CN108801468B - 一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法。该系统包括：可见光光源，用于发出可见光；平面反射镜，设置在所述可见光光源的出射光路上，用于所述可见光进行反射，得到第一反射光；微悬臂梁阵列，设置在所述平面反射镜的反射光路上，用于对所述反射光进行反射，得到第二反射光；小孔阵列，设置在所述微悬臂梁阵列的反射光路上，用于对所述第二反射光进行透射，得到透射光；CCD图像探测器，设置在所述小孔阵列的透射光路上，用于根据所述透射光进行成像。本发明用小孔阵列来代替光学读出透镜组实现光学读出，减小了系统体积，降低了成本，且安装调试简单。

Description

一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法
技术领域
本发明涉及光读出领域，特别是涉及一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法。
背景技术
基于光学读出的双材料微悬臂梁阵列受热变形红外成像技术是本世纪初出现的一种新的热型非制冷红外成像技术。由于不需要在每一感热像素上集成高灵敏度的读出电路，降低了红外焦平面阵列的制作难度。而且，微悬臂梁响应时间很快有利于实现高帧频成像。近年来，基于双材料微悬臂梁阵列红外成像技术发展出来了超材料微悬臂梁太赫兹成像技术，以及超材料微悬臂梁毫米波成像技术。无论是哪一个波段，其光学读出成像系统基本都是一致的。现有的光学读出系统，需要傅里叶变换透镜(也是准直透镜)和成像透镜，以及刀口滤波之后才能实现成像。光读出透镜组(包含4F滤波器)使得系统体积大，成本高，安装调试复杂。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统，所述系统包括：
可见光光源，用于发出可见光；
平面反射镜，设置在所述可见光光源的出射光路上，用于所述可见光进行反射，得到第一反射光；
微悬臂梁阵列，设置在所述平面反射镜的反射光路上，用于对所述反射光进行反射，得到第二反射光；
小孔阵列，设置在所述微悬臂梁阵列的反射光路上，用于对所述第二反射光进行透射，得到透射光；
成像探测器，设置在所述小孔阵列的透射光路上，用于根据所述透射光进行成像。
可选的，所述微悬臂梁阵列包括多个微反射镜。
可选的，所述小孔阵列的小孔个数与所述微悬臂梁阵列的单元个数相同。
可选的，所述小孔阵列的小孔个数与所述微悬臂梁阵列的单元个数不同，n＝m*k，n为所述微悬臂梁阵列的单元个数，m为所述小孔阵列的小孔个数，k为n和m的比例系数，k为偶数。
可选的，所述成像探测器为CCD探测器或CMOS探测器。
可选的，所述小孔阵列的小孔的直径小于所述微悬臂梁阵列的单元的二分之一边长。
一种微悬臂梁阵列光学读出成像方法，所述方法应用上述成像系统，所述方法包括：
获取可见光光源发的出可见光；
对所述可见光进行反射，得到第一反射光；
对所述第一反射光进行反射，得到第二反射光；
对所述第二反射光进行透射，得到透射光；
根据所述透射光进行成像。
可选的，在对所述可见光进行反射，得到第一反射光，之前还包括：调整平面反射镜的距离和角度。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
(1)不需要光读出透镜组，只需要非常薄的小孔阵列，因此能够减小系统体积；
(2)不需要光读出透镜组，只需要低成本小孔阵列，因此能够降低成本；
(3)不需要光学4F滤波系统及滤波器，因此安装调试简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为微悬臂梁阵元的示意图；
图2为红外成像系统示意图；
图3为本发明实施例微悬臂梁阵列光学读出成像系统的结构框图；
图4为本发明实施例微悬臂梁阵列光学读出成像方法统的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为微悬臂梁阵元的示意图；图2为红外成像系统示意图。如图1所示，悬臂梁单元是由热胀系数相差较大的SiNx和Au组成的双材料梁。反光板尺寸为90μm*60μm，有2个作用：2μm厚的SiNx层作为红外吸收层；0.3μm厚的Au层作为读出可见光的反射板，变形腿总长(除最后一折)约550μm，由于MEMS制作工艺的限制，没有实现设计的热隔离腿，因此有效的热变形腿长只有一折(约90μm)。
如图2所示，当红外物体的辐射能经过红外透镜传到微悬臂梁阵列时，红外辐射的吸收将使微悬臂梁阵元产生温升，由于SiNx和Au两种材料的热胀系数的差异，梁将产生弯曲，使反光板产生倾角(如图l(a)所示)。方框内的光学读出部分把阵元的倾角转化为CCD上的灰度变化：LED光源通过小孔变成点光源，扩束后经过分光镜，由准直透镜Ll变成平行光，照到微梁阵列后反射，通过Fourier变换透镜Ll，刀口在Ll的后焦面滤波，然后通过成像透镜在CCD靶面上成像。
由图2的原理图可知，对于光学读出系统而已，需要傅里叶变换透镜L1(也是准直透镜)和成像透镜，以及刀口滤波之后才能实现成像。缺点就是光读出透镜组(包含4F滤波器)使得系统体积大，成本高，安装调试复杂。
