一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置，包括分束单元、传输单元和由面阵探测器构成的图像传感器；所述的分束单元将入射光信号分成主路和支路，所述主路的信号强度大于支路的信号；所述的传输单元将主路和支路的信号传输至图像传感器的入口，并耦合至图像传感器面元的不同位置处，分别获得主图像和支图像；所述主路和支路在分束器至图像传感器之间的光程相等。本发明专利技术通过在图像传感器的外部增加分束单元和传输单元实现的增加图像传感器动态范围的提高，简单可靠，技术成本低，并可实现图像传感器动态范围的调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器信号采集领域，特别是一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置。
技术介绍
随着CCD相机等图像传感器制造技术及相关控制软件的发展，图像传感器的探测灵敏度极大提高，在越来越广泛的领域发挥着重要的作用。探测灵敏度的提高对图像传感器饱和阈值参数提出了较高要求，图像传感器动态范围成为综合评价图像传感器性能的重要参数之一。按照动态范围定义：系统不产生虚假响应时能正确检测到的最大信号强度与系统进行正确检测分析最小信号的强度之比。按照图像传感器动态范围计算所涉及参数，扩大图像传感器动态范围的方法主要有提高探测灵敏度及提高饱和阈值，此两者可通过硬件升级实现，在一定程度扩大图像传感器动态范围，但是却技术难度大，增加系统的硬件成本的不足，并且动态范围不可调整。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置，具有实现成本低、简单可靠等特点，且相机的动态范围可调整。本专利技术的技术方案如下：一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置，包括分束单元、传输单元和由面阵探测器构成的图像传感器；分束单元将入射光信号分成主路和支路，所述主路的信号强度大于支路的信号；传输单元将主路和支路的信号传输至图像传感器的入口，并耦合至图像传感器面元的不同位置处，分别获得主图像和支图像；所述主路和支路在分束器至图像传感器之间的光程相等。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，传输单元包括主路反射镜、支路反射镜和直角反射镜，所述的直角反射镜的直角端正对图像传感器的入口，所述的主路光信号和支路光信号经过主路反射镜和支路反射镜反射后，分别入射至直角反射镜的两个直角反射面，并耦合进图像传感器面元的不同位置处。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，图像传感器为前端设置有狭缝的光谱仪，所述的传输单元包括耦合透镜和传输光纤，所述的主路光信号和支路光信号经过耦合透镜和传输光纤后，分别入射至光谱仪狭缝的不同位置，并耦合进图像传感器面元的不同位置处。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，分束单元为分束镜。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，分束单元的分束比为1：5至1：20。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，分束单元的分束比为1：10。上述增加图像传感器动态范围的信号接收装置中，图像传感器为CCD或ICCD。本专利技术的有益技术效果是：1、本专利技术通过在图像传感器的外部增加分束单元和传输单元实现的增加图像传感器动态范围的提高，简单可靠，技术成本低。2、通过对分束单元分束比的调整，可实现图像传感器动态范围的调整。附图说明图1为本专利技术基于直角反射镜传输的信号接收装置示意图；图2为本专利技术基于光纤传输的信号接收装置示意图；图3为本专利技术在CARS测量系统的应用示意图；图4为本专利技术在CARS系统中应用的结果(低温环境下)；图5为本专利技术在CARS系统中应用的结果(高温环境下)。附图标记如下：1—成像物体；2—成像透镜；3—分束单元；4—主路反射镜；5—支路反射镜；6—直角反射镜；7—图像传感器；8—耦合透镜；9—光纤；10—狭缝；11—传输单元；12—CARS测量系统。具体实施方式本专利技术的思路是基于传统图像传感器信号采集方式，在图像传感器12前增加一分束单元3，信号被分束后，强度较大一路作为主路，由耦合透镜8直接耦合进入接收光纤9，信号较弱一路作为支路，经过反射镜5调整后由透镜8耦合入接收光纤。