[发明专利]一种用于红外热像成像仪的光学读出方法

摘要

一种用于红外热像成像仪的光学读出方法，红外热像成像仪包括红外集像模块、真空室、放置于真空室中的微梁单元阵列、光学读出模块和图像读出显示模块；光学读出模块包括LED光源、准直透镜、分光镜、傅里叶透镜、滤波器以及成像透镜；其特征在于：所述的滤波器选用狭缝滤波器，狭缝滤波器设置于微梁单元的光学衍射谱平面上，并通过狭缝滤波器的空间滤波作用，调制衍射谱的强度；其效果在于：提出了基于狭缝滤波器的光学读出方法，并同时针对该光学读出方法，提出了如何准确获得其最佳灵敏度的方法；通过准确设置狭缝滤波器的宽度、狭缝中心线的位置、以及LED光源的发光亮度，可使红外热像成像仪的光学检测灵敏度得到成倍提高。

主权项

1.一种用于红外热像成像仪的光学读出方法，红外热像成像仪包括红外集像模块、真空室、放置于真空室中的微梁单元阵列、光学读出模块和图像读出显示模块；微梁单元阵列包括若干微梁单元及其支撑框架；光学读出模块包括LED光源、准直透镜、分光镜、傅里叶透镜、滤波器以及成像透镜，经微梁单元反射的衍射光线在傅里叶透镜的汇聚谱平面上形成光学衍射谱；其特征在于：所述的滤波器选用狭缝滤波器，狭缝滤波器设置于微梁单元的光学衍射谱平面上，并通过狭缝滤波器的空间滤波作用，调制衍射谱的强度；点亮LED光源，通过确定狭缝滤波器的狭缝宽度、狭缝滤波器在光学衍射谱平面上的位置以及LED光源的强度，来确定对应的红外热像成像仪的灵敏度状态：在汇聚谱平面中，设支撑框架的杂散光斑中心与微梁单元的光学衍射谱中心的连线为X轴，光学衍射谱中心为坐标原点，过坐标原点且与X轴垂直的线为Y轴；狭缝滤波器的狭缝边界与Y轴平行，Z轴垂直于汇聚谱平面并于X轴、Y轴构成右手直角坐标系；x_f和y_f分别是X轴、Y轴坐标值；设X轴上杂散光斑一侧为正方向，+∞、-∞分别表示X轴、Y轴上的正无穷远、负无穷远；当未设置狭缝滤波器时，定义：a)t(x_f，y_f)为微梁单元的光学衍射谱在汇聚谱平面上关于点(x_f，y_f)的振幅即光强分布函数；b)为微梁单元的光学衍射谱在汇聚谱平面上沿X轴的一维光强分布函数；所述一维光强分布函数可表述为两部分的乘积，即I(x_f)＝A·E_erf(x_f)，其中，A代表LED光源经微梁单元反光板反射后的光强；E_erf(x_f)代表除去光强A的剩余部分；当设置狭缝滤波器后，调整宽度为w_slit的狭缝滤波器的狭缝中心线位置，使其交于汇聚谱平面上的X轴上某点(x_slit，0)处，并使狭缝滤波器的狭缝边界与Y轴保持平行状态：设立特征函数一：∫xslit-0.5wslitxslit+0.5wslitEerf(xf)dxf∫-∞+∞Eert(xf)dxf≥α]]>上式表征了狭缝滤波器的能量使用效率；在设定α为某一值时(0＜α＜1)，通过特征函数一可确定关于(x_slit，w_slit)的取值区间Ω；所述取值区间Ω即，对某一α值，通过特征函数一可确定x_slit的取值区间，以及在x_slit的各个取值时，所对应的不同的w_slit取值区间。设立特征函数二：Θ(xslit,wslit)=Eerf(xslit+0.5wslit)-Eerf(xslit-0.5wslit)∫xslit-0.5wslitxslit+0.5wslitEerf(xf)dxf]]>Θ(x_slit，w_slit)值与能调整得到的红外热像成像仪灵敏度之间存在对应关系；在由特征函数一确定的关于(x_slit，w_slit)的取值区间Ω内，Θ(x_slit，w_slit)值越大，则能调整得到的红外热像成像仪灵敏度越高；当Θ(x_slit，w_slit)值最大时，能调整得到红外热像成像仪的最高灵敏度；调整得到的红外热像成像仪灵敏度是指：对某一α值，通过特征函数一可确定x_slit的取值区间，以及在x_slit的某一个取值时所对应的w_slit的取值区间；在操作红外热像成像仪时，调整狭缝滤波器的狭缝中心线交于汇聚谱平面上的X轴上x_slit的取值区间内的某点(x_slit，0)处；并调节狭缝滤波器的宽度，使其在对应于该x_slit取值时的w_slit的取值区间内变化；在每个狭缝滤波器的宽度为w_slit的取值状态下，增加光源亮度，使得图像读出显示模块刚好达到其满量程ACCD，计算此状态下的特征函数二的Θ(x_slit，w_slit)值，得到此状态下的红外热像成像仪的灵敏度；Θ(x_slit，w_slit)值越大，表示红外热像成像仪灵敏度越高；采用此方法遍历x_slit的取值区间，可以得到所需要的红外热像成像仪的不同灵敏度；调整狭缝滤波器的宽度w_slit，使之遍历x_slit的取值区间内各个x_slit取值所对应的不同的w_slit的取值区间，计算得到特征函数二的Θ(x_slit，w_slit)最大值Θ_max时，设与Θ_max对应的x_slit、w_slit取值分别为x_max、w_max，将狭缝滤波器的狭缝中心线交于与Θ_max对应的(x_max，0)处，并将狭缝滤波器的宽度设置于与Θ_max对应的w_max值，再增加LED光源亮度，使得图像读出显示模块刚好达到其满量程A_CCD，即可得到红外热像成像仪的最高灵敏度。