一種提高紅外輻射成像分辨率的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高紅外輻射成像分辨率的方法及裝置，本發(fā)明通過(guò)采用多個(gè)聚焦的激光束對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行分區(qū)域輻照成像，獲得待測(cè)樣品上不同區(qū)域的一系列的二維紅外輻射圖像；利用在可見(jiàn)光波段的輻照激光能夠聚焦成比較小的光斑這一特性，并且通過(guò)合理控制各個(gè)激光輻照點(diǎn)之間的距離，實(shí)現(xiàn)了利用具有較大像素尺寸的紅外探測(cè)器陣列來(lái)獲得較小尺寸的激光輻照點(diǎn)的紅外輻射信息，突破了紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸對(duì)成像分辨率的限制，大大提高了激光激發(fā)紅外輻射成像的分辨率，有助于拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利說(shuō)明】一種提高紅外輻射成像分辨率的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光誘導(dǎo)紅外輻射成像【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種提高紅外輻射成像分辨率的方法及裝置。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]通過(guò)對(duì)物體在激光照射下產(chǎn)生的紅外輻射波進(jìn)行檢測(cè)分析來(lái)獲取物體信息是一種用途比較廣泛的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。這種技術(shù)也稱為光熱福射技術(shù)(Photo thermalrad1metry)?；诠鉄岣Ｉ錅y(cè)量技術(shù)的成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，包括對(duì)各種復(fù)合材料缺陷的檢測(cè)、表征、損傷與評(píng)估，半導(dǎo)體缺陷的測(cè)量、早期癌癥檢測(cè)等。
[0004]光熱輻射技術(shù)的基本測(cè)量原理是:一束激光束入射到樣品的表面，樣品吸收激光的能量后會(huì)引起局部溫度變化，從而引起樣品的紅外熱輻射的變化。因激光照射而引起的紅外熱輻射與樣品本身的物質(zhì)特性有關(guān)，通過(guò)測(cè)量激光照射引起的紅外熱輻射信號(hào)，可以獲得樣品的吸收系數(shù)、熱擴(kuò)散系數(shù)等物質(zhì)特性。
[0005]在現(xiàn)有的激光誘導(dǎo)的光熱輻射測(cè)量技術(shù)中，通常是利用較大面積的激光光束照射物體，再利用紅外探測(cè)器陣列(例如紅外相機(jī)等)，直接獲得樣品的二維圖像。該方法的優(yōu)點(diǎn)是成像速度快；缺點(diǎn)是成像分辨率取決于紅外探測(cè)器陣列及其相關(guān)紅外成像系統(tǒng)，分辨率低；另外，因?yàn)樾枰M(jìn)行大面積照射，為保證靈敏度，也需要采用大功率的激光器，因而設(shè)備的制造和使用成本也比較昂貴。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種提高紅外輻射成像分辨率的方法及裝置，能夠提高激光激發(fā)紅外輻射成像的分辨率。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種提高紅外輻射成像分辨率的方法，該方法包括以下步驟:
(1)將處于可見(jiàn)光波段的多個(gè)激光束聚焦到待測(cè)樣品的某一區(qū)域；
(2)調(diào)整待測(cè)樣品上各個(gè)激光輻照點(diǎn)之間的距離，使其均大于紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸；
(3)采用紅外探測(cè)器陣列采集待測(cè)樣品上所有激光輻照點(diǎn)的圖像；
(4)改變激光束在待測(cè)樣品上的聚焦區(qū)域，重復(fù)上述步驟(2)和(3)，得到待測(cè)樣品的全部區(qū)域的激光激發(fā)紅外輻射圖像信息。
[0009]所述的方法的一種提高紅外輻射成像分辨率的裝置，該裝置包括分別與待測(cè)樣品光路連接的輻照激光器和紅外探測(cè)器陣列，所述輻照激光器與待測(cè)樣品之間依次設(shè)有激光分光裝置、激光調(diào)制裝置和激光聚焦裝置，所述待測(cè)樣品與紅外探測(cè)器陣列之間依次設(shè)有紅外輻射成像裝置和紅外濾光裝置。
[0010]本發(fā)明通過(guò)采用多個(gè)聚焦的激光束對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行分區(qū)域輻照成像，獲得待測(cè)樣品上不同區(qū)域的一系列的二維紅外輻射圖像；利用在可見(jiàn)光波段的輻照激光能夠聚焦成比較小的光斑這一特性，并且通過(guò)合理控制各個(gè)激光輻照點(diǎn)之間的距離，實(shí)現(xiàn)了利用具有較大像素尺寸的紅外探測(cè)器陣列來(lái)獲得較小尺寸的激光輻照點(diǎn)的紅外輻射信息，突破了紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸對(duì)成像分辨率的限制，大大提高了激光激發(fā)紅外輻射成像的分辨率，有助于拓展該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1?圖3是本發(fā)明所述的提高紅外輻射成像分辨率的方法的原理示意圖；
