[发明专利]针孔高清晰成像器件及针孔成像系统

说明书

本发明公开了一种针孔高清晰成像器件，包括具有针孔区域的基板，针孔区域的直径为10～100微米，针孔区域内具有以非对称方式分布的微纳小孔，微纳小孔的孔径为百纳米量级。通过在针孔内类随机分布大量的微纳小孔，可以抑制针孔的衍射，使其最终的成像分辨率在一定限度内近似于几何光学的描述。与相同孔径的针孔成像对比，本发明突破了衍射对针孔孔径的限制，可以将针孔做的更小，使最终的成像分辨率更高。与传统的针孔成像相比，大量的微纳小孔降低了系统的衍射效率，具有中性滤片的作用，可以在不改变入射光光谱信息的前提下削弱入射光的光强以保护成像设备。本发明还公开了具有上述针孔高清晰成像器件的针孔成像系统。

技术领域

本发明涉及针孔成像技术领域，具体涉及一种针孔高清晰成像器件及针孔成像系统。

背景技术

惯性约束聚变有望成为未来清洁利用聚变能源的有效途径，无论在民生经济还是军事领域均具有重要的研究价值，美国、中国、俄罗斯等大国围绕着激光惯性约束聚变开展了一系列深入的研究。

在激光惯性约束聚变研究中，为了研究实验中的物理现象，针孔成像是一种常用的x光成像手段，基于针孔成像原理的针孔相机和分幅相机大量应用于激光聚变研究中，因此，提高针孔成像的分辨率有着重要的意义。

当x射线能量很强时，为了保护成像设备不被损坏，通常需要在成像设备的前方添加金属滤片，但该方法会破坏入射光的光谱信息，导致记录的信息失真。

针孔成像(小孔成像)是一种经典的光学成像方法，其分辨率与入射光的波长、入射角、物距、像距、小孔尺寸等因素有关，当波长、入射角、物距、像距确定时，影响小孔分辨率的因素主要是小孔的孔径。当小孔孔径较大，即小孔孔径远大于入射光的波长时，几何光学对分辨率的影响占主要地位，此时小孔孔径越小，分辨率越高，且分辨率最大时接近于小孔的孔径；而当孔径较小的时候，即小孔孔径与入射光波长大小接近时，主要的限制因素则为衍射，小孔孔径越小，衍射越明显，分辨率越低。

因此，对于特定波长的入射光来说，小孔成像存在一个最优的孔径大小，此时的成像分辨率最高，而想通过将小孔孔径做的更小从而提高小孔成像的分辨率，需要解决的关键问题在于要突破衍射的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种针孔高清晰成像器件，能够抑制针孔衍射，从而突破衍射的限制，进而可以将针孔设计得更小，以提高最终针孔成像的分辨率。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种针孔高清晰成像器件，包括基板，该基板上具有针孔区域，所述针孔区域的直径为10～100微米，其关键在于：所述针孔区域内具有以非对称方式分布的微纳小孔，所述微纳小孔的孔径为百纳米量级。

采用上述结构，在针孔内分布大量孔径更小的微纳小孔，由于这些微纳小孔的分布是非对称性的，通过这些微纳小孔之间衍射效应的相互抑制，可以突破衍射对孔径的限制，使最终针孔成像的像质在一定程度内接近符合几何光学的规律，提高成像的分辨率。同时，由于大量微纳小孔降低了衍射效率，该器件还具有中性滤片的作用，可以在不破坏入射光光谱信息的情况下保护成像设备。

所述针孔区域内的微纳小孔数量优选为1000～10000个，且各微纳小孔的大小均相同，以提高对衍射的抑制效果。

为满足使用需要，所述基板优选为不透光的金属材料。

在本发明的其中一个实施例中，所述微纳小孔以随机方式分布，以确保微纳小孔分布的非对称性，并且能够很好地抑制高级次衍射。

在本发明的另一个实施例中，所述微纳小孔的分布满足一定的窗口函数关系如汉宁窗口、三角窗口或高斯窗口函数等，这样可以起到抑制衍射次级大的作用。

有益效果：