[發(fā)明專利]基于微透鏡陣列收發(fā)雙向連續(xù)掃描近紅外成像系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910097747.6
• 申請(qǐng)日: 2019-01-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109708763A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝洪波;王瑤;楊磊;毛晨盛;呂華;向洋;王永樂(lè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01J5/00
• 分類號(hào): G01J5/00;G01J5/02;G01J5/08
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國(guó)威

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，為克服現(xiàn)有紅外成像系統(tǒng)工作視場(chǎng)小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于微透鏡陣列收發(fā)雙向連續(xù)掃描近紅外成像系統(tǒng)，包括用于光束整形的四路發(fā)射系統(tǒng)、三片式微透鏡陣列、接收物鏡和紅外探測(cè)器；所述發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射經(jīng)過(guò)整形的光束，以1.06°視場(chǎng)角經(jīng)過(guò)三片式微透鏡陣列，變成0°～10°掃描視場(chǎng)角和設(shè)定的凝視視場(chǎng)角的大視場(chǎng)光束；該光束照射一定距離的目標(biāo)物，隨后發(fā)生漫反射，以前述掃描視場(chǎng)角和凝視視場(chǎng)角的光束返回微透鏡陣列，經(jīng)過(guò)微透鏡的接收，變成與發(fā)射端視場(chǎng)角相同的光束，隨后經(jīng)過(guò)接收物鏡聚焦，將目標(biāo)物成像在探測(cè)器上。本發(fā)明主要應(yīng)用于光學(xué)成像場(chǎng)合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及到基于微透鏡陣列的掃描光學(xué)系統(tǒng)，尤其涉及一種基于微透鏡陣列進(jìn)行收發(fā)雙向連續(xù)掃描的近紅外成像光學(xué)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

紅外成像在國(guó)防領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，紅外成像又分主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。被動(dòng)式紅外成像需要特定的環(huán)境條件才能正常工作，而主動(dòng)式紅外成像系統(tǒng)自身攜帶發(fā)射端，環(huán)境實(shí)用性強(qiáng)。

紅外成像的實(shí)現(xiàn)方式有兩種：掃描式和非掃描式。非掃描式紅外成像系統(tǒng)為保證正常的空間分辨率，工作視場(chǎng)小；掃描式紅外光學(xué)系統(tǒng)具有兼顧高分辨率和大視場(chǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

光束掃描的實(shí)現(xiàn)方式很多，如光學(xué)透鏡掃描、棱鏡掃描、反射鏡掃描、全息掃描、聲光掃描、微透鏡掃描等。其中光學(xué)透鏡掃描、棱鏡掃描、反射鏡掃描是傳統(tǒng)的光學(xué)掃描裝置，它們屬于機(jī)械式掃描，通過(guò)轉(zhuǎn)鏡、擺鏡、振鏡等光學(xué)元件達(dá)到光束偏轉(zhuǎn)的目的。機(jī)械式掃描系統(tǒng)能夠進(jìn)行大角度范圍掃描，但是系統(tǒng)體積大、笨重、耗電量大。而全息掃描、聲光掃描屬于電子式掃描器，掃描速度可以很高，光束可以指向掃描空間中的任一點(diǎn)，它不包含任何機(jī)械運(yùn)動(dòng)部分，但缺點(diǎn)是，掃描角度小，而且光透過(guò)率低，光束質(zhì)量差，耗電量大。

微小化和智能化是現(xiàn)代科技發(fā)展的趨勢(shì)，微電子學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了微光學(xué)的發(fā)展。微光學(xué)元件的特點(diǎn)是體積小、重量輕、設(shè)計(jì)自由度大、可集成、可陣列等。微光學(xué)的應(yīng)用十分廣泛，可以制作成漸變折射率透鏡、連續(xù)面型衍射光學(xué)元件、二元光學(xué)元件、微透鏡陣列等。其中微透鏡陣列在微光學(xué)系統(tǒng)中有著重要而廣泛的應(yīng)用，如光成像、光束整形、光數(shù)據(jù)傳輸和光束掃描等。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提出一種基于微透鏡陣列進(jìn)行收發(fā)雙向連續(xù)掃描的近紅外成像光學(xué)系統(tǒng)，旨在克服現(xiàn)有紅外成像系統(tǒng)工作視場(chǎng)小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，基于微透鏡陣列收發(fā)雙向連續(xù)掃描近紅外成像系統(tǒng)，包括用于光束整形的四路發(fā)射系統(tǒng)、三片式微透鏡陣列、接收物鏡和紅外探測(cè)器；所述發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射經(jīng)過(guò)整形的光束，以1.06°視場(chǎng)角經(jīng)過(guò)三片式微透鏡陣列，變成0°～10°掃描視場(chǎng)角和設(shè)定的凝視視場(chǎng)角的大視場(chǎng)光束；該光束照射一定距離的目標(biāo)物，隨后發(fā)生漫反射，以前述掃描視場(chǎng)角和凝視視場(chǎng)角的光束返回微透鏡陣列，經(jīng)過(guò)微透鏡的接收，變成與發(fā)射端視場(chǎng)角相同的光束，隨后經(jīng)過(guò)接收物鏡聚焦，將目標(biāo)物成像在探測(cè)器上。

所述微透鏡陣列單元的入射端口和出射端口的通光口徑相等。

更進(jìn)一步地，所述微透鏡陣列通過(guò)其第三片掃描鏡的微小位移，在發(fā)射光路中起到連續(xù)偏轉(zhuǎn)光束的作用，在接收光路中起到連續(xù)選擇視場(chǎng)的作用。

更進(jìn)一步地，所述微透鏡陣列單元的結(jié)構(gòu)是以加入場(chǎng)鏡的開(kāi)普勒望遠(yuǎn)結(jié)構(gòu)為原型。

更進(jìn)一步地，所述微透鏡陣列為方形陣列，接收區(qū)域?yàn)榉叫侮嚵械膬?nèi)切圓，發(fā)射區(qū)域在剩余的四個(gè)角落里。

更進(jìn)一步具體地，微透鏡陣列包括微透鏡A、B、C，在接收光路中，0°～10°掃描視場(chǎng)的光束從左邊入射，微透鏡A會(huì)聚光束，微透鏡B是場(chǎng)鏡，其作用是在一次成像面處，壓低會(huì)聚光束主光線的角度；微透鏡A和微透鏡B的焦距都為f₁，微透鏡C相對(duì)微透鏡A、B發(fā)生位移，當(dāng)微透鏡陣列將接收到的，視場(chǎng)角為ω的光束準(zhǔn)直時(shí)，由幾何光學(xué)原理得微小位移Δ＝f₁tanω。