线阵CCD拼接技术的应用

    引言

    实现新技术小卫星CCD相机小型、轻量、高品质的要求,就目前我国制造技术来看,CCD拼接技术仍是很重要的一部分工作。CCD拼接技术是对光学设计方案、拼接精度都要求较高的一项应用技术。本文作者在参加的一项小型CCD相机的研究工作中,用线阵CCD拼接技术满足了使用要求,取得了较好的应用效果。现就其中CCD拼接的有关技术工作进行讨论。

    1　技术要求

    ①相机光谱波段

B1:0.45—0.52Lm　　B2:0.52-0.60Lm

B3:0.63—0.69Lm B4:0.76—0.90Lm

    ②采用线阵CCD,像元尺寸10×10Lm2,像元数6000

    ③拼接有效像元不得少于8000

    2　CCD拼接

    根据光学系统要求,设计了4路分光系统,采用性能先进的小像元尺寸CCD器件,使光学系统焦距适当缩小,可以减小镜头的体积和重量。每一路CCD均用全透全反的光学拼接方式,利用棱镜拼接方式拼接2片6000像元线阵CCD,满足有效像元8000像元的技术要求,拼接方式如图1所示。

    4路拼接系统一共用8个6000像元CCD,每一路分别用2个CCD拼接,CCD器件尺寸为81.3×20.7×3mm3。考虑搭接像元区,专门设计了CCD器件座和拼接棱镜座。拼接棱镜固定在棱镜座内,CCD固定在CCD器件座内,如图2所示。

    拼接工作是在万能工具显微镜下进行的。我们专门设计制作了一套拼接工具,研制了400X显微镜,利用万能工具显微镜导轨的精度,使数显读数精度达到0.001mm。

    首先对CCD器件几何精度进行测量。拼接前对CCD几何参数进行了专门测试,包括对每一块CCD和末端像元的形状,CCD像元的共面性等的测试。掌握了这批CCD的性能和几何参数,发现这批CCD像元几何尺寸共线性误差为0.005mm。

    为了保证CCD器件像元敏感表面到拼接棱镜的距离,我们在每块CCD器件的4角粘接4块垫片,利用高倍望远镜测量垫片表面到CCD像元敏感表面的距离。研磨4块垫片,使其平面与CCD像元敏感表面平行,并严格控制每组2块CCD像元敏感表面与垫片间的距离相等,使在同一分光棱镜上粘接的2块CCD的共面性在0.01mm之内。

    在400×显微镜下,CCD器件在导轨上移动完成2片CCD拼接时8000像元精度和8000像元尺寸精度,并保证在全透全反的拼接方式时8000像元的直线性,达到的精度见表1。

　　考虑到CCD制造的误差,具体拼接时第1块CCD舍弃了2.5个单元,第2块CCD舍弃了最后一个单元。

    另外,在完成以上工作时要求拼接棱镜座结构合理,片簧弹力好,调节顶丝调整精度高,反复性能好,拼接完成后顶丝全部上紧,点胶防松。粘接铜块处涂上661胶固化后,CCD器件和分光棱镜成为一刚性整体。