一种平面集成相关器的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种平面集成相关器的装置。传统VLC的基本结构为4f系统，各个元件都是分离的，存在安装困难、抗震性能低、体积庞大、复制困难等缺点，不利于实用化发展。本实用新型专利技术提出了一种平面集成VLC的设计方案，将利用二元光学技术设计、改进后的傅里叶变换透镜与光学相关器中组成4f系统的匹配空间滤波器、输入面和探测面集成到基底的下(上)平面，将偏振反射镜集成在该基底的上(下)平面，构成一个由同一基底的上下两个平面组成的折反式集成光学系统，替代传统的4f光学结构以实现图像的光学相关识别，具体结构如摘要附图所示。

Device for plane integrated correlator

The utility model discloses a device for plane integrated correlator. The basic structure of the traditional VLC system is 4f, each component is separated, there are difficulties in installation, low seismic performance, bulky, difficult to replicate and other shortcomings, is not conducive to practical development. The utility model provides a design scheme of planar integrated VLC, will use the 4f system composed of a Fourier transform lens and optical correlator two binary optical technology design, improved the matching of spatial filter, the input plane and the detection surface is integrated into the substrate under (a) plane, the polarizing mirror integrated in the substrate the upper (lower) plane, a catadioptric optical system integrated by a same base on the two plane, instead of traditional 4f optical structure to achieve optical correlation recognition of the image, the specific structure as shown in the figure.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种平面集成相关器的装置的设计与改进，尤其是对其傅立叶变换透镜和系统结构进行改进。
技术介绍
在模式识别领域中，光学相关器因为其处理速度快、识别精度高及可并行处理的特点而备受关注，然而受制于自身的技术难题没有得到解决而很少被实际应用。直到上世纪80年代，由于实时光电转换器件的发展和应用，使得相关模式识别摆脱了纯电识别方法中处理速度慢和纯光识别方法中滤波器制作困难的缺点，以光电混合系统为发展方向的相关模式识别由此成为新的研究热点，光学和数字电路各自的处理优势得到了越来越好的结合，在识别速度高和识别图像信息量大的图像识别场合有很大的应用价值。目前的光学相关器主要有两大类：范德鲁特相关器(VanderLugt Correlator，VLC)和联合变换相关器(Joint Transform Correlator，JTC)。JTC主要特征是参考图像与目标图像同时输入光学运算系统，在第一个傅立叶变换平面上记录联合变换功率谱，联合变换功率经过第二次傅立叶后获得一对相关输出。JTC调节简单，但其光能利用率低。VLC主要特征是采用了4f系统，在第一个傅立叶频谱面放置参考图像的傅立叶变换共轭谱函数，自相关时会在探测面上产生一个很亮的相关峰。VLC在光能利用率、多目标识别等方面有巨大优势。光学识别在军民用方面如指纹识别、掌纹识别、人脸识别、飞行器识别等 必然会有很大的需求和发展，微型化、高速率、低成本相关器成为光学识别的发展迫切需求。1990年，Perkin Elmer公司和美国陆军导弹司令部(Army Missile Command，MICOM)制造的MICOM Correlator是第一台被实际应用的光学相关器(Don A.Gregory et al，SPIE 1296，2-19，1990)，它的输入面LCVC为光直写透射式SLM。滤波器用全息胶片制作。该系统光源是波长780mm的半导体激光器，采用望远透镜组实现光学傅立叶变换。该系统采用棱镜结构压缩体积，但该系统结构复杂，不易于安装和固定；全息胶片制作成的滤波器需要预先制作，无法对不同目标进行实时切换识别。1997年，以色列S.Reinhorn等人使用平面光学系统原理设计光学相关器，在他的模型中，用全息法制作离轴衍射光学元件替代了传统的傅立叶变换透镜，缩短了系统长度且使得系统各元件易于安装和固定。但是由于使用了多个全息元件，使得系统的光能利用率变得很低，而且系统的体积仍然较大，各器件仍然分离，没有实现集成化。美国Litton Data System公司分别在1994，1997，1998年先后推出了三代MROCTM系列产品，这三代光学相关器均采用了折反式光路设计，其中第三代在输入和滤波面都采用反射型铁电液晶空间光调制器(FLC-SLM)(David T.Carrott，SPIE 3386，38-44，1998)。MROCIII系统由于采用折反式光路设计，结构简单，容易集成。但其傅立叶透镜采用了传统普通的凹凸透镜，不能很好地消除斜入射带来的像差问题。目前国内对光学相关器的研究主要集中在JTC方面，与本技术结构相差较大，在此就不多说。平面光学系统是采用衍射光学元件组成的平面型系统，将元件集成在平面 片基上，能满足现代光电混合处理系统小型、集成结构的需求。本技术提出的平面集成VLC的设计方法和装置与之前所出现的VLC相比，能很好地解决VLC的小型化、集成化、实用化问题，满足光学相关器的发展需求。
技术实现思路
本技术提出了一种平面集成相关器的装置，将二元光学设计与制作技术引入光学相关器研究领域制作傅立叶变换元件，具有可大规模复制生产等优点；采用平面光学系统结构的折反式光路设计，大大缩小了系统的体积，实现了VLC的小型化；将相关器中组成4f系统的输入面、两个傅立叶变换元件、滤波面、输出面全部集成到一个基底平面上，与另一个偏振基底平面构成一个集成相关器装置。克服了传统光学相关器中多个元件安装与调整困难的缺点，提高了系统的稳定性，实现了元件的高度集成、光学VLC的小型化以及实用化。本技术的技术方案如下：一种平面集成相关器的装置，其结构包括两块平行基底组成的中空构架、输入面、滤波面、探测面、偏振反射面和两个傅立叶变换元件；其特征在于，所述结构为两块平行的基底的一个相对面简称变换面上集成输入面、两个傅立叶变换元件、滤波面、探测面，另一个相对面为偏振基底平面简称偏振反射面，变换面和偏振反射面构成一个斜入射折反式4f光学滤波系统。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的装置的光线入射角、反射角为2°到30°。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的输入面和滤波面均为计算机实时控制的能实时智能计算的光电信息转换器件。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的输入面和滤波面均选自空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的探测面为光强探测器。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的光强探测器选自CCD、CMOS、数码照相机、摄像机。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的偏振反射面(Polarizing Reflective Mirror，PRM)选自偏振反射镜、偏振反射膜层、微纳结构偏振反射器。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的两个傅立叶变换元件均为衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的DOE选自菲涅尔透镜、全息透镜。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的DOE为反射式结构。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的DOE的光学表面微结构形状采用椭圆环带结构，中心环带疏且宽、边缘环带密且细，采用多台阶二元光学结构；根据结构确定其焦距，焦距为5cm～30cm。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的基底的材质为金属材料或非金属材料。所述的平面集成相关器的装置，其中，所述的金属材料选自铝、钢，非金属材料选自光学玻璃、光学有机物。本技术所提供的一种平面集成相关器，由于采用了折反式集成化的4f结构，实现了VLC的小型化、集成化、稳定化；利用衍射光学技术制作成的透镜可以较好地消除斜入射带来的像差问题，提高了系统的识别能力；DOE可以采用大规模集成电路技术进行复制制作，降低了加工成本，简化了生产工艺。附图说明图1为本技术系统的各元件的两种放置方式。图2(a)和图2(b)所示分别为本技术的具体产品结构的系统平面图和立体示意图。图3(a)和图3(b)分别为本技术的DOE透镜的俯视示意图和横截面示意图。图4为本技术的DOE透镜的光线传播示意图。【具体实施方式】以下对本技术的较佳实施例加以详细说明。光学相关器实用化的关键在于如何实现其集成化、小型化以及低成本化。平面光学系统是采用衍射光学元件组成的平面集成型系统，旨在克服通常光学系统中多个光学元件安装调整困难的缺点，能满足现代光电混合处理系统小型化、集成化的需求。以下对本技术的较佳实施例加以详细说明。本技术采用了离轴折反式平面光学结构，系统由两个平面组成。离轴角度的大小影响着系统的性能和体积，光线入射角度可以在2°～30°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面集成相关器的装置，其结构包括两块平行的基底组成的中空构架、输入面、滤波面、探测面、偏振反射面和两个傅立叶变换元件；其特征在于，所述结构为两块平行的基底的一个相对面简称变换面上集成输入面、两个傅立叶变换元件、滤波面、探测面，另一个相对面为偏振基底平面简称偏振反射面，变换面和偏振反射面构成一个斜入射折反式4f光学滤波系统。

