[发明专利]一种基于波前编码技术消像差的光学成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域和光学探测系统，特别是一种基于波前编码技术消像差的光学成像系统。

背景技术

对于成像系统，为使光学系统具备低像差、高像质的特性以满足使用要求，光学系统中除用于成像的透镜组外，还需增加多组透镜用于校正各类像差。常规的增加透镜组消像差的方法，一方面增加了光学系统的重量、结构复杂度和加工装调难度、降低了光学系统的稳定性，另一方面由于受光学成像系统性能、构型、使用环境等要求的限制，增加透镜组校正像差的方法并不能适用于所有的光学系统形式，在应用中有其局限性。

因此，既能有效消除光学系统的像差，又不增加过多的消像差透镜组，避免因透镜组过多在工程研制和实际应用中引入新问题(如加工装调难度、体积重量、结构稳定度、环境适应性等)，且通用性好的光学系统消像差方法在光学成像系统的设计制造中有重要应用需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术中光学系统消像差方法的不足，提供了一种适用于透射式、折返透射组合式成像系统的消像差的、能够有效消除光学系统的色差、场曲、视场畸变等像差，并能简化光学成像系统的结构和体积的基于波前编码技术消像差的光学成像系统。

本发明的技术解决方案是：一种基于波前编码技术消像差的光学成像系统，包括前组透射式光学系统、后组透射式光学系统，波前编码元件、焦平面系统及图像复原系统，其中

波前编码元件置于前组透射式光学系统、后组透射式光学系统组成的光学系统的光阑处或等效光阑处，焦平面系统置于前组透射式光学系统、后组透射式光学系统组成的光学系统的焦面处；前组透射式光学系统接收外界射入的成像光线后发生透射，并送至波前编码元件，波前编码元件对成像光线进行透射后，调制了成像光线的传输路径并送至后组透射式光学系统，后组透射式光学系统对成像光线进行透射，然后送至焦平面系统，焦平面系统将成像光线转换为电信号后送至图像复原系统，图像复原系统使用图像复原算法对电信号对应的成像光线的传输路径进行解调并显示成像；所述的波前编码元件为圆形透镜，一端形状为前组透射式光学系统、后组透射式光学系统组成的光学系统对应的光学传递函数中像差被抑制时，光瞳处的波前分布形状。

所述的图像复原系统使用的图像复原算法中的复原核为光学成像系统的修正点扩散函数；所述的光学成像系统的修正点扩散函数其中，f₁为光学成像系统的实测点扩散函数，f₂为光学成像系统的理论点扩散函数，a取值范围为[0，60]。

所述的圆形透镜的材料为玻璃或树脂。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明系统采用单片波前编码元件即可有效实现色差、场曲等像差的校正，与现有技术相比，光学元件数量明显减少，减轻了光学成像系统的重量、降低光学成像系统的装调难度，提高了环境适应性，在透射式、折返透射组合式光学成像系统应用中优势明显；

(2)本发明系统将图像处理算法应用到成像中，通过后期图像复原来消除波前编码元件对成像光线的调制，获取无像差的清晰图像，与现有技术相比，通过应用图像处理算法来代替传统透镜组的消像差功能，进一步降低了光学成像系统的成本、提高了系统可靠性。

(3)本发明系统中波前编码元件的安装位置能够根据实际加工装调的难易程度，在光阑或等效光阑两个位置中灵活选择其一，通用性强，灵活度高，降低了设计、加工装调难度。

附图说明

图1为本发明一种基于波前编码技术消像差的光学成像系统结构图；

图2为本发明系统应用前、后成像系统的色差对比；

图3为本发明系统应用前、后成像系统的场曲一致性对比；

图4为本发明系统应用前、后成像系统在离焦-100μm、-50μm、0μm、50μm、100μm时不同视场的点列图一致性对比(离焦、视场畸变像差对比)。

具体实施方式