专利名称：实现多ccd无缝拼接的光电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种大视场数字成像系统，尤其是指一种实现CCD无缝拼接的光电系统。
背景技术：
CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)作为图像传感器，广泛应用于航拍、遥感、普通数码相机、红外成像系统等图像获取领域和系统中。
以CCD为图像传感接收器的数字成像系统发展迅速，但是由于CCD器件象素数的限制，即使光学成像镜头有非常大的视场和高分辨率，系统还是难以获得很大的信息量。以长波红外CCD成像系统为例，目前国际上能够对我国开放供应的非制冷器件最高象素为384×288，成像系统一次单个CCD成像只能获得11万象素的信息量，使我们的红外探测系统的成像视场、分辨率、探测距离受到限制。现在的光学数字成像系统，限制系统成像视场角和分辨率的主要是CCD器件。
要获得更大的信息量需要其它方法，主要是扫描技术和拼接技术。然而扫描系统需要有运动部件，使系统的可靠性大大降低，是国防领域应用的最大障碍。拼接技术虽然不需要运动部件，但由于CCD器件成像区域四周一般都有一个不能成像的边缘，左右或上下两个边缘相加其尺寸接近成像区域尺寸，因此直接的CCD拼接将造成一个非常大的成像盲区。也有采用光学分光方法将像面分开到不同的空间位置，再用多个CCD分别获取图像信息的方案，但是光学分光受到系统后截距的限制，而且分光系统仍然会造成一定的视场缺失。
因此，发明一种没有运动部件、成像视场没有缺失的大视场、高象素数的成像系统意义是非常巨大的。
发明内容
本发明提供了一种没有运动部件、没有视场缺失，可实现多CCD无缝拼接的的成像系统。
一种实现多CCD无缝拼接的光电系统，其特征在于包括四套成像系统，每套成像系统由一成像镜头和一电路板组成，所有成像镜头的光轴平行，各电路板设置于其对应成像镜头的像面上，电路板上均匀安装有若干块CCD，像面宽度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面宽度方向的封装宽度；像面高度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面高度方向的封装宽度，四块电路板与其对应的成像镜头光轴中心分别向四个方向错位安装，光学共轭后全部CCD充满整个像面视场，实现CCD的无缝拼接。
第一套成像系统中，电路板A的中心位于成像镜头A像面中心的左上方，以成像镜头A像面中心为原点，沿像面宽度方向向左偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
第二套成像系统中，电路板B的中心位于成像镜头B像面中心右上方，以成像镜头B像面中心为原点，沿像面宽度方向向右偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
第三套成像系统中，电路板C的中心位于成像镜头C像面中心左下方，以成像镜头C像面中心为原点，沿像面宽度方向向左偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
第四套成像系统中，电路板D的中心位于成像镜头D像面中心右下方，以成像镜头D像面中心为原点，沿像面宽度方向向右偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
由于成像系统是对远距离物体成像，而且四个成像镜头光轴平行，相距只有几百毫米，因此四套成像系统的每一套像方中心视场对应的是同一物方视场，即本系统中心视场(理论上相差光轴之间的距离几百毫米，但对于远距离成像时可以忽略)。由于四套成像系统中的四块电路板上的CCD分布与光学中心是满足一定规律的，即如果四块电路板以它们的光学中心对齐叠放在一起后(即光学共轭)，全部CCD的感光面完全无缝填充了完整的像面。每一个CCD均对应一部分物方视场，因此本系统四套成像系统的全部CCD实际上构成了一个完整而无缝的大视场。
本发明不存在视场盲区，真正实现无缝、无运动部件的视场拼接，且视场大小不受CCD器件限制，只要光学成像镜头允许，本系统理论上的成像视场是无限大的。
本发明非常适合于需要大视场、高分辨率的远距离成像系统，如卫星遥感、飞机航拍、红外侦察防空等领域应用。
图1为本发明采用四套成像系统的整体结构示意图；图2(a)-(d)为每块电路板上CCD的布局与成像镜头像面中心的位置关系图；图3为采用四套成像系统图像合成后的视场图。
具体实施例方式
如图1所示，一种实现多CCD无缝拼接的光电系统，包括成像系统A、成像系统B、成像系统C和成像系统D，每套成像系统由一成像镜头和一电路板组成，所有成像镜头的光轴平行，各电路板设置于其对应成像镜头的像面上，电路板上均匀安装有若干块CCD，像面宽度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面宽度方向的封装宽度；像面高度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面高度方向的封装宽度，四块电路板与其对应的成像镜头光轴中心分别向四个方向错位安装，光学共轭后全部CCD充满整个像面视场，实现CCD的无缝拼接。
图2(a)-图2(d)为四块电路板上CCD的布局图与成像镜头像面中心的位置关系图。如图所示，图中阴影区域为CCD实际感光区域，每个CCD外周的虚线框是CCD封装后的外形，外面大圆为成像镜头的成像范围。
