[发明专利]一种光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统及其方法

权利要求书

1.一种光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统，系统为N层级成像结构，N≥1，每层级成像结构由相邻通道下主光轴互相垂直且位于同一平面的三个子眼通道以及一个光电探测器构成，其特征在于，具体包括光电探测器靶面(1)、边缘子眼镜组(2)、中心子眼镜组(3)和换向棱镜(4)；

所述光电探测器靶面(1)两侧设置有两个对称的换向棱镜(4)，所述光电探测器靶面(1)的中间Y轴方向设置有中心子眼镜组(3)，所述电探测器靶面(1)的外侧两端X轴方向设置有两个对称的边缘子眼镜组(2)，两个所述边缘子眼镜组(2)的镜面分别正对两个所述换向棱镜(4)的直角面；

所述中心子眼镜组(3)位于成像层级中心，光路垂直于光电探测器靶面(1)，且不需光路折反；两个所述边缘子眼镜组(2)位于成像层级两端，且需要进行光路折反；两个所述换向棱镜(4)的一侧直角面与光电探测器靶面(1)进行耦合，另一侧直角面用于接收对应两个所述边缘子眼镜组(2)的通道光信号；两个所述换向棱镜(4)实现两个所述边缘子眼镜组(2)的光路反射与折叠；所述中心子眼镜组(3)和两个所述边缘子眼镜组(2)在光学结构上相同，且等效光程保持一致；所述中心子眼镜组(3)和两个所述边缘子眼镜组(2)将光电探测器靶面(1)进行三等分分区成像，并同步对所对应的成像分区进行映射；经过光路折反后，每层级成像结构的三个子眼像平面与光电探测器靶面(1)重合。

2.根据权利要求1所述的一种光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统，其特征在于，两个对称的所述边缘子眼镜组(2)中心线形成横向主光轴(5)，所述中心子眼镜组(3)的中心线形成纵向主光轴(6)，所述横向主光轴(5)与纵向主光轴(6)交汇处为主光轴交点O(7)，并形成相邻子眼主光轴夹角θ(10)；所述中心子眼镜组(3)的视场边界线与两个所述边缘子眼镜组(2)的视场边界线的交汇处分别形成视域盲点B(8)；所述中心子眼镜组(3)的视场边界线与纵向主光轴(6)形成子眼半视场ω(9)。

3.权利要求1所述的一种光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：确定使用环境与探测需求，测量或计算出光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统的整体视场角、质量、体积、探测距离、探测目标分辨率、成像分辨率；

步骤2：开展光路折叠反射式大视场复眼成像光学系统的设计，求出单通道子眼光学设计参数与约束条件；

步骤3：利用Zemax软件与Zebase光学模型数据库，对中心子眼光学系统进行仿真，通过局部优化与锤型优化调节镜组中曲面曲率、玻璃材料、镜组口径和镜片间隔；同时监测子眼光学系统点列图、MTF图、场曲/畸变图，确保子眼优化过程中像差成下降趋势直至满足设计约束与成像需求；

步骤4：调整建立好的中心子眼光学系统后工作距离长度，根据棱镜展开计算公式，使子眼后工作距离具有足量的空间容纳换向棱镜进行光路偏移成像；此过程在中心子眼的Zemax光学模型内通过插入反射棱镜面完成，此过程同样需要监测成像质量，以避免像差过大；通过调整使像差与光学尺寸达到约束条件以内后，即完成边缘子眼模型建立；

步骤5：根据步骤4的计算结果和各子眼部件阵列关系，利用完成设计的中心子眼与边缘子眼光学模型，对折反式复眼各通道阵列方式与联合成像模型进行设计，确定各子眼阵列方式与布局后，基于各组件间空间坐标与相对位置信息，建立紧凑型折叠反射式大视场复眼成像系统光学结构模型，并对其进行光线追迹仿真，综合评价折反式复眼整体结构参数与光学成像性能的指标；

步骤6：根据建立好的各子眼Zemax光学模型，生成CAD加工图纸并进行镜组加工，完成加工后进行装配。