應用多個非球面優化魚眼鏡頭的方法

高冰冰，呂麗軍，曾 濤

（上海大學 精密機械系，上海 200072）

引 言

對光學系統而言，像差是影響其成像質量的主要因素[1]，然而光學系統的像差通常會隨著光束打在光學面上的入射角的增大變得愈發嚴重。隨著非球面在各類光學系統中的廣泛應用，應用非球面可以有效控制像差、改善光學系統成像性能也成為了人們的普遍認識[2-3]。Miks等[4]提出了一種包含一個或兩個非球面光學表面的鏡頭的簡單設計方法，在指定物、像位置上可以有效校正球差并減小彗差的貢獻。非球面不僅在軸對稱光學系統中被廣泛應用，在眾多的魚眼鏡頭優化設計[5-6]過程中也被廣泛應用。張寶龍等采用非球面技術，用僅四片透鏡就實現視場角為210°的超廣角魚眼鏡頭設計要求[7]。然而，應用像差分析的方法在光學系統中選擇最適非球面位置及確定非球面系數初值的方法鮮有討論。

對于魚眼鏡頭這類超大視場光學系統，其在很多場合例如無人駕駛、安全監控等[8-12]方面都有著廣泛的應用。但由于在其工作環境中，物點發出的光束會以很大的入射角進入光學系統，這種掠入射光束經光學系統成像后，在子午和弧矢平面內的聚焦位置和波陣面參數可能完全不一致，波前的形狀將嚴重偏離球面，具有平面對稱光學系統的成像特性。賽德爾理論只能用于常規的軸對稱光學系統的近軸像差分析，不再適合此類系統。近年來，LU等采用超環面作為參考波陣面，發展了適用于平面對稱光學系統的波像差理論[13-14]，可以被用來分析包括非球面系數在內的光學系統的結構參數對成像性能的影響，從而為尋找最適非球面奠定理論基礎。……