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申请/专利权人：中国科学院西安光学精密机械研究所

摘要：本发明提供了一种全自由曲面成像系统，用以解决目前自由曲面技术受到平面探测器阵面的制约，导致无法实现包含探测器阵面在内的全自由曲面成像系统的设计及加工的技术问题。本发明的成像系统包括沿成像目标出射光光路依次设置的光学镜头和传感器阵面；光学镜头的镜片均设置为自由曲面面型；传感器阵面包括传感器阵列薄膜、像面支架以及读出电路；像面支架位于像面位置且表面设置为自由曲面面型；传感器阵列薄膜设置为柔性传感器阵列薄膜，并与像面支架的自由曲面贴合设置；成像目标的出射光经过光学镜头聚焦传感器阵列薄膜上实现光电转换，再通过读出电路采集图像并传输至计算机进行图像处理，得到成像目标的图像。

主权项：1.一种全自由曲面成像系统，其特征在于：包括沿成像目标3出射光光路依次设置的光学镜头1和传感器阵面2；所述光学镜头1中的镜片均设置为自由曲面面型；所述传感器阵面2包括传感器阵列薄膜21、像面支架22以及读出电路23；所述像面支架22位于像面位置，其表面设置为自由曲面面型；所述传感器阵列薄膜21设置为柔性传感器阵列薄膜，其设置在像面支架22的自由曲面上，并与像面支架22的自由曲面贴合；所述传感器阵列薄膜21的输出端连接读出电路23的输入端；成像目标3的出射光经过光学镜头1聚焦在传感器阵列薄膜21上实现光电转换，再通过读出电路23采集图像并传输至计算机进行图像处理，得到成像目标3的图像；所述传感器阵列薄膜21与像面支架22的几何中心相互重合，且相对位置偏差小于等于±1mm；所述传感器阵列薄膜21的尺寸范围为3.2mm×2.4mm～36mm×24mm,像元规模范围为64×64～8192×8192；所述像面支架22的最小局部曲率半径为3mm；所述像面支架22的几何中心与零视场主光线的聚焦中心在xy面上的偏差不超过±1mm，在z方向上的偏差不超过±20μm，其中，z方向为成像目标3出射光方向，x方向在水平面内与z方向垂直；所述光学镜头1多个镜片的自由曲面面型和像面支架22的自由曲面面型描述均采用7阶扩展多项式，只包括x偶次方项，所述7阶扩展多项式的表达式为： 式中，zx,y是自由曲面的面型矢高，x,y是自由曲面孔径位置坐标，c是基面二次曲面的曲率，k是基面二次曲面的圆锥常数，r是自由曲面孔径径向坐标，Rm是归一化半径，Ci是第i项扩展多项式的权重系数，i＝1，2，3....19，m为扩展多项式中x的次数，m为大于1小于7的偶数，n为扩展多项式中y的次数，n为大于等于1小于等于7的整数，且1≤m+n≤7；所述光学镜头1为离轴反射式结构、同轴反射式结构或者同轴透射式结构；所述光学镜头1为离轴三反式结构时，其包括沿成像目标3出射光光路依次设置的主反射镜11、次反射镜12以及三反射镜13；所述次反射镜12处作为孔径光阑；成像目标3的出射光依次通过主反射镜11、次反射镜12以及三反射镜13聚焦在像面上，通过像面上的传感器阵列薄膜21实现光电转换，再通过读出电路23采集图像并传输至计算机进行图像处理，得到成像目标3的图像；所述成像系统的F数范围为2～4，入瞳直径范围30～50mm，视场角为矩形视场，对角视场范围在5°～8°，工作波段在可见光波段；所述三反射镜13至传感器阵列薄膜21像面沿z轴方向的距离小于105mm；所述主反射镜11至三反射镜13沿y轴方向的距离小于120mm；所述主反射镜11、次反射镜12、三反射镜13以及传感器阵列薄膜21沿x轴离轴角分别为16.30°±0.1°、-20.66°±0.1°、8.50°±0.1°及0.94°±0.1°；所述主反射镜11上边缘与次反射镜12的反射光线之间、次反射镜12下边缘与入射光线之间、三反射镜13上边缘与主反射镜11的反射光线之间、次反射镜12上边缘与次反射镜12的反射光线之间以及像面支架22下边缘与次反射镜12的反射光线之间均设置有间隔。

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