【技术特征摘要】
1.一种平面集成相关器的装置，其结构包括两块平行的基底组成的中空构架、输入面、滤波面、探测面、偏振反射面和两个傅立叶变换元件；其特征在于，所述结构为两块平行的基底的一个相对面简称变换面上集成输入面、两个傅立叶变换元件、滤波面、探测面，另一个相对面为偏振基底平面简称偏振反射面，变换面和偏振反射面构成一个斜入射折反式4f光学滤波系统。2.根据权利要求1所述的平面集成相关器的装置，其特征在于，所述装置的光线入射角、反射角为2°到30°。3.根据权利要求1所述的平面集成相关器的装置，其特征在于，所述的输入面和滤波面均为计算机实时控制的能实时智能计算的光电信息转换器件。4.根据权利要求1所述的平面集成相关器的装置，其特征在于，所述的输入面和滤波面均选自空间光调制器(Spatial Light Modulator，SLM)。5.根据权利要求1所述的平面集成相关器的装置，其特征在于，所述的探测面为光强探测器。6.根据权利要求5所述的平面集成相关器的装置，其特征在于，所述的光强探测器选自CCD、CMOS、数码照相机、摄像机。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，周亮，喻珺，洪春权，程冠晓，孙智龙，
申请(专利权)人：徐平，
类型：新型
国别省市：广东;44