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(shí)往往會(huì)造成嚴(yán)重的像差，為了壓縮超大視場(chǎng)角，提出應(yīng)用非球面前組負(fù)彎月型透鏡來(lái)控制魚眼鏡頭系統(tǒng)的像差?；诠鈱W(xué)前組具有平面對(duì)稱的成像特性，應(yīng)用平面對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)像差理論發(fā)展的評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)非球面系數(shù)及其他的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。應(yīng)用評(píng)價(jià)函數(shù)及Zemax光線追跡成像模擬對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)估。研究表明，應(yīng)用非球面組負(fù)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(xué)設(shè)計(jì)； 魚眼鏡頭； 平面對(duì)稱； 非球面； 像差

中圖分類號(hào)： TH 744文獻(xiàn)標(biāo)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(chǎng)角的光學(xué)成像系統(tǒng)，其視場(chǎng)角可以達(dá)到180°甚至270°，可以攝取普通鏡頭無(wú)法比擬的場(chǎng)景。魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)通常由壓縮視場(chǎng)角的前組負(fù)彎月型透鏡和后組物鏡組成，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，高質(zhì)量的魚眼鏡頭設(shè)計(jì)和制造比較困難。賽德爾像差理論主要適用于軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的像差分析，但對(duì)于魚眼鏡頭光學(xué)系統(tǒng)的超大視場(chǎng)物點(diǎn)成像，光線以很大入射角（可能大于80°）打在其前組負(fù)彎月型透鏡上，造成比較嚴(yán)重的像差。光線經(jīng)前組光學(xué)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(duì)稱而不是軸對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的特性，賽德爾像差不再適用于此類光學(xué)系統(tǒng)的成像分析。

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

3結(jié)論

在光學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)用非球面可以改進(jìn)光學(xué)成像質(zhì)量，但如何有效地應(yīng)用非球面控制系統(tǒng)的像差仍然是個(gè)有待研究的問題，畢竟非球面的運(yùn)用會(huì)增加制造成本。本文針對(duì)魚眼鏡頭的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)非球面前組光學(xué)透鏡來(lái)有效控制光學(xué)系統(tǒng)的像差，并應(yīng)用平面對(duì)稱光學(xué)系統(tǒng)的像差理論來(lái)優(yōu)化魚眼鏡頭系統(tǒng)的像

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

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（編輯：程愛婕）