專利名稱：光纖線陣數(shù)碼元、器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纖傳像和數(shù)碼成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及光纖線陣數(shù)碼元、器件。
背景技術(shù)：
陣列焦平面器件，如CCD和CMOS數(shù)碼成像器件在數(shù)碼相機(jī)/攝像、圖像掃 描、航空航天遙感及跟蹤定位等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，焦平面成像器件的尺寸、 空間分辨率、時(shí)間分辨率、信噪比等是其最重要的應(yīng)用參數(shù)。傳像光纖是將光 纖單絲按序排列，實(shí)現(xiàn)圖像傳輸?shù)囊环N光學(xué)元件，已在夜視器件、醫(yī)學(xué)/工業(yè)內(nèi) 窺鏡、特殊光學(xué)系統(tǒng)中得到有效應(yīng)用。
對(duì)于一些大視場(chǎng)線陣掃描光學(xué)系統(tǒng)而言，需要更大尺寸更高分辨率的線陣 數(shù)碼器件，當(dāng)像元數(shù)目較大(如大于10000像素)時(shí)，.直接采用高像素大尺寸 的線陣光電器件，造價(jià)會(huì)很高，同時(shí)采用已有技術(shù)和方法來(lái)實(shí)現(xiàn)也有較大困難。 因此發(fā)展新型組合式結(jié)構(gòu)對(duì)于獲得高像素的線陣數(shù)碼器件就十分必要。
傳像光纖元件與陣列焦平面器件結(jié)合使用，可構(gòu)成許多新的光纖數(shù)碼系統(tǒng) 2002 年 A. R. Faruqi ( Nuclear Instruments & Methods in Phsical Research，2002，477(1-3) :137-142)提出使用2X2個(gè)傳像光纖錐和2X2個(gè)面 陣CCD探測(cè)器組合成一個(gè)大焦平面光纖數(shù)碼元件的方案，其在擴(kuò)大視場(chǎng)之同時(shí) 分辨率也得到了有效的提高；2004年中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所提出利用 光纖變換元件將線排列的光纖轉(zhuǎn)化為面陣排列的光纖，然后使用一個(gè)面陣光電 器件接收，實(shí)現(xiàn)大線視場(chǎng)及高像素要求的方案(P200410089452.8); 2006年華 南理工大學(xué)提出了一種利用半球透鏡、傳像光纖板與線陣CCD組合的大視場(chǎng)一 維數(shù)碼定位鏡頭(P200620058503.5),可在±45°范圍內(nèi)用于電子白板的平面 定位。2005年日本CANON KK(KAN0)公開(kāi)了一種用于數(shù)碼攝像/投影的球型透鏡 結(jié)構(gòu)(申請(qǐng)?zhí)朖P2005338341-A， NEGISHI M， "Wide angle lens apparatus for camera, has image surface converter having optical fibres havinglongitudinal direction corresponding to center of ball lens，，)，其系 統(tǒng)使用了帶有凹球面的傳像光纖錐校正像面場(chǎng)曲，使系統(tǒng)軸外和軸上點(diǎn)的成像 質(zhì)量得到保證；已有技術(shù)是通過(guò)利用傳像光纖板與數(shù)碼器件及光學(xué)鏡頭的組合 獲得大的視場(chǎng)和良好的像質(zhì)。
在以往的傳像光纖板與光電陣列器件組合應(yīng)用中，傳像光纖板的作用還往 往是用于校正光學(xué)系統(tǒng)的場(chǎng)曲像差。上述第一種光纖數(shù)碼結(jié)構(gòu)和技術(shù)采用2X2 個(gè)完全相同的光纖錐實(shí)現(xiàn)大尺寸焦平面器件，其應(yīng)用于面陣擴(kuò)展是有效的(其 他技術(shù)多用于改善像質(zhì))，但這種方法在具體實(shí)施時(shí)對(duì)傳像光纖錐的一致性及拼 接精度要求很高， 一般用于凝視面成像光學(xué)系統(tǒng)，做法是通過(guò)多個(gè)傳像光纖錐 和多個(gè)面陣數(shù)碼器件組合成大尺寸的焦平面器件，但高精度的傳像光纖錐制作 是十分困難，造成其一致性很難得到保證且造價(jià)極高，當(dāng)該結(jié)構(gòu)用作大尺寸的 一維焦平面線陣器件時(shí)也并不適用。第二種方法利用光纖轉(zhuǎn)換元件實(shí)現(xiàn)了利用
面陣數(shù)碼器件實(shí)現(xiàn)大尺寸線陣數(shù)碼器件，但在具體實(shí)現(xiàn)中，面陣器件與面陣光 纖的準(zhǔn)確對(duì)接要求高，耦合時(shí)易產(chǎn)生較大的背景雜光，傳像光纖排列也比較復(fù) 雜，由于轉(zhuǎn)換光纖長(zhǎng)度的差異會(huì)造成像面亮度的不均勻。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺侖和不足，提供一種制作、 耦合更為簡(jiǎn)潔、 一致性好且便于安裝的光纖線陣數(shù)碼元件。
實(shí)用新型的另一 目的在于提供一種采用上述光纖線陣數(shù)碼元件的大尺寸光 纖線陣數(shù)碼皿，該人尺、j'光纖線陣數(shù)碼器件高像紊、;b^、 實(shí)現(xiàn)。
本實(shí)用新型的目的通過(guò)下述技術(shù)方實(shí)現(xiàn)光纖線陣數(shù)碼元件包括1個(gè)傳像 光纖元件和1個(gè)線陣光電器件，其中，傳像光纖元件中的傳像光纖按序排列， 傳像光纖元件接收端的端面可以是平面，也可以是曲面；傳像光纖元件輸出端 的端面可以直接與線陣光電器件的光敏面密接耦合，也可以通過(guò)透鏡與線陣光 電器件的光敏面耦合。
所述傳像光纖元件中的傳像光纖按序排列可以是單絲線陣排列，也可以是 復(fù)絲陣列排列。
