專利名稱：一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置。
背景技術(shù)：
在紅外成像領(lǐng)域，由于我國在電讀出器件的設(shè)計(jì)和制作技術(shù)上的不成熟、不完善，這一直是我們發(fā)展紅外成像領(lǐng)域的瓶頸所在。近年來，出現(xiàn)了以光學(xué)讀出來替代電讀出器件的紅外成像光學(xué)讀出技術(shù)，中國專利“不可見像的光學(xué)成像方法及光學(xué)成像裝置”(ZL03132258. 1)說明了該方法及其基本實(shí)現(xiàn)裝置。然而該方法中必需的FPA具有高度的熱敏感性，受熱后產(chǎn)生子單元偏轉(zhuǎn)，這對(duì)紅外線引起的子單元偏轉(zhuǎn)產(chǎn)生了不可預(yù)見的影響，從而導(dǎo)致了較大的測量誤差。目前尚無相關(guān)產(chǎn)品、裝置出現(xiàn)，同時(shí)亦無相關(guān)文獻(xiàn)、專利解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是為了解決由于在測量過程中因照明長期照射FPA導(dǎo)致的FPA子單元受熱偏轉(zhuǎn)，給紅外測量帶來的不良影響，提供了一種新的紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，在滿足該方法的照明光要求的基礎(chǔ)上，對(duì)照明光進(jìn)行合理控制，避免以上不良影響，提高紅外測量精度及長期的測量穩(wěn)定性。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，包括光源、采集同步模塊、偏振片、光學(xué)鏡頭組，采集同步模塊為一可控快門模塊，由控制器和快門執(zhí)行模塊組成，控制器由讀出系統(tǒng)整機(jī)中控系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)快門的開關(guān)與系統(tǒng)的圖像采集工作始末同步；光源發(fā)出的光通過偏轉(zhuǎn)片、光學(xué)鏡頭組后，產(chǎn)生平行偏振光；采集同步模塊與整機(jī)中控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，在整機(jī)進(jìn)行圖像采集時(shí)整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊開啟，允許光源通過，對(duì)紅外焦平面陣列器件FPA進(jìn)行照明；當(dāng)整機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊關(guān)閉，不允許光源通過，從而避免對(duì)FPA的長期照明而產(chǎn)生不利于測量的熱效應(yīng)，提高了測量的精度和穩(wěn)定性。所述光源為可見光光源，包括發(fā)光二極管(LED)、激光器、或鹵素?zé)?。所述的快門模塊包括機(jī)械快門、電子快門、或組合偏振調(diào)制器件。所述的偏振片的技術(shù)參數(shù)根據(jù)光源確定，其光軸放置方向由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定， 使通過后的光為滿足要求的線偏振光。所述光學(xué)鏡頭組根據(jù)光源特性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，使光源通過后變成平行光源。本發(fā)明的原理是一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，通過與整機(jī)圖像采集系統(tǒng)的聯(lián)合控制，設(shè)定合理的光源對(duì)FPA的照明時(shí)間，以避免照明光源對(duì)FPA的累積熱效應(yīng)影響FPA對(duì)紅外熱效應(yīng)的測量，從而提高了該測量的精度和穩(wěn)定性。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果在于(1)本發(fā)明通過對(duì)光源快門的合理控制，消除了照明光源對(duì)FPA的積累熱效應(yīng)對(duì)整系統(tǒng)測量精度和穩(wěn)定性的影響。(2)本發(fā)明還具有安裝方便、可靠、與原有系統(tǒng)兼容性好、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為采用的紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明原理框圖；圖3為本發(fā)明的采集同步模塊的結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)為快門執(zhí)行模塊為機(jī)械快門，(b)為快門執(zhí)行模塊為電子快門，(c)為快門執(zhí)行模塊為組合偏振調(diào)制器件，(d)為快門執(zhí)行模塊為空間光調(diào)制器。
