CN211425662U - 基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，所述三反射式光学模块，用于收集目标红外辐射，借助折转反射镜来折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列；所述微透镜滤波阵列，位于红外探测器的前焦点处，用于对目标红外辐射进行多孔径成像和多光谱分光，将分光后的目标红外辐射汇聚到红外探测器的靶面；所述红外探测器，其靶面位于微透镜滤波阵列的焦平面处，用于分区域采集目标红外多光谱图像。本实用新型以一次同时得到目标的多个谱段的多光谱图像，无需数据重构处理，实现实时多光谱成像，可用于实时性要求较高的应用。
Description
技术领域
本实用新型属于光谱成像技术领域，尤其涉及一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置。
背景技术
多光谱成像技术按照分光方式的不同，可以分为色散型、干涉型和滤光片型等；色散型光谱成像技术主要通过棱镜或光栅分光，获得目标的光谱信息，传统的色散型光谱成像技术采用推扫式的扫描方式，推扫式扫描是对一维单线进行光谱测量，然后另一维扫描获取完整的二维空间信息；但是由于存在光谱混叠导致图像处理难度大，图像处理时间长等问题，无法实时获得多光谱图像。在色散型成像光谱仪中，光通量和光谱分辨率之间的矛盾关系导致色散型光谱仪在探测可见光和红外弱辐射方面存在比较大的困难。
干涉型光谱成像技术根据干涉图获取方式的不同，可以分为时间调制型、空间调制型以及时空混合调制型。
时间调制型光谱成像技术采用的是Michelson干涉原理，空间调制型成像光谱仪获取干涉图的原理采用的是剪切干涉与杨氏双缝干涉原理相结合，时空联合调制型傅里叶变换成像光谱仪是基于像面干涉成像原理，获得的是经干涉图调制后的目标物体的全景图像。
干涉型光谱成像技术通过干涉仪探测目标的干涉图并利用傅里叶变换计算获得光谱信息，但其需要对目标在各个维度上进行多次曝光及多次扫描才能获得目标完整的三维立体数据，导致观测时间延长，目标的空间信息和光谱信息无法同时观测得到。
滤光片型成像光谱技术是在成像装置中加入滤光片分光，与色散型和干涉型光谱成像方式相比，滤光片型成像光谱技术结构较简单，具有结构紧凑，易于标定等特点。
滤光片型成像光谱技术可细分为多相机加滤光片式、单相机加滤光片轮式、单面阵CCD加滤光片式等。单相机加旋转式滤光片的成像方式需要电机控制，存在结构不稳定，成像帧频低，图像存在运动模糊等问题。
这些方式都不适用于实时性要求高的多光谱图像获取。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：
本实用新型实施例提供一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，包括三反射式光学模块、微透镜滤波阵列和红外探测器，
所述三反射式光学模块，用于收集目标红外辐射，借助折转反射镜来折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列；
所述微透镜滤波阵列，位于红外探测器的前焦点处，用于对目标红外辐射进行多孔径成像和多光谱分光，将分光后的目标红外辐射汇聚到红外探测器的靶面；
所述红外探测器，其靶面位于微透镜滤波阵列的焦平面处，用于分区域采集目标红外多光谱图像。
上述方案中，所述三反射式光学模块包括主凹面反射镜、次凹面反射镜和三凹面反射镜，所述主凹面反射镜、次凹面反射镜和三凹面反射镜依次交错设置，用于折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列。
上述方案中，所述主凹面反射镜与次凹面反射镜之间的距离、次凹面反射镜与三凹面反射镜的距离相等均为X mm，其中，所述主凹面反射镜向下倾斜α1度，所述三凹面反射镜向上倾斜α2度。
上述方案中，所述X为200至600mm，α1为0至4.9度，α2为-4.9至0度。
上述方案中，所述微透镜滤波阵列包括M×N个单元微透镜，每个单元微透镜的大小为A×B。
上述方案中，所述微透镜滤波阵列采用孔径间全视场交叠的多孔径排列方式，阵列中每个单元微透镜的视场大小相同，相互交叠，且与整个装置的视场大小相同。
上述方案中，每个单元透镜表面均镀有不同谱段的薄膜用于对目标场景红外辐射完成不同谱段的分光。
与现有技术相比，本实用新型以一次同时得到目标的多个谱段的多光谱图像，无需数据重构处理，实现实时多光谱成像，可用于实时性要求较高的应用。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置的原理框图；
图2为本实用新型实施例提供一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，如图1、2所示，包括三反射式光学模块1、微透镜滤波阵列2和红外探测器3，
所述三反射式光学模块1，用于收集目标红外辐射，借助折转反射镜来折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列2；
所述微透镜滤波阵列2，位于红外探测器3的前焦点处，用于对目标红外辐射进行多孔径成像和多光谱分光，将分光后的目标红外辐射汇聚到红外探测器3的靶面；
所述红外探测器3，其靶面位于微透镜滤波阵列2的焦平面处，用于分区域采集目标红外多光谱图像。
