[发明专利]红外多光谱成像装置及方法

说明书

根据一个方面，本发明涉及一种红外多光谱成像装置(20)，其适于检测至少一个第一和一个第二检测波长。其包括检测矩阵阵列(23)，包括形成给定尺寸图像场的一组预设尺寸基本检测器(23i)；和具有给定开口数量(N)和给定焦距(F)的成像光学器件(22)，该数量和焦距适于在图像场的每个点处形成覆盖一组至少并置的两个基本检测器的焦点。该装置还包括金属电介质导模共振基本滤光器矩阵阵列(24)，该矩阵阵列以小于光学器件(22)的焦深的距离设置在检测矩阵阵列(23)前方，基本滤光器尺寸选择为使得在图像场的每个点处形成的每个基本焦点覆盖至少两个基本滤光器；且基本滤光器针对以等于所述检测波长中的两个的两个不同中心波长为中心的光谱带中的带通透射优化。

技术领域

本发明涉及一种用于红外多光谱成像的装置和方法。

背景技术

在可见光或近红外光中，已知借助CCD或CMOS类型的数字照相机形成彩色图像的不同装置。例如，可以使用光谱分离装置以在多个检测器上分别形成在不同光谱带中的图像。还已知，将滤光轮放置在照相机的前方并顺序地获取不同光谱带中的一系列图像。在这些情况中的每个下，彩色图像都是根据在不同光谱带中获取的不同图像重建的。然而，最常用的技术是焦平面结构以形成像素化滤光器镶嵌，例如以所谓的“拜耳结构”的结构形式(在美国专利号3971065中描述)的形式，为了尽可能接近地再现人眼的视觉效果，其允许使用单个检测器同时获取不同光谱带中的图像。为此，将红色、绿色和蓝色滤光器以4像素化滤光器(一个红色、两个绿色、一个蓝色)镶嵌的形式定位在相机的每个基本检测器(或“像素”)处，该图案被复制到检测器的整个面积上。然后，“逆镶嵌”算法允许重建彩色图像。像素化滤光器通常以形成干涉滤光器的多层结构的形式实施在近红外中(例如，参见M.Lequime等人的《2-Array-2 Pixelated Optical Interference Filter》，Proc.SPIE，第9627卷，96270V-1-96270V-7，2015年)，并且技术控制得很好。在可见光中，我们也可以使用着色剂。

在红外光中，也就是说，对于通常介于3μm和20μm之间的波长而言，还存在着多光谱成像的需求，但并不是重现与眼睛检测到的图像类似的图像，而是获取各种信息，例如借助其光谱标记识别化学种类或物体、发射体的温度分析，确定物体的发射光谱等。

已经描述了在3-5μm带中使用多层结构进行多光谱红外成像，但是其具有数个局限性(参见M.Oussalah等人的《Multispectral thin film coating on infrareddetector》，Proc.SPIE，第9627卷，96271W-96271W-10，(2015))特别地，由于它们涉及大量的层，因此，如果不十分小心地选择材料，则这些组分一旦受到温度变化，就会表现出脆性。此外，在红外光中，层的厚度较大(通常大于1μm)，并且从一个滤光器到另一个滤光器是可变的。这不仅会造成技术难题，还会由于尤其导致滤光器彼此的厚度差的衍射杂散效应(边缘效应)而导致光谱选择性方面的性能劣化。

已经开发了用于红外多光谱成像的其他技术，这些技术不再基于层的堆叠，而是基于金属层周期性亚波长结构，其尤其允许可以使用有限数量的层。

因此，Haidar等人在《Free-standing subwavelength metallic gratings forsnapshot multispectral imaging》(Appl.Phys.Lett.96，221104，(2010))中描述了一种基于使用悬浮亚波长金属光栅的多光谱红外照相机。这些结构在根据周期的波长下具有显着透射率。通过并置多个不同周期的滤光器，因此可以实施具有多个光学成像通道的照相机，其中每个通道还包括光谱滤光器，其允许在给定光谱带中针对每个通道在给定面积(通常为毫米尺寸面积)上形成图像。