CN102169018B - 一种红外成像光学读出系统的照明装置 - Google Patents
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Abstract
一种红外成像光学读出系统的照明装置包括光源(1)、采集同步模块(2)、偏振片(3)、光学镜头组(4)；所述采集同步模块(2)为一可控快门模块，由控制器和快门执行模块组成，控制器通过读出系统整机的中控系统控制，使快门执行模块实现快门的开关与系统的图像采集工作始术同步；光源发出的光通过偏转片(3)、光学镜头组(4)后，产生平行偏振光；采集同步模块(2)与整机中控系统联机，在整机进行图像采集时整机中控系统通过控制器控制快门执行模块开启，允许光源通过，对红外焦平面阵列器件FPA进行照明；当整机处于待机状态时，整机中控系统通过控制器控制快门执行模块关闭，不允许光源通过，从而避免对FPA的长期照明而产生不利于测量的热效应，提高了测量的精度和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种红外成像光学读出系统的照明装置。
技术背景
在红外成像领域，由于我国在电读出器件的设计和制作技术上的不成熟、不完善，这一直是我们发展红外成像领域的瓶颈所在。近年来，出现了以光学读出来替代电读出器件的红外成像光学读出技术，中国专利“不可见像的光学成像方法及光学成像装置”(ZL03132258.1)说明了该方法及其基本实现装置。然而该方法中必需的FPA具有高度的热敏感性，受热后产生子单元偏转，这对红外线引起的子单元偏转产生了不可预见的影响，从而导致了较大的测量误差。目前尚无相关产品、装置出现，同时亦无相关文献、专利解决该问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为了解决由于在测量过程中因照明长期照射FPA导致的FPA子单元受热偏转，给红外测量带来的不良影响，提供了一种新的红外成像光学读出系统的照明装置，在满足该方法的照明光要求的基础上，对照明光进行合理控制，避免以上不良影响，提高红外测量精度及长期的测量稳定性。
本发明的技术方案是：一种红外成像光学读出系统的照明装置，包括光源、采集同步模块、偏振片、光学镜头组，采集同步模块为一可控快门模块，由控制器和快门执行模块组成，控制器由读出系统整机中控系统控制，实现快门的开关与系统的图像采集工作始末同步；光源发出的光通过偏转片、光学镜头组后，产生平行偏振光；采集同步模块与整机中控系统联机，在整机进行图像采集时整机中控系统通过控制器控制快门执行模块开启，允许光源通过，对红外焦平面阵列器件FPA进行照明；当整机处于待机状态时，整机中控系统通过控制器控制快门执行模块关闭，不允许光源通过，从而避免对FPA的长期照明而产生不利于测量的热效应，提高了测量的精度和稳定性。
所述光源为可见光光源，包括发光二极管(LED)、激光器、或卤素灯。
所述的快门模块包括机械快门、电子快门、或组合偏振调制器件。
所述的偏振片的技术参数根据光源确定，其光轴放置方向由系统结构设计确定，使通过后的光为满足要求的线偏振光。
所述光学镜头组根据光源特性和系统结构设计确定，使光源通过后变成平行光源。
本发明的原理是：一种红外成像光学读出系统的照明装置，通过与整机图像采集系统的联合控制，设定合理的光源对FPA的照明时间，以避免照明光源对FPA的累积热效应影响FPA对红外热效应的测量，从而提高了该测量的精度和稳定性。
本发明与现有技术相比的有益效果在于：
(1)本发明通过对光源快门的合理控制，消除了照明光源对FPA的积累热效应对整系统测量精度和稳定性的影响。
(2)本发明还具有安装方便、可靠、与原有系统兼容性好、成本较低等优点。
附图说明
图1为采用的红外成像光学读出系统结构示意图；
图2为本发明原理框图；
图3为本发明的采集同步模块的结构示意图，其中(a)为快门执行模块为机械快门，(b)为快门执行模块为电子快门，(c)为快门执行模块为组合偏振调制器件，(d)为快门执行模块为空间光调制器。
具体实施方式
如图1、2所示，红外成像光学读出系统由照明装置、FPA5、分光棱镜6、探测光路7组成，照明装置由光源1，采集同步模块2，偏振片3和光学镜头组4组成。其工作过程为，光源1发出的光束，通过由采集同步模块2、偏振片3、光学镜头组4组成的照明系统后，变为平行的偏振照明光束；平行的偏振照明光束通过分光棱镜6照射到FPA5上，FPA5将红外信息转换为转角信号，从FPA5上反射回来的携带转角信息的光束通过分光棱镜6后，到达探测光路7进行探测和信号处理。其中照明装置的中控系统与信号探测和处理系统一起集成到系统的主控计算机之中。采集同步模块2分为控制器8和执行模块，其中控制器同样与中控系统等集成在系统的主控计算机之中，执行模块则处于光路之中，起控制光路通断的作用，如图1中所示采集同步模块2位置。
