专利名称：基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统的制作方法
技术领域：
木发明属于红外热成像技术领域，具体涉及一种基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统，主要用生物医学显微热成像、大规模集成电路故障检测以及采集军事及气象遥感图像等。
背景技术：
现有的微扫描方法主要是通过机械平移法、摆镜法、平板旋转法等实现图像在阵列上的移动。机械平移法有透镜平移法和探测器平移法，其主要是通过机械方法使光学系 统与探测器之间形成可控的位移，实现微扫描。现已知的微扫描系统有中国专利200580032739. x公开的二维微扫描器，包括两个可以围绕固定轴旋转的反射镜组成，第一个反射镜能够在第一方向上扫描光束，第二个反射镜能够在第二个方向上扫描光束，其结果是非常小型化的二维扫描器，其中两个单个反射镜相互独立，但是相互之间仍然能够非常接近，消除了或者至少减少了图像失真。中国专利200810130717. 2公开了一种面元变换式微扫描显示技术及所制的LED显示模块，其是以面元的形状变换及局部微扫描方式的配合来实现用较大尺度的像素发光器件来实现高分辨率显示的技术，可大大的突破原有像素器件的尺寸限制，获得大大高于原像素尺度所制约的高分辨率显示装置，可广泛应用于室内外高分辨率的显示需要。又如，中国专利200310111008. 7公布了一种显微扫描平台，它由底座、x轴滑块及其双向移动牵引机构、Y轴滑块及其双向移动牵引机构组成，X轴滑块及其双向移动牵引机构设置在Y轴滑块上，随Y轴滑块一体移动，Y轴滑块及其双向移动牵引机构设置在底座上，Y轴滑块在其双向移动牵引机构的牵引下双向移动。还进一步设计了 Z轴运动的机构，由Z轴升降组件和牵引组件组成，它们位于整个平台的底座与Y轴滑块之间。此发明独立于显微镜的装置，用于安装在现有的显微镜上，可实现X、Y乃至Z轴方向三维空间的精确运动，重复精度高，制造成本低。中国专利200710100165. 6公开了一种基于非制冷焦平面探测器组件的显微热成像方法，包括1)通过红外显微物镜将物体的辐射图像成像在非制冷焦平面探测器组件上；2)非制冷焦平面探测器组件将辐射图像转换为电子图像，并按标准视频输出；3)图像采集卡将标准视频热图像转化为数字图像存储；4)利用基于场景的自适应非均匀校正方法对数字图像进行非均匀校正，减小由于探测器灵敏度偏差造成的图像固定图案噪声；5)对校正后的图像进行显微热图像显示、分析、存储和其它处理。由于非制冷焦平面探测器组件具有较高的性价比、无需制冷、功耗低、体积小、重量轻等特性，使显微热成像系统成本大大降低，可促进其在各种领域的应用。已知的微扫描成像方法绝大多数还是机械式的，而红外图像的微扫描要求红外图像在红外探测阵列的位移很微小，所以机械式的微扫描方法在理论上来说是可行的，但是实际加工起来是非常困难的。而利用光学介质的电致感应双折射效应提供一种非机械式的微扫描方法，而且制作成本大大降低，可促红外显微成像在多个领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有扫描方法的不足，提供一种基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统。本发明提供的基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统，包括光学介质部分、滤光部分、电极、供电部分、信号控制部分以及红外探测器阵列；所述的电极包括安装在光学介质部分上下两端的竖直电极和安装在光学介质部分左右两端的水平电极；供电部分对光学介质部分四周的竖直电极和水平电极施加一个4kv-5kv的外电场,使光学介质部分产生电致感应双折射效应，使红外成像的光束经过该光学介质部分后产生偏折距离为微米数量级的偏折，然后用滤光部分将未发生偏折的光线滤掉；信号控制部分与供电部分连接，通过控制外电场的大小以及变化周期，使红外图像在红外探测器阵列上产生2X2周期性的微位移，采集4幅欠采样低分辨率图像，实现对红外图像的微扫描。 本发明扫描方法是非机械式扫描，是利用光学介质的电质感应双折射效应来实现红外图像在红外探测器阵列上的微位移，对红外图像进行微扫描。所述的光学介质部分可以是液晶，也可以是半导体材料。所用的液晶材料可以用Δη>0的具有正双折射率的液晶材料和Λη〈0的具有负双折射率的液晶材料相混，按照一定比例将正双折射率液晶材料和负折射率液晶材料相混，调制出△η不随入射光波长变化的液晶材料，调配公式Δη= X ^n1+X2 An2,其中χ ” X2为摩尔比。所述的滤光部分是红外滤光片，其作用是将通过光学介质部分而未发生光线偏折的红外光线虑掉。