[发明专利]一种基于球面的微透镜阵列方法及摄像用光学系统

说明书

本发明涉及一种基于球面的微透镜阵列方法及摄像用光学系统，属于光电侦察技术领域。在任一同一纬度线上相邻两个微透镜中心形成的球心角都相等、每相邻两个纬度线的纬度线夹角相等的前提下，通过设定第一个微透镜中心的位置，进而确定所有微透镜中心于球面上的布设位置。这种微透镜的布设，使得相邻纬度线上的微透镜错开排布，形成以任一微透镜为中心发散开去，都构成六角形排布。本发明方法制作的微透镜阵列作为光学系统的一部分，可以显著提升光学系统成像系统的精度，提高光学视场覆盖立体角区域内光能利用率，减少了光场信息的损失，简化了后期数据处理量。

技术领域

本发明属于光电侦察技术领域，特别涉及一种基于球面的微透镜阵列方法及摄像用光学系统。

背景技术

当今世界处于“信息革命”时代，信息获取优势已成为军事作战胜负的关键因素。随着光电技术迅速发展，各种先进光电装备在高技术局部战争中广泛使用，除具备基本成像功能外，战场实用需求对光电侦察系统的性能提出了更严苛的要求：增大视场以实现实时全景观测；提高分辨率以获取空间信息的精确判读等。

宏观上光学探测领域，要求同步实现大视场和高分辨率的目标探测，而通用的光学成像系统通用技术中，光学成像系统的视场和分辨率始终都是一对矛盾体，即提高分辨率的同时必然会减小视场；扩大视场就意味着丧失部分分辨率。目前常见的技术多为平面阵列数个微透镜作为接收单元，而此种成像方法在进行图像拼接时畸变较大，后续图像处理数据量大，会造成系统散热需求要求高，从而导致整个光学系统重量和体积增大，成像结果的可靠性降低，不利于工程应用。

目前，微透镜应用于通常的光学元件(芯片)中，也用于摄像用光学系统中。但是，微透镜阵列加工还不能真正仿生，只是将微小透镜在平面或在球面上做简单均布后，就直接进行拼接，依然有视场畸变较大、分辨率低的问题存在。同时，由于数据量超大，造成后续图像处理的工作量大，相关的后续困难也非常多。

所以，目前还没有一种方法能够使得微透镜阵列排布结构简便、易于制造、适合工程化应用。对微透镜阵列进行有效排布，即扩大视场又提高分辨率，还是一个技术难题技术问题。

发明内容

鉴于以上分析，本发明旨在提供一种基于球面的微透镜阵列方法和采用该方法制作的摄像用光学系统。能够使得微透镜阵列排布结构简便、易于制造、适合工程化应用，并解决光学元器件视场增大与分辨率提高之间的矛盾等问题。

本发明的技术方案为：

一种基于球面排布的微透镜阵列方法：

微透镜以球面中心整体对称阵列布设在局部球面上，位于相邻纬度线之间的纬度线夹角β相等的位置；所述球面半径为r；任一同一纬度线上两相邻微透镜的中心线夹角均为球心夹角α；在此基础上将微透镜沿经纬线方向的阵列布设；包括如下步骤：

S1：设定球面(1)上布设微透镜(2)的基准和所在的纬度线；

首先，设定球面上布设微透镜的基准：

在球面上设定0°纬度线和0°经度线；所述数个微透镜相对于所述球面的中心对称阵列设置；球面中心坐标为O(0，0，0)，球面上任一纬度线上的点Q的位置坐标为Q根据光学视场大小和分辨率的设定，确定光学系统的所述球心夹角α和纬度线夹角β；

其次，设定布设微透镜2的基础纬度线：

以0°纬度线对称设置2条纬度线为n＝±1的基础纬度线，二者夹角为β；选其中n＝1的基础纬度线作为第一行微透镜2所在的基础纬度线位置；

再次，基于已经设定布设微透镜2的基础纬度线，设定布设微透镜2中心位置点的其它纬度线：

从n＝1基础纬度线开始，向所述球面高纬度线方向设置其它微透镜2中心位置点所在的纬度线位置，使得每相邻两条纬度线之间的所述纬度线夹角为β；并将设置结果沿0°纬度平面镜像；