專(zhuān)利名稱(chēng)：雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于超大面陣探測(cè)器拼接的無(wú)縫成像光電系統(tǒng)，特別是一種雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大面陣以及超大面陣的光電成像系統(tǒng)需求越來(lái)越急迫。常采用兩種方式實(shí)現(xiàn)大面陣規(guī)模成像，一是在探測(cè)器廠家定制超大規(guī)模探測(cè)器器件，二是采用探測(cè)器拼接。目前國(guó)際上單片大面陣探測(cè)器規(guī)模在17kX15k (DMC250)左右，非貨架商品，應(yīng)用成本昂貴。另外進(jìn)一步增大單片探測(cè)器規(guī)模也是當(dāng)前探測(cè)器發(fā)展的一個(gè)技術(shù)瓶頸。
國(guó)外采用拼接方式的航空測(cè)繪相機(jī)，如UCE探測(cè)器規(guī)模已達(dá)到20kX 13k (UCE)0而航空、航天光電成像系統(tǒng)對(duì)重量、尺寸、功耗等有嚴(yán)格的限制。在繼續(xù)增大探測(cè)器規(guī)模的情況下，如實(shí)現(xiàn)40kX40k規(guī)模或更大規(guī)模的光電成像系統(tǒng)，采用如UCE的4鏡頭9探測(cè)器拼接，鏡頭數(shù)量多，整個(gè)結(jié)構(gòu)將變得龐大。陳旭南等.多片面陣CCD圖像傳感器焦平面光學(xué)拼接技術(shù)中采用單鏡頭的光學(xué)拼接方式可實(shí)現(xiàn)多片面陣CCD的拼接，但分光次數(shù)過(guò)多、光能損失嚴(yán)重，光學(xué)系統(tǒng)后工作距離要求大的缺點(diǎn)，在大視場(chǎng)測(cè)繪相機(jī)系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)或存在光能?chē)?yán)重不足的問(wèn)題。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN 101692447B采用單鏡頭、旋轉(zhuǎn)反射鏡與C⑶探測(cè)器組的方式工作在4個(gè)位置實(shí)現(xiàn)像面拼接。存在運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、可靠性、系統(tǒng)精度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性難以保證，以及后工作距離較長(zhǎng)的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無(wú)視場(chǎng)缺失、無(wú)漸暈、無(wú)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)精度穩(wěn)定可靠的雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)。本發(fā)明技術(shù)方案解決了 25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于采用兩套成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5X5模式25片探測(cè)器的成像獲取，每套成像系統(tǒng)包括一個(gè)鏡頭和一個(gè)分光棱鏡分光，分光棱鏡位于鏡頭后方；兩套成像系統(tǒng)光軸平行安裝，25片面陣探測(cè)器在主像面和側(cè)像面上進(jìn)行陣列錯(cuò)位間隔安裝，實(shí)現(xiàn)像面無(wú)縫拼接；主像面位于分光棱鏡的正后方，側(cè)像面位于分光棱鏡的4個(gè)側(cè)面；將拼接后的整個(gè)像面按照5X5陣列進(jìn)行等間距分割，水平與垂直分割尺寸與面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸相一致，所有面陣探測(cè)器應(yīng)選用同一型號(hào)產(chǎn)品，即其感光尺寸等參數(shù)相同；陣列編號(hào)為由上而下，由左至右編號(hào)，即最上一行為第I行，最下一行為第5行；最左一列為第I列，最右一列為第5列；第一行為面陣探測(cè)器I 5，第二行為面陣探測(cè)器6 10，依次類(lèi)推，共計(jì)25片面陣探測(cè)器；
