本實用新型涉及光學成像領域，具體涉及一種適用于大動態范圍近半球視場恒定分辨率多光譜光學系統。主要用于高分辨率機載/星載對地觀測，也可用于城市安全監控、國土普查等領域。

背景技術：

高分辨率對地觀測技術能夠利用衛星或者飛機等平臺攜帶各類成像傳感器，獲取地球表面自然與社會的各類景觀信息，滿足各類應用需求。高分辨率對地觀測，其目的在于研究生存的地球空間環境及其運動變化的規律，為人類開發地球資源、保護環境、防災減災及經濟社會發展的宏觀決策提供科學依據；直接支持各類土木工程的規劃、設計、施工質量監理和運行管理，以及礦業、電力、林業、農業等生產過程的定量檢測與精確定位實施；除此之外，對地觀測技術還可以為民眾生活提供各種基于位置的服務。一個光學成像系統的分辨率決定了其捕獲的圖像的視覺保真度，對應對地觀測任務的多樣化和高技術化要求，對地觀測系統正朝著寬視場、大動態范圍、小畸變、遠距離、寬光譜、高精度、輕小型化等方向發展。

然而在傳統光學系統研制過程中，寬視場和高分辨率是互為矛盾的，這增加了光學系統的設計和加工難度。從實際需求出發，人們總是希望盡可能的獲取足夠多的信息。目前，近半球視場成像的系統主要有魚眼透鏡超半球凝視成像系統和環帶凝視全景成像系統，存在視場盲區或圖像畸變、全視場相對照度不均勻和軸上軸外分辨率不同的問題，而且受焦距較短的影響分辨率一般不高。目前所采用的較多的高分辨率光學系統以折反式或者全反射式為主，折反射式系統和同軸全反射系統的視場一般很小，全視場很難超過10°；離軸反射系統可以在一個成像方向上實現一個很寬(超過50°)的視場，在另一個方向上只有非常窄的視場，但是該系統的設計裝調都很困難。因此，新型寬視場、小畸變、高分辨率的輕型光學成像系統具有很大的應用價值。

中心對稱結構的球鏡容易獲得較大視場、較小幾何畸變、均勻的相對照度和軸上軸外均勻的分辨率。文獻S.Rim，P.Catrysse，R.Dinyari，K.Huang， and P.Peumans，"The optical advantages of curved focal plane arrays，"in Proc.SPIE5678，48-58(2005)提出用一個包含球透鏡和曲面探測器的衍射受限相機；加利福尼亞大學的Luneburg在Mathematical Theory of Optics期刊中提出采用變折射率的單心系統來進行像差校正；文獻G.Krishnan and S.Nayar，"Towards a true spherical camera，"Proc.SPIE 7240，724002(2009)提出同時利用球透鏡和球面探測器實現大視場成像。這類系統缺陷在于只采用單心球鏡結構，系統存在較大球差和色差，且其像面為球面，受限于目前曲面探測器的發展，實現球形像面的困難較大。2010年美國杜克大學D.J.Brady等人，在美國國防部先進研究項目局DARPA規劃部署的AWARE(Advanced Wide FOV Architectures for Image Reconstruction and Exploitation)項目支持下，提出一種名為Gigagon的改進系統結構，利用排列于球鏡像面上的平面探測器陣列成像；并于2012年研制出名為AWARE-2的二十億超高像素相機。該相機由一個直徑為60mm的單心球透鏡和環繞其外球面的200多個微型相機構成，每臺微型相機裝有型號為Aptina MT9F002的14M像素CMOS傳感器，能夠同時獲得120°×50°寬視場和38μrad瞬時視場，滿足寬視場、高分辨率、多波段目標識別和日/夜的全天候監測能力的需求。該方案采用二次成像方式，中心球透鏡實現小視場范圍內的高成像質量，之后再用中繼系統成像。缺點在于小相機的數量很多，對于加工、制造、裝調都是很大的挑戰。

