专利名称：尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机的制作方法
尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机本发明涉及尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机，其具有物镜和至少一个固定在支承件上且具有规定像素尺寸的面状数字图像传感器，该图像传感器具有一在规定误差范围内的隆起，该隆起尤其是由于在支承件上的固定而产生的。从实践中公开了，数字图像传感器尤其是CCD (电荷耦合器件)图像传感器因市场需求或者因成本缘故在所用娃的尺寸或者说数量不变的情况下应该具有越来越精细的像素形状或越来越小的像素尺寸。例如已经制造出具有超过140兆像素的很大的C⑶传感器。由此得到小于7. 2 μ m、尤其例如5. 6 μ m的像素尺寸。这些要求也提高了光在规定景深内在像素形状内清晰成像的要求。现在的问题是，CCD传感器的硅片一般必须大多通过胶被安装在支承件例如壳体 等类似部件上。胶在硅片角部施加较高的粘附力，这是因为硅材通过两个力矢量来绷紧。由此，硅片获得可测到的隆起(Wolbung)
图1示出了由硅制成的面状数字图像传感器，或者说具有3 35 μ m隆起的CCD传感器1.1。CXD传感器1.1的不同高度利用不同的阴影线来表示，这些阴影线依照图1中在图像传感器1.1右侧所示的刻度。如果以CCD传感器1.1的角部为零点，则在CCD传感器1.1的中心出现达到35 μ m的隆起3。这种隆起是在将CXD传感器1.1粘贴到支承件2上时因为力矢量I11, f2而出现的，所述支承件可由玻璃、陶瓷或塑料构成。图2示出一个CXD传感器1. 2，其也被粘贴到支承件2上。在制造过程中，只要硅片或者说CXD传感器1. 2还未粘贴且因而尚不具有隆起3，则各个像素可以被视为小的至少为长方形甚至正方形的多个光敏区域4，这些光敏区域4以方格5形式安置在硅片表面或者CCD传感器1. 2的表面上。在图2中，在使用常见物镜时，景深足以如此“掩盖”整个隆起3，S卩，光在各个光敏区域4内被清晰成像，结果使得图像品质不受影响。这种情况例如是，当像素尺寸足够大且如图2极其简化所示那样，光斑6作为独立光束在光敏区域4内清晰成像。图3示出了另一个CXD传感器1. 3，其被粘贴到支承件2上并且其光敏区域4'的尺寸小到景深不再足以在整个隆起3内清晰成像。S卩，若干光斑6'不再被清晰成像且光也处于周围的或邻近的光敏区域4'内，结果图像品质尤其是在分辨率和对比度方面受到不利影响。但是，当在摄像机中使用这样的CXD传感器1.1 一1. 3尤其用于拍摄飞行器外的航空图像时，即使像素尺寸较小且CXD传感器1.1 -1. 3较大时，也应该保证良好的图像品质。有鉴于此，本发明的任务在于，避免现有技术的缺点，尤其提供上述类型的摄像机，其中，即使像素尺寸较小且图像传感器大，也保证足够高的图像品质。根据本发明，该任务将通过一种尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机来完成，其具有物镜和至少一个固定在支承件上的且具有规定像素尺寸的面状数字图像传感器，该面状数字图像传感器具有尤其由在支承件上的固定决定的、在规定误差范围内的隆起，其中，该物镜至少部分造成了对该面状数字图像传感器的隆起的光学补偿。
通过本发明的措施，有利地光学补偿了隆起和随之而来的变差的图像质量，尤其当像素尺寸较小时。这通过物镜或者光学设计来实现。为此，应该在制造时规定出面状数字图像传感器隆起的误差范围，以便能相应确定光学系统。该误差范围应该在制造过程中尽量保持不变。据此很有利的是，观测光束或者光通过该补偿至少近似地在面状数字图像传感器的像素尺寸或者像素形状内被清晰成像。物镜的光学成像特性可事先根据预定的模型来确定，该模型涉及到面状数字图像传感器的隆起的规定误差范围。为了补偿隆起，该物镜的至少一个光学元件可以造成相应的图像失真。面状数字图像传感器可被粘结到该支承件上并且最好具有小于或等于7. 2 μ m尤其是5.6μπι的像素尺寸。此时在像素尺寸、物镜成像点大小和面状数字图像传感器的弯曲度之间存在有关联。因而无法绝对地确定像素尺寸。 该面状数字图像传感器或者帧传感器(Frame Sensor)能构成为C⑶传感器、CMOS传感器等。面状数字图像传感器的像素能以长方形矩阵形式布置。该支承件可具有玻璃、陶瓷或塑料，或者可以是由玻璃、陶瓷或塑料构成的。在权利要求9中提出了一种具有多台摄像机的摄影测量用摄像机系统。由从属权利要求中得到本发明的有利实施方式和改进。