所述三反射式光学模块1包括主凹面反射镜11、次凹面反射镜12和三凹面反射镜13，所述主凹面反射镜11、次凹面反射镜12和三凹面反射镜13依次交错设置，用于折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列2；
目标红外辐射信号依次经过主凹面反射镜11、次凹面反射镜12和三凹面反射镜13和微透镜滤波阵列2，成像于探测器靶面的不同区域，即获得目标的红外多光谱图像。
所述主凹面反射镜11与次凹面反射镜12之间的距离、次凹面反射镜12 与三凹面反射镜13的距离相等均为X mm，其中，所述主凹面反射镜11向下倾斜α1度，所述三凹面反射镜13向上倾斜α2度，通过视场的倾斜、反射镜旋转适当的角度和离轴来避免中心遮拦。
所述X为200至600mm，α1为0至4.9度，α2为-4.9至0度。
所述微透镜滤波阵列2包括M×N个单元微透镜，每个单元微透镜的大小为 A×B。
所述微透镜滤波阵列2采用孔径间全视场交叠的多孔径排列方式，阵列中每个单元微透镜的视场大小相同，相互交叠，且与整个装置的视场大小相同。
每个单元透镜表面均镀有不同谱段的薄膜，所述薄膜制备材料选取硫化锌，以实现覆盖目标场景红外辐射中的红外长波(8-12μm)波段，完成对目标场景红外辐射不同谱段的分光。
所述微透镜滤波阵列2的制备材料选取硒化锌，通过单点金刚石的加工方式制备，每个单元透镜表面镀有不同谱段的滤光薄膜，以实现对8-12μm的红外长波波段响应。
所述红外探测器3，采用但不限于面阵为A×B的红外探测器，探测器的成像区域根据微透镜滤波阵列的排列方式被分为M×N个小靶面，每个小靶面大小为A×B，其靶面位于微透镜滤波阵列2的焦点处，用于分区域采集目标红外多光谱图像，获得红外长波多光谱图像。
本实用新型采用对微透镜阵列中的单元透镜镀膜的光谱分光方式代替传统旋转式滤光片，无需电机辅助，无需图像处理模块去除图像的运动模糊，降低了装置的结构复杂度，提高了成像帧频，一次性获得目标场景多个谱段的光谱图像，实现多光谱实时成像。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于，包括三反射式光学模块、微透镜滤波阵列和红外探测器，
所述三反射式光学模块，用于收集目标红外辐射，借助折转反射镜来折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列；
所述微透镜滤波阵列，位于红外探测器的前焦点处，用于对目标红外辐射进行多孔径成像和多光谱分光，将分光后的目标红外辐射汇聚到红外探测器的靶面；
所述红外探测器，其靶面位于微透镜滤波阵列的焦平面处，用于分区域采集目标红外多光谱图像。
2.根据权利要求1所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：所述三反射式光学模块包括主凹面反射镜、次凹面反射镜和三凹面反射镜，所述主凹面反射镜、次凹面反射镜和三凹面反射镜依次交错设置，用于折叠光路，压缩入射目标红外辐射的光束口径，将入射辐射平行入射到微透镜滤波阵列。
3.根据权利要求2所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：所述主凹面反射镜与次凹面反射镜之间的距离、次凹面反射镜与三凹面反射镜的距离相等均为X mm，其中，所述主凹面反射镜向下倾斜α1度，所述三凹面反射镜向上倾斜α2度。
4.根据权利要求3所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：所述X为200至600mm，α1为0至4.9度，α2为-4.9至0度。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：所述微透镜滤波阵列包括M×N个单元微透镜，每个单元微透镜的大小为A×B。
6.根据权利要求5所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：所述微透镜滤波阵列采用孔径间全视场交叠的多孔径排列方式，阵列中每个单元微透镜的视场大小相同，相互交叠，且与整个装置的视场大小相同。
7.根据权利要求6所述的基于微透镜滤波阵列的红外长波多光谱成像装置，其特征在于：每个单元透镜表面均镀有不同谱段的薄膜用于对目标场景红外辐射完成不同谱段的分光。
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|---|---|---|---|---|
| CN113419289A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-09-21 | 中国电子科技集团公司第十一研究所 | 对红外探测器用多谱段滤光片的安装方法及红外探测器 |
| CN116026464A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-04-28 | 合肥中科红外精密仪器有限公司 | 基于分切镜的快照式红外高光谱成像系统及方法 |
| CN116105862A (zh) * | 2023-04-13 | 2023-05-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 基于靶面分割和像素级分光的光谱探测系统及其制备方法 |
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