國內也有單位做過這些方面的研究。2012年北京空間機電研究所申請的專利號為103064171A的專利《一種新型高分辨率大視場光學成像系統》中采用了同心球透鏡加校正鏡的方案，沒有采用二次成像方案，系統結構比較簡單。但在方案中存在一個問題，光闌設置在球透鏡的中心，導致大視場的光線會產生光瞳像差，直接使得像面照度變低同時探測截止頻率降低，使得不同視場的探測能力不同，就這一點而言已經失去了球透鏡的對稱優勢，同時對于后期制造的雜光抑制也很難。2013年蘇州大學申請的專利號為203838419U的專利《用于大規模高分辨率遙感相機的光學成像系統》采用的系統類似于美國AWARE-2的相機，采用二次成像系統，會面臨AWARE-2相機同樣的問題，單個相機視場很小，微相機數目很多；并且此方案中同樣在球透鏡中心放置光闌，也會面北京空間機電研究所方案的問題，這一點在專利提供的MTF曲線中也可以看到。 2014年蘇州大學申請的專利號為204188263U的專利《一種大視場凝視式光譜成像系統》中基本上采用了之前專利中的方案，但是解決了2013年方案中光闌位置的問題；同時加入了分光元件實現光譜成像，使得系統更為復雜，對系統后期裝調尤為不利；同時整個系統的工作波段很窄，僅為0.48-0.65μm，并不能覆蓋航天相機通常所采用的可見光多光譜(0.45-0.9μm)波段。2014年西安電子科技大學申請的專利號為104079808A的專利《超高分辨率寬場成像系統》中，采用的方案比較簡單，但其傳遞函數中各視場的成像質量不一致，同時傳遞函數曲線中顯示的全視場為9.2°(MTF曲線中給出的最大的半視場為4.6°)，與專利申請書中所說的16.545°有出入。同時上面所有的專利中所提到的系統雖然實現了全視場一致的成像質量，但是都沒能實現全視場恒定地元分辨率這一點，而這一點對于星載/機載對地探測相機非常重要。其主要原因在于當相機的視場達到120°時，中心視場與邊緣視場的目標到相機的距離的差距可能會達到2-3倍，而整個相機的焦距對于全視場是個定值，這樣會導致中心視場與邊緣視場的地元分辨率差距很大。

技術實現要素：

為了解決技術背景中存在的技術問題，使光學系統具有成像質量高、成像視場大、工作譜段寬(可實現可見光多光譜成像)、全視場恒定地元分辨率、可以實現輕量化的特點，本實用新型提出了一種適用于大動態范圍近半球視場恒定分辨率多光譜光學系統。

本實用新型的技術解決方案是：

一種適用于大動態范圍近半球視場恒定分辨率多光譜光學系統，其特別之處在于：沿光線入射方向依次包括一個同心球透鏡、多個光闌和與多個光闌一一對應的多個成像微透鏡，多個光闌及對應的成像微透鏡呈扇形分布在同心球透鏡的出光處，且位于與該同心球透鏡同心的兩個不同球面上；每個成像微透鏡和對應的光闌構成一個單獨的成像通道；

