基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置及方法，所述成像装置包括：四个切边成像透镜和四个滤光片；所述滤光片用于将目标辐射分为不同波段分别透射到对应的所述切边成像透镜；所述切边成像透镜用于将不同波段的目标辐射独立成像在同一探测器光敏面。本发明专利技术采用四个切边成像透镜在小间距下保持光轴平行且具有相同焦距和同一焦平面，并保证成像在同一探测器光敏面内，使得在测量视场基本相同、测量方向基本一致的情况下，可同时成四幅图像，结合滤光片，可同时获取四个不同光谱波段的辐射图像。

【技术实现步骤摘要】
基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置及方法
本专利技术涉及辐射测量
，尤其涉及一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置及方法。
技术介绍
超高速碰撞、爆炸、高超声速燃烧等研究通常要通过测量碰撞火球、爆炸火球、燃烧气体中的典型原子、分子、离子等在特征辐射波段的辐射亮度的时变特性，来分析碰撞/爆炸/燃烧产生的典型组分分布、温度分布、辐射特性分布等，以支持碰撞/爆炸/燃烧过程的建模研究等。目标的单一波段的辐射亮度时变特性测量系统由单一波段辐射成像装置、探测器、控制与数据采集处理系统等组成。单一波段辐射成像装置由滤光片、成像透镜组组成，将目标在某特定波段的辐射成像在探测器光敏面上；探测器将目标辐射图像转换成电信号；控制与数据采集处理系统完成探测器的控制和探测器输出电信号的采集、记录及处理分析；利用辐射标定实现辐射亮度与电信号的定量关系转换。目前进行多光谱辐射亮度时变特性的同步测量时，通常有多种方案：(1)由多台独立的单一波段辐射亮度时变特性测量系统和同步控制系统组成；(2)前端采用共轴分光镜、滤光片和成像镜头组成，后端由多台辐射亮度时变特性测量系统和同步控制系统组成；(3)前端由多色滤光片和成像镜头组合，后端由多色单片探测器建立的辐射亮度时变特性测量系统组成等。第(1)种多光谱辐射亮度时变特性同步测量方案由于是由多套不同波段的辐射亮度时变特性测量系统同步进行测量，其缺点是成本高、安装空间位置易受限、测量光路差别大、同步控制复杂。第(2)种多光谱辐射亮度时变特性同步测量方案由于前段采用共轴光路、利用45°分光镜(分色镜)进行多次分光，并在每一分光光路上利用滤光片滤光和成像透镜成像、一套辐射亮度时变特性测量系统进行测量，其缺点是成本高、同步控制复杂。第(3)种多光谱辐射亮度时变特性同步测量方案由于采用多色量子阱单片探测器进行测量，其目前可实现的光谱波段受限，且探测器成本高。针对以上不足，需要提供一种基于同一探测器开展多光谱辐射同时成像的高光通量成像装置，能够用于实现基于同一探测器进行多光谱辐射亮度时变特性的同步测量。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，现有多光谱辐射亮度时变特性同步测量技术存在成本高、同步控制复杂的技术问题，针对现有技术中的缺陷，提供了一种基于同一探测器开展多光谱辐射同时成像的成像装置及方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，所述成像装置包括：四个切边成像透镜，所述切边成像透镜的两个切面相互垂直且四个所述切边成像透镜的光轴的水平间距为探测器光敏面长边边长的1/2，垂直间距为探测器光敏面短边边长的1/2；四个所述切边成像透镜的切面两两平行间隔且不透光设置；四个所述切边成像透镜的光轴平行、在不同波段内中心波长下的焦距相同且焦点位于同一平面；四个滤光片,所述滤光片用于将目标辐射分为不同波段分别透射到对应的所述切边成像透镜；所述切边成像透镜用于将不同波段的目标辐射独立成像在同一探测器光敏面。优选地，四个所述切边成像透镜均匀分布在成像装置中心线四周，所述切边成像透镜的光轴与成像装置中心线平行。优选地，四个所述滤光片均匀分布在与成像装置中心线垂直的同一平面上。优选地，四个所述切边成像透镜的焦平面在与成像装置中心线垂直的同一平面上。优选地，四个所述切边成像透镜的成像面在与成像装置中心线垂直的同一平面上。优选地，四个所述切边成像透镜的光轴与成像装置中心线的间距相等，且四个所述切边成像透镜的光轴与两个切面的距离分别不大于探测器光敏面长边边长的1/4和探测器光敏面短边边长的1/4。优选地，四个所述滤光片的中心线与成像装置中心线的间距相等。优选地，所述成像装置还包括衰减片，用于将强辐射波段的目标辐射衰减后透射到对应滤光片上。优选地，所述切边成像透镜镀增透膜。本专利技术还提供了一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像方法，基于前述任一项所述的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置实现。