所述的红外滤光片根据红外光线在红外探测器阵列上发生微位移的方向的变化而转动进行滤光，即当红外光在竖直方向发生微位移时，红外滤光片转动在竖直方向上，对竖直方向上的光线进行滤光，当红外光在水平方向发生微位移时，红外滤光片转动在水平方向上，对水平方向上的光线进行滤光。所述的供电部分是根据光学介质部分光学材料的不同而变化，当光学介质部分是液晶时，则供电部分提供的是150Hz — 200Hz的高频交流电压；当光学介质部分是半导体材料时，则供电部分提供的是1800V — 2500V高压直流电。所述的信号控制部分控制供电部分分别对竖直电极和水平电极提供竖直向上、竖直向下、水平向左、水平向右的电压，使红外图像在红外探测器阵列上产生2X2周期性的微位移。在红外探测器阵列一定的情况下，根据所透红外光的波长，调整所加电压的大小，以及光学介质与探测器之间的距离，实现红外图像在红外探测器阵列上微移动探测器阵元一半的微距离。本发明的优点和有益效果基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统是在调查了已知的微扫描方法以及微扫描系统设计思路后提出来的，传统的微扫描方法都是机械式的，虽然在理论上是可行的，但是，由于红外图像在阵列式红外探测器阵列上实现的微位移一般为微米量级的，所以机械式零件的加工必为精加工，加工起来是比较困难的，而且在摄取图片的过程中不好控制，所以用机械式的微扫描方式是欠佳的。基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统利用一些光学介质的电光效应，对光学该介质施加一个适当的外电场，使介质产生电致感应双折射效应，使物体的红外光束经过该光学介质后产生微小偏折，使红外图像在红外探测器阵列上产生2X2周期性的微位移，实现对红外图像的微扫描，可避免传统机械式微扫描装置精加工的困难，而且用 程序容易实现对拍摄过程的控制，结构简单，重量轻，体积小，制作成本比较低。
图I是基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统原理图；图2是基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统电压变化图；图3是基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统的扫描过程图。图中，I是光学介质部分，2是供电部分，3是信号控制部分，4是滤光部分，5电极，6红外探测器阵列。
具体实施例方式以下结合基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统原理图和扫描过程图，对依据本发明提出的实施方式，详细的介绍基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统的特征及其效果。如图I所示，基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统由是光学介质I、供电部分2、信号控制部分3、滤光部分4、电极5和红外探测器阵列6六部分组成。该系统是利用一些光学介质I的电光效应实现的，信号控制部分3控制供电部分2对光学介质施加一个4kv-5kv的外电场，使介质的光学性质发生改变，产生电致感应双折射效应，使红外图像的光束经过该光学介质后产生微米级微小偏折，然后滤光部分4将未发生偏折的光线滤掉，根据不同需要可以通过控制外电场的大小、变化周期以及调整光学介质的厚度，使红外图像在红外探测器阵列6上产生2X2周期性的微位移，每一周期采集4幅欠采样低分辨力图像，然后将这四幅图像进行图像融合，实现对红外图像的微扫描。具体过程如下如图2所示，信号控制部分3控制供电部分2给竖直方向和水平方向交替供电，一个周期内竖直和水平方向的两对电极5的电压分别变化4次，在第一个T/4周期内，竖直方向上电极处于低电压，竖直方向下电极处于低电压，水平方向左电极处于低电压，水平方向右电极处于低电压，此时光学介质没有处于电场中，滤光部分4此时不对透过光学介质的红外光线进行滤光，此时红外探测器阵列上的红外图像没有进行微位移。在第二个T/4周期内，竖直方向上电极处于高电压，竖直方向下电极处于低电压，水平方向左电极处于低电压，水平方向右电极处于低电压，此时光学介质处于竖直方向的电场中，滤光部分4此时对透过光学介质未发生偏折的红外光线进行滤光，此时红外探测器阵列上的红外图像在竖直方向上向下进行微位移。在第三个T/4周期内，竖直方向上电极处于高电压，竖直方向下电极处于低电压，水平方向左电极处于低电压，水平方向右电极处于高电压，此时光学介质同时处于竖直和水平方向的电场中，滤光部分4此时对透过光学介质未发生偏折的红外光线进行滤光，此时红外探测器阵列上的红外图像在上面的基础上向水平左方向进行微位移。