所述多個成像微透鏡包括多個短焦校正鏡、多個中焦校正鏡和多個長焦校正鏡，所述多個成像微透鏡對于不同的視場采用不同焦距的校正鏡組校正像差，以保證恒定地元高分辨率。

結合推掃的成像模式，整個系統的成像微透鏡僅在垂直于推掃方向上排列。

上述同心球透鏡由六片同心設置的透鏡組成，沿光線入射方向依次為：第一負透鏡，第二負透鏡，第一正透鏡，第二正透鏡，第三負透鏡和第四負透鏡；各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；第一負透鏡的光學特性為：-4f’₁<f’₁₁<-3f’₁，1.4<n₁₁<1.6，0.5f’₁<R₁<f’₁，0.2f’₁<R₂<0.6f’₁；第二負透鏡的光學特性為：-f’₁<f’₁₂<-0.5f’₁，1.5<n₁₂<1.8，0.2f’₁<R₃<0.6f’₁，0.1f’₁<R₄<0.5f’₁；第一正透鏡的光學特性為：0.5f’₁<f’₁₃<f’₁，1.4<n₁₃<1.6，0.1f’₁<R₅<0.5f’₁，f’₁<R₆；第二正透鏡的光學特性為：0.5f’₁<f’₁₄<f’₁，1.4<n₁₄<1.6，f’₁<R₇，-0.5f’₁<R₈<-0.1f’₁；第三負透鏡的光學特性為：-2f’₁<f’₁₅<-f’₁，1.5<n₁₅<1.8，-0.5f’₁<R₉<-0.1f’₁，-0.5f’₁<R₁₀<-0.1f’₁；上述第四負透鏡的光學特性為：-4f’₁<f’₁₆<-3f’₁，1.5<n₁₆<1.8，-0.5f’₁<R₁₁<-0.1f’₁，-0.5f’₁<R₁₂<-0.1f’₁；其中，f’₁為同心球透鏡的焦距，f’₁>0；f’₁₁、f’₁₂、f’₁₃、f’₁₄、f’₁₅、f’₁₆依次為組成同心球透鏡的六片透鏡的焦距，n₁₁、n₁₂、n₁₃、n₁₄、n₁₅、n₁₆依次為組成同心球透鏡的六片透鏡所采用的玻璃折射率；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂依次為六片透鏡所對應的12個曲率半徑。

上述短焦校正鏡由四片透鏡組成，沿光路依次為：第一正透鏡，第一負透鏡，第二負透鏡，第二正透鏡；各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；上述第一正透鏡的光學特性為：0<f’₂₁<f’₂,1.4<n₂₁<1.6,0<R₂₁<0.1f’₂,-0.2f’₂<R₂₂<0；上述第一負透鏡的光學特性為：f’₂₂<-10f’₂,1.5<n₂₂<1.8,-0.1f’₂<R₂₃<0,-0.1f’₂<R₂₄<0；上述第二負透鏡的光學特性為：-f’₂<f’₂₃<0,1.5<n₂₃<1.8,-0.1f’₂<R₂₅<0,0<R₂₆<0.1f’₂；上述第二正透鏡的光學特性為：0.3f’₂<f’₂₄<f’₂,1.4<n₂₄<1.6,0.2f’₂<R₂₇<f’₂,-3f’₂<R₂₈<-2f’₂；其中，f’₂為短焦校正鏡的焦距，f’₂>0，f’₂₁、f’₂₂、f’₂₃、f’₂₄依次為組成短焦校正鏡的四片透鏡的焦距，n₂₁、n₂₂、n₂₃、n₂₄依次為組成短焦校正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

上述中焦校正鏡由四片透鏡組成，沿光路依次為：第一正透鏡，第二正透鏡，第一負透鏡，第三正透鏡；各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；其中第一正透鏡的光學特性為：-0.2f’₃<f’₃₁<-0.5f’₃，1.4<n₃₁<1.6，-0.2f’₃<R₃₁<-0.3f’₃，0.3f’₃<R₃₂<0.2f’₃；第二正透鏡的光學特性為：-0.3f’₃<f’₃₂<-0.6f’₃，1.4<n₃₂<1.65，0.2f’₃<R₃₃<0.1f’₃，0.2f’₃<R₃₄<0.05f’₃；第一負透鏡的光學特性為：0.3f’₃<f’₃₃<0.1f’₃，1.4<n₃₃<1.6，0.2f’₃<R₃₅<0.05f’₃，-0.1f’₃<R₃₆<-0.2f’₃；第三正透鏡的光學特性為： -2f’₃<f’₃₄<-3f’₃，1.4<n₃₄<1.6，0.1f’₃<R₃₇<0.2f’₃，0.1f’₃<R₃₈<0.2f’₃；其中，f’₃為中焦校正鏡的焦距，f’₃<0；f’₃₁、f’₃₂、f’₃₃、f’₃₄依次為組成中焦校正鏡的四片透鏡的焦距，n₃₁、n₃₂、n₃₃、n₃₄依次為組成中焦正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