实施本专利技术的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置及方法，具有以下有益效果：1、采用四个光轴水平间距为探测器光敏面长边边长1/2、垂直间距为探测器光敏面短边边长1/2的切边成像透镜保持光轴平行且具有相同焦距和同一焦平面，并保证成像在同一成像面(探测器光敏面)内，使得在测量视场基本相同、测量方向基本一致的情况下，可同时成四幅图像，结合滤光片，可同时获取四个不同光谱波段的辐射图像，克服了现有技术因需多个探测器或者多个分光镜而导致的成本高且同步控制复杂的缺陷；2、本专利技术根据探测器光敏面的尺寸设定四个切边成像透镜的光轴之间的水平间距和垂直间距，进一步限定切边成像透镜的光轴与两个切面之间的距离，能够实现切边成像透镜接收辐射面积最大化，提高信噪比，并且能够充分利用探测器光敏面同时获取四幅图像；3、采用具有带内高透射、带外高抑制比的滤光片和切边成像透镜，有效降低了带外强辐射对带内辐射信号的影响，提高了测量数据的可信度；4、通过在滤光片前设置衰减片，能够实现同时获取四个辐射亮度相差多个量级的不同光谱波段的辐射图像，进一步提升本专利技术成像装置的适用范围；5、将该成像装置安装在ICCD探测器系统、高速摄影机等设备上，可组成多光谱辐射亮度时变特性同时测量系统，为开展超高速碰撞、爆炸、高超声速燃烧火球辐射亮度同时随时间变化过程的测量，分析研究碰撞/爆炸/燃烧场内典型组分分布、温度分布、辐射特性等提供测量手段。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置的光学器件布置示意图；图2是本专利技术一个具体实施例的切边成像透镜的外形示意图；图3是本专利技术一个具体实施例的切边成像透镜布局正面示意图；图4是本专利技术一个具体实施例的滤光片布局正面示意图。图中：1：滤光片；2：切边成像透镜；3：焦平面；4：成像面；5：成像装置中心线；6：切边成像透镜的光轴；7：探测器光敏面；8：衰减片。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，包括四个滤光片1和四个切边成像透镜2。其中，四个滤光片1具有不同透射波段，能够将目标辐射分为不同波段分别透射到对应的切边成像透镜2。本专利技术中切边成像透镜2的两个切面相互垂直，四个切边成像透镜的光轴6的水平间距为探测器光敏面7长边边长的1/2，垂直间距为探测器光敏面7短边边长的1/2。四个切边成像透镜2的切面两两平行间隔且不透光设置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：/n四个切边成像透镜，所述切边成像透镜的两个切面相互垂直且四个所述切边成像透镜的光轴的水平间距为探测器光敏面长边边长的1/2，垂直间距为探测器光敏面短边边长的1/2；四个所述切边成像透镜的切面两两平行间隔且不透光设置；四个所述切边成像透镜的光轴平行、在不同波段内中心波长下的焦距相同且焦点位于同一平面；/n四个滤光片，所述滤光片用于将目标辐射分为不同波段分别透射到对应的所述切边成像透镜；所述切边成像透镜用于将不同波段的目标辐射独立成像在同一探测器光敏面。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，其特征在于，所述成像装置包括：
四个切边成像透镜，所述切边成像透镜的两个切面相互垂直且四个所述切边成像透镜的光轴的水平间距为探测器光敏面长边边长的1/2，垂直间距为探测器光敏面短边边长的1/2；四个所述切边成像透镜的切面两两平行间隔且不透光设置；四个所述切边成像透镜的光轴平行、在不同波段内中心波长下的焦距相同且焦点位于同一平面；
四个滤光片，所述滤光片用于将目标辐射分为不同波段分别透射到对应的所述切边成像透镜；所述切边成像透镜用于将不同波段的目标辐射独立成像在同一探测器光敏面。


2.根据权利要求1所述的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，其特征在于：四个所述切边成像透镜均匀分布在成像装置中心线四周，所述切边成像透镜的光轴与成像装置中心线平行。


3.根据权利要求2所述的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，其特征在于：四个所述滤光片均匀分布在与成像装置中心线垂直的同一平面上。


4.根据权利要求1所述的基于同一探测器的多光谱辐射同时成像的成像装置，其特征在于：四个所述切边成像透镜的焦平面在与成像装置中心线垂直的同一平面上。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：石安华，杜雪飞，马兆侠，梁世昌，张宁，柳森，马平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51