第一套成像系統(tǒng)中，在第一個(gè)鏡頭a后放置第一分光棱鏡b和17片面陣探測(cè)器，其中主像面放置9片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面中每個(gè)側(cè)像面各放置2片面陣探測(cè)器；主像面放置的9片面陣探測(cè)器分別為第一、第三、第五、第十一、第十三、第十五、第二十一、第二十三和第二十五面陣探測(cè)器1、3、5、11、13、15、21、23、25 ;側(cè)像面放置的面陣探測(cè)器分別為第二、第四、第六、第十六、第二十、第二十二、第二十四面陣探測(cè)器2、4、6、10、16、20、22、24，從第一鏡頭a向主像面方向看，其中第二、第四面陣探測(cè)器2、4位于上側(cè)像面，第二十二、第二十四面陣探測(cè)器22、24位于下側(cè)像面，第六、第十六面陣探測(cè)器6、16位于左側(cè)像面，第十、第二十面陣探測(cè)器10、20位于右側(cè)像面；主像面的面陣探測(cè)器和側(cè)像面的面陣探測(cè)器中兩兩相互之間的中心間距為面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸的2倍；第二套成像系統(tǒng)中，在第二個(gè)鏡頭c后放置第二分光棱鏡d和8片面陣探測(cè)器，其中主像面放置4片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面中每個(gè)側(cè)像面各放置I片面陣探測(cè)器；主像面放置的面陣探測(cè)器分別為第七、第九、第十七、第十九面陣探測(cè)器為7、9、17、19 ;側(cè)像面放置的面陣探測(cè)器分別為第八、第十二、第十四、第十八面陣探測(cè)器8、12、14、18，從第二鏡頭c向主像面方向看，其中第八面陣探測(cè)器8位于上側(cè)像面，第十八面陣探測(cè)器18位于下側(cè)像 面，第十二面陣探測(cè)器12位于左側(cè)像面，第十四面陣探測(cè)器14位于右側(cè)像面；主像面的面陣探測(cè)器和側(cè)像面的面陣探測(cè)器中兩兩相互之間的中心間距為面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸的2倍；在5X5陣列像面上，第二套成像系統(tǒng)的面陣探測(cè)器布置在第一套成像系統(tǒng)面陣探測(cè)器布置后的剩余區(qū)域，即在整個(gè)像面上兩成像系統(tǒng)面陣探測(cè)器布置為互補(bǔ)關(guān)系。所述分光棱鏡b或d由I塊四棱錐鏡和4塊半四棱錐鏡組成；四棱錐鏡包含4個(gè)45°分光面和一個(gè)后端面；所述半四棱錐鏡是■四棱錐鏡的對(duì)半剖分；四棱錐鏡位于中央，其余4塊半四棱錐鏡位于四棱錐鏡外側(cè)周?chē)?，組合后變成為一塊等厚的光學(xué)平板；光學(xué)平板厚度為四棱錐鏡后端面通光尺寸的1/2。所述四棱錐棱鏡在4個(gè)45°分光面鍍制半透半反膜系，后端面為全透膜系，通過(guò)半反半透分光，實(shí)現(xiàn)等能量分光。所述半四棱錐棱鏡在每個(gè)面鍍制全透膜系。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于(I)通過(guò)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了 25片面陣探測(cè)器的像面無(wú)縫拼接方法，具有無(wú)視場(chǎng)缺失、無(wú)漸暈、無(wú)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)精度穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。特別是如果采用8kX8k的貨架產(chǎn)品，則5X5模式可實(shí)現(xiàn)40kX40k的探測(cè)成像規(guī)模。(2)本發(fā)明的2鏡頭與棱鏡半透半反分光方式組合，像面光能為進(jìn)入成像系統(tǒng)光能的50%，實(shí)現(xiàn)像面等照度成像。(3)本發(fā)明的分光棱鏡由I塊四棱錐和4塊半四棱錐鏡組合實(shí)現(xiàn)，在分光面采用半透半反實(shí)現(xiàn)分光，用于實(shí)現(xiàn)等能量分光、以及消除面陣探測(cè)器的拼接漸暈。(4)本發(fā)明可應(yīng)用于航空、航天光學(xué)成像、光學(xué)探測(cè)儀器及設(shè)備，特別適用于大視場(chǎng)超大面陣探測(cè)器的航空、航天測(cè)繪相機(jī)。


圖I為本發(fā)明雙鏡頭組合實(shí)現(xiàn)25片面陣探測(cè)器無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)圖2為本發(fā)明鏡頭a與17片面陣探測(cè)器安裝布置圖；圖3為本發(fā)明鏡頭c與8片面陣探測(cè)器安裝布置圖；圖4為本發(fā)明25片面陣探測(cè)器組合實(shí)現(xiàn)的像面拼接圖；圖5為本發(fā)明中分光棱鏡結(jié)構(gòu)圖，其中a為主視圖，b為側(cè)視圖；圖6為本發(fā)明中四棱錐結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明中半四棱錐結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，本發(fā)明包括2套成像系統(tǒng)，第I套成像系統(tǒng)包括第鏡頭a、分光棱鏡b、17片面陣探測(cè)器組;第2套成像系統(tǒng)包括鏡頭C、分光棱鏡d、8片面陣探測(cè)器組；組合實(shí) 現(xiàn)25片面陣探測(cè)器的像面無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)。 