上述長焦校正鏡由四片透鏡組成，沿光路依次為：第一正透鏡，第一負透鏡，第二負透鏡，第二正透鏡；其中第一正透鏡的光學特性為：-0.2f’₄<f’₄₁<-0.5f’₄，1.4<n₄₁<1.6，-0.5f’₄<R₄₁<-2f’₄，0.3f’₄<R₄₂<0.1f’₄；第一負透鏡的光學特性為：0.2f’₄<f’₄₂<0.1f’₄，1.4<n₄₂<1.65，0.3f’₄<R₄₃<0.1f’₄，-0.3f’₄<R₄₄<-0.6f’₄；第二負透鏡的光學特性為：0.6f’₄<f’₄₃<0.2f’₄，1.4<n₄₃<1.65，0.2f’₄<R₄₅<0.1f’₄，-0.5f’₄<R₄₆<-f’₄；第二正透鏡的光學特性為：-0.2f’₄<f’₄₄<-0.4f’₄，1.4<n₄₄<1.6，2f’₄<R₄₇<f’₄，0.4f’₄<R₄₈<0.1f’₄；其中，f’₄為長焦校正鏡的焦距，f’₄<0；f’₄₁、f’₄₂、f’₄₃、f’₄₄依次為組成長校正鏡的四片透鏡的焦距，n₄₁、n₄₂、n₄₃、n₄₄依次為組成長焦校正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₄₁、R₄₂、R₄₃、R₄₄、R₄₅、R₄₆、R₄₇、R₄₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

優選的，上述的短焦校正鏡、中焦校正鏡和長焦校正鏡具有相同的相對孔徑，保證各視場成像質量的一致性。

上述的同心球透鏡和成像微透鏡之間的距離為光學系統焦距的一半，以保證排布足夠多的成像微透鏡且各個微透鏡之間不會相互干涉。

本實用新型的有益效果是：

1.把光闌設置在球透鏡與校正鏡之間，充分利用同心球透鏡全視場旋轉對稱的光學特性；

2.光闌放置在球透鏡的外面，有利于對每個微透鏡對應的成像通道單獨抑制雜光；

3.每個成像通道的成像光束被有效分開，避免了局部強光源對全部視場的干擾，可以實現大動態范圍的成像探測；

4.采用同心球透鏡加上各個校正鏡組實現在整個視場上接近衍射極限的成像質量；

5.光學系統的有效視場理論上可以接近180°，結合推掃的成像模式可以獲得極大的成像幅寬；

6.在接近180°的全視場范圍內，所有視場的畸變小于0.02％；

7.成像譜段覆蓋0.45-0.9μm，覆蓋了常用的可見光多光譜譜段(0.45-0.52μm,0.52-0.59μm,0.63-0.69μm，0.77-0.89μm)，選擇合理的成像器件就可以實現全色與多光譜成像；

8.為了實現不同視場內的恒定地元分辨率，對于不同的視場采用三種的校正鏡組校正像差，在同一個球透鏡的基礎上實現短焦、中焦和長焦來保證恒定地元高分辨率；同時短、中焦和長焦系統具有相同的相對孔徑F#，從而進一步保證了各個視場成像質量的一致性；

9.結合推掃的成像模式，整個系統的成像微透鏡僅排列在垂直于推掃方向上，相對于面陣成像可以極大的減少相機的數量；同時可以對整個球透鏡進行切割(切割之后留下的為環形透鏡)僅保留所需要的部分，可以加大的減少相機的體積和質量；

10.短焦、中焦和長焦系統設計時光學總長足夠長，可以保證在像面上排布足夠多的相機且各個相機之間不會相互干涉；球透鏡與校正鏡組之間距離足夠長，這一點對于后期的雜光抑制是有好處的；同時組成校正鏡組的鏡片排布很緊密，對于系統裝調都非常有利；