本光纖線陣數(shù)碼元件還包括用于固定傳像光纖元件的固定元件，該固定元件能保證傳像光纖元件的空間位置不變，該固定元件由樹(shù)脂、塑膠、陶瓷或玻 璃等材料制成。
為更好地實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型，可以根據(jù)實(shí)際使用的需要，所述傳像光纖元件
在保持接收端、輸出端光纖排列順序不變的情況下，兩端相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度x，
或傳像光纖元件整體彎折一個(gè)角度Y。X、 Y的選擇以便于線陣光電器件的安裝
為目的，這里X、 Y的優(yōu)選范圍為45。-90°， 一般情況下，X、 Y均選為90。。
采用上述光纖線陣數(shù)碼元件組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，包括多個(gè)光 纖線陣數(shù)碼元件，其中，各傳像光纖元件按序排列，各傳像光纖元件的接收端 順次串行密接連接成一個(gè)線陣即構(gòu)成大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收端， 各線陣光電器件的電驅(qū)動(dòng)掃描順序與傳像光纖的陣列排序相對(duì)應(yīng)。
所述大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的各光纖線陣數(shù)碼元件中，各個(gè)傳像光纖元 件的長(zhǎng)度相同，以保證輸出像面的均勻性。
上述大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的成像方法，包括下述步驟
(1) 將大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收端的端面安裝在一成像物鏡的 焦平面上構(gòu)成一維掃描成像系統(tǒng)，各線陣光電器件通過(guò)信號(hào)線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
相連接；
(2) 成像物鏡將物的一維圖像投影在大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收 端的端面上，圖像經(jīng)多個(gè)傳像光纖元件后分解為相應(yīng)多個(gè)線陣信號(hào)；
(3) 多個(gè)線陣信號(hào)分別由多個(gè)線陣光電器件耦合接收后快速讀出，并進(jìn)行 連接還原，然后通過(guò)信號(hào)線傳至數(shù)字處理系統(tǒng)獲得一維圖像輸出；
當(dāng)物的投影面相對(duì)于大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組備接收端的端面做垂直 移動(dòng)時(shí)，便可獲得物的完整的二維圖像。
本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果
(1) 本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件中的傳像光纖與線陣光電器件耦合顯得 更為簡(jiǎn)單，通過(guò)彎曲或扭曲傳像光纖元件，容易實(shí)現(xiàn)傳，像光纖與線陣數(shù)碼器件 光敏元的安裝及耦合；
(2) 本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件的傳像光纖元件使用塑膠、玻璃、陶瓷 或玻璃等材料構(gòu)成的固定元件固定，能保持本實(shí)用新型具有良好的穩(wěn)定性及良 好的光學(xué)工藝性能；(3) 由本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，采 用多個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件組合，實(shí)現(xiàn)了低成本大尺寸的線陣數(shù)碼器件結(jié)構(gòu)，且 達(dá)到更高的精度。各線陣光電器件的電驅(qū)動(dòng)掃描順序與傳像光纖的陣列排序相 對(duì)應(yīng)，假定本實(shí)用新型大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件有N個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件，如 果每個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件的像素為M，則由N個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件組成的大尺 寸光纖線陣數(shù)碼器件的像素最高可達(dá)NxM。例如，如果所使用的單個(gè)光纖線陣 數(shù)碼元件的光電器件為1024像素的CCD元件，當(dāng)采用IO個(gè)這樣的光纖線陣光 電元件組合時(shí)，可獲得像素高達(dá)10K的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，可使掃描相 機(jī)的分辨率大大提高；
(4) 由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，采用多個(gè)光纖線陣數(shù) 碼元件組成高像素、大尺寸的組合式光纖線陣數(shù)碼器件，與現(xiàn)有系統(tǒng)中采用轉(zhuǎn) 換線陣傳像光纖元件排列為面陣光纖排列并由面陣光電器件接收方式相比，線 陣尺寸擴(kuò)展性好，由于本實(shí)用新型中的傳像光纖元件的傳像光纖更短且長(zhǎng)度相 同、系統(tǒng)透過(guò)率高、 一致性好，避免了成像強(qiáng)度的傳輸失真，背景噪音有效降 低；
