[发明专利]光纤线阵数码元、器件及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传像和数码成像技术领域，具体涉及光纤线阵数码元、器件及其成像方法。

背景技术

阵列焦平面器件，如CCD和CMOS数码成像器件在数码相机/摄像、图像扫描、航空航天遥感及跟踪定位等领域得到广泛应用，焦平面成像器件的尺寸、空间分辨率、时间分辨率、信噪比等是其最重要的应用参数。传像光纤是将光纤单丝按序排列，实现图像传输的一种光学元件，已在夜视器件、医学/工业内窥镜、特殊光学系统中得到有效应用。

对于一些大视场线阵扫描光学系统而言，需要更大尺寸更高分辨率的线阵数码器件，当像元数目较大(如大于10000像素)时，直接采用高像素大尺寸的线阵光电器件，造价会很高，同时采用已有技术和方法来实现也有较大困难。因此发展新型组合式结构对于获得高像素的线阵数码器件就十分必要。

传像光纤元件与阵列焦平面器件结合使用，可构成许多新的光纤数码系统：2002年A.R.Faruqi(Nuclear Instruments & Methods in PhsicalResearch，2002，477(1-3)：137-142)提出使用2×2个传像光纤锥和2×2个面阵CCD探测器组合成一个大焦平面光纤数码元件的方案，其在扩大视场之同时分辨率也得到了有效的提高；2004年中国科学院上海技术物理研究所提出利用光纤变换元件将线排列的光纤转化为面阵排列的光纤，然后使用一个面阵光电器件接收，实现大线视场及高像素要求的方案(P200410089452.8)；2006年华南理工大学提出了一种利用半球透镜、传像光纤板与线阵CCD组合的大视场一维数码定位镜头(P200620058503.5)，可在±45°范围内用于电子白板的平面定位。2005年日本CANON KK(KANO)公开了一种用于数码摄像/投影的球型透镜结构(申请号JP2005338341-A，NEGISHI M，“Wide angle lens apparatus forcamera，has image surface converter having optical fibres havinglongitudinal direction corresponding to center of ball lens”)，其系统使用了带有凹球面的传像光纤锥校正像面场曲，使系统轴外和轴上点的成像质量得到保证；已有技术是通过利用传像光纤板与数码器件及光学镜头的组合获得大的视场和良好的像质。

在以往的传像光纤板与光电阵列器件组合应用中，传像光纤板的作用还往往是用于校正光学系统的场曲像差。上述第一种光纤数码结构和技术采用2×2个完全相同的光纤锥实现大尺寸焦平面器件，其应用于面阵扩展是有效的(其他技术多用于改善像质)，但这种方法在具体实施时对传像光纤锥的一致性及拼接精度要求很高，一般用于凝视面成像光学系统，做法是通过多个传像光纤锥和多个面阵数码器件组合成大尺寸的焦平面器件，但高精度的传像光纤锥制作是十分困难，造成其一致性很难得到保证且造价极高，当该结构用作大尺寸的一维焦平面线阵器件时也并不适用。第二种方法利用光纤转换元件实现了利用面阵数码器件实现大尺寸线阵数码器件，但在具体实现中，面阵器件与面阵光纤的准确对接要求高，耦合时易产生较大的背景杂光，传像光纤排列也比较复杂，由于转换光纤长度的差异会造成像面亮度的不均匀。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制作、耦合更为简洁、一致性好且便于安装的光纤线阵数码元件。

发明的另一目的在于提供一种采用上述光纤线阵数码元件的大尺寸光纤线阵数码器件，该大尺寸光纤线阵数码器件高像素、大尺寸、低成本且易于实现。

本发明的再一目的在于提供上述大尺寸光纤线阵数码器件的成像方法。

本发明的目的通过下述技术方实现：光纤线阵数码元件包括1个传像光纤元件和1个线阵光电器件，其中，传像光纤元件中的传像光纤按序排列，传像光纤元件接收端的端面可以是平面，也可以是曲面；传像光纤元件输出端的端面可以直接与线阵光电器件的光敏面密接耦合，也可以通过透镜与线阵光电器件的光敏面耦合。

所述传像光纤元件中的传像光纤按序排列可以是单丝线阵排列，也可以是复丝阵列排列。

本光纤线阵数码元件还包括用于固定传像光纤元件的固定元件，该固定元件能保证传像光纤元件的空间位置不变，该固定元件由树脂、塑胶、陶瓷或玻璃等材料制成。