11.同心球透鏡的第一負透鏡采用融石英JGSl材料，適應惡劣環境，避免由于熱沖擊，輻照等因素對系統的影響。

附圖說明

圖1a為本實用新型光學系統的結構示意圖；

圖1b為本實用新型短焦校正鏡的結構示意圖；

圖1c為本實用新型中焦校正鏡的結構示意圖；

圖1d為本實用新型長焦校正鏡的結構示意圖；

圖2a、圖2b和圖2c分別為本實用新型光學系統在短焦、中焦及長焦對應的結構示意圖；

圖3d、圖3e和圖3f分別為本實用新型光學系統在短焦、中焦及長焦對應的MTF曲線；

圖4g、圖4h和圖4i分別為本實用新型光學系統在短焦、中焦及長焦的彌散斑圖；

圖5j、圖5k和圖5l分別為本實用新型光學系統在短焦、中焦及長焦的場曲和畸變曲線；

圖中附圖標記為：1-同心球透鏡，11-同心球透鏡的第一負透鏡，12-同心球透鏡的第二負透鏡，13-同心球透鏡的第一正透鏡，14-同心球透鏡的第二正透鏡，15-同心球透鏡的第三負透鏡，16-同心球透鏡的第四負透鏡；2-短焦校正鏡，3-中焦校正鏡，4-長焦校正鏡；21-短焦校正鏡的光闌，22-短焦校正鏡的第一正透鏡，23-短焦校正鏡的第一負透鏡，24-短焦校正鏡的第二負透鏡，25-短焦校正鏡的第二正透鏡；31-中焦校正鏡的光闌，32-中焦校正鏡的第一正透鏡，33-中焦校正鏡的第二正透鏡，34-中焦校正鏡的第一負透鏡，35-中焦校正鏡的第正透鏡；41-長焦校正鏡的光闌、42-長焦校正鏡的第一正透鏡、43-長焦校正鏡的第一負透鏡、44-長焦校正鏡的第二負透鏡、45-長焦校正鏡的第二正透鏡。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述。

如圖1所示，為本實用新型光學系統的結構示意圖，在光學路徑上放置同心球透鏡1，該同心球透鏡1由六片同心透鏡組成，沿光線入射方向依次為：同心球透鏡的第一負透鏡11，同心球透鏡的第二負透鏡12，同心球透鏡的第一正透鏡13，同心球透鏡的第二正透鏡14，同心球透鏡的第三負透鏡15和同心球透鏡的第四負透鏡16；為了避免由于熱沖擊、輻照等因素對系統的影響；同心球透鏡的第一負透鏡采用融石英JGSl材料；

同心球透鏡1的第一負透鏡的光學特性為：-4f’₁<f’₁₁<-3f’₁，1.4<n₁₁<1.6，0.5f’₁<R₁<f’₁，0.2f’₁<R₂<0.6f’₁；同心球透鏡的第二負透鏡的光學特性為：-f’₁<f’₁₂<-0.5f’₁，1.5<n₁₂<1.8，0.2f’₁<R₃<0.6f’₁，0.1f’₁<R₄<0.5f’₁；同心球透鏡的第一正透鏡的光學特性為：0.5f’₁<f’₁₃<f’₁，1.4<n₁₃<1.6，0.1f’₁<R₅<0.5f’₁，f’₁<R₆；同心球透鏡的第二正透鏡的光學特性為：0.5f’₁<f’₁₄<f’₁，1.4<n₁₄<1.6，f’₁<R₇，-0.5f’₁<R₈<-0.1f’₁；同心球透鏡的第三負透鏡的光學特性為：-2f’₁<f’₁₅<-f’₁，1.5<n₁₅<1.8，-0.5f’₁<R₉<-0.1f’₁，-0.5f’₁<R₁₀<-0.1f’₁；同心球透鏡的第四負透鏡的光學特性為：-4f’₁<f’₁₆<-3f’₁，1.5<n₁₆<1.8，-0.5f’₁<R₁₁<-0.1f’₁，-0.5f’₁<R₁₂<-0.1f’₁；其中，f’₁為同心球透鏡的焦距，f’₁>0；f’₁₁、f’₁₂、f’₁₃、f’₁₄、f’₁₅、f’₁₆依次為組成同心球透鏡的六片透鏡的焦距，n₁₁、n₁₂、n₁₃、n₁₄、n₁₅、n₁₆依次為組成同心球透鏡的六 片透鏡所采用的玻璃折射率；R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂依次為六片透鏡所對應的12個曲率半徑。