(5) 由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，可以將大尺寸光纖線 陣數(shù)碼器件組合接收端的端面整體設(shè)計(jì)加工成特定曲面(如球面)面型，可局 部消除場(chǎng)曲和像散的影響，降低掃描系統(tǒng)中成像物鏡的'設(shè)計(jì)難度，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)， 提高系統(tǒng)的成像質(zhì)量和可靠性；
(6) 由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，其加工難度及制造成 本有效降低，各個(gè)傳像光纖元件長(zhǎng)度相同，傳像光纖元件制作簡(jiǎn)單，工藝要求 也較低。
圖1為本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件的結(jié)構(gòu)示意圖2為由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的一種結(jié)構(gòu)形式示意
圖3為由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的成像方法示意圖4為由本實(shí)用新型組成的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的另一種結(jié)構(gòu)形式示 意圖；圖5為本實(shí)用新型的兩種光纖傳像元件空間結(jié)構(gòu)及形成過(guò)程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新 型的實(shí)施方式不限于此。 實(shí)施例
如圖1所示，本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件包括1個(gè)傳像光纖元件(1)和 1個(gè)線陣光電器件(3)，其中，傳像光纖元件(1)中的傳像光纖按序排列，傳 像光纖元件(1)的接收端的端面可以是平面，也可以是曲面；傳像光纖元件(1) 輸出端的端面可以直接與線陣光電器件(3)的光敏面密接耦合，也可以通過(guò)透 鏡與線陣光電器件(3)的光敏面耦合。
本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件還可以包括用于固定傳像光纖元件(1)的固 定元件，該固定元件用于固定光纖的空間結(jié)構(gòu)，能保證傳像光纖元件(1)的空 間位置不變，該固定元件由樹(shù)脂、塑膠、陶瓷或玻璃等材料制成。
可以根據(jù)實(shí)際使用的需要，所述傳像光纖元件(1)在保持接收端、輸出端 光纖排列順序不變的情況下，兩端相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度X，也就是傳像光纖中部扭 轉(zhuǎn)一個(gè)角度X;
或所述傳像光纖元件(1)在保持接收端、輸出端光纖排列順序不變的情況 下，傳像光纖元件(1)整體彎折一個(gè)角度Y，也就是傳像光纖折彎一個(gè)角度Y。
不同X、 Y的選擇以便于線陣光電器件(3)的安裝為目的，這里X、 Y的優(yōu) 選范圍為45°-90°， 一般X、 Y均選為90。。
所述傳像光纖元件(1)中的傳像光纖排列可以是單絲線陣排列，也可以是 復(fù)絲陣列排列。
如圖2所示，采用上述光纖線陣數(shù)碼器件的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，包 括多個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件。其中，(2)為固定元件，各傳像光纖元件(1)按序 排列，各傳像光纖元件(1)的接收端(A)順次連接成一個(gè)線陣即大尺寸光纖 線陣數(shù)碼器件的組合接收端，各線陣光電器件(3)的電驅(qū)動(dòng)掃描順序與傳像光 纖的陣列排序相對(duì)應(yīng)。
所述大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的各光纖線陣數(shù)碼器件中，各個(gè)傳像光纖元 件(1)的長(zhǎng)度相同，以保證輸出像面的均勻性。上述大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的成像方法，包括下述步驟
1、 如圖3所示，將大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組^接收端的端面安裝在一
成像物鏡(4)的焦平面上構(gòu)成一維掃描成像系統(tǒng)，各線陣光電器件(3)通過(guò) 信號(hào)線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)相連接，所述各接收端(A)的端面均制作成曲面，用于 補(bǔ)償相應(yīng)的場(chǎng)曲像差，簡(jiǎn)化成像物鏡結(jié)構(gòu)；
2、 成像物鏡將一維物(B)的圖像投影在大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合 接收端的端面上，圖像經(jīng)多個(gè)傳像光纖元件(1)后分解為相應(yīng)多個(gè)線陣信號(hào)；
3、 多個(gè)線陣信號(hào)分別由多個(gè)線陣光電器件(3)耦合接收后快速讀出，并 進(jìn)行連接還原，然后通過(guò)信號(hào)線傳至數(shù)字處理系統(tǒng)；
當(dāng)物的投影面即物面(5)相對(duì)于大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收端的 端面做垂直移動(dòng)時(shí)，便可獲得物的完整的二維圖像。'