以下，将结合附图从原理上来描述本发明实施例，其中图1是粘结在支承件上的根据现有技术的面状数字图像传感器的透视图；图2是根据现有技术的具有第一像素尺寸的被粘结的CXD传感器的透视图；图3是根据现有技术的具有第二像素尺寸的被粘结的CXD传感器的透视图；图4是本发明摄像机的极其简化的视图；图5是图4所示的本发明摄像机的CXD图像传感器的简化截面图。图4示出了本发明的摄像机7，其尤其用于从飞行器(未示出)拍摄航空图像，该摄像机具有物镜8和固定在支承件2上的面状数字图像传感器或者说CCD传感器1. 4，其具有规定的像素尺寸或者说规定的像素区域4'，该传感器具有由利用支承件2的安装决定的在规定误差范围内的隆起3。物镜8至少部分造成对CCD传感器1. 4的隆起3的光学补偿。由虚线9表示的观测光束的像点或者说光斑6在光敏区域或者说像素区域4'内通过该补偿被至少近似清晰地成像。为了补偿该隆起3，物镜8的光学元件8a引起相应的图像失真。CXD图像传感器1. 4被粘结到支承件2上。在本实施例中，CXD图像传感器1. 4的像素尺寸为小于或等于7. 2 μ m，尤其是5. 6 μ m。支承件2可以由玻璃、陶瓷或塑料构成，或者可以具有这样的材料。摄像机7可以是摄影测量用的摄像机系统的多台摄像机之一。物镜8的光学成像特性是事先结合一个预定模型来确定的。此外，还执行每个CCD传感器1. 4的表面测量。物镜8的光学成像特性根据该表面测量匹配于该CCD图像传感器1.4。另外，规定了普遍性误差范围Al，在批量生产中，C⑶图像传感器1. 4在此误差范围内恒定。该模型涉及C⑶图像传感器1. 4的隆起3的规定误差范围Al。为了说明，图5示出了沿线A-B的图4的CXD图像传感器1. 4的截面图。模型函数h=f (I)的使用和CXD图像传感器1. 4的最大高度hmax以及误差范围Λ I的定义实现了物镜8的光学成像特性与CXD图像传感器1. 4的匹配。误差范围Λ I补偿了加工误差和环境条件变化。在此，物镜8的光学设计或者说光学成像特性应该保证，当CCD图像传感器1. 4的表面或者说隆起在误差范围Al内改变时，光斑6留在光敏区域或者说 像素区域4'内。
权利要求
1.一种尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机(7)，其具有物镜(8)和至少一个面状数字图像传感器(1. 4)，该面状数字图像传感器固定在支承件(2)上且具有规定的像素尺寸，该面状数字图像传感器具有在规定误差范围(Al)内的隆起(3)，该隆起尤其是因为在该支承件(2)上的固定而造成的， 其特征是， 该物镜(8)至少部分造成了对该面状数字图像传感器(1.4)的隆起(3)的光学补偿。
2.根据权利要求1所述的摄像机，其特征是，观测光束(9)通过该补偿至少近似地在该面状数字图像传感器(1.4)的像素尺寸内被清晰成像。
3.根据权利要求1或2所述的摄像机，其特征是，该物镜(8)的光学成像特性是事先结合预定的模型来确定的，所述模型涉及该面状数字图像传感器(1.4)的隆起(3)的所述规定误差范围(Al)。
4.根据权利要求1、2或3所述的摄像机，其特征是，为了补偿该隆起(3)，该物镜(8)的至少一个光学元件(8a)造成相应的图像失真。
5.根据权利要求1至4之一所述的摄像机，其特征是，该面状数字图像传感器(1.4)被粘贴到该支承件(2)上。
6.根据权利要求1至5之一所述的摄像机，其特征是，该面状数字图像传感器(1.4)具有小于或等于7. 2 μ m的像素尺寸。
7.根据权利要求1至6之一所述的摄像机，其特征是，该面状数字图像传感器被构成为CCD传感器(1. 4)或者CMOS传感器。
8.根据权利要求1至7之一所述的摄像机，其特征是，该支承件(2)具有玻璃、陶瓷或塑料。
9.一种摄影测量用摄像机系统，其包括多台摄像机，其特征是，至少其中一台摄像机是根据权利要求1至8之一所述的摄像机(3)。
全文摘要
本发明涉及一种尤其用于从飞行器拍摄航空图像的摄像机(7)，具有物镜(8)和至少一个固定在支承件(2)上的且具有规定像素尺寸的面状数字图像传感器(1.4)，该图像传感器具有尤其由在该支承件(2)上的固定决定的在规定误差范围内的隆起(3)。该物镜(8)至少部分造成对面状数字图像传感器(1.4)的隆起(3)的光学补偿。
文档编号G03B19/02GK103003747SQ201180030488
公开日2013年3月27日 申请日期2011年5月5日 优先权日2010年5月6日
发明者M·蒂姆, M·维岑巴赫, H·斯托尔德, J·希尔德布兰特, D·多灵 申请人:赫克斯冈技术中心