[发明专利]基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统

说明书

技术领域

本发明属于光学遥感成像技术领域，涉及一种基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统。

背景技术

光学遥感成像领域对大幅宽凝视成像及多谱段复合成像的能力要求越来越高，现有面阵焦平面探测器的规模远无法满足实际应用的需求，逐渐成为制约光学遥感成像发展的瓶颈。为解决面阵探测器规模太小的问题，国内外常用的技术手段有：面阵探测器拼接技术和子视场步进凝视成像技术。

(1)面阵探测器拼接技术

面阵探测器拼接技术有多种手段，包含直接在焦面进行拼接、光学拼接等。焦面直接拼接方式主要应用于天文界，由于此种拼接方式很难避免探测器间的缝隙，因而不适用于空间光学遥感器；光学拼接方式可实现无缝拼接，但会造成焦面体积较大。对于多成像通道光学系统，由于后继光学系统本身就较为庞大和复杂，不适宜采用光学拼接方式；同时，由于大尺寸、航天级的面阵探测器非常昂贵，这种拼接方式也会大大提高光学遥感器的成本。

(2)子视场步进凝视成像技术

子视场步进凝视成像技术是在光学系统视场足够的情况下，将成像系统的全视场划分为若干子视场，通过子视场指向镜的指向运动，面阵探测器对各个子视场逐一步进凝视成像。由于探测器是对分割成的子视场成像，因此器件规模与全视场凝视成像相比大大减小，器件加工制造难度不大。从子视场步进凝视成像技术的应用来看，由于在汇聚光路中使用指向镜步进成像将造成光学系统离焦，无法有效成像，现有子视场步进成像光学系统多采用“前置望远系统+聚焦光学系统”的型式，在采用同轴三反为主光学的设计中，指向镜在前置望远系统出射的平行光路中进行步进指向，以避免在会聚光路中由于步进指向造成的光学系统离焦问题。但在大口径反射式主光学系统中要利用前置望远系统实现压缩平行光路，势必带来大的系统遮拦从而大大影响成像质量。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，解决在汇聚光路中进行子视场步进指向离焦的技术问题，避免在反射式主光学系统中为实现压缩平行光路而带来的系统遮拦等问题，为小规模面阵探测器实现大视场、多通道凝视成像提供了一条技术途径。

本发明是这样实现的：基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，通过指向镜步进扫描，将全视场划分成多个有重叠率的子视场，各成像通道对子视场逐个成像后，采用图像拼接的方式得到全视场图像；其中，主光学系统焦面为球面，指向镜为在汇聚光路中设置的平面反射镜。

如上所述的基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，其中，主光学系统采用同轴三反设计，通过球面反射镜与非球面反射镜的组合，实现球面形式的主光学焦面。

如上所述的基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，其中，指向镜到主光学焦面的距离与球面焦面的曲率半径一致。

如上所述的基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，其中，指向镜为二维运动平面指向镜，通过步进扫描将全视场划分成M×N个有一定重叠率的子视场。

如上所述的基于球面焦面的子视场步进凝视成像光学系统，其中，通过分光组件将系统分成多个成像通道，各成像通道利用校正透镜组对焦距进行控制，并校正像差，得到探测器所需的平像场。

本发明的积极效果：

(1)本发明的光学成像系统采用子视场步进凝视成像模式，可利用小型面阵焦平面探测器实现大型焦平面阵列功能，从而突破面阵探测器在大面阵成像应用中的技术瓶颈。

(2)本发明的子视指向镜置于汇聚光路中，解决了反射式主光学系统中压缩平行光路带来的遮拦较大、MTF较低等问题。

(3)本发明的光学系统通过主光学系统独特的球面焦面形式，解决了指向镜在汇聚光路系统中由于步进指向产生的离焦问题。

(4)本发明的光学系统通过校正透镜组对主光学的场曲进行校正，解决了探测器需求平像场的问题。

(5)本发明的光学系统利用子视场指向反射镜对各子视场逐一成像，不必移动笨重的物镜或者物方扫描镜，使得整个成像系统轻小型化。

(6)本发明的光学系统通过分光组件及校正透镜组的应用，实现了不同谱段的复合成像，为光学遥感成像的多通道集成提供了有益的技术途径。

(7)本发明的光学系统可根据需求调整子视场划分规模和分光通道的集成数目，有效解决多通道大画幅成像中的器件规模需求大和系统复杂集成困难等问题。系统解决方案可扩展性强，经济可行，适用于利用小型面阵焦面器件实现大区域覆盖的多谱段光学成像系统。

附图说明

图1是子视场步进凝视成像系统构成示意图；

图2是同轴三反主光学系统光路示意图；