魚眼鏡頭光學系統(tǒng)的優(yōu)化方法

牛智全++呂麗軍

摘要：

在魚眼鏡頭成像系統(tǒng)中，光線以很大的入射角打在前組透鏡表面時往往會造成嚴重的像差，為了壓縮超大視場角，提出應用非球面前組負彎月型透鏡來控制魚眼鏡頭系統(tǒng)的像差?；诠鈱W前組具有平面對稱的成像特性，應用平面對稱光學系統(tǒng)像差理論發(fā)展的評價函數(shù)，對非球面系數(shù)及其他的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。應用評價函數(shù)及Zemax光線追跡成像模擬對優(yōu)化系統(tǒng)進行評估。研究表明，應用非球面組負彎月型透鏡能夠顯著地提高魚眼鏡頭的成像質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：

光學設(shè)計； 魚眼鏡頭； 平面對稱； 非球面； 像差

中圖分類號： TH 744文獻標志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2015.05.007

引言

魚眼鏡頭系統(tǒng)是一種超大視場角的光學成像系統(tǒng)，其視場角可以達到180°甚至270°，可以攝取普通鏡頭無法比擬的場景。魚眼鏡頭光學系統(tǒng)通常由壓縮視場角的前組負彎月型透鏡和后組物鏡組成，由于結(jié)構(gòu)的復雜性，高質(zhì)量的魚眼鏡頭設(shè)計和制造比較困難。賽德爾像差理論主要適用于軸對稱光學系統(tǒng)的像差分析，但對于魚眼鏡頭光學系統(tǒng)的超大視場物點成像，光線以很大入射角（可能大于80°）打在其前組負彎月型透鏡上，造成比較嚴重的像差。光線經(jīng)前組光學系統(tǒng)成像后在子午和弧矢平面內(nèi)的聚焦及波陣面參數(shù)可能完全不一致，成像具有平面對稱而不是軸對稱光學系統(tǒng)的特性，賽德爾像差不再適用于此類光學系統(tǒng)的成像分析。

目前，Lu等應用波像差的方法發(fā)展了普遍的平面對稱光學系統(tǒng)的像差理論[35]；并基于平面對稱光學系統(tǒng)像差理論發(fā)展了超大視場光學系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法[67]。本文在這些工作基礎(chǔ)上，針對魚眼鏡頭前組光學系統(tǒng)的成像特點，基于平面對稱光學系統(tǒng)像差理論，采用非球面前組光學系統(tǒng)設(shè)計，有效地抑制系統(tǒng)的像差，達到優(yōu)化魚眼鏡頭成像的目的。

3結(jié)論

在光學系統(tǒng)中應用非球面可以改進光學成像質(zhì)量，但如何有效地應用非球面控制系統(tǒng)的像差仍然是個有待研究的問題，畢竟非球面的運用會增加制造成本。本文針對魚眼鏡頭的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計非球面前組光學透鏡來有效控制光學系統(tǒng)的像差，并應用平面對稱光學系統(tǒng)的像差理論來優(yōu)化魚眼鏡頭系統(tǒng)的像

差。這個思路在目前研究魚眼鏡頭的文獻報道及專利中都沒有得到體現(xiàn)。數(shù)值分析結(jié)果證實了我們的優(yōu)化方法是有效的。

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（編輯：程愛婕）