全景環(huán)帶凝視成像光學(xué)系統(tǒng)的研究與應(yīng)用.pdf

1、全景環(huán)帶透鏡是一種具有超大視場的透鏡。它通過一個特殊的同時具有折反折表面的光學(xué)結(jié)構(gòu)，把360°視場投影在一個平面上，形成一個圓環(huán)像。這種結(jié)構(gòu)因為體積小，能實現(xiàn)全景實時監(jiān)控，使用方便，正在越來越多地被應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、監(jiān)控等領(lǐng)域。
　　 由于全景環(huán)帶透鏡的視場很大，現(xiàn)存的全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)焦距均較小(約1mm)。而對于某些領(lǐng)域，短焦距的全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。針對這種需求，本文對焦距約為10mm的超半球全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的光

2、學(xué)/機(jī)械設(shè)計、加工和應(yīng)用進(jìn)行了全面而系統(tǒng)的研究。
　　 本文首先通過理論分析和設(shè)計實踐，闡述了消色差結(jié)構(gòu)在全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中的重要作用。提出使用全新的膠合式全景透鏡代替普通全景透鏡。設(shè)計并制造了焦距10.2mm，帶有膠合式全景透鏡的全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)。
　　 為了進(jìn)一步簡化該全景光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，減少透鏡片數(shù)，提高光線透過率，本文提出在全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)中引入衍射表面。設(shè)計實例表明，衍射表面對于全景光學(xué)系統(tǒng)的像差校正有著非

3、常好的幫助，可以大大簡化全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
　　 為了解決衍射表面在寬波段光譜效率不集中，成多個像的問題，本文又提出使用多層衍射結(jié)構(gòu)代替普通的單片衍射透鏡。通過理論分析計算，使用雙層衍射結(jié)構(gòu)的透鏡，可以使可見光光譜范圍內(nèi)的光線在+1級的衍射效率均大于94％，并有效抑制其它級次的衍射效率，進(jìn)一步簡化光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)計并加工制作了一套帶有雙層二元面的全景環(huán)帶成像光學(xué)系統(tǒng)，對系統(tǒng)測試結(jié)果進(jìn)行了詳盡的分析，并對下一步工作提出了指導(dǎo)性建

4、議。
　　 最后，本文為全景環(huán)帶透鏡的應(yīng)用提出了一種全新的，同時使用兩片全景環(huán)帶透鏡和一個CCD探測器實現(xiàn)立體成像的光學(xué)系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的原理進(jìn)行了闡述。
　　 本文的主要創(chuàng)新有：對全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性進(jìn)行了全面的分析，提出了帶有普適性的全景環(huán)帶光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法。設(shè)計并加工出一種新的全景環(huán)帶成像光學(xué)系統(tǒng)，其系統(tǒng)焦距約為現(xiàn)有全景光學(xué)系統(tǒng)10倍。提出了使用膠合式全景環(huán)帶透鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片全景透鏡；在后繼轉(zhuǎn)像透鏡組中引入