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集成式光读出FPA红外成像系统设计

褚旭红 赵跃进 董立泉 刘明

褚旭红, 赵跃进, 董立泉, 刘明. 集成式光读出FPA红外成像系统设计[J]. 中国光学, 2016, 9(5): 588-595. doi: 10.3788/CO.20160905.0588
引用本文: 褚旭红, 赵跃进, 董立泉, 刘明. 集成式光读出FPA红外成像系统设计[J]. 中国光学, 2016, 9(5): 588-595. doi: 10.3788/CO.20160905.0588
CHU Xu-hong, ZHAO Yue-jin, DONG Li-quan, LIU Ming. Design of integrated optical readout IR FPA imaging system[J]. Chinese Optics, 2016, 9(5): 588-595. doi: 10.3788/CO.20160905.0588
Citation: CHU Xu-hong, ZHAO Yue-jin, DONG Li-quan, LIU Ming. Design of integrated optical readout IR FPA imaging system[J]. Chinese Optics, 2016, 9(5): 588-595. doi: 10.3788/CO.20160905.0588

集成式光读出FPA红外成像系统设计

doi: 10.3788/CO.20160905.0588
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 61301190

国家自然科学基金资助项目 61377109

详细信息
    作者简介:

    褚旭红(1976-), 女, 山西人, 博士后, 2006、2013年于北京理工大学分别获得硕士、博士学位, 主要从事MEMS的红外成像技术、波前编码技术、光电仪器等方面的研究.E-mail:chuxuhong001@bit.edu.cn

    通讯作者:

    赵跃进(1958-), 男, 北京人, 教授, 1986、1990年于北京理工大学分别获得硕士、博士学位, 现为北京理工大学光电学院教授, 主要从事MEMS技术、图像处理、THz成像技术、波前编码技术、光电仪器等方面的研究.E-mail:yjzhao@bit.edu.cn

  • 中图分类号: O43

Design of integrated optical readout IR FPA imaging system

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61301190

National Natural Science Foundation of China 61377109

More Information
  • 摘要: 本文对读出原理、像差要求、图谱质量进行深入研究,进而对读出技术进行深度整合与简化,实现光读出FPA红外成像系统小型化、轻量化、集成化。首先,从FPA的热-机械效应出发,介绍了光读出FPA红外成像系统的工作原理;然后,针对通常采用的光读出FPA红外成像系统体积大、重量大、结构复杂缺陷,提出了高集成度的新型光读出系统;接着,在分析讨论读出光路像差容限、特点的基础上,对以异形棱镜为核心元件的光读出系统进行了具体的光学仿真设计;最后,设计了集光、机、电、软技术的集成式光读出FPA红外成像系统。对系统样机测试结果表明:在确保成像性能的前提下,光读出FPA红外成像系统的体积减小到175mm×83mm×105mm。以异形棱镜为核心元件的光读出技术,在满足成像精度和灵敏度的前提下,可减小读出系统的复杂程度,有效降低了光读出FPA红外成像系统的体积和重量,从而促进光读出FPA成像系统的工业化应用。
  • 图  1  FPA红外成像系统

    Figure  1.  Principle schematic diagram of IR FPA imaging system

    图  2  FPA原理图

    Figure  2.  Principle schematic of FPA

    图  3  光读出系统

    Figure  3.  Sketch of optical readout system

    图  4  读出系统谱平面谱图

    Figure  4.  Flat spectrum of optical readout system

    图  5  集成式光读出系统

    Figure  5.  Sketch of integrated optical readout system

    图  6  照明光束不平行形引起的谱展宽

    Figure  6.  Spectrum extended width of under un-paralled light beam

    图  7  光学读出系统仿真

    Figure  7.  Simulations of optical readout system

    图  8  异形棱镜

    Figure  8.  Special-shaped prism

    图  9  光读出系统设计结果

    Figure  9.  Design result of optical readout system

    图  10  光读出系统设计图

    Figure  10.  Design model of optical readout system

    图  11  集成式光读出FPA红外成像系统

    Figure  11.  Integrated optical readout IRFPA imaging system

    图  12  电烙铁图像

    Figure  12.  Image of the iron

    表  1  主要器件参数

    Table  1.   Parameters of the main devices

    Characteristic Value
    光源 波长/nm 525~531
    FPA 像元数 256×256
    有效面积H×W/mm×mm 184×140
    单像元有效面积H×W/μm×μm 59×79
    CCD 有效像元数H×W 659×494
    有效面积/mm×mm 48.9×65.2
    单像元有效面积H×W/μm×μm 9×9
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-18
  • 修回日期:  2016-06-14
  • 刊出日期:  2016-10-01

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