CN102917161B - 采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法 - Google Patents
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Abstract
采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法，实现了3×3模式共9片面阵探测器组合形成的像面无缝拼接，本发明采用全反棱镜组合实现像面分光，在光轴垂直透射像面上布置3块面阵探测器，在4个侧面布置6块面阵探测器。棱镜结构简单，全反全透分光后能量无损失。像面拼接可由小规模面阵探测器组合实现大规模面阵或超大规模面阵探测器的需求。该无缝拼接方法可应用于航空、航天光学成像、光学探测仪器及设备，特别适用于超大面阵探测器的航空、航天成像光电系统。
Description
技术领域
本发明属于超大面阵探测器无缝拼接的成像光电系统，特别是一种采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法。
背景技术
随着航空、航天技术的发展，对大面阵以及超大面阵的光电成像系统需求越来越急迫。常采用两种方式实现大面阵规模成像，一是在面阵探测器厂家定制超大规模面阵探测器器件，二是采用面阵探测器拼接。目前国际上单片大面阵探测器规模在17k×15k（DMC250）左右，非货架商品，应用成本昂贵。另外进一步增大单片面阵探测器规模也是当前面阵探测器发展的一个技术瓶颈。
国外采用拼接方式的航空测绘相机，如UCE面阵探测器规模已达到20k×13k（UCE）。而航空、航天光电成像系统对重量、尺寸、功耗等有严格的限制。在继续增大面阵探测器规模的情况下，如实现30k×30k规模或更大规模的光电成像系统，采用如UCE的4镜头9面阵探测器拼接，镜头数量多，整个结构将变得庞大。
陈旭南等.多片面阵CCD图像传感器焦平面光学拼接技术中采用单镜头的光学拼接方式可实现多片面阵CCD的拼接，但分光次数过多、光能损失严重，光学系统后工作距离要求大的缺点，在大视场测绘相机系统中无法实现或存在光能严重不足的问题。
中国发明专利CN 101650423B的大面阵光电器件光学拼接仅能实现2×3或2×2模式的面阵探测器拼接，无法实现更多面阵探测器或更大规模面阵探测器的拼接。
发明内容
本发明解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种无视场缺失、无运动机构、结构简单易实现、系统精度稳定可靠的采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法。
本发明技术解决方案：采用组合全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法，其特点在于：
由9片面阵探测器组合像面按照3×3方式进行阵列分割，水平及垂直方向分割尺寸与面阵探测器相应方向感光尺寸相一致。
阵列编号为由上而下，由左至右编号，即最上一行为第1行，最下一行为第3行；最左一列为第1列，最右一列为第3列；第一行为面阵探测器1~3，第二行为面阵探测器4~6，第三行为面阵探测器7~9；组合像面按照阵列分割后的9片面阵探测器分别对应组合像面的1～9号区域；
建立空间直角坐标系，原点O位于像面左上角，X轴为列增加方向，即由左向右；Y轴为行增加方向，即由上向下；Z轴为X、Y轴的右手坐标系；
在Z轴后方分别放置9片面阵探测器，第一、第三、第八面阵探测器1、3、8均在XOY平面上，第一面阵探测器1位于左上角，第三面阵探测器3位于右上角，第八面阵探测器8位于第3行第2列；第二、第七、第九面阵探测器2、7、9位于与YOZ相平行的平面上；第四、第五、第六面阵探测器4、5、6位于与XOZ相平行的平面上；
在Z轴前方布置6块反射棱镜a、b、c、d、e、f，并在空余区间形成3块透射区；第一反射棱镜a布置在上述组合像面2号区域前（即Z轴负向），第二反射棱镜b布置在上述组合像面4号区域前，第三反射棱镜c布置在上述组合像面5号区域前，第四反射棱镜d布置在上述组合像面6号区域前，第五反射棱镜e布置在上述组合像面7号区域前；第六反射棱镜f布置在上述组合像面9号区域前；六块反射镜位于Z轴同一坐标位置；
由沿Z轴正向入射的光线经透射区直接投射在第一、第三、第八面阵探测器1、3、8上；
由沿Z轴正向入射的光线经第一反射棱镜a沿X轴负向投射在第二面阵探测器2上；
由沿Z轴正向入射的光线经第二反射棱镜b沿Y轴负向投射在第四面阵探测器4上；
由沿Z轴正向入射的光线经第三反射棱镜c沿Y轴正向投射在第五面阵探测器5上；
由沿Z轴正向入射的光线经第四反射棱镜d沿Y轴负向投射在第六面阵探测器6上；
由沿Z轴正向入射的光线经第五反射棱镜e沿X轴负向投射在第七面阵探测器7上；
由沿Z轴正向入射的光线经第六反射棱镜f沿X轴正向投射在第九面阵探测器9上；
分别调整上述各面阵探测器的位置，使入射在各面阵探测器上的光程相等。
所述9个面阵探测器采用10k×10k面阵探测器或6k×8k大面阵探测器等。
所述六块分光棱镜a、b、c、d、e、f的分光面镀制全反膜系。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明采用六块全反棱镜可实现3×3面阵探测器的像面拼接方法；相对于CN101650423B中2×3面阵探测器拼接，能够满足更大规模的面阵探测器的需求。
（2）本发明采用全反棱镜组合实现像面分光，在光轴垂直透射像面上布置3块面阵探测器，在4个侧面布置6块面阵探测器，具有无视场缺失、无运动机构、结构简单，拼接稳定可靠的优点。
（3）本发明无缝拼接方法可应用于航空、航天光学成像、光学探测仪器及设备，特别适用于超大面阵探测器的航空、航天成像光电系统。
附图说明