具體實(shí)施例方式如圖1、2所示，紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)由照明裝置、FPA5、分光棱鏡6、探測光路7 組成，照明裝置由光源1，采集同步模塊2，偏振片3和光學(xué)鏡頭組4組成。其工作過程為， 光源1發(fā)出的光束，通過由采集同步模塊2、偏振片3、光學(xué)鏡頭組4組成的照明系統(tǒng)后，變?yōu)槠叫械钠裾彰鞴馐?；平行的偏振照明光束通過分光棱鏡6照射到FPA5上，F(xiàn)PA5將紅外信息轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角信號(hào)，從FPA5上反射回來的攜帶轉(zhuǎn)角信息的光束通過分光棱鏡6后，到達(dá)探測光路7進(jìn)行探測和信號(hào)處理。其中照明裝置的中控系統(tǒng)與信號(hào)探測和處理系統(tǒng)一起集成到系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)之中。采集同步模塊2分為控制器8和執(zhí)行模塊，其中控制器同樣與中控系統(tǒng)等集成在系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)之中，執(zhí)行模塊則處于光路之中，起控制光路通斷的作用，如圖1中所示采集同步模塊2位置。在整機(jī)進(jìn)行圖像采集時(shí)，采集同步模塊2中的控制器8控制快門執(zhí)行模塊開啟快門，允許照明光通過，光束的傳播滿足前述的傳播、轉(zhuǎn)化過程；當(dāng)整機(jī)處于待機(jī)或者其他沒有進(jìn)行圖像采集的工作狀態(tài)時(shí)，采集同步模塊2中的控制器8控制其中的快門執(zhí)行模塊關(guān)閉快門，阻止照明光通過，避免照明光對(duì)FPA5的長時(shí)間照射，從而提高了測量的精度和穩(wěn)定性。如圖3所示，采集同步模塊2中的快門執(zhí)行模塊為機(jī)械快門、電子快門、組合偏振調(diào)制器件或空間光調(diào)制器等。當(dāng)該快門執(zhí)行模塊為機(jī)械快門9時(shí)，其實(shí)施過程是當(dāng)控制器 8收到控制系統(tǒng)的快門“開”信號(hào)時(shí)，通過相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)打開機(jī)械快門，使照明光能夠通過快門進(jìn)行光路照明；當(dāng)控制器8沒有收到快門“開”信號(hào)時(shí)，控制相應(yīng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，關(guān)閉快門，防止照明光對(duì)FPA的加熱。當(dāng)快門執(zhí)行模塊為電子快門時(shí)，其實(shí)施過程是，當(dāng)控制器8 收到控制系統(tǒng)的快門“開”信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)開啟照明光源電源；當(dāng)控制器8沒有收到快門 “開”信號(hào)時(shí)，控制系統(tǒng)保持照明光源電源處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)快門執(zhí)行模塊為組合偏振調(diào)制器件時(shí)，偏振調(diào)制器件包括電光調(diào)制器10和起偏器11。工作過程為當(dāng)控制器8收到快門 “開”信號(hào)時(shí)，通過改變電光調(diào)制器10外加電壓，使通過電光調(diào)制器10后的光的偏振方向與偏振片3透光軸方向平行，這樣照明光可以通過偏振調(diào)制器件組，為光路照明；當(dāng)控制器8 沒有收到快門“關(guān)”信號(hào)時(shí)，控制器8控制電光調(diào)制器外加電壓，使通過電光調(diào)制器10后的光的偏振方向與偏振片3透光軸方向保持垂直，由于偏振消光效應(yīng)，照明光不能通過偏振調(diào)制器件組，可防止照明光對(duì)FPA加熱。當(dāng)該快門執(zhí)行模塊為空間光調(diào)制器12時(shí)，控制器 8的實(shí)施過程是，當(dāng)控制器8收到快門“開”信號(hào)時(shí)，控制器8控制空間光調(diào)制器12，使照明
4光能夠通過該調(diào)制器，為光路照明；當(dāng)控制器沒有收到快門“開”信號(hào)時(shí)，控制器8控制空間光調(diào)制器12保持阻斷光路的狀態(tài)，防止照明光對(duì)FPA加熱?？刂破?為常用的觸發(fā)電路，包括但不限于采用分離電子元器件、DSP、單片機(jī)、 FPGA、CPLD等各種電子元器件的觸發(fā)電路板等，其主要功能是在收到的快門“開”的觸發(fā)信號(hào)時(shí)，立即響應(yīng)，輸出控制機(jī)械快門、偏振控制器件(包括但不限于電光調(diào)制器10)、空間光調(diào)制器12所需的信號(hào)。光學(xué)鏡頭組4根據(jù)光源特性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，使光源通過后變成平行光源。 當(dāng)光源為激光器時(shí)，光學(xué)鏡頭組4的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡頭結(jié)構(gòu)形式，將光源轉(zhuǎn)換為口徑滿足完全照明FPA要求的遠(yuǎn)心光束；當(dāng)光源為LED光源時(shí)，光學(xué)鏡頭組4的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用聚光鏡頭加準(zhǔn)直鏡頭結(jié)構(gòu)形式，將LED光源轉(zhuǎn)換為口徑滿足完全照明FPA要求的遠(yuǎn)心光束；當(dāng)光源為汞燈時(shí)，光學(xué)鏡頭組4的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用橢球鏡加擴(kuò)束準(zhǔn)直鏡頭結(jié)構(gòu)形式，將光源轉(zhuǎn)換為口徑滿足完全照明FPA要求的遠(yuǎn)心光束。通過偏振片3后光源的偏振方向由偏振片3放置方位決定，本實(shí)施例要求所得的偏振方向垂直于光的傳播方向(光的傳播方向在本實(shí)施例中如圖1中Z向)，一般采用圖1 中X方向或者圖1中垂直于紙面的方向，但不限于以上提及的兩個(gè)方向。