随后主路信号与支路信号共同进入具备多通道光谱分析能力的图像传感器12，不同通道信号由传感器不同探测区域响应，则在单次测量中可以获取两组不同强度信号，信号强度比由分束镜分束比直接决定。不失一般性，设置分束比为n：1，则图像传感器将同时接收到强度比为n：1的两组信号(n>1)。如果图像传感器自身动态范围为D，则加装信号接收装置后图像传感器的测量动态范围扩展为nD。其中动态范围定义是系统不产生虚假响应的时候所能正确检测到的最大信号强度与系统可以对其进行正确检测分析最小信号强度之比。实验测量所需动态范围的改变可通过调整分束单元3的分束比实现，分束单元分束比越大则系统测量动态范围越大。本专利技术的信号接收装置可针对图像传感器成像测量及光谱分析测量两种应用方式分别如附图1、2所示。信号接收装置包括分束单元3、传输单元11和由面阵探测器构成的图像传感器7；其中分束单元3将入射光信号分成主路和支路，所述主路的信号强度大于支路的信号；传输单元11将主路和支路的信号传输至图像传感器7的入口，并耦合至图像传感器面元的不同位置处，分别获得主图像和支图像；为了保证入射到图像传感器的信号为相同时刻的信号，便于后续信号的处理，主路和支路在分束器至图像传感器之间的光程相等。其中分束单元3可采用分束镜，其分束比根据需要而设定。在图1的成像测量应用中，传输单元包括主路反射镜4、支路反射镜5和直角反射镜6，成像物体发出的光经过成像透镜后入射至分束单元3，假设主光束由分单元3透射，其经过主光束反射镜4后入射至直角反射镜6的一个反射面；支光束由分束单元3反射，其经过支光束反射镜5后入射至直角反射镜6的另一个反射面，最后耦合进图像传感器7的面元不同位置处，获得两幅图像。在图2的光谱分析测量应用中，图像传感器7为基于面阵传感器的多通道光谱仪，其工作原理是光经过狭缝10后不同光谱成分信号成像在面元垂直于狭缝方向不同位置处，实现光谱的测量。传输单元包括耦合透镜8和传输光纤9，主路光信号和支路光信号经过耦合透镜8和传输光纤9后，分别入射至沿光谱仪狭缝方向的不同位置，并耦合至图像传感器面元沿狭缝方向的不同位置处，实现两组光谱曲线的测量。图3给出了本专利技术的信号接收装置在CARS(Coherent Anti-stokes Raman Scattering，相干反斯托克斯拉曼散射)温度测量中的应用，其中CARS基于分子四波混频过程获取流场温度，与图2的光谱分析测量原理一致，通过获取温度场内测量点的光谱曲线，实现温度的测量。为实现扩展光谱测量动态范围的目的，接收装置中包括大比例分束镜3，反射镜5，光纤耦合透镜8，光纤9、光谱分析仪12。其中成像透镜2将CARS信号变为平行光；分束镜3对CARS信号进行分束；反射镜5将支路信号调整进入透镜8耦合入接收光纤9，最后进入光谱仪狭缝的不同位置，由光谱分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置，其特征在于：包括分束单元(3)、传输单元(11)和由面阵探测器构成的图像传感器(7)；所述的分束单元(3)将入射光信号分成主路和支路，所述主路的信号强度大于支路的信号；所述的传输单元(11)将主路和支路的信号传输至图像传感器(7)的入口，并耦合至图像传感器面元的不同位置处，分别获得主图像和支图像；所述主路和支路在分束器至图像传感器之间的光程相等。

【技术特征摘要】
1.一种增加图像传感器动态范围的信号接收装置，其特征在于：包
括分束单元(3)、传输单元(11)和由面阵探测器构成的图像传感器(7)；
所述的分束单元(3)将入射光信号分成主路和支路，所述主路的信
号强度大于支路的信号；
所述的传输单元(11)将主路和支路的信号传输至图像传感器(7)
的入口，并耦合至图像传感器面元的不同位置处，分别获得主图像和支
图像；
所述主路和支路在分束器至图像传感器之间的光程相等。
2.根据权利要求1所述的增加图像传感器动态范围的信号接收装置，
其特征在于：所述的传输单元(11)包括主路反射镜(4)、支路反射镜
(5)和直角反射镜(6)，所述的直角反射镜(6)的直角端正对图像传
感器的入口，所述的主路光信号和支路光信号经过主路反射镜(4)和支
路反射镜(5)反射后，分别入射至直角反射镜(6)的两个直角反射面，
并耦合进图像传感器(7)面元的不同位置处。
3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李国华，胡志云，张振荣，叶景峰，张立荣，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61