一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，包括：主光学成像镜头、光楔组合和拼接探测器组件；其中，光楔组合设置于拼接探测器组件与主光学成像镜头之间；光楔组合由若干个倾斜放置的楔板拼接而成；主光学成像镜头接收大视场场景的光信息，将大视场场景的光信息进行像差校正后得到校正后的成像视场；光楔组合将校正后的成像视场在倾斜平面内分割成多个子视场；其中，相邻两个子视场之间的距离大于拼接探测器组件中的相邻两个图像传感器的非感光区域的宽度；拼接探测器组件通过采集多个子视场得到整个图像。本发明专利技术具有实现简单，成本低，体积重量较小、所需后工作距离短，无缝覆盖的优点。无缝覆盖的优点。无缝覆盖的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统


[0001]本专利技术属于大视场航天光电探测遥感
，尤其涉及一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统。

技术介绍

[0002]图像传感器，如CCD、COMS、制冷或非制冷红外探测器被广泛应用于航天、航空、普通数码相机、红外成像系统等图像获取领域和系统中。受限于大规模图像传感器的制作工艺难度和造价昂贵等因素，即使光学系统设计可以实现大视场和高分辨的指标要求，单片探测器仍难以获得很大的信息量。因此，面向航天遥感探测、大幅宽广域搜索等应用领域的迫切需求，大视场或大幅宽的数字成像系统成为该领域重要研究方向之一。
[0003]过去，许多研究人员提出了各种解决方案，主要有扫描的分时成像法、探测器机械拼接法、多组成像系统拼、单系统的光学拼接。但是，扫描法其需要在镜头前置或中间光瞳位置置入带有运动部件的扫描镜，由于含有运动部件，系统可靠性降低，所探测区域不能实现同时覆盖，对运动场镜或时间分辨率要求严格的应用不适合；直接的机械拼接由于探测器光敏区周围有探测器基座等不成像的区域，会导致上下或左右的未能捕获有效的成像光信息造成盲区；另外多系统拼接方法，采用多组成像镜头组成一个更大视场的系统，但是这种方案代价较大，需要多组镜头，系统结构复杂、体积大、成本高。单系统的光学拼接基本原理就是利用光学元件如单反射镜、棱镜反射镜组合、半透半反镜等，将光学系统的视场分割成若干部分，分别将这些子视场的成像在各自对应图像传感器上，使得图像传感器的装配不会受到非感光区域的限制，最终将子视场拼接一起实现了无拼缝的大视场图像。光学拼接具有无物理拼缝的优势，且工艺简单，是实现大规模焦平面的常用方式。在卫星遥感等领域得到广泛使用。
[0004]但是，现有的光学拼接方法，仍然存在以下主要不足：
①
半反半透的棱镜拼接法(如CN101201459A)，其拼接视场有限，且需要后工作距离较长，不适用用较小F#系统的分光，更重要入射光束需经过N次分光才能到达像面，使得入射到像面的光能量减少至原来能量的2
N
分之一,能量不足，因此其在航天遥感领域的实用性不是很强。
②
利用反射镜或反射棱镜的全反全透法(CN 101650423B和CN101650423B)，由于分光的各棱镜位置不对称，棱镜结构与拼接复杂，拼接需要复杂的机械结构进行固定于安装，体积和重量都比较大，不能用于轻量化设计中，而且为了置入反射棱镜，其需要光学系统预留较大的后工作距离，同样不适用短后工作距离的光学系统分光。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，具有实现简单，成本低，体积重量较小、所需后工作距离短，无缝覆盖的优点。
[0006]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：一种光楔与成像镜头一体化设计的光学
拼接系统，包括：主光学成像镜头、光楔组合和拼接探测器组件；其中，所述光楔组合设置于所述拼接探测器组件与所述主光学成像镜头之间；所述光楔组合由若干个倾斜放置的楔板拼接而成；所述主光学成像镜头接收大视场场景的光信息，将大视场场景的光信息进行像差校正后得到校正后的成像视场；所述光楔组合将校正后的成像视场在倾斜平面内分割成多个子视场；其中，相邻两个子视场之间的距离大于拼接探测器组件中的相邻两个图像传感器的非感光区域的宽度；所述拼接探测器组件通过采集多个子视场得到整个图像。
[0007]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述拼接探测器组件包括多个探测器；其中，多个探测器在一个平面上拼接而成；每个探测器均包括光敏区和非光敏区基板；其中，所述光敏区设置于所述非光敏区基板的上部。
[0008]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述主光学成像镜头包括孔径光阑、主镜、次镜和三镜；其中，大视场场景的光信息通过孔径光阑后入射到所述主镜，再经所述主镜反射后到达所述次镜，再经所述次镜反射后到达所述三镜，再经所述三镜到达所述光楔组合。
[0009]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述主镜和所述三镜均为高次非球面，所述次镜为二次曲面。