如圖2所示，在鏡頭a后放置分光棱鏡b和17片面陣探測(cè)器，其中主像面放置9片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面各放置2片面陣探測(cè)器。主像面放置面陣探測(cè)器為1、3、5、11、13、15、21、23、25。側(cè)像面放置面陣探測(cè)器2、4、6、10、16、20、22、24 ;從鏡頭向主像面方向看，其中面陣探測(cè)器2、4位于上側(cè)像面，面陣探測(cè)器22、24位于下側(cè)像面，面陣探測(cè)器6、16位于左側(cè)像面，面陣探測(cè)器10、20位于右側(cè)像面；像面面陣探測(cè)器水平與垂直方向的中心間距為相應(yīng)方向感光尺寸的2倍。如圖3所示，在鏡頭c后放置分光棱鏡d和8片面陣探測(cè)器，其中主像面放置4片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面各放置I片面陣探測(cè)器。主像面放置面陣探測(cè)器為7、9、17、19。側(cè)像面放置面陣探測(cè)器8、12、14、18，從鏡頭向主像面方向看，其中面陣探測(cè)器8位于上側(cè)像面，面陣探測(cè)器18位于下側(cè)像面，面陣探測(cè)器12位于左側(cè)像面，面陣探測(cè)器14位于右側(cè)像面；像面面陣探測(cè)器水平與垂直方向的中心間距為相應(yīng)方向感光尺寸的2倍。在實(shí)施時(shí)，可根據(jù)鏡頭c像面實(shí)際大小，減小鏡頭c的視場(chǎng)大小以與像面大小相適應(yīng)，而其它參數(shù)如焦距、F/#等不變，進(jìn)一步減小整個(gè)成像光電系統(tǒng)的尺寸和重量。如圖5所示，分光棱鏡包括I塊四棱錐(如圖6所示)和4塊半四棱錐(如圖7所示)。四棱錐包含4個(gè)45°分光面和一個(gè)后端面，位于圖5中央，其余4塊半四棱錐位于四棱錐四周，組合后變成為一塊等厚的光學(xué)平板。光學(xué)平板厚度僅為四棱錐后端面通光尺寸的 1/2。如圖6所示，四棱錐棱鏡在4個(gè)45°分光面鍍制半透半反膜系，后端面鍍制全透膜系。如圖7所示，半四棱錐棱鏡在各面鍍制全透膜系。通過(guò)半反半透分光，實(shí)現(xiàn)像面各個(gè)面陣探測(cè)器照度均等。如圖2所不，由物方入射的光線經(jīng)鏡頭a進(jìn)入分光棱鏡b,經(jīng)45°分光面分光,一部分光線進(jìn)入主像面，在面陣探測(cè)器1、3、5、11、13、15、21、23、25上成像，另一部分光線進(jìn)入4個(gè)側(cè)像面，分別在面陣探測(cè)器2、4、6、10、16、20、22、24上成像。如圖3所示，由物方入射的光線經(jīng)鏡頭b進(jìn)入分光棱鏡d，經(jīng)45°分光面分光，一部分光線進(jìn)入主像面，在面陣探測(cè)器7、9、17、19上成像，另一部分光線進(jìn)入4個(gè)側(cè)像面，分別在面陣探測(cè)器8、12、14、18上成像。分別調(diào)整各面陣探測(cè)器的位置，使入射在各面陣探測(cè)器上的光程相等。本發(fā)明說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)闡述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，其特征在于 采用兩套成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)5X5模式25片面陣探測(cè)器的成像獲取，每套成像系統(tǒng)包括一個(gè)鏡頭和一個(gè)分光棱鏡，分光棱鏡位于鏡頭后方；兩套成像系統(tǒng)光軸平行安裝，25片面陣探測(cè)器在主像面和側(cè)像面上進(jìn)行陣列錯(cuò)位間隔安裝，實(shí)現(xiàn)像面無(wú)縫拼接； 主像面位于分光棱鏡的正后方，側(cè)像面位于分光棱鏡的4個(gè)側(cè)面； 將拼接后的整個(gè)像面按照5X5陣列進(jìn)行等間距分割，水平與垂直分割尺寸與面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸相一致； 所述陣列編號(hào)為由上而下，由左至右編號(hào)，即最上一行為第I行，最下一行為第5行；最左一列為第I列，最右一列為第5列；第一行為第一至第五面陣探測(cè)器(I 5)，第二行為第六至第十面陣探測(cè)器(6 10)，依次類(lèi)推，共計(jì)25片面陣探測(cè)器； 