專利名稱：一種分時(shí)分光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種分光技術(shù)，特別是將入射光分時(shí)分配到不同光路的技術(shù)。
背景技術(shù)：
光電成像探測(cè)器尤其是紅外探測(cè)器，由于受到半導(dǎo)體技術(shù)水平限制，讀出時(shí)電荷轉(zhuǎn)移時(shí)間太長(zhǎng)，使得探測(cè)器的測(cè)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(cè)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(shí)，對(duì)應(yīng)的讀出時(shí)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(shí)的積分時(shí)間僅有(1/320-0.0031) X10_6s = 22us。若工程需求Ims的積分時(shí)間，此時(shí)只能降頻使用，最高也只能用到不足250Hz。由此可見(jiàn)，阻礙紅外測(cè)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(shí)間太長(zhǎng)。若要保證一定的積分時(shí)間，只能降頻使用探測(cè)器。如若需要得到更高幀頻的測(cè)量圖像則需要研發(fā)新型器件，研制費(fèi)用高，周期長(zhǎng)，且存在著熱分辨率下降、積分時(shí)間縮短等技術(shù)缺點(diǎn)。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(zhǎng)光通過(guò)棱鏡后折射角的不同來(lái)進(jìn)行分光；光譜分光可以通過(guò)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(cè)器上，因此當(dāng)感興趣的波段發(fā)生變化時(shí)除了更換探測(cè)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(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提出一種分時(shí)分光裝置，利用這種分時(shí)分光裝置能夠?qū)⑷肷涔夥謺r(shí)分光到多個(gè)探測(cè)器，經(jīng)合成后得到高幀頻的測(cè)量圖像。本實(shí)用新型提供的基本技術(shù)方案如下:一種分時(shí)分光裝置，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面相互平行，且轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于同一直線上；每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個(gè)孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心的同一圓周上，其中M個(gè)孔位為通孔，N個(gè)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(dòng)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(wú)遮擋出射；各個(gè)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(duì)齊，任一旋轉(zhuǎn)葉輪上的反射鏡所在孔位對(duì)應(yīng)的前面所有旋轉(zhuǎn)葉輪的孔位為通孔?；谏鲜龌窘Y(jié)構(gòu)，本實(shí)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(gè)反射鏡(當(dāng)然通孔也就有多個(gè))，則多個(gè)反射鏡和多個(gè)通孔均周向?qū)ΨQ布局。上述葉輪上也可以只有一個(gè)反射鏡，其余均為通孔。例如，旋轉(zhuǎn)葉輪共有三個(gè)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的周向上均布有四個(gè)孔位，其中一個(gè)為反射鏡，其余三個(gè)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(shí)分光裝置，并同步驅(qū)動(dòng)所有的旋轉(zhuǎn)葉輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)；設(shè)每過(guò)一個(gè)單位時(shí)間，旋轉(zhuǎn)葉輪上的孔位進(jìn)位至下一個(gè)孔位；tl時(shí)刻，入射光投射在第一個(gè)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(shí)刻，此時(shí)第一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的入射光斑位置處為通孔，入射光透過(guò)該通孔到達(dá)第二個(gè)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(shí)刻，此時(shí)第一個(gè)和第二個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的入射光斑位置處均為通孔，入射光依次透過(guò)第一個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪和第二個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的通孔到達(dá)第三個(gè)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(gè)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(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪完成反射后，下一個(gè)單位時(shí)間，入射光依次透過(guò)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(shí)分光裝置的一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期結(jié)束；對(duì)每一路出射光分別設(shè)置探測(cè)器進(jìn)行采集，后續(xù)采集電路將各個(gè)探測(cè)器的采集結(jié)果實(shí)時(shí)合成后輸出或存儲(chǔ)，即完成高頻圖像序列的獲取。若每個(gè)葉輪上設(shè)置多個(gè)反射鏡，其工作原理與上述方法相同，只不過(guò)在一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期中一個(gè)探測(cè)器會(huì)多次接收到反射光而已。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本實(shí)用新型用于光測(cè)系統(tǒng)，可以獲取更多的測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量對(duì)象時(shí)間尺度上的細(xì)節(jié)放大，有利于提高對(duì)目標(biāo)的辨識(shí)能力和測(cè)量精度。2、本實(shí)用新型可以提高測(cè)量系統(tǒng)的幀頻，即可以使用低端相機(jī)來(lái)完成高端相機(jī)的測(cè)量功能。使低端的紅外、可見(jiàn)光相機(jī)具備高端相機(jī)的探測(cè)能力，在節(jié)約成本的同時(shí)，完成高精度高幀頻測(cè)量的技術(shù)需求。3、本實(shí)用新型可用于大面陣相機(jī)或高靈敏度相機(jī)記錄和測(cè)量系統(tǒng)。這類相機(jī)曝光時(shí)間很短、測(cè)量幀頻很低，采用分時(shí)分光技術(shù)就能在一個(gè)相機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)使另一個(gè)相機(jī)曝光，增加了測(cè)量系統(tǒng)的并行性，提高了系統(tǒng)的整體測(cè)量幀頻，這在測(cè)量高速變化過(guò)程或者做高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體時(shí)尤為有利。

圖1為本實(shí)用新型的工作原理圖。圖2為本實(shí)用新型的三葉輪組結(jié)構(gòu)及布局示意圖。附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)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(shí)施方式
本實(shí)用新型使用多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪鏡組，通過(guò)按規(guī)律排布在葉輪上的通孔或者反射鏡，將入射光分時(shí)分光到不同的探測(cè)器中進(jìn)行同步曝光，再由后續(xù)的采集電路對(duì)各個(gè)探測(cè)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(gè)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(gè)探測(cè)器幀頻的對(duì)應(yīng)關(guān)系為:
權(quán)利要求1.一種分時(shí)分光裝置，其特征在于:包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面相互平行，且轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于同一直線上；每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個(gè)孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心的同一圓周上，其中M個(gè)孔位為通孔，N個(gè)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(dòng)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(wú)遮擋出射；各個(gè)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(duì)齊，任一旋轉(zhuǎn)葉輪上的反射鏡所在孔位對(duì)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(shí)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(shí)分光裝置，其特征在于:每個(gè)葉輪上有多個(gè)反射鏡，則多個(gè)反射鏡和多個(gè)通孔均周向?qū)ΨQ布局。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分時(shí)分光裝置，其特征在于:每個(gè)葉輪上只有一個(gè)反射鏡，其余均為通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分時(shí)分光裝置，其特征在于:旋轉(zhuǎn)葉輪共有三個(gè)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的周向上均布有四個(gè) 孔位，其中一個(gè)為反射鏡，其余三個(gè)為通孔。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種分時(shí)分光裝置，包括多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪，這些旋轉(zhuǎn)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面相互平行，且轉(zhuǎn)動(dòng)中心位于同一直線上；每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉輪的周向均布有N+M個(gè)孔位，各孔位中心位于以葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心為圓心的同一圓周上，其中M個(gè)孔位為通孔，N個(gè)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(dòng)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(wú)遮擋出射。本實(shí)用新型可用于大面陣相機(jī)或高靈敏度相機(jī)記錄和測(cè)量系統(tǒng)，采用分時(shí)分光技術(shù)就能在一個(gè)相機(jī)讀取數(shù)據(jù)時(shí)使另一個(gè)相機(jī)曝光，增加了測(cè)量系統(tǒng)的并行性，提高了系統(tǒng)的整體測(cè)量幀頻，這在測(cè)量高速變化過(guò)程或者做高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)物體時(shí)尤為有利。
文檔編號(hào)G01J5/08GK202974449SQ201220617818
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所