜后表面曲率半径r2为3f’<r2<4f’；

19、上述第二正透镜前表面曲率半径r3为f’<r3<2f’，第二正透镜后表面曲率半径r4为f’<r4<2f’；

20、上述第一负透镜前表面曲率半径r5为f’<r5<2f’，第一负透镜后表面曲率半径r6为0.5f’<r6<f’；

21、上述第二负透镜前表面曲率半径r7为2f’<r7<3f’，第二负透镜后表面曲率半径r8为0.5f’<r8<f’；

22、上述第三负透镜前表面曲率半径r9为3f’<r9<4f’，第三负透镜后表面曲率半径r10为0.5f’<r10<f’；

23、上述第三正透镜前表面曲率半径r11为f’<r11<2f’，第三正透镜后表面曲率半径r12为-2f’<r12<-f’；

24、上述第四正透镜前表面曲率半径r13为2f’<r13<3f’，第四正透镜后表面曲率半径r14为-2f’<r14<-f’；

25、上述第五正透镜前表面曲率半径r15为-f’<r15<-0.5f’，第五正透镜后表面曲率半径r16为-3f’<r16<-2f’；

26、上述第六正透镜前表面曲率半径r17为-12f’<r17<-10f’，第六正透镜后表面曲率半径r18为-3f’<r18<-2f’。

27、进一步地，上述第一正透镜的折射率n1为：1.7<n1<1.9；

28、上述第二正透镜的折射率n2为：1.7<n2<1.9；

29、上述第一负透镜的折射率n3为：1.8<n3<2.0；

30、上述第二负透镜的折射率n4为：1.5<n4<1.7；

31、上述第三负透镜的折射率n5为：1.5<n5<1.7；

32、上述第三正透镜的折射率n6为：1.6<n6<1.8；

33、上述第四正透镜的折射率n7为：1.5<n7<1.7；

34、上述第五正透镜的折射率n8为：1.8<n8<2.0；

35、上述第六正透镜的折射率n9为：1.5<n9<1.7。

36、进一步地，上述的低畸变大视场双焦距光学系统后工作距大于4mm。

37、进一步地，短焦距光学系统实现半视场35°-85°内的成像；长焦距光学系统实现半视场0°-15°内的成像。

38、本实用新型的有益效果是：

39、1、本实用新型采用双焦距光学系统，其中第一正透镜、第二正透镜、第三正透镜、第一负透镜、第二负透镜、第四正透镜、光阑、第五正透镜、第三负透镜、第六正透镜、滤光片构成系统中的长焦距光学系统，用于实现中心附近视场成像；其中第一负透镜、第二负透镜、第四正透镜、光阑、第五正透镜、第三负透镜、第六正透镜、滤光片构成短焦距光学系统，用于实现大视场成像；满足中心视场的高分辨率成像和大视场目标搜索的需求。

40、2、本实用新型短焦距光学系统采用“--++-+”的镜组合结构，系统的光焦度分配决定了场曲，本实用新型系统更加有利于场曲的校正。

41、3、本实用新型的光学系统可以达到以下指标：

42、(1)短焦距光学系统实现半视场35°-85°内的高质量成像；

43、(2)长焦距光学系统实现半视场0°-15°内的高质量成像；

44、(3)成在全视场范围内，在成像物距范围内和成像温度范围内畸变(f-θ)控制在2％以内。