第一套成像系統(tǒng)中，在第一個(gè)鏡頭(a)后放置第一分光棱鏡(b)和17片面陣探測(cè)器，其中主像面放置9片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面中每個(gè)側(cè)像面各放置2片面陣探測(cè)器；主像面放置的9片面陣探測(cè)器分別為第一、第三、第五、第十一、第十三、第十五、第二十一、第二十三和第二十五面陣探測(cè)器(1、3、5、11、13、15、21、23、25);側(cè)像面放置的面陣探測(cè)器分別為第二、第四、第六、第十六、第二十、第二十二、第二十四面陣探測(cè)器(2、4、6、10、16、20、22、24)，從第一鏡頭(a)向主像面方向看，其中第二、第四面陣探測(cè)器(2、4)位于上側(cè)像面，第二十二、第二十四面陣探測(cè)器(22、24)位于下側(cè)像面，第六、第十六面陣探測(cè)器(6、16)位于左側(cè)像面，第十、第二十面陣探測(cè)器(10、20)位于右側(cè)像面；主像面的面陣探測(cè)器和側(cè)像面的面陣探測(cè)器中兩兩相互之間的中心間距為面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸的2倍； 第二套成像系統(tǒng)中，在第二個(gè)鏡頭(c)后放置第二分光棱鏡(d)和8片面陣探測(cè)器，其中主像面放置4片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面中每個(gè)側(cè)像面各放置I片面陣探測(cè)器；主像面放置的面陣探測(cè)器分別為第七、第九、第十七、第十九面陣探測(cè)器為(7、9、17、19);側(cè)像面放置的面陣探測(cè)器分別為第八、第十二、第十四、第十八面陣探測(cè)器(8、12、14、18)，從第二鏡頭(c)向主像面方向看，其中第八面陣探測(cè)器(8)位于上側(cè)像面，第十八面陣探測(cè)器(18)位于下側(cè)像面，第十二面陣探測(cè)器(12)位于左側(cè)像面，第十四面陣探測(cè)器(14)位于右側(cè)像面；主像面的面陣探測(cè)器和側(cè)像面的面陣探測(cè)器中兩兩相互之間的中心間距為面陣探測(cè)器相應(yīng)方向感光尺寸的2倍； 在5X5陣列像面上，第二套成像系統(tǒng)的面陣探測(cè)器布置在第一套成像系統(tǒng)面陣探測(cè)器布置后的剩余區(qū)域，即在整個(gè)像面上兩成像系統(tǒng)面陣探測(cè)器布置為互補(bǔ)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，其特征在于所述第一分光棱鏡(b)或第二分光棱鏡(d)由I塊四棱錐鏡和4塊半四棱錐鏡組成；四棱錐鏡包含4個(gè)45°分光面和一個(gè)后端面；所述半四棱錐鏡是四棱錐鏡的對(duì)半剖分；四棱錐鏡位于中央，其余4塊半四棱錐鏡位于四棱錐鏡外側(cè)周?chē)?，組合后變成為一塊等厚的光學(xué)平板；所述光學(xué)平板厚度為四棱錐鏡后端面通光尺寸的1/2。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，其特征在于所述四棱錐棱鏡在4個(gè)45°分光面鍍制半透半反膜系，后端面為全透膜系，通過(guò)半反半透分光，實(shí)現(xiàn)等能量分光。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，其特征在于所述半四棱錐棱鏡在每個(gè)面鍍制全透膜系。
全文摘要
雙鏡頭25片面陣探測(cè)器的無(wú)縫拼接成像光電系統(tǒng)，采用2成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和棱鏡分光方式，在第一個(gè)鏡頭上實(shí)現(xiàn)17片面陣探測(cè)器的成像，主像面放置9片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面各放置2片共8片面陣探測(cè)器；在第二個(gè)鏡頭上實(shí)現(xiàn)8片面陣探測(cè)器的成像，其中主像面放置4片面陣探測(cè)器，4個(gè)側(cè)像面各放置1片共4片面陣探測(cè)器；2成像系統(tǒng)與面陣探測(cè)器組合實(shí)現(xiàn)了5×5模式共25片面陣探測(cè)器形成的像面無(wú)縫拼接。分光棱鏡由1塊四棱錐和4塊半四棱錐鏡組合實(shí)現(xiàn)，在分光面采用半透半反實(shí)現(xiàn)分光，用于實(shí)現(xiàn)等能量分光、以及消除面陣探測(cè)器的拼接漸暈。本發(fā)明可應(yīng)用于航空、航天光學(xué)成像、光學(xué)探測(cè)儀器及設(shè)備，特別適用于大視場(chǎng)超大面陣探測(cè)器的航空、航天測(cè)繪相機(jī)。
文檔編號(hào)H04N5/225GK102883095SQ20121032723
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者梁偉, 王甲峰, 高曉東, 莊富強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所