在整机进行图像采集时，采集同步模块2中的控制器8控制快门执行模块开启快门，允许照明光通过，光束的传播满足前述的传播、转化过程；当整机处于待机或者其他没有进行图像采集的工作状态时，采集同步模块2中的控制器8控制其中的快门执行模块关闭快门，阻止照明光通过，避免照明光对FPA5的长时间照射，从而提高了测量的精度和稳定性。
如图3所示，采集同步模块2中的快门执行模块为机械快门、电子快门、组合偏振调制器件或空间光调制器等。当该快门执行模块为机械快门9时，其实施过程是当控制器8收到控制系统的快门“开”信号时，通过相应的机械机构打开机械快门，使照明光能够通过快门进行光路照明；当控制器8没有收到快门“开”信号时，控制相应的机械机构，关闭快门，防止照明光对FPA的加热。当快门执行模块为电子快门时，其实施过程是，当控制器8收到控制系统的快门“开”信号时，控制系统开启照明光源电源；当控制器8没有收到快门“开”信号时，控制系统保持照明光源电源处于关闭状态。当快门执行模块为组合偏振调制器件时，偏振调制器件包括电光调制器10和起偏器11。工作过程为：当控制器8收到快门“开”信号时，通过改变电光调制器10外加电压，使通过电光调制器10后的光的偏振方向与偏振片3透光轴方向平行，这样照明光可以通过偏振调制器件组，为光路照明；当控制器8没有收到快门“关”信号时，控制器8控制电光调制器外加电压，使通过电光调制器10后的光的偏振方向与偏振片3透光轴方向保持垂直，由于偏振消光效应，照明光不能通过偏振调制器件组，可防止照明光对FPA加热。当该快门执行模块为空间光调制器12时，控制器8的实施过程是，当控制器8收到快门“开”信号时，控制器8控制空间光调制器12，使照明光能够通过该调制器，为光路照明；当控制器没有收到快门“开”信号时，控制器8控制空间光调制器12保持阻断光路的状态，防止照明光对FPA加热。
控制器8为常用的触发电路，包括但不限于采用分离电子元器件、DSP、单片机、FPGA、CPLD等各种电子元器件的触发电路板等，其主要功能是在收到的快门“开”的触发信号时，立即响应，输出控制机械快门、偏振控制器件(包括但不限于电光调制器10)、空间光调制器12所需的信号。
光学镜头组4根据光源特性和系统结构设计确定，使光源通过后变成平行光源。当光源为激光器时，光学镜头组4的光学结构采用扩束准直镜头结构形式，将光源转换为口径满足完全照明FPA要求的远心光束；当光源为LED光源时，光学镜头组4的光学结构采用聚光镜头加准直镜头结构形式，将LED光源转换为口径满足完全照明FPA要求的远心光束；当光源为汞灯时，光学镜头组4的光学结构采用椭球镜加扩束准直镜头结构形式，将光源转换为口径满足完全照明FPA要求的远心光束。
通过偏振片3后光源的偏振方向由偏振片3放置方位决定，本实施例要求所得的偏振方向垂直于光的传播方向(光的传播方向在本实施例中如图1中Z向)，一般采用图1中X方向或者图1中垂直于纸面的方向，但不限于以上提及的两个方向。当采集同步模块2的执行模块为组合偏振调制器件时，光源的偏振方向还必须额外满足的要求是，通过偏振片3和电光调制器10后的偏振方向处于与检偏器8的透光轴方向平行或垂直两种状态，并且由电光调制器10根据收到的信号决定偏振方向，通常这个信号是查阅电光调制器10产品参数所得的电压信号。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
Claims (4)
1.一种红外成像光学读出系统的照明装置，其特征在于：包括光源(1)、采集同步模块(2)、偏振片(3)、光学镜头组(4)；所述采集同步模块(2)为一可控快门模块，由控制器和快门执行模块组成，所述控制器通过读出系统的中控系统控制，使快门执行模块实现快门的开关与系统的图像采集工作始末同步；光源发出的光通过偏振片(3)、光学镜头组(4)后，产生平行偏振光；采集同步模块(2)与读出系统中控系统联机，在读出系统进行图像采集时读出系统的整机中控系统通过控制器控制快门执行模块开启，允许光源通过，对红外焦平面阵列器件FPA进行照明；当读出系统处于待机状态时，整机中控系统通过控制器控制快门执行模块关闭，不允许光源通过。
2.根据权利要求1所述的一种红外成像光学读出系统的照明装置，其特征在于：所述光源为可见光光源，包括发光二极管(LED)、激光器、或卤素灯。
3.根据权利要求1所述的一种红外成像光学读出系统的照明装置，其特征在于：所述的快门执行模块为机械快门、电子快门、组合偏振调制器件、或空间光调制器件。
4.根据权利要求1所述的一种红外成像光学读出系统的照明装置，其特征在于：所述光学镜头组(4)根据光源特性和系统结构设计确定，使光源通过后变成平行光源；当光源为激光器时，光学镜头组(4)的光学结构采用扩束整形结构，将光源转换为合适的口径的平行远心光源；当光源为LED光源时，光学镜头组(4)的光学结构采用聚光镜头结构，将点光源转换为合适的口径的平行远心光源；当光源为汞灯时，光学镜头组(4)的光学结构采用椭球镜加扩束整形结构，将光源转换为合适的口径的平行远心光源。
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