(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211249450.5 (22)申请日 2022.10.12 (71)申请人 北京空间机电研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 9201信箱5分箱 (72)发明人 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　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 高志瑞 (51)Int.Cl. G02B 27/14(2006.01) G02B 27/00(2006.01) H04N 5/225(2006.01) (54)发明名称 一种光楔与成像镜头一体化设计的光学拼 接系统 (57)摘要 本发明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。 权利要求书1页 说明书6页 附图2页 CN 115509021 A 2022.12.23 CN 115509021 A 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所述的光楔与成像镜头一体化设计的光学拼接系统， 其特征在于： 高 次非球面方程 为： 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 。 6.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 述孔径光阑与所述主镜的间距为710m m～730mm， 所述孔径光阑的孔径为20 0mm～210mm。 7.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 述主镜的曲率半径为 ‑2170mm～‑2180mm， 所述主镜与所述次镜的间距为540m m～550mm。 8.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 述次镜的曲率半径为 ‑720mm～‑730mm， 所述次镜与所述 三镜的间距为710m m～720mm。 9.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 述三镜的曲率半径为 ‑1050mm～ ‑1060mm， 所述三镜与所述光楔组合(5)的间距为730mm～ 740mm。 10.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： 所述光楔组合(5)的厚度为5m m～7mm。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115509021 A 2一种光楔与成像镜头一体 化设计的光学 拼接系统 技术领域 [0001]本发明属于大视场航天光电探测遥感技术领域， 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。 背景技术 [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2N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  10165042 3B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。 发明内容 [0005]本发明解决的技术问题是： 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]本发明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说　明　书 1/6 页 3 CN 115509021 A 3