可縮放多尺度光學系統成像原理與實現方法

《可縮放多尺度光學系統成像原理與實現方法》是依託蘇州大學，由季軼群擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：可縮放多尺度光學系統成像原理與實現方法
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：季軼群
• 依託單位：蘇州大學

項目摘要

本課題基於幾何像差和衍射理論，研究新型的具有可縮放特點的多尺度光學成像系統，在單孔徑前置物鏡和小尺寸焦平面探測器陣列中間，採用具有像差校正和中繼成像作用的多孔徑小透鏡陣列。這類系統通過簡單地放大尺寸來增大像面時，其角解析度可隨放大倍數線性增大，並在全視場內獲得接近衍射極限的成像性能，可解決傳統方法為提高空間頻寬積，要以犧牲重量、體積和成本為巨大代價的困難，滿足不斷提高的大視場和高角解析度成像要求。研究多尺度光學成像系統可縮放機理，並建立完善的像差理論。研究多孔徑小透鏡數量及其孔徑尺寸的最佳化方法，並掌握多尺度系統的設計方法。最佳化設計並對設計系統及其放大10倍後的系統分別進行模擬仿真，驗證原理的有效性。本課題研究的多尺度系統，可採用小規模的焦平面探測器陣列，獲得千兆像素的高解析度大規模成像，對於發展結構簡單緊湊、成本低、解析度極高和可均勻縮放的光學成像系統具有重要意義。

結題摘要

基於幾何像差和衍射理論，研究的新型多尺度光學成像系統，確實具有空間頻寬積性能可縮放的特點。本課題研究的多尺度光學成像系統，光學系統結構上主要由兩部分構成，包括大視場單孔徑前置成像物鏡和多孔徑微透鏡成像陣列，單孔徑前置物鏡首先在一個曲面上形成中間像面，多孔徑微透鏡成像陣列以中間像面為物面、並將其分成多個很小的視場，每個小視場由一個微透鏡通道對物進行精確校正像差和高性能成像。完成了多尺度系統初步的理論設計，理論研究表明：小尺寸孔徑透鏡產生更小的光學像差並具有更好的像差校正能力。當最佳化設計得到的微透鏡陣列的單個通道的小孔徑透鏡尺寸滿足像差校正要求時，加大系統視場並同時放大前置物鏡孔徑，設計表明在保持微透鏡陣列的單孔徑成像通道尺寸不變時，前置物鏡視場可增大至100度，即多尺度系統在獲得100度視場時仍可獲得接近衍射極限的成像性能。 這種大視場高解析度光學成像系統，是當前和未來的一個發展重點，克服採用傳統方法要實現大視場和高解析度光學成像要增大光學系統體積和增加系統重量的難題，可滿足航空航天等遙感領域對光學成像系統視場和解析度不斷增大的要求。這類系統也特別適用於目前迅速發展的生物醫療和顯微成像，結合高光譜成像技術中採用光柵分光的推掃型光譜成像技術，其套用可推廣至航空航天、國防安全、顯微生物、醫療成像等諸多領域，具體地，將多尺度光學成像系統作為前置物鏡，採用與微透鏡成像陣列單個成像通道相同的小視場、設計光柵型分光成像系統，無需推掃、可實現凝視式的大視場高光譜成像，獲得多尺度高光譜成像系統，研究的新型光學系統在2014年北京光電子會議上進行了學術討論並發表學術論文、同時申請國家發明專利授理2項。研究內容申請並獲得2014年國家青年基金項目的資助，將對多尺度系統的高級像差理論進行精確計算，並展開該類系統實施方法和套用研究。