[发明专利]非制冷红外成像系统微透镜阵列光学读出方法

摘要

本发明为基于FPA非制冷红外热成像系统的微透镜阵列光学读出方法，该方法应用于基于FPA的非制冷红外热成像系统中。该方法利用微透镜阵列和窗口阵列组合对从FPA反射的光场进行调制来改善系统的成像性能。当焦平面阵列上各小单元偏转不同的角度时，反射光束通过第一组微透镜阵列，在窗口阵列板上形成的谱位置会根据小单元偏转角的不同而不同，使透过窗口阵列的光束强度不同，再经过第二组微透镜阵列后射到光电探测器上，得到辐射物体的红外热图像。通过窗口阵列板和微透镜阵列的组合，可大大提高系统的探测灵敏度，相比传统的4f系统中的刀口和小孔滤波方法能有效地滤除杂散光，抗震性较好，能够提高系统的成像质量，使结构大大简化。

主权项

一种非制冷红外成像系统微透镜阵列光学读出方法，其特征在于读出方法的步骤为：步骤①：构建读出方法的光学系统，包括准直光源、焦平面阵列、红外透镜、微透镜阵列、窗口阵列板、分光镜、光电探测器及显示器，利用微透镜阵列对焦平面阵列反射的光场进行振幅调制，读出焦平面阵列微悬臂梁单元受热偏转后通过微透镜阵列的光场信息，微透镜阵列中每个小透镜的尺寸为100μm，单元形状为圆形，焦距为1mm，窗口阵列的直径为50μm，各个窗口之间的中心间距为100μm，窗口阵列通过常规半导体光刻曝光工艺完成，基板使用光学黑乳胶板以减少反射杂散光，窗口阵列板的整体尺寸与FPA的整体尺寸相同；步骤②：将微透镜阵列及FPA与窗口阵列对准并合成，利用微位移平台进行包括微透镜阵列与窗口阵列板之间的夹角、相对距离、相对旋转和平移精密调整，将一束激光照射到微透镜阵列的基板上，通过位置调节，利用显微镜进行观察，使微透镜阵列和窗口阵列板各个小单元对齐，调整好的微透镜组和窗口阵列组用填充物和胶粘剂在两基板四周将其固定，再与另一组微透镜阵列进行合成，使两组微透镜阵列的位置对齐；步骤③：微透镜阵列及窗口阵列板的组合和FPA的小单元需对齐，将一束平行光通过分光镜入射到FPA和阵列组合上，使其上的反射光强为透过阵列组合光强的一半，即窗口阵列的每个窗口边缘需要和聚焦点的中央最大值处对齐，则代表阵列组合与FPA小单元的位置已调整好，并用填充物和粘胶剂对FPA和阵列组合进行固定；步骤④：准直光源1发出平行光照射到分光镜上，通过分光镜的作用使平行光入射到微透镜阵列组中，通过第二组微透镜阵列后聚焦到窗口阵列板上，在通过微透镜阵列后，照射到焦平面阵列上；随后，经焦平面阵列反射到读出光路中，反射光线在读出光路中先通过第一个微透镜阵列，并且每个小单元的出射光聚焦到窗口阵列板上，此时窗口阵列板所处的位置应为焦平面阵列的谱平面位置，焦平面阵列通过窗口阵列板后，再通过第二个微透镜阵列上，之后通过分光镜在光电探测器上成像并在显示器上显示；当环境中没有红外辐射物体时，光电探测器所采集的一帧图像会保存下来作为背景；步骤⑤：当环境中有红外辐射物体时，焦平面阵列受热辐射部分的微悬臂梁单元将发生偏转，因此以相同入射角度入射的光束会根据微悬臂梁单元的偏转角度不同而以不同的角度反射，焦平面阵列微悬臂梁单元受热偏转后，反射光经第一组微透镜阵列聚焦在谱平面上，谱平面上放置窗口阵列板，对每个小单元分别形成的谱进行滤波，通过窗口的光强随FPA小单元偏转角度的变化而变化，出射光束通过第二组微透镜阵列后，到达光电探测器上，且光强发生相应的改变，形成热物体的可见光图像；步骤⑥：由于光电探测器采集并保存的是包含辐射目标物体信息的一幅图像，将这幅图像与之前保存的背景图像相减后，在显示器上输出的便是人眼可见的红外热图像。