[实用新型]一种基于衍射光栅的彩色红外成像装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于将不可见的红外光转换为彩色可见光图像的装置，涉及受热变形的红外辐射成像仪。

技术背景：

在波长380至780纳米范围内的光为可见光，自然界中，温度高于绝对零度的物质随时都在向外界辐射热量，探测并将这些人眼看不到的热辐射显示出来，有重要的意义。

探测并将不可见的热辐射光转换为可见光线的方式主要有两大类：量子型的热电转换和热变形的光学转换。

量子型的热电转换通过探测元件，将热量导致的温度变化转变为电量的变化，对变化的电量进行采样保持、放大移出、模数转换处理后，就可以送到显示单元显示。

热变形的光学转换是利用探测器件受热变形，带动与变形器件相连接的反射镜偏转，照射到反射镜上的可见光线的空间位置随反射镜的偏转而变化，形成相应的可见光图像。

传统的转换办法，得到的都是单色的可见光图像。

与可见光范围的彩色摄像装置相比较，量子型的热电成像方式之所以不能形成彩色图像，主要是在可见光范围有效的RGB三基色滤色片在不可见光范围不仅无效，而且还会极大地影响热感应器的受热效果，因此，红外光成像仪的热红外感应器均不设滤光片，没有滤色片，也就无法实现彩色显示。

20世纪90年代中，由于微机电系统MEMS技术的发展，出现了通过观测双材料微悬臂梁受热变形分布来形成图像的新概念。通过光学方式观测热辐射引起红外焦平面阵列FPA的微元件变形量以形成图像的技术因不需要冷却热感应器，不需要转换电路，具有成本低，性能好的优势。这种红外光学转换成像技术一出现，便受到了广泛的关注，引起了众多研究机构进行深入的研究，相应的技术取得了飞速的发展。

与数字光处理DLP显示技术的成像方式相类似，现有的红外光学转换成像技术的核心实质同样是将照射到FPA微镜上的光线反射到成像镜内或镜外以形成图像像点的亮与不亮。与DLP技术不同的是，DLP成像是通过图形数据来驱动DMD数字微镜偏转，而红外光学转换成像是由于红外焦平面上的红外辐射热量使FPA微镜变形梁的两种材料产生不同程度的膨胀或收缩，其结果，致使FPA微镜偏转。在FPA中，温度高的微镜，热变形大，偏转也大；温度低的，则变形小，偏转也小。DLP依靠脉宽调制PWM技术来控制微镜偏转到位后的停留时间以形成灰度，而红外光学转换成像则是靠FPA微镜偏转量的多少来形成灰度，当滤波滤光片的孔径与变形微镜的变形量搭配不当时，容易出现像素点要么亮度变化不显著，要么亮度全消失的图像二值化现象，形成分辨率很低的黑白二值图像。与DLP技术的单片DMD数字微镜不加色轮仅仅能形成单色图像一样，现有的红外光学转换成像技术也仅仅能形成单色画面。

技术内容：

本实用新型的目的在于提供一种基于衍射光栅的彩色红外成像装置。该成像装置能将不可见的红外光图像转换为彩色的可见光图像。本实用新型采用如下的技术方案来实现将不可见红外光图像转换为彩色可见光图像。

一种基于衍射光栅的彩色红外成像装置，包括：红外物镜1、光栅微镜阵列部件2、滤光片3、光学成像器4、光源准直透镜5、白色发光二极管6，其特征在于：光栅微镜阵列部件的每个微镜的可见光反射面由具有光栅结构的金属材料组成；光栅微镜阵列部件的红外吸热面由与可见光反射面组成材料的热伸缩系数有较大差别的材料构成。

照明光源由公知的白色发光二极管、准直透镜组成。滤光片部件由微透镜阵列组成。光学成像器由公知的CCD电荷耦合相机或COMS相机组成。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点。

实现了不可见红外光的彩色成像。现有的红外光成像，仅能以单色的形式显示图像，分辨率很低时，只能显示简单的二值图像。本实用新型与现有的热变形光学转换方式相比，照射到光栅微镜阵列部件上的复合白色光依据光栅微镜阵列部件所接受的红外热辐射程度进行分色。分色后，进入成像透镜光线的波长，依据微镜偏转角的不同而发生变化，光栅微镜阵列部件感受到的热量越强，光栅微镜的偏转角越大，进入成像透镜的衍射光越接近红光的波长。感受的热量越弱，进入成像透镜的衍射光越接近兰光的波长。当感受到的热量很低时，微镜不偏转，进入成像镜头的光线为不可见光，对应的象点为暗态。这样，根据光栅微镜阵列部件对热量感受的强弱不同，对应的显示色彩从兰色到红色变化，实现了不可见红外光的彩色成像。