[发明专利]阿基米德螺旋线形滤光盘和滤光装置及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及阿基米德螺旋线形滤光盘和滤光装置及其设计方法，适用于光学分光，属于多波段成像领域。

背景技术

滤光片轮是实现多波段分光的常用装置。多组滤光片安装在滤光片轮上，旋转电机控制滤光片轮的转动，即可将入射辐射分成不同波段的光辐射。

目前分光波段为10个以下的多光谱成像产品多采用滤光片轮，滤光片轮如图1所示。美国FLIR公司的红外光谱成像仪Orion SC7000在镜头的焦平面之前加入一个旋转的滤光片轮，滤光片轮安装8片滤光片，光谱响应范围为3～5μm和7～9μm；加拿大Telops公司的TEL-1000系列中波红外光谱成像仪和HD-IR高清红外热像仪也使用旋转滤光片轮，安装8片滤光片；法国Bertin公司的Second sight TC气体成像仪光谱响应范围是8～14μm，加入的旋转滤光片轮可安装6片滤光片。滤光片轮针对帧读出方式的探测器，其工作原理为：转动滤光片轮，在滤光片转动到探测器的相应位置时，滤光片轮停止转动，探测器进行积分，积分结束后滤光片继续转动，转到下一片滤光片进行滤光，如此循环。

由滤光片轮的工作原理可以看出：由于滤光片需要停下来等待探测器进行积分，利用滤光片轮实现多波段分光时电机不是连续转动的，因此这一定程度上降低了工作效率；而且这种“时停时转”的设计，不仅产生大量能耗，对于电机的性能也提出了较高的要求，加重了对电机的损耗，缩短了电机的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，针对传统的滤光片轮进行多波段分光时存在的高能耗、低效率的缺陷，本发明设计了阿基米德螺旋线形滤光盘，为使该滤光盘达到最好的推扫效果本发明提出了阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，本发明同时采用该推扫滤光盘设计了滤光装置。使用本发明能够提高滤光的时间效能，并提升工作效率。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种阿基米德螺旋线形滤光盘，滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n＇条阿基米德螺旋线，n＇条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n＇个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n＇为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数；

n＇条阿基米德螺旋线线形相同。

本发明还提供了一种阿基米德螺旋线形滤光装置，其特征在于，包括阿基米德螺旋线形滤光盘和探测器；探测器置于滤光盘的滤光区域；

阿基米德螺旋线形滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n＇条阿基米德螺旋线，n＇条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n＇个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n＇为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数；

探测器为逐行读出方式的探测器。

本发明提出了一种阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，包括如下步骤：

假设滤光盘分n＇个分光波段，每个波段的曝光时间相同；

步骤一，以o为原点，作x轴、y轴，建立滤光盘的直角坐标系，以o点作为滤光盘的圆心，则滤光盘上阿基米德螺旋线的极坐标表达式为：

r＝χθ

式（1）中，r是极径，θ是极角，χ是比例系数；

取：

χ=n′pm2+n22π]]>

式中，与滤光盘搭配使用的探测器的像元间距为p，像元规模为m×n；根据χ所决定的线形，以及滤光盘的分光波段数n＇，划分出n＇片滤光片每片所在区域；

步骤二，确定滤光盘有效滤光区半径R₀，计算滤光盘有效滤光区的最小半径，令滤光盘中阿基米德螺旋线的最小极径为r_min：

r_min＝χθ₀