圖4示出大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件應(yīng)用于構(gòu)成一維掃描成像系統(tǒng)的另一種 形式，該一維掃描成像系統(tǒng)使用的原理同圖2。其相對(duì)于圖2所示的一維掃描成 像系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上差異是所使用的各傳像光纖元件(1)的接收端(A)均依次 彎向兩側(cè)，整個(gè)大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的縱向尺寸減少，而圖2所示意的整 個(gè)大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件是橫向尺寸較小。
圖5示出了兩種傳像光纖元件空間結(jié)構(gòu)及形成過(guò)程。其中，圖5-1中，傳像 光纖元件的兩端相互正交；圖5-2中，兩端平行、傳像光纖元件整體彎折一個(gè) 角度Y (Y為9(T)形成一個(gè)便于陣列光電器件安裝的特定空間結(jié)構(gòu)。
4^X寸光纖線陣數(shù)碼器件采用多個(gè)本實(shí)用新型光纖線陣數(shù)碼元件鑰成 各光纖線陣數(shù)碼元件中的傳像光纖元件、線陣光電器件可獨(dú)立進(jìn)行制作，之后 進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)光纖線陣數(shù)碼器件結(jié)構(gòu)，適用于大視場(chǎng)掃描成像或大尺寸檢測(cè) 領(lǐng)域。
本實(shí)用新型提供的新型光纖線陣數(shù)碼元件可使相應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化或 便于光電器件安裝，加工難度和成本降低，分辨率有效提高。
上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不 受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作 的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
8
權(quán)利要求1、光纖線陣數(shù)碼元件，其特征在于包括1個(gè)傳像光纖元件和1個(gè)線陣光電器件，其中，傳像光纖元件中的傳像光纖按序排列，傳像光纖元件接收端的端面為平面或曲面；傳像光纖元件輸出端的端面直接與線陣光電器件的光敏面密接耦合，或通過(guò)透鏡與線陣光電器件的光敏面耦合。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖線陣數(shù)碼器元件，其特征在于所述傳像 光纖元件在保持接收端、輸出端光纖排列順序不變的情況下，兩端相對(duì)扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度X， X的優(yōu)選范圍為45。-90°。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖線陣數(shù)碼器元件，其特征在于所述傳像光纖元件在保持接收端、輸出端光纖排列順序不變的情況下，傳像光纖元件整體彎折一個(gè)角度Y， Y的優(yōu)選范圍為45°-90° 。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖線陣數(shù)碼器元件，其特征在于所述傳像 光纖元件中的傳像光纖排列為單絲線陣排列或復(fù)絲陣列排列。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖線陣數(shù)碼器元件，其特征在于還包括用于固定傳像光纖元件的固定元件。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的光纖線陣數(shù)碼器元件，其特征在于所述固定元件由樹(shù)脂、塑膠、陶瓷或玻璃制成。
7、 采用權(quán)利要求1至6所述由多個(gè)光纖線陣數(shù)碼器元件組合而成的大尺 4^wm^器件，其特征在干包括多個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件，其中，各傳像光纖元件按序排列，各傳像光纖元件的接收端順次串行密接連接成一個(gè)線陣 即構(gòu)成大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收端，各線陣光電器件的電驅(qū)動(dòng)掃描 順序與傳像光纖的陣列排序相對(duì)應(yīng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，其特征在于所述大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的各個(gè)傳像光纖元件的長(zhǎng)度相同。
專利摘要本實(shí)用新型提供光纖線陣數(shù)碼元、器件，其中光纖線陣數(shù)碼元件包括1個(gè)傳像光纖元件和1個(gè)線陣光電器件，傳像光纖元件中的傳像光纖按序排列，所述傳像光纖元件接收端的端面是平面或曲面，輸出端的端面通過(guò)透鏡或直接與線陣光電器件的光敏面密接耦合；由多個(gè)光纖線陣數(shù)碼元件組成的可用于掃描成像或位置成像的大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件，各傳像光纖元件按序排列，各傳像光纖元件的接收端順次連接成大尺寸光纖線陣數(shù)碼器件的組合接收端，各線陣光電器件的掃描順序與傳像光纖的陣列排序相對(duì)應(yīng)。本實(shí)用新型提供的大尺寸線陣光纖數(shù)碼器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)方便，具有優(yōu)良的性能價(jià)格比，可用于航空航天遙感中作圖像傳感器，也可用于文字圖形讀取及精密尺寸檢測(cè)。
文檔編號(hào)G02B6/42GK201302613SQ20082020430
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月28日
發(fā)明者鵬 向, 薛永祺, 馬國(guó)欣 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)