[0010]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，高次非球面方程为：
[0011][0012]其中，c表示曲率，为顶点曲率半径的倒数，即1/R；k表示二次非球面系数，A表示四次非球面系数，B表示六次非球面系数，C表示八次非球面系数，D表示十次非球面系数；z表示矢高，h表示曲面上点到中心对称轴的距离。
[0013]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述孔径光阑与所述主镜的间距为710mm～730mm，所述孔径光阑的孔径为200mm～210mm。
[0014]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述主镜的曲率半径为
‑
2170mm～
‑
2180mm，所述主镜与所述次镜的间距为540mm～550mm。
[0015]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述次镜的曲率半径为
‑
720mm～
‑
730mm，所述次镜与所述三镜的间距为710mm～720mm。
[0016]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述三镜的曲率半径为
‑
1050mm～
‑
1060mm，所述三镜与所述光楔组合的间距为730mm～740mm。
[0017]上述光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统中，所述光楔组合的厚度为5mm～7mm。
[0018]本专利技术与现有技术相比具有如下有益效果：
[0019](1)本专利技术将成像镜头和光楔组合协同像差校正和平衡，解决了传统透射分视场拼接方法会引入的较大像差问题；
[0020](2)本专利技术的光楔透射分光组件，在设计中将楔角作为优化变量，极大程度上减少了元件倾斜引入的象散像差，降低了主光学镜头设计难度；
[0021](3)本分明仅需要多块倾斜的光楔组合，结构简单，重量和体积均小，适用于轻量化设计中；
[0022](4)本专利技术需要较小的后工作距离，克服了全反射或半透半反分光棱镜法不适用于短工作距离的光学系统的光学拼接的缺点。可用于短工作距离或小F#系统的光学拼接中。
[0023](5)本专利技术的拼接方法不含运动部件，成像视场没有缺失，实现了大规模面阵焦平面。
附图说明
[0024]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0025]图1是本专利技术实施例提供的拼接探测器组件的示意图；
[0026]图2是本专利技术实施例提供的光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统的示意图；
[0027]图3是本专利技术实施例提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，其特征在于包括：主光学成像镜头(4)、光楔组合(5)和拼接探测器组件(6)；其中，所述光楔组合(5)设置于所述拼接探测器组件(6)与所述主光学成像镜头(4)之间；所述光楔组合(5)由若干个倾斜放置的楔板拼接而成；所述主光学成像镜头(4)接收大视场场景的光信息，将大视场场景的光信息进行像差校正后得到校正后的成像视场；所述光楔组合(5)将校正后的成像视场在倾斜平面内分割成多个子视场；其中，相邻两个子视场之间的距离大于拼接探测器组件(6)中的相邻两个图像传感器的非感光区域的宽度；所述拼接探测器组件(6)通过采集多个子视场得到整个图像。2.根据权利要求1所述的光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，其特征在于：所述拼接探测器组件(6)包括多个探测器；其中，多个探测器在一个平面上拼接而成；每个探测器均包括光敏区(1)和非光敏区基板(2)；其中，所述光敏区(1)设置于所述非光敏区基板(2)的上部。3.根据权利要求1所述的光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，其特征在于：所述主光学成像镜头(4)包括孔径光阑、主镜、次镜和三镜；其中，大视场场景的光信息通过孔径光阑后入射到所述主镜，再经所述主镜反射后到达所述次镜，再经所述次镜反射后到达所述三镜，再经所述三镜到达所述光楔组合(5)。4.根据权利要求3所述的光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统，其特征在于：所述主镜和所述三镜均为高次非球面，所述次镜为二次曲面。5.根据权利要求4所述的光楔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓林，王小勇，邱民朴，聂云松，孙德伟，李妥妥，黄颖，刘芳芳，王征，曹桂丽，贾永丹，张庭成，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：