在第四个T/4周期内，竖直方向上电极处于低电压，竖直方向下电极处于低电压，水平方向左电极处于低电压，水平方向右电极处于高电压，此时光学介质处于水平方向的电场中，滤光部分4此时对透过光学介质未发生偏折的红外光线进行滤光，此时红外探测器阵列上的红外图像在上面的基础上向竖直上方向进行微位移(图像具体移动过程如图3);这样通过信号控制部分3控制供电部分2对该光学介质I施加一个周期变化的外电场，使红外图像在红外探测器6阵列上在竖直和水平方向上产生2X2周期性的微位移，采集4幅欠采样低分辨率图像，然后将这四幅图像进行融合，这样就实现了对红外图像的微扫描。本发明针对不同的应用领域对红外图像的分辨率要求不同，通过设置信号控制部分可以在一个周期内摄取9幅，甚至16幅红外图像，然后将一个周期内摄取的红外图像进行融合，可得到分辨率更高的红外图像，满足不同领域对图像分辨率的要求。在具体说明实施方案之后，对该项技术熟悉的人士可清楚的了解，在不脱离上述 申请专利范围下可进行各种变化与修改，且本发明亦不受限于说明书中所举实施例的实施方式。
权利要求
1.一种基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统，其特征在于该系统包括光学介质部分、滤光部分、电极、供电部分、信号控制部分以及红外探测器阵列； 所述的电极包括安装在光学介质部分上下两端的竖直电极和安装在光学介质部分左右两端的水平电极；供电部分对光学介质部分四周的竖直电极和水平电极施加一个4kv-5kv的外电场,使光学介质部分产生电致感应双折射效应，使红外成像的光束经过该光学介质部分后产生偏折距离为微米数量级的偏折，然后用滤光部分将未发生偏折的光线滤掉；信号控制部分与供电部分连接，通过控制外电场的大小以及变化周期，使红外图像在红外探测器阵列上产生2X2周期性的微位移，采集4幅欠采样低分辨率图像，实现对红外图像的微扫描。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述的光学介质部分是液晶或半导体材料。
3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述的滤光部分是红外滤光片，作用是将通过光学介质部分而未发生光线偏折的红外光线虑掉。
4.根据权利要求2所述的系统,其特征在于所述的供电部分根据光学介质部分光学材料的不同而变化，当光学介质部分是液晶时，则供电部分提供的是150Hz — 200Hz的高频交流电压；当光学介质部分是半导体材料时，则供电部分提供的是1800V — 2500V的周期性的高压直流电。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于在红外探测器阵列一定的情况下，根据所透红外光的波长，根据物像之间的关系，调整光学介质与探测器之间的距离，实现红外图像在红外探测器阵列上要求的微位移，距离为探测器阵元尺寸的一半。
6.根据权利要求I所述的系统，其特征在于所述的信号控制部分控制供电部分分别对竖直电极和水平电极提供竖直向上、竖直向下、水平向左、水平向右的电压，使红外图像在红外探测器阵列上产生2X2周期性的微位移。
7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于所用的液晶材料使用ΛηΧ)的具有正双折射率的液晶材料和△!!〈()的具有负双折射率的液晶材料相混，按比例调制出An不随入射光波长变化的液晶材料，调配公式An= X1 An1+X2 An2，其中χ ” X2为摩尔比。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于所述的红外滤光片根据红外光线在红外探测器阵列上发生微位移的方向的变化而转动进行滤光，即当红外光在竖直方向发生微位移时，红外滤光片转动在竖直方向上，对竖直方向上的光线进行滤光，当红外光在水平方向发生微位移时，红外滤光片转动在水平方向上，对水平方向上的光线进行滤光。
全文摘要
一种基于电控双折射效应的红外图像微扫描系统。主要由光学介质、滤光部分、供电部分及信号控制部分组成。该系统是利用一些具有电光效应的光学介质，在对该介质施加一个适当的外电场，使介质的光学性质发生改变，产生电致感应双折射效应，使红外图像的光束经过该光学介质后产生微小偏折，然后用滤光片将未发生偏折的光线滤掉。通过控制外电场的大小、变化周期以及光学介质的厚度，使红外图像在红外探测器阵列上产生2×2周期性的微位移，采集4幅欠采样低分辨力图像，实现对红外图像的微扫描。可避免传统机械式微扫描装置精加工的困难，促进红外微成像技术的发展。
文档编号G01J5/02GK102865928SQ201210405468
公开日2013年1月9日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者魏臻, 郭富, 王茂榕, 张岷, 周欢 申请人:天津理工大学