為了對每個校正鏡組對應的成像通道單獨抑制雜光，且充分利用同心球透鏡1全視場旋轉對稱的光學特性，在過同心球透鏡1球心的軸上對應位置依次放置光闌以及對應光闌的成像微透鏡系統；每個成像通道的成像光束被有效分開，避免了局部強光源對全部視場的干擾，可以實現大動態范圍的成像探測。結合推掃的成像模式，整個系統的成像微透鏡僅排列在垂直于推掃方向上，相對于面陣成像可以極大的減少相機的數量；同時可以對整個球透鏡進行切割僅保留所需要的部分，可以大大的減少相機的體積和質量。

成像微透鏡系統包括短焦校正鏡2、中焦校正鏡3和長焦校正鏡4；如圖2所示分別單獨給出了本實用新型光學系統在短焦、中焦及長焦對應的結構示意圖。

其中，短焦校正鏡2采用四片透鏡組成，如圖1b所示，沿光線入射方向依次為：短焦校正鏡的第一正透鏡22，短焦校正鏡的第一負透鏡23，短焦校正鏡的第二負透鏡24，短焦校正鏡的第二正透鏡25；各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；上述短焦校正鏡的第一正透鏡的光學特性為：0<f’₂₁<f’₂,1.4<n₂₁<1.6,0<R₂₁<0.1f’₂,-0.2f’₂<R₂₂<0；上述短焦校正鏡的第一負透鏡的光學特性為：f’₂₂<-10f’₂,1.5<n₂₂<1.8,-0.1f’₂<R₂₃<0,-0.1f’₂<R₂₄<0；上述短焦校正鏡的第二負透鏡的光學特性為：-f’₂<f’₂₃<0,1.5<n₂₃<1.8,-0.1f’₂<R₂₅<0,0<R₂₆<0.1f’₂；上述短焦校正鏡的第二正透鏡的光學特性為：0.3f’₂<f’₂₄<f’₂,1.4<n₂₄<1.6,0.2f’₂<R₂₇<f’₂,-3f’₂<R₂₈<-2f’₂；其中，f’₂為短焦校正鏡的焦距(f’₂>0)，f’₂₁、f’₂₂、f’₂₃、f’₂₄依次為組成短焦校正鏡的四片透鏡的焦距，n₂₁、n₂₂、n₂₃、n₂₄依次為組成短焦校正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₂₁、R₂₂、R₂₃、R₂₄、R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

中焦校正鏡3采用四片透鏡組成，如圖1c所示，沿光線入射方向依次為：中焦校正鏡的第一正透鏡32，中焦校正鏡的第二正透鏡33，中焦校正鏡的第一負透鏡34，中焦校正鏡的第三正透鏡35；各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；其中中焦校正鏡的第一正透鏡的光學特性為：-0.2f’₃<f’₃₁<-0.5f’₃，1.4<n₃₁<1.6，-0.2f’₃<R₃₁<-0.3f’₃，0.3f’₃<R₃₂<0.2f’₃；中焦校正鏡的第二正透鏡的光學特性為： -0.3f’₃<f’₃₂<-0.6f’₃，1.4<n₃₂<1.65，0.2f’₃<R₃₃<0.1f’₃，0.2f’₃<R₃₄<0.05f’₃；中焦校正鏡的第一負透鏡的光學特性為：0.3f’₃<f’₃₃<0.1f’₃，1.4<n₃₃<1.6，0.2f’₃<R₃₅<0.05f’₃，-0.1f’₃<R₃₆<-0.2f’₃；中焦校正鏡的第三正透鏡的光學特性為：-2f’₃<f’₃₄<-3f’₃，1.4<n₃₄<1.6，0.1f’₃<R₃₇<0.2f’₃，0.1f’₃<R₃₈<0.2f’₃；其中，f’₃為中焦校正鏡的焦距，f’₃<0；f’₃₁、f’₃₂、f’₃₃、f’₃₄依次為組成中焦校正鏡的四片透鏡的焦距，n₃₁、n₃₂、n₃₃、n₃₄依次為組成中焦正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₃₁、R₃₂、R₃₃、R₃₄、R₃₅、R₃₆、R₃₇、R₃₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