针对上述问题，本发明提供了一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统和方法。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图3为本发明实施例微悬臂梁阵列光学读出成像系统的结构框图。如图3所示，一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统包括：
可见光光源1，用于发出可见光。
平面反射镜2，设置在所述可见光光源1的出射光路上，用于所述可见光进行反射，得到第一反射光。
微悬臂梁阵列3，设置在所述平面反射镜2的反射光路上，用于对所述反射光进行反射，得到第二反射光；所述微悬臂梁阵列3包括多个微反射镜。
小孔阵列4，设置在所述微悬臂梁阵列3的反射光路上，用于对所述第二反射光进行透射，得到透射光；所述小孔阵列4的小孔个数与所述微悬臂梁阵列3的单元个数相同，也可以不相同。如果不相同的话，它们之间的关系是：m*k＝n，其中k为偶数。n为所述微悬臂梁阵列3的单元个数，m为所述小孔阵列4的小孔个数，k为n和m的比例系数。
小孔的形状为圆形，圆形的直径D与微悬臂梁阵列3的单元边长L的关系是：D<L/2。小孔是对微悬臂梁阵列的一个多单元区域成像，一个小孔对应一个区域，不需要分辨小孔成像是哪一个单元的像，例如：有100个微悬臂梁单元的阵列，可以用有10个小孔的阵列，那么1个小孔对应10个微悬臂梁单元区域。
成像探测器5，设置在所述小孔阵列4的透射光路上，用于根据所述透射光进行成像。所述成像探测器5为CCD探测器或CMOS探测器
光读出成像原理如下：
目标物体放置于微悬臂梁阵列前，光源发出的平行光通过反射镜反射到微悬臂梁阵列上，可以理解为微悬臂梁阵列每一个单元都是一个目标物体。通过微悬臂梁阵列反射的光通过小孔阵列，利用小孔成像原理实现无透镜成像。同时，小孔具备空间滤波的作用，因此不需要4f滤波系统。通过在小孔阵列后面放置CCD或CMOS探测器(无需成像透镜)就可以直接读出。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
(1)不需要光读出透镜组，只需要非常薄小孔阵列，因此能够减小系统体积；
(2)不需要光读出透镜组，只需要低成本小孔阵列，因此能够降低成本；
(3)不需要光学4F滤波系统及滤波器，因此安装调试简单。
图4为本发明实施例微悬臂梁阵列光学读出成像方法统的流程图。如图4所示，一种微悬臂梁阵列光学读出成像方法包括：
步骤401：获取可见光光源发的出可见光。
步骤402：对所述可见光进行反射，得到第一反射光。
步骤403：对所述第一反射光进行反射，得到第二反射光。
步骤404：对所述第二反射光进行透射，得到透射光。
步骤405：根据所述透射光进行成像。
在对所述可见光进行反射，得到第一反射光，之前还包括：调整平面反射镜的距离和角度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种微悬臂梁阵列光学读出成像系统，其特征在于，所述系统包括：
可见光光源，用于发出可见光；
平面反射镜，设置在所述可见光光源的出射光路上，用于所述可见光进行反射，得到第一反射光；
微悬臂梁阵列，设置在所述平面反射镜的反射光路上，用于对所述反射光进行反射，得到第二反射光；
小孔阵列，设置在所述微悬臂梁阵列的反射光路上，用于对所述第二反射光进行透射，得到透射光；所述小孔阵列的小孔个数与所述微悬臂梁阵列的单元个数相同，也可以不相同，如果不相同的话，它们之间的关系是：m*k＝n，其中k为偶数，n为所述微悬臂梁阵列的单元个数，m为所述小孔阵列的小孔个数，k为n和m的比例系数；所述小孔阵列的小孔的形状为圆形，圆形的直径D与微悬臂梁阵列的单元边长L的关系是：D<L/2；所述小孔是对微悬臂梁阵列的一个多单元区域成像，一个小孔对应一个区域；
成像探测器，设置在所述小孔阵列的透射光路上，用于根据所述透射光进行成像。
2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述微悬臂梁阵列包括多个微反射镜。
3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述小孔阵列的小孔个数与所述微悬臂梁阵列的单元个数相同。
4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述成像探测器为CCD探测器或CMOS探测器。
5.一种微悬臂梁阵列光学读出成像方法，其特征在于，所述方法应用上述权利要求1-4任意一项所述的系统，所述方法包括：
获取可见光光源发的出可见光；
对所述可见光进行反射，得到第一反射光；
对所述第一反射光进行反射，得到第二反射光；
对所述第二反射光进行透射，得到透射光；
根据所述透射光进行成像。
6.根据权利要求5所述的微悬臂梁阵列光学读出成像方法，其特征在于，在对所述可见光进行反射，得到第一反射光，之前还包括：
调整平面反射镜的距离和角度。
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