成像镜头A1和电路板A5组成第一套成像系统，电路板A5安装于成像镜头1的像面，电路板A5的中心P1位于成像镜头1光学像面中心O1的左上方，见图2(a)。
成像镜头B2和电路板B6组成第二套成像系统，电路板B6安装于成像镜头2的像面，电路板B6的中心P2位于成像镜头2光学像面中心O2的右上方，见图2(b)。
成像镜头C3和电路板C7组成第三套成像系统，电路板C7安装于成像镜头C3的像面，电路板C7的中心P3位于成像镜头C3光学像面中心O3的左下方，见图2(c)。
成像镜头D4和电路板D8组成第四套成像系统，电路板D8安装于成像镜头D4的像面，电路板D8的中心P4位于成像镜头D4光学像面中心O4的右下方，见图2(d)。
由于成像系统是对远距离物体成像，而且四个成像镜头光轴平行，相距只有几百毫米，因此四套成像系统的每一套像方中心视场对应的是相同的一个物方视场，即本系统中心视场(理论上相差光轴之间的距离几百毫米，但对于远距离成像时可以忽略)。由于四套成像系统中的四块电路板上的CCD分布与光学中心是满足一定规律的，即如果四块电路板以它们的光学中心对齐叠放在一起后(即光学共轭)，全部CCD的感光面完全无缝填充了完整的像面。每一个CCD均对应一部分物方视场，因此本系统四套成像系统的全部CCD实际上构成了一个完整而无缝的大视场。四套成像系统图像合成后的视场图如图3所示，即如果以所有电路板的光学中心对齐重叠后，全部CCD的感光面已经无缝拼接成一个完整的像面。每块CCD均对应一个物方成像视场，四块电路板上的全部CCD覆盖了全部物方视场，并有少量重叠区域。
四个成像镜头虽不是同轴安装，但它们的光轴可以是平行的。光轴之间的距离由成像镜头的外形尺寸决定，但一般远远小于1米，对于成像距离几公里到几百公里的航拍、遥感、军事侦察系统而言，这样的光轴差距几乎可以忽略。每一个CCD获取图像后，通过后续的软件处理合成后，成为一个完整的大视场成像系统。
权利要求
1.一种实现多CCD无缝拼接的光电系统，其特征在于包括四套成像系统，每套成像系统由一成像镜头和一电路板组成，所有成像镜头的光轴平行，各电路板设置于其对应成像镜头的像面上，电路板上均匀安装有若干块CCD，像面宽度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面宽度方向的封装宽度；像面高度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面高度方向的封装宽度，四块电路板与其对应的成像镜头光轴中心分别向四个方向错位安装，光学共轭后全部CCD充满整个像面视场，实现CCD的无缝拼接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于第一套成像系统中，电路板A(5)的中心位于成像镜头A(1)像面中心的左上方，以成像镜头A(1)像面中心为原点，沿像面宽度方向向左偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于第二套成像系统中，电路板B(6)的中心位于成像镜头B(2)像面中心右上方，以成像镜头B(2)像面中心为原点，沿像面宽度方向向右偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向上偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于第三套成像系统中，电路板C(7)的中心位于成像镜头C(3)像面中心左下方，以成像镜头C(3)像面中心为原点，沿像面宽度方向向左偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于第四套成像系统中，电路板D(8)的中心位于成像镜头D(4)像面中心右下方，以成像镜头D(4)像面中心为原点，沿像面宽度方向向右偏移不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的二分之一，沿像面高度方向向下偏移不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的二分之一。
全文摘要
本发明公开了一种实现多CCD无缝拼接的光电系统，包括四套成像系统，每套成像系统由一成像镜头和一电路板组成，所有成像镜头的光轴平行，各电路板设置于其对应成像镜头的像面上，电路板上均匀安装有若干块CCD，像面宽度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面宽度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面宽度方向的封装宽度；像面高度方向上相邻两CCD的中心距不大于每个CCD像面高度方向实际感光宽度的2倍，且大于每个CCD像面高度方向的封装宽度，四块电路板与其对应的成像镜头光轴中心分别向四个方向错位安装，光学共轭后全部CCD充满整个像面视场，实现CCD的无缝拼接。本发明不存在视场盲区，真正实现无缝、无运动部件的视场拼接，且视场大小不受CCD器件限制，适合于需要大视场、高分辨率的远距离成像系统。
文档编号H01L27/148GK101068016SQ20071006905
公开日2007年11月7日 申请日期2007年6月11日 优先权日2007年6月11日
发明者冯华君, 刘旭, 刘承, 岑兆丰, 李晓彤, 白剑, 沈亦兵, 徐之海, 李奇 申请人:浙江大学