長焦校正鏡4采用四片透鏡組成，如圖1d所示，沿光線入射方向依次為：長焦校正鏡的第一正透鏡42，長焦校正鏡的第一負透鏡43，長焦校正鏡的第二負透鏡44，長焦校正鏡的第二正透鏡45。各透鏡之間通過膠合的形式結合在一起；其中長焦校正鏡的第一正透鏡的光學特性為：-0.2f’₄<f’₄₁<-0.5f’₄，1.4<n₄₁<1.6，-0.5f’₄<R₄₁<-2f’₄，0.3f’₄<R₄₂<0.1f’₄；長焦校正鏡的第一負透鏡的光學特性為：0.2f’₄<f’₄₂<0.1f’₄，1.4<n₄₂<1.65，0.3f’₄<R₄₃<0.1f’₄，-0.3f’₄<R₄₄<-0.6f’₄；長焦校正鏡的第二負透鏡的光學特性為：0.6f’₄<f’₄₃<0.2f’₄，1.4<n₄₃<1.65，0.2f’₄<R₄₅<0.1f’₄，-0.5f’₄<R₄₆<-f’₄；長焦校正鏡的第二正透鏡的光學特性為：-0.2f’₄<f’₄₄<-0.4f’₄，1.4<n₄₄<1.6，2f’₄<R₄₇<f’₄，0.4f’₄<R₄₈<0.1f’₄；其中，f’₄為長焦校正鏡的焦距，f’₄<0；f’₄₁、f’₄₂、f’₄₃、f’₄₄依次為組成長校正鏡的四片透鏡的焦距，n₄₁、n₄₂、n₄₃、n₄₄依次為組成長焦正鏡的四片透鏡所采用的玻璃折射率；R₄₁、R₄₂、R₄₃、R₄₄、R₄₅、R₄₆、R₄₇、R₄₈依次為四片透鏡所對應的8個曲率半徑。

本實施例所提供的光學系統的系統焦距短焦、中焦和長焦依次為586mm、837mm和1025mm；不同焦距對應的全視場依次為6°、4.2°和3.44°，通過拼接實現接近180°的全視場；短焦、中焦和長焦的系統F#均為7.5，全視場無漸暈。如圖3d、圖3e、圖3f、圖4g、圖4h、圖4i、圖5j、圖5k和圖5l所示，在450nm-900nm波段范圍內全視場范圍內MTF均接近衍射極限，相對畸變小于0.02％，相對于中心波長(600nm)的彌散斑能量質心偏差在3um以內。若將該相機應用于500km的近地軌道衛星上，可以在接近120°視場范圍內獲得恒定地元分辨率優于16m的接近衍射極限的成像質量。

光學系統采用推掃的模式，所以成像相機只需要分布在垂直于推掃的方向上，對于多余的球透鏡部分均可以切割掉，這樣可以極大的減小光學系統的復 雜性，同時也利于實現相機的輕小型化。

通過對該實施例進行等比例縮放，在同等F#和視場情況下，可以實現軌道飛行高度小于500km情況下，在接近180°視場內實現接近衍射極限的成像質量，并且可以在超過120°視場范圍內具有恒定地元分辨率。