专利名称：阿基米德螺旋线形滤光盘和滤光装置及其设计方法
技术领域：
本发明涉及阿基米德螺旋线形滤光盘和滤光装置及其设计方法，适用于光学分光，属于多波段成像领域。
背景技术：
滤光片轮是实现多波段分光的常用装置。多组滤光片安装在滤光片轮上，旋转电机控制滤光片轮的转动，即可将入射辐射分成不同波段的光辐射。目前分光波段为10个以下的多光谱成像产品多采用滤光片轮，滤光片轮如
图1所示。美国FLIR公司的红外光谱成像仪Orion SC7000在镜头的焦平面之前加入一个旋转的滤光片轮，滤光片轮安装8片滤光片，光谱响应范围为3 5iim和7 9iim ;加拿大Telops公司的TEL-1000系列中波红外光谱成像仪和HD-1R高清红外热像仪也使用旋转滤光片轮，安装8片滤光片；法国Bertin公司的Second sight TC气体成像仪光谱响应范围是8 14 ii m，加入的旋转滤光片轮可安装6片滤光片。滤光片轮针对帧读出方式的探测器,其工作原理为转动滤光片轮，在滤光片转动到探测器的相应位置时，滤光片轮停止转动，探测器进行积分，积分结束后滤光片继续转动，转到下一片滤光片进行滤光，如此循环。由滤光片轮的工作原理可以看出由于滤光片需要停下来等待探测器进行积分，利用滤光片轮实现多波段分光时电机不是连续转动的，因此这一定程度上降低了工作效率；而且这种“时停时转”的设计，不仅产生大量能耗，对于电机的性能也提出了较高的要求，加重了对电机的损耗，缩短了电机的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，针对传统的滤光片轮进行多波段分光时存在的高能耗、低效率的缺陷，本发明设计了阿基米德螺旋线形滤光盘，为使该滤光盘达到最好的推扫效果本发明提出了阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，本发明同时采用该推扫滤光盘设计了滤光装置。使用本发明能够提高滤光的时间效能，并提升工作效率。为达到上述目的，本发明的技术方案为本发明提供了一种阿基米德螺旋线形滤光盘，滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n'条阿基米德螺旋线，n'条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n'个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n丨为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数；n ;条阿基米德螺旋线线形相同。本发明还提供了一种阿基米德螺旋线形滤光装置，其特征在于，包括阿基米德螺旋线形滤光盘和探测器；探测器置于滤光盘的滤光区域；阿基米德螺旋线形滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n ’条阿基米德螺旋线，n'条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n '个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n '为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数；
探测器为逐行读出方式的探测器。本发明提出了一种阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，包括如下步骤假设滤光盘分n '个分光波段，每个波段的曝光时间相同；步骤一，以O为原点，作X轴、y轴，建立滤光盘的直角坐标系，以O点作为滤光盘的圆心，则滤光盘上阿基米德螺旋线的极坐标表达式为r = X 0式(I)中，r是极径，0是极角，X是比例系数；取
权利要求
1.一种阿基米德螺旋线形滤光盘，其特征在于，滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n丨条阿基米德螺旋线，n丨条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n丨个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n '为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数； 所述的n'条阿基米德螺旋线线形相同。
2.一种阿基米德螺旋线形滤光装置，其特征在于，包括阿基米德螺旋线形滤光盘和探测器；探测器置于滤光盘的滤光区域； 所述阿基米德螺旋线形滤光盘为圆盘形结构，滤光盘上以滤光盘圆心为起点划出n '条阿基米德螺旋线，n'条阿基米德螺旋线将滤光盘划分出n '个滤光区域，每个滤光区域安装一个滤光片；n '为阿基米德螺旋线形滤光盘的分光波段数； 所述的探测器为逐行读出方式的探测器。
3.—种阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，其特征在于，包括如下步骤 假设滤光盘分n '个分光波段，每个波段的曝光时间相同； 步骤一，以O为原点，作X轴、y轴，建立滤光盘的直角坐标系，以0点作为滤光盘的圆心，则滤光盘上阿基米德螺旋线的极坐标表达式为r = X 0 式(I)中，r是极径，0是极角，X是比例系数； 取
4.如权利要求3所述的阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，其特征在于，步骤二中确定滤光盘有效滤光区半径Rtl时 计算滤光盘有效滤光区的安全半径R2 :选择I. 8倍的安全系数，将探测器对角线长度的I. 8倍作为有效滤光区的安全半径R2 ； 选择R1和R2之间较大值作为滤光盘有效滤光区半径R。。
5.一种阿基米德螺旋线形滤光装置设计方法，其特征在于，所述滤光装置包括阿基米德螺旋线形滤光盘和探测器；所述的探测器为逐行读出方式的探测器；其设计步骤为 步骤⑴、依据如权利要求3所述的设计方法设计阿基米德螺旋线形推扫滤光盘；步骤⑵、探测器置于滤光盘盘面的第一、二象限内，假设探测器为光敏面为矩形AB⑶，光敏面的A点置于滤光盘面的边缘，A点连接的两边分别平行于X轴、y轴；步骤⑶、以X轴方向作为0°，探测器光敏面的A点在滤光盘上的映射位置对应的极径与X轴的夹角为￠,在0°〈小〈180°的范围内，计算小取不同角度值时的同步曝光误差，小=小。时同步曝光误差最小，则探测器光敏面的A角位于滤光盘的相对角度为(K; 所述的同步曝光误差为阿基米德螺旋线扫过探测器的最大距离偏差与滤光盘最大推扫距离之比； 所述的最大推扫距离为滤光盘上滤光片透光部分对应滤光盘圆面的圆弧长； 所述的最大距离偏差是滤光盘扫过探测器最后一行时，阿基米德螺旋线与探测器边缘相交时，阿基米德螺旋线与探测器边缘之间的最大距离。
6.如权利要求3所述的一种阿基米德螺旋线形推扫滤光装置的设计方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，选取探测器A角在滤光盘上的位置对应的夹角的范围，在60°到180°之间。
全文摘要
本发明提供了阿基米德螺旋线形滤光盘和滤光装置及其设计方法，属于多波段成像领域。本发明提供了一种阿基米德螺旋线形滤光盘，滤光盘上根据由盘面圆心处划出阿基米德螺旋线，划分出滤光区域；本发明使用该滤光盘设计了一种阿基米德螺旋线形滤光装置，搭配逐行读出方式的探测器。进一步地本发明提出了阿基米德螺旋线形滤光盘设计方法，首先根据探测器尺寸和分光波段数确定阿基米德螺旋线的形状，其次依据最小极径原则和安全系数原则确定了滤光盘的半径；本发明同样提出了一种阿基米德螺旋线形滤光装置设计方法，提出滤光盘同步曝光误差的概念，使用同步曝光误差最小原则确定探测器放置的相对位置。本发明能够提高滤光效率，适用于光学分光设备。
文档编号G02B27/00GK102981200SQ201210488739
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者王岭雪, 刘亚欣, 蔡毅, 吴新社, 薛唯, 罗秀丽, 高岳 申请人:北京理工大学