图1本发明全反棱镜组合实现的3×3面阵探测器拼接布置结构图；
图2本发明拼接实现的3×3模式像面组合图。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括6块反射棱镜，9片面阵探测器，如10k×10k面阵探测器。
如图2所示，组合像面阵列编号为由上而下，由左至右编号，即最上一行为第1行，最下一行为第3行；最左一列为第1列，最右一列为第3列。第一行为面阵探测器1~3，第二行为面阵探测器4~6，第三行为面阵探测器7~9；组合像面按照阵列分割后的9块面阵探测器分别对应组合像面的1～9号区域。
建立空间直角坐标系，原点O位于像面左上角；X轴为列增加方向，即由左向右；Y轴为行增加方向，即由上向下；Z轴为X、Y轴的右手坐标系；
在Z轴后方分别放置9片面阵探测器，第一、第三、第八面阵探测器1、3、8均在XOY平面上，第一面阵探测器1位于左上角，第三面阵探测器3位于右上角，第八面阵探测器8位于第3行第2列；第二、第七、第九面阵探测器2、7、9位于与YOZ相平行的平面上；第四、第五、第六面阵探测器4、5、6位于与XOZ相平行的平面上；
在Z轴前方布置6块反射棱镜a、b、c、d、e、f，并在空余区间形成3块透射区；第一反射棱镜a布置在上述组合像面2号区域前即Z轴负向，第二反射棱镜b布置在上述组合像面4号区域前，第三反射棱镜c布置在上述组合像面5号区域前，第四反射棱镜d布置在上述组合像面6号区域前，第五反射棱镜e布置在上述组合像面7号区域前；第六反射棱镜f布置在上述组合像面9号区域前；六块反射镜位于Z轴同一坐标位置；
由沿Z轴正向入射的光线经透射区直接投射在第一第三、第八面阵探测器1、3、8上；
由沿Z轴正向入射的光线经第一反射棱镜a沿X轴负向投射在第二面阵探测器2上；
由沿Z轴正向入射的光线经第二反射棱镜b沿Y轴负向投射在第四面阵探测器4上；
由沿Z轴正向入射的光线经第三反射棱镜c沿Y轴正向投射在第五面阵探测器5上；
由沿Z轴正向入射的光线经第四反射棱镜d沿Y轴负向投射在第六面阵探测6上；
由沿Z轴正向入射的光线经第五反射棱镜e沿X轴负向投射在第七面阵探测器7上；
由沿Z轴正向入射的光线经第六反射棱镜f沿X轴正向投射在第九面阵探测器9上；
分别调整上述各面阵探测器的位置，使入射在各面阵探测器上的光程相等。
如图1所示，在六块分光棱镜a、b、c、d、e、f的分光面镀制全反膜系。
采用上述拼接方法，可由9块10k×10k面阵探测器实现30k×30k像面规模。
本发明说明书中未作详细阐述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法，分别调整上述各面阵探测器的位置，使入射在各面阵探测器上的光程相等，其特征在于具体如下：
由9片面阵探测器组合像面按照3×3方式进行阵列分割，在水平与垂直方向的分割尺寸与面阵探测器相应方向感光尺寸相一致；
所述阵列编号为由上而下，由左至右编号，即最上一行为第1行，最下一行为第3行；最左一列为第1列，最右一列为第3列；第一行为面阵探测器1～3，第二行为面阵探测器4～6，第三行为面阵探测器7～9；组合像面按照阵列分割后的9片面阵探测器分别对应组合像面的1～9号区域；
建立空间直角坐标系，原点O位于像面左上角，X轴为列增加方向，即由左向右；Y轴为行增加方向，即由上向下；Z轴为X、Y轴的右手坐标系；
在Z轴后方分别放置9片面阵探测器，第一、第三、第八面阵探测器(1、3、8)均在XOY平面上，第一面阵探测器(1)位于左上角，第三面阵探测器(3)位于右上角，第八面阵探测器(8)位于第3行第2列；第二、第七、第九面阵探测器(2、7、9)位于与YOZ相平行的平面上；第四、第五、第六面阵探测器(4、5、6)位于与XOZ相平行的平面上；
在Z轴前方布置6块反射棱镜(a、b、c、d、e、f)，并在空余区间形成3块透射区；第一反射棱镜(a)布置在上述组合像面2号区域前，即Z轴负向，第二反射棱镜(b)布置在上述组合像面4号区域前，第三反射棱镜(c)布置在上述组合像面5号区域前，第四反射棱镜(d)布置在上述组合像面6号区域前，第五反射棱镜(e)布置在上述组合像面7号区域前；第六反射棱镜(f)布置在上述组合像面9号区域前；六块反射镜位于Z轴同一坐标位置；
由沿Z轴正向入射的光线经透射区直接投射在第一、第三、第八面阵探测器(1、3、8)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第一反射棱镜(a)沿X轴负向投射在第二面阵探测器(2)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第二反射棱镜(b)沿Y轴负向投射在第四面阵探测器(4)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第三反射棱镜(c)沿Y轴正向投射在第五面阵探测器(5)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第四反射棱镜(d)沿Y轴负向投射在第六面阵探测器(6)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第五反射棱镜(e)沿X轴负向投射在第七面阵探测器(7)上；
由沿Z轴正向入射的光线经第六反射棱镜(f)沿X轴正向投射在第九面阵探测器(9)上。
2.根据权利要求1所述的采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法，其特征在于：所述9个面阵探测器采用10k×10k面阵探测器或6k×8k大面阵探测器等。
3.根据权利要求1所述的采用全反棱镜实现3×3面阵探测器的无缝拼接方法，其特征在于：所述六块分光棱镜(a、b、c、d、e、f)的分光面镀制全反膜系。
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