當(dāng)采集同步模塊 2的執(zhí)行模塊為組合偏振調(diào)制器件時(shí)，光源的偏振方向還必須額外滿足的要求是，通過偏振片3和電光調(diào)制器10后的偏振方向處于與檢偏器8的透光軸方向平行或垂直兩種狀態(tài)，并且由電光調(diào)制器10根據(jù)收到的信號(hào)決定偏振方向，通常這個(gè)信號(hào)是查閱電光調(diào)制器10產(chǎn)品參數(shù)所得的電壓信號(hào)。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，其特征在于包括光源(1)、采集同步模塊 ⑵、偏振片⑶、光學(xué)鏡頭組⑷；所述采集同步模塊⑵為一可控快門模塊，由控制器和快門執(zhí)行模塊組成，所述控制器通過讀出系統(tǒng)的中控系統(tǒng)控制，使快門執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)快門的開關(guān)與系統(tǒng)的圖像采集工作始末同步；光源發(fā)出的光通過偏轉(zhuǎn)片(3)、光學(xué)鏡頭組(4)后， 產(chǎn)生平行偏振光；采集同步模塊(2)與讀出系統(tǒng)中控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，在讀出系統(tǒng)進(jìn)行圖像采集時(shí)讀出系統(tǒng)的整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊開啟，允許光源通過，對(duì)紅外焦平面陣列器件FPA進(jìn)行照明；當(dāng)讀出系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊關(guān)閉，不允許光源通過，從而避免對(duì)FPA的長期照明而產(chǎn)生不利于測量的熱效應(yīng)，提高了測量的精度和穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，其特征在于所述光源為可見光光源，包括但不限于發(fā)光二極管(LED)、激光器、或鹵素?zé)簟?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，其特征在于所述的快門執(zhí)行模塊為機(jī)械快門、電子快門、組合偏振調(diào)制器件、或空間光調(diào)制器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，其特征在于所述的偏振片(3)的技術(shù)參數(shù)根據(jù)光源確定，其光軸放置方向由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，使通過后的光為滿足要求的線偏振光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置，其特征在于所述光學(xué)鏡頭組(4)根據(jù)光源特性和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定，使光源通過后變成平行光源；當(dāng)光源為激光器時(shí)，光學(xué)鏡頭組(4)的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用擴(kuò)束整形結(jié)構(gòu)，將光源轉(zhuǎn)換為合適的口徑的平行遠(yuǎn)心光源；當(dāng)光源為LED光源時(shí)，光學(xué)鏡頭組(4)的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用聚光鏡頭結(jié)構(gòu)，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為合適的口徑的平行遠(yuǎn)心光源；當(dāng)光源為汞燈時(shí)，光學(xué)鏡頭組(4)的光學(xué)結(jié)構(gòu)采用橢球鏡加擴(kuò)束整形結(jié)構(gòu)，將光源轉(zhuǎn)換為合適的口徑的平行遠(yuǎn)心光源。
全文摘要
一種紅外成像光學(xué)讀出系統(tǒng)的照明裝置包括光源(1)、采集同步模塊(2)、偏振片(3)、光學(xué)鏡頭組(4)；所述采集同步模塊(2)為一可控快門模塊，由控制器和快門執(zhí)行模塊組成，控制器通過讀出系統(tǒng)整機(jī)的中控系統(tǒng)控制，使快門執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)快門的開關(guān)與系統(tǒng)的圖像采集工作始術(shù)同步；光源發(fā)出的光通過偏轉(zhuǎn)片(3)、光學(xué)鏡頭組(4)后，產(chǎn)生平行偏振光；采集同步模塊(2)與整機(jī)中控系統(tǒng)聯(lián)機(jī)，在整機(jī)進(jìn)行圖像采集時(shí)整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊開啟，允許光源通過，對(duì)紅外焦平面陣列器件FPA進(jìn)行照明；當(dāng)整機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)，整機(jī)中控系統(tǒng)通過控制器控制快門執(zhí)行模塊關(guān)閉，不允許光源通過，從而避免對(duì)FPA的長期照明而產(chǎn)生不利于測量的熱效應(yīng)，提高了測量的精度和穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)G01J5/08GK102169018SQ20101060894
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者王建, 胡松, 趙立新, 陳銘勇 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所