[发明专利]采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置，用于采集短波红外图像，属于红外成像技术领域。

背景技术

短波红外(1～2.5μm)成像设备在夜视、侦查与监视、遥感、火控系统、红外成像制导和光电对抗等军事领域应用十分广泛，与发达国家相比，目前，在我国军队中红外成像设备的应用较少，其需求量相当大；在民用领域，短波红外成像系统广泛应用于消防、电力、建筑、安防等领域，在我国，红外成像设备在这些行业中的应用还处于起步阶段，技术比较匮乏，但发展空间巨大。

短波红外成像设备有短波红外成像仪。在短波红外成像仪中，短波红外图像探测装置是一个核心组成部分。典型的短波红外图像探测装置由红外成像透镜1将探测的红外图像成像于红外光电探测器2上，见图1所示，FPGA主控芯片中的光电探测器驱动单元驱动红外光电探测器2采集红外图像，所采集的红外图像直接或者通过FPGA主控芯片中的图像存储单元送入FPGA主控芯片中的图像处理单元，处理后的红外图像经FPGA主控芯片中的通信接口传送给上位计算机4。所述的红外成像透镜1采用红外材料制作，如工作波段为0.55～14μm的GaP、工作波段为0.6～12μm的ZnS(s)等，价格昂贵。所述的红外光电探测器2则由非硅半导体材料制成，成本极高；为了使红外光电探测器2吸收的红外能量迅速散去，需要使用半导体制冷片作为内部冷源制冷，但是，这一措施导致短波红外图像探测装置结构复杂、成本高，降低响应速度，还出现噪声干扰。

可见光光电探测器采用硅半导体材料制作，成本低，无需制冷。采用可见光光电探测器的图像探测装置其成像光学系统中的光学透镜也是一种可见光光学透镜，成本低。

上转换发光材料具有反斯托克斯效应，当激发光为红外光时，发光则为可见光。上转换发光材料的现有用途限于上转换激光器、三维立体显示、防伪识别等。硫化物体系的上转换发光材料具有宽频谱、低阈值红外响应的突出特点，应用于红外激光光路调节、光斑检测、光束校对、发射光显示和发射光跟踪等红外探测等领域。

发明内容

为了简化短波红外图像探测装置结构、降低造价，同时具有响应速度快、响应阈值低、响应频谱宽等优点，我们发明了一种采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置。

在本发明之采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置中，见图2所示，成像透镜位于光电探测器前；FPGA主控芯片中的光电探测器驱动单元、图像存储单元、图像处理单元与光电探测器连接，图像处理单元还与图像存储单元及通信接口连接，其特征在于，成像透镜为可见光成像透镜3，光电探测器为可见光光电探测器4，上转换发光材料板5位于可见光成像透镜3前方。

由于本发明在短波红外图像探测装置的最前方设置了上转换发光材料板5，因此，其后的光学元件和光电元件均可以采用可见光元件了，如可见光成像透镜3和可见光光电探测器4，由于可见光元件相对红外元件而言成本较低，以及可见光光电探测器4无需制冷等原因，本发明之短波红外图像探测装置成本低、结构简单，结合上转换发光材料所具有的特点，本发明之短波红外图像探测装置具有响应速度快、响应阈值低、响应频谱宽等优点。当所采用的上转换发光材料为硫化物红外上转换发光材料CaS:Eu²⁺，Sm³⁺时，上转换光谱的响应波段为800nm～1610nm，它的波峰位于1200nm，见图3中的曲线b，完全能够满足短波红外(1～2.5μm)图像探测需要。上转换发光光谱则位于可见光波段，上转换发光的波峰位于630nm，见图3中的曲线a，完全实现短波红外向可见光的转换。

附图说明

图1是现有短波红外图像探测装置结构及探测过程示意图。图2是本发明之采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置结构及探测过程示意图，该图同时作为摘要附图。图3是本发明采用的硫化物红外上转换发光材料上转换光谱、上转换发光光谱曲线图。图4是现有及本发明之短波红外图像探测装置中的FPGA主控芯片控制程序框图。

具体实施方式

在本发明之采用上转换发光材料的短波红外图像探测装置中，见图2所示，可见光成像透镜3位于可见光光电探测器4前。上转换发光材料板5位于可见光成像透镜3前方。可见光光电探测器4为采用硅半导体材料制造的具有中等分辨率(1280×1024)的CCD或CMOS数字图像传感器。所采用的上转换发光材料为硫化物红外上转换发光材料CaS:Eu²⁺，Sm³⁺。FPGA主控芯片中的光电探测器驱动单元、图像存储单元、图像处理单元与光电探测器连接，图像处理单元还与图像存储单元及通信接口连接，通信接口如USB2.0接口。FPGA主控芯片按照控制程序控制短波红外图像探测装置工作，见图4所示。