一种提高红外辐射成像分辨率的方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种提高红外辐射成像分辨率的方法及装置，本发明通过采用多个聚焦的激光束对待测样品进行分区域辐照成像，获得待测样品上不同区域的一系列的二维红外辐射图像；利用在可见光波段的辐照激光能够聚焦成比较小的光斑这一特性，并且通过合理控制各个激光辐照点之间的距离，实现了利用具有较大像素尺寸的红外探测器阵列来获得较小尺寸的激光辐照点的红外辐射信息，突破了红外探测器阵列的像素尺寸对成像分辨率的限制，大大提高了激光激发红外辐射成像的分辨率，有助于拓展该技术的应用领域。
【专利说明】一种提高红外辐射成像分辨率的方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光诱导红外辐射成像【技术领域】，具体是一种提高红外辐射成像分辨率的方法及装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]通过对物体在激光照射下产生的红外辐射波进行检测分析来获取物体信息是一种用途比较广泛的无损检测技术。这种技术也称为光热福射技术(Photo thermalrad1metry)。基于光热福射测量技术的成像技术在无损检测、医疗诊断等领域获得了广泛的应用，包括对各种复合材料缺陷的检测、表征、损伤与评估，半导体缺陷的测量、早期癌症检测等。
[0004]光热辐射技术的基本测量原理是:一束激光束入射到样品的表面，样品吸收激光的能量后会引起局部温度变化，从而引起样品的红外热辐射的变化。因激光照射而引起的红外热辐射与样品本身的物质特性有关，通过测量激光照射引起的红外热辐射信号，可以获得样品的吸收系数、热扩散系数等物质特性。
[0005]在现有的激光诱导的光热辐射测量技术中，通常是利用较大面积的激光光束照射物体，再利用红外探测器阵列(例如红外相机等)，直接获得样品的二维图像。该方法的优点是成像速度快；缺点是成像分辨率取决于红外探测器阵列及其相关红外成像系统，分辨率低；另外，因为需要进行大面积照射，为保证灵敏度，也需要采用大功率的激光器，因而设备的制造和使用成本也比较昂贵。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种提高红外辐射成像分辨率的方法及装置，能够提高激光激发红外辐射成像的分辨率。
[0008]本发明的技术方案为:
一种提高红外辐射成像分辨率的方法，该方法包括以下步骤:
(1)将处于可见光波段的多个激光束聚焦到待测样品的某一区域；
(2)调整待测样品上各个激光辐照点之间的距离，使其均大于红外探测器阵列的像素尺寸；
(3)采用红外探测器阵列采集待测样品上所有激光辐照点的图像；
(4)改变激光束在待测样品上的聚焦区域，重复上述步骤(2)和(3)，得到待测样品的全部区域的激光激发红外辐射图像信息。
[0009]所述的方法的一种提高红外辐射成像分辨率的装置，该装置包括分别与待测样品光路连接的辐照激光器和红外探测器阵列，所述辐照激光器与待测样品之间依次设有激光分光装置、激光调制装置和激光聚焦装置，所述待测样品与红外探测器阵列之间依次设有红外辐射成像装置和红外滤光装置。
[0010]本发明通过采用多个聚焦的激光束对待测样品进行分区域辐照成像，获得待测样品上不同区域的一系列的二维红外辐射图像；利用在可见光波段的辐照激光能够聚焦成比较小的光斑这一特性，并且通过合理控制各个激光辐照点之间的距离，实现了利用具有较大像素尺寸的红外探测器阵列来获得较小尺寸的激光辐照点的红外辐射信息，突破了红外探测器阵列的像素尺寸对成像分辨率的限制，大大提高了激光激发红外辐射成像的分辨率，有助于拓展该技术的应用领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1?图3是本发明所述的提高红外辐射成像分辨率的方法的原理示意图；
图4是本发明所述的提高红外辐射成像分辨率的装置的结构示意图(反射式)；
图5是本发明所述的提高红外辐射成像分辨率的装置的结构示意图(透射式)。
[0012]
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0014]一种提高红外辐射成像分辨率的方法，包括:采用多个激光束对待测样品进行辐照，每一个激光束都聚焦到待测样品上，并且彼此之间的距离大于所采用的红外探测器阵列的像素尺寸；第一次照射后，利用红外探测器阵列采集一幅图像，然后扫描待测样品，改变各个激光束的照射位置，再采集一幅图像；照此类推，通过依次扫描、采集来获得待测样品的全部的图像信息。
