專利名稱：一種分時分光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種分光技術(shù)，特別是將入射光分時分配到不同光路的技術(shù)。
背景技術(shù)：
光電成像探測器尤其是紅外探測器，由于受到半導(dǎo)體技術(shù)水平限制，讀出時電荷轉(zhuǎn)移時間太長，使得探測器的測量幀頻通常較低并難以有效提高。以320X256的HgCdTe中波紅外焦平面探測器為例，若面陣的數(shù)據(jù)讀出速度為每路6.6MHz，4路并行讀取時，對應(yīng)的讀出時間為320X256/4/6600000 = 0.0031s。該焦平面陣列的最高幀頻可以做到320Hz，而此時的積分時間僅有(1/320-0.0031) X10_6s = 22us。若工程需求Ims的積分時間，此時只能降頻使用，最高也只能用到不足250Hz。由此可見，阻礙紅外測量系統(tǒng)幀頻提高最主要因素在于紅外焦平面陣列的讀取速度較慢，而不是積分時間太長。若要保證一定的積分時間，只能降頻使用探測器。如若需要得到更高幀頻的測量圖像則需要研發(fā)新型器件，研制費用高，周期長，且存在著熱分辨率下降、積分時間縮短等技術(shù)缺點。常規(guī)分光技術(shù)包括棱鏡分光和光譜分光。棱鏡分光利用不同波長光通過棱鏡后折射角的不同來進(jìn)行分光；光譜分光可以通過光學(xué)鍍膜有選擇的將需要波段的光進(jìn)行反射，而將其他的光進(jìn)行透射，以達(dá)到分光利用的目的。這種折反射系統(tǒng)的光學(xué)效率不可能做到100%，越往系統(tǒng)后端，光通量下降越明顯。此外，這種系統(tǒng)只能有選擇的利用某固定波段，不能將所有的入射光分配到后端探測器上，因此當(dāng)感興趣的波段發(fā)生變化時除了更換探測器還需要更換前端的光學(xué)系統(tǒng)，適應(yīng)性較差，且成本高。

實用新型內(nèi)容本實用新型提出一種分時分光裝置，利用這種分時分光裝置能夠?qū)⑷肷涔夥謺r分光到多個探測器，經(jīng)合成后得到高幀頻的測量圖像。本實用新型提供的基本技術(shù)方案如下:一種分時分光裝置，包括多個旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動平面相互平行，且轉(zhuǎn)動中心位于同一直線上；每個旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動中心為圓心的同一圓周上，其中M個孔位為通孔，N個孔位設(shè)置有反射鏡，N SM，且反射鏡的反射面與葉輪轉(zhuǎn)動平面平行；輸入光的光軸與所述同一直線平行，輸入光的光軸與反射鏡的反射面之間的夾角能夠保證反射光無遮擋出射；各個旋轉(zhuǎn)葉輪上通孔和反射鏡的排布關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足:所有旋轉(zhuǎn)葉輪的孔位周向和徑向均對齊，任一旋轉(zhuǎn)葉輪上的反射鏡所在孔位對應(yīng)的前面所有旋轉(zhuǎn)葉輪的孔位為通孔。基于上述基本結(jié)構(gòu)，本實用新型還進(jìn)行了如下優(yōu)化限定。上述孔位的形狀最好為腰子形孔。上述葉輪上有多個反射鏡(當(dāng)然通孔也就有多個)，則多個反射鏡和多個通孔均周向?qū)ΨQ布局。上述葉輪上也可以只有一個反射鏡，其余均為通孔。例如，旋轉(zhuǎn)葉輪共有三個，每個旋轉(zhuǎn)葉輪的周向上均布有四個孔位，其中一個為反射鏡，其余三個為通孔。一種高頻圖像序列的獲取方法，采用上述基本方案的分時分光裝置，并同步驅(qū)動所有的旋轉(zhuǎn)葉輪同向轉(zhuǎn)動；設(shè)每過一個單位時間，旋轉(zhuǎn)葉輪上的孔位進(jìn)位至下一個孔位；tl時刻，入射光投射在第一個旋轉(zhuǎn)葉輪的反射鏡上，經(jīng)反射后形成第一路出射光;t2時刻，此時第一個旋轉(zhuǎn)葉輪的入射光斑位置處為通孔，入射光透過該通孔到達(dá)第二個旋轉(zhuǎn)葉輪的反射鏡上，經(jīng)反射后形成第二路出射光；t3時刻，此時第一個和第二個旋轉(zhuǎn)葉輪的入射光斑位置處均為通孔，入射光依次透過第一個旋轉(zhuǎn)葉輪和第二個旋轉(zhuǎn)葉輪的通孔到達(dá)第三個旋轉(zhuǎn)葉輪的反射鏡上，經(jīng)反射后形成第三路出射光；如此，之后的各個旋轉(zhuǎn)葉輪的反射鏡依次進(jìn)行反射形成各路出射光，直至最后一個旋轉(zhuǎn)葉輪完成反射后，下一個單位時間，入射光依次透過所有旋轉(zhuǎn)葉輪的通孔直接出射，作為最后一路出射光；至此，分時分光裝置的一個旋轉(zhuǎn)周期結(jié)束；對每一路出射光分別設(shè)置探測器進(jìn)行采集，后續(xù)采集電路將各個探測器的采集結(jié)果實時合成后輸出或存儲，即完成高頻圖像序列的獲取。若每個葉輪上設(shè)置多個反射鏡，其工作原理與上述方法相同，只不過在一個旋轉(zhuǎn)周期中一個探測器會多次接收到反射光而已。