[发明专利]一种红外大面阵多模块自动拼接机构

说明书

本发明公开了一种红外大面阵多模块自动拼接机构。红外大面阵多模块自动拼接机构由焦平面拼接基板、大面阵探测器模块、大面阵红外探测器拼接机构、微调压电步进马达、微调压电旋转马达组成。先在定位打孔焦平面拼接基板并涂覆低温胶，将多个面阵探测器安装在基板上，借助红外焦平面大面阵多模块对中拼接机构实现水平面及Z轴高度方向高精度调节。之后将拼接基板与多个红外探测器模块常温固化，最后再将红外焦平面多模块对中拼接机构与带大面阵红外探测器和微调步进及旋转马达分离，这样就完成了多模块大面阵红外探测器的三维拼接。本发明可实现多个探测器模块间高精度自动对中拼接、精度高、重复性好，同时大规模面阵模块可单独替换，可维修性好。

技术领域

本发明涉及多模块红外探测器的拼接技术，具体指一种红外大面阵多模块自动拼接机构，它适用于大面阵红外焦平面探测器组件组装，同样适用于多模块CCD焦平面探测器组件组装。

背景技术

红外遥感仪器的两个重要性能指标为视场和空间分辨率。红外遥感仪器的两个重要性能指标为视场和空间分辨率。视场扩大可以增加仪器的观测范围，空间分辨率提高可以改善仪器的成像质量。在红外成像系统中，光学系统的焦距和探测器的规模尺寸决定了系统的视场，光学系统的焦距和像元尺寸大小决定了系统的空间分辨率。在探测器靶面一定的情况下，为了提高成像系统的作用距离和分辨率等总体指标，需要采用长焦距光学系统，导致系统视场减小，因此在红外探测器规模和像元尺寸一定的情况下，红外系统视场和分辨率存在相互制约的关系。

在研制高分辨大视场光学系统中，为了克服视场和分辨率存在矛盾，解决的途径之一为采用高分辨效率、超大规模面阵红外焦平面探测器。红外探测器受制备工艺、填充系数、灵敏度、成品率、成本等因素的限制，其规模是一定的。为了得到超大规模面阵大像元的面阵探测器件，一般采用多个大规模的面阵探测器(如1K×1K、4K×4K等)通过“无缝”拼接而成。“无缝”拼接并不是指真正意义上的焦平面无缝拼接，而是通过一定的视场拼接方法，对整个视场进行无缝覆盖。典型的方法有品字形拼接，通过两次或多次成像覆盖，采用图像拼接的方法完成视场的无缝拼接。或是采用田字型拼接，直接实现视场的无缝拼接，这样成像的光学结构更为简单，成像时间更短，但需要多个大规模的面阵探测器之间在三维空间上具有较高的精度要求。

传统的拼接主要是满足在XY平面及旋转方向的精度，其拼接方法为在显微镜或显微投影仪下，用镊子将探测器模块放在涂有粘合剂的基板上，然后手动或通过特定的微调机构将探测器拨动到指定的位置。具体见中国专利03230349.1长线列红外探测器件拼接装置。或是采用多模块面阵红外探测器三维拼接结构进行品字形的多个小模块焦平面探测器拼接，但是这个方法通过铰链的方式精度控制比较难于操作。具体见CN103411681A

通过传统的方法不能满足对Z轴即高度方向多个探测器焦面的平面度精度的拼接要求。文章《Performance of the QWIP focal plane arrays for NASA'sLandsat DataContinuity Mission》(Proc.of SPIE Vol.8012)3个640×512拼接在一起，其三个模块拼接后Z轴方向多个探测器焦面的平面度精度达到

±8.54μm。文章描述的原理是控制探测器衬底、读出电路、硅衬底的精度，同时在读出电路与硅衬底、硅衬底与因瓦基板之间用不同直径的空心微小珠和粘合剂在填充间隙。具体实施方法未见报道。

SBIRS-high系统由6个中波红外512×512拼接而成，其拼接原理为首先选取一个平面度很高的胶接平面，选择不易变形且温度特性良好的胶，将其均匀的涂在平面上；然后采用吸盘将焦平面放置在胶上，等待胶干后放开吸盘，拼接焦平面的平面度依靠吸盘每次放置焦平面的高度保证，其平面度误差依靠胶来调整。其优点在于可以实现非常高精度的平面拼接；其难点在于胶材料的选取、吸盘重复高度的控制、涂胶工艺要求高；缺点在于风险很高，焦平面一旦胶接后焦平面无法替换，其中一个焦平面模块的损坏将导致整个拼接焦平面报废。

发明内容