[0015]如图1所示，原有的激光激发红外辐射成像技术中，通常是用一束面积较大的激光束对待测样品进行辐照，利用红外探测器阵列来获得激光引起的红外辐射的二维图像。这样的成像方式中，成像分辨率是由红外探测器阵列的最小像素尺寸和成像镜头系统来决定的。红外辐射本身的波长比较长，通常用来检测的波段在8?12微米左右。由于波长的限制，红外探测器阵列的最小像素尺寸不可能做得太小，比较好的也在20微米左右，无法进行高分辨率成像。
[0016]如图2所示，本发明采用多个激光束对待测样品进行辐照，每一个激光束都聚焦到待测样品上。此时，待测样品上只有激光辐照点所产生的红外辐射能够成像在红外探测器阵列上。由于所采用的激光束通常在可见光波段，波长相对比较短，可以会聚成比较小的光斑，比如I?2微米。当这些激光束彼此之间的距离大于红外探测器阵列的像素尺寸时，成像在红外探测器阵列上的这些激光辐照点对应不同的像素，因而是可分辨的。这种情况下，成像分辨率取决于激光辐照点的尺寸和红外探测器阵列的像素尺寸中较小的那个。显然，激光辐照点的尺寸要远远小于红外探测器阵列的像素尺寸。由此可见，本发明利用激光激发红外辐射成像的分辨率大大提高了。
[0017]如图3所示，改变激光辐照点在待测样品上的位置，采集这次所有激光辐照点的图像，照此类推，通过依次扫描、采集来获得待测样品的全部的图像信息。
[0018]实施例1:如图4所示，一种反射式的提高红外辐射成像分辨率的装置，包括有顺次设置的辐照激光器1、激光分光装置2、激光调制装置3、激光聚焦装置4、待测样品5、红外辐射成像装置6、红外滤光装置7和红外探测器阵列8。
[0019]激光分光装置2可采用分光片或分光棱镜，激光调制装置3可采用光调制器或者斩波器，对经由激光分光装置2产生的多个激光束进行调制，激光聚焦装置4可采用聚焦透镜，红外滤光装置7可采用滤光片，允许波长在设定范围内的红外辐射透过并进入到红外探测器阵列8中，而滤掉其它波段的辐射。
[0020]具体成像检测过程是:辐照激光器I发出的激光光束经过激光分光装置2被分成多个激光束，这些激光束经过激光调制装置3调制后，经由激光聚焦装置4后照射到待测样品5表面，在待测样品上，所有激光辐照点彼此之间的距离均大于所采用的红外探测器阵列8的像素尺寸。每一个激光束都产生相应的红外辐射，经过待测样品5前表面辐射的红外信号由红外辐射成像装置6成像到红外探测器阵列8上。每一个激光辐照点在红外探测器阵列8上都是可分辨的，此时，获得的红外辐射图像是这些激光辐照点对应的红外辐射图像。
[0021]改变待测样品5上激光辐照点的位置，并保持这些激光辐照点之间的距离大于所采用的红外探测器阵列8的像素尺寸，采集这次辐照下所有激光辐照点的图像。照此类推，通过依次扫描、采集来获得待测样品5的全部的图像信息。
[0022]本实施例是利用在物体前表面辐射的红外信号来对物体进行成像。本实施例可用于固体材料的缺陷检测，固体材料的缺陷检测包括但不局限于半导体材料的缺陷检测和复合材料的缺陷检测；也可用于材料的物理特性的测定，物理特性包括但不局限于吸收系数、热传导系数、显微硬度以及层状结构参数等；还可用于医疗诊断等。
[0023]实施例2:如图4所示，一种透射式的提高红外辐射成像分辨率的装置，包括有顺次设置的辐照激光器1、激光分光装置2、激光调制装置3、激光聚焦装置4、待测样品5、红外辐射成像装置6、红外滤光装置7和红外探测器阵列8。
[0024]与实施例1相比，本实施例是对透过待测样品5的红外辐射进行成像检测，具体成像检测过程与实施例1相同，因此不再赘述。
[0025]以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.一种提高红外辐射成像分辨率的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将处于可见光波段的多个激光束聚焦到待测样品的某一区域； (2)调整待测样品上各个激光辐照点之间的距离，使其均大于红外探测器阵列的像素尺寸； (3)采用红外探测器阵列采集待测样品上所有激光辐照点的图像； (4)改变激光束在待测样品上的聚焦区域，重复上述步骤(2)和(3)，得到待测样品的全部区域的激光激发红外辐射图像信息。
2.实现权利要求1所述的方法的一种提高红外辐射成像分辨率的装置，其特征在于:该装置包括分别与待测样品光路连接的辐照激光器和红外探测器阵列，所述辐照激光器与待测样品之间依次设有激光分光装置、激光调制装置和激光聚焦装置，所述待测样品与红外探测器阵列之间依次设有红外辐射成像装置和红外滤光装置。
【文档编号】G01N21/63GK104034704SQ201410295852
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】陈坚, 吴令奇, 吴周令 申请人:无锡利弗莫尔仪器有限公司