本實用新型具有以下優(yōu)點:1、本實用新型用于光測系統(tǒng)，可以獲取更多的測量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對測量對象時間尺度上的細(xì)節(jié)放大，有利于提高對目標(biāo)的辨識能力和測量精度。2、本實用新型可以提高測量系統(tǒng)的幀頻，即可以使用低端相機(jī)來完成高端相機(jī)的測量功能。使低端的紅外、可見光相機(jī)具備高端相機(jī)的探測能力，在節(jié)約成本的同時，完成高精度高幀頻測量的技術(shù)需求。3、本實用新型可用于大面陣相機(jī)或高靈敏度相機(jī)記錄和測量系統(tǒng)。這類相機(jī)曝光時間很短、測量幀頻很低，采用分時分光技術(shù)就能在一個相機(jī)讀取數(shù)據(jù)時使另一個相機(jī)曝光，增加了測量系統(tǒng)的并行性，提高了系統(tǒng)的整體測量幀頻，這在測量高速變化過程或者做高速相對運動物體時尤為有利。

圖1為本實用新型的工作原理圖。圖2為本實用新型的三葉輪組結(jié)構(gòu)及布局示意圖。附圖標(biāo)號說明:1-葉輪A ;2葉輪B ;3葉輪C ;4_反射鏡A ;5_反射鏡B ;6_反射鏡C。
具體實施方式
本實用新型使用多個旋轉(zhuǎn)葉輪鏡組，通過按規(guī)律排布在葉輪上的通孔或者反射鏡，將入射光分時分光到不同的探測器中進(jìn)行同步曝光，再由后續(xù)的采集電路對各個探測器的輸出進(jìn)行采集和合成，最終生成高頻(倍頻)的紅外圖像序列。第一個葉輪上的反光鏡數(shù)決定系統(tǒng)轉(zhuǎn)速，增加反光鏡數(shù)可以有效降低葉輪的轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速、反光孔數(shù)和單個探測器幀頻的對應(yīng)關(guān)系為:
權(quán)利要求1.一種分時分光裝置，其特征在于:包括多個旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動平面相互平行，且轉(zhuǎn)動中心位于同一直線上；每個旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動中心為圓心的同一圓周上，其中M個孔位為通孔，N個孔位設(shè)置有反射鏡，N ^ M，且反射鏡的反射面與葉輪轉(zhuǎn)動平面平行；輸入光的光軸與所述同一直線平行，輸入光的光軸與反射鏡的反射面之間的夾角能夠保證反射光無遮擋出射；各個旋轉(zhuǎn)葉輪上通孔和反射鏡的排布關(guān)系應(yīng)當(dāng)滿足:所有旋轉(zhuǎn)葉輪的孔位周向和徑向均對齊，任一旋轉(zhuǎn)葉輪上的反射鏡所在孔位對應(yīng)的前面所有旋轉(zhuǎn)葉輪的孔位為通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分時分光裝置，其特征在于:所述孔位的形狀為腰子形孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分時分光裝置，其特征在于:每個葉輪上有多個反射鏡，則多個反射鏡和多個通孔均周向?qū)ΨQ布局。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分時分光裝置，其特征在于:每個葉輪上只有一個反射鏡，其余均為通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分時分光裝置，其特征在于:旋轉(zhuǎn)葉輪共有三個，每個旋轉(zhuǎn)葉輪的周向上均布有四個 孔位，其中一個為反射鏡，其余三個為通孔。
專利摘要本實用新型提供了一種分時分光裝置，包括多個旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動平面相互平行，且轉(zhuǎn)動中心位于同一直線上；每個旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動中心為圓心的同一圓周上，其中M個孔位為通孔，N個孔位設(shè)置有反射鏡，N≥M，且反射鏡的反射面與葉輪轉(zhuǎn)動平面平行；輸入光的光軸與所述同一直線平行，輸入光的光軸與反射鏡的反射面之間的夾角能夠保證反射光無遮擋出射。本實用新型可用于大面陣相機(jī)或高靈敏度相機(jī)記錄和測量系統(tǒng)，采用分時分光技術(shù)就能在一個相機(jī)讀取數(shù)據(jù)時使另一個相機(jī)曝光，增加了測量系統(tǒng)的并行性，提高了系統(tǒng)的整體測量幀頻，這在測量高速變化過程或者做高速相對運動物體時尤為有利。
文檔編號G01J5/08GK202974449SQ201220617818
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者韓俊鋒, 高昕, 江波, 唐嘉, 周泗忠, 段晶 申請人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所