圖4是本發(fā)明所述的提高紅外輻射成像分辨率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(反射式)；
圖5是本發(fā)明所述的提高紅外輻射成像分辨率的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖(透射式)。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]一種提高紅外輻射成像分辨率的方法，包括:采用多個(gè)激光束對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行輻照，每一個(gè)激光束都聚焦到待測(cè)樣品上，并且彼此之間的距離大于所采用的紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸；第一次照射后，利用紅外探測(cè)器陣列采集一幅圖像，然后掃描待測(cè)樣品，改變各個(gè)激光束的照射位置，再采集一幅圖像；照此類(lèi)推，通過(guò)依次掃描、采集來(lái)獲得待測(cè)樣品的全部的圖像信息。
[0015]如圖1所示，原有的激光激發(fā)紅外輻射成像技術(shù)中，通常是用一束面積較大的激光束對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行輻照，利用紅外探測(cè)器陣列來(lái)獲得激光引起的紅外輻射的二維圖像。這樣的成像方式中，成像分辨率是由紅外探測(cè)器陣列的最小像素尺寸和成像鏡頭系統(tǒng)來(lái)決定的。紅外輻射本身的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，通常用來(lái)檢測(cè)的波段在8?12微米左右。由于波長(zhǎng)的限制，紅外探測(cè)器陣列的最小像素尺寸不可能做得太小，比較好的也在20微米左右，無(wú)法進(jìn)行高分辨率成像。
[0016]如圖2所示，本發(fā)明采用多個(gè)激光束對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行輻照，每一個(gè)激光束都聚焦到待測(cè)樣品上。此時(shí)，待測(cè)樣品上只有激光輻照點(diǎn)所產(chǎn)生的紅外輻射能夠成像在紅外探測(cè)器陣列上。由于所采用的激光束通常在可見(jiàn)光波段，波長(zhǎng)相對(duì)比較短，可以會(huì)聚成比較小的光斑，比如I?2微米。當(dāng)這些激光束彼此之間的距離大于紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸時(shí)，成像在紅外探測(cè)器陣列上的這些激光輻照點(diǎn)對(duì)應(yīng)不同的像素，因而是可分辨的。這種情況下，成像分辨率取決于激光輻照點(diǎn)的尺寸和紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸中較小的那個(gè)。顯然，激光輻照點(diǎn)的尺寸要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸。由此可見(jiàn)，本發(fā)明利用激光激發(fā)紅外輻射成像的分辨率大大提高了。
[0017]如圖3所示，改變激光輻照點(diǎn)在待測(cè)樣品上的位置，采集這次所有激光輻照點(diǎn)的圖像，照此類(lèi)推，通過(guò)依次掃描、采集來(lái)獲得待測(cè)樣品的全部的圖像信息。
[0018]實(shí)施例1:如圖4所示，一種反射式的提高紅外輻射成像分辨率的裝置，包括有順次設(shè)置的輻照激光器1、激光分光裝置2、激光調(diào)制裝置3、激光聚焦裝置4、待測(cè)樣品5、紅外輻射成像裝置6、紅外濾光裝置7和紅外探測(cè)器陣列8。
[0019]激光分光裝置2可采用分光片或分光棱鏡，激光調(diào)制裝置3可采用光調(diào)制器或者斬波器，對(duì)經(jīng)由激光分光裝置2產(chǎn)生的多個(gè)激光束進(jìn)行調(diào)制，激光聚焦裝置4可采用聚焦透鏡，紅外濾光裝置7可采用濾光片，允許波長(zhǎng)在設(shè)定范圍內(nèi)的紅外輻射透過(guò)并進(jìn)入到紅外探測(cè)器陣列8中，而濾掉其它波段的輻射。
[0020]具體成像檢測(cè)過(guò)程是:輻照激光器I發(fā)出的激光光束經(jīng)過(guò)激光分光裝置2被分成多個(gè)激光束，這些激光束經(jīng)過(guò)激光調(diào)制裝置3調(diào)制后，經(jīng)由激光聚焦裝置4后照射到待測(cè)樣品5表面，在待測(cè)樣品上，所有激光輻照點(diǎn)彼此之間的距離均大于所采用的紅外探測(cè)器陣列8的像素尺寸。每一個(gè)激光束都產(chǎn)生相應(yīng)的紅外輻射，經(jīng)過(guò)待測(cè)樣品5前表面輻射的紅外信號(hào)由紅外輻射成像裝置6成像到紅外探測(cè)器陣列8上。每一個(gè)激光輻照點(diǎn)在紅外探測(cè)器陣列8上都是可分辨的，此時(shí)，獲得的紅外輻射圖像是這些激光輻照點(diǎn)對(duì)應(yīng)的紅外輻射圖像。
[0021]改變待測(cè)樣品5上激光輻照點(diǎn)的位置，并保持這些激光輻照點(diǎn)之間的距離大于所采用的紅外探測(cè)器陣列8的像素尺寸，采集這次輻照下所有激光輻照點(diǎn)的圖像。照此類(lèi)推，通過(guò)依次掃描、采集來(lái)獲得待測(cè)樣品5的全部的圖像信息。
[0022]本實(shí)施例是利用在物體前表面輻射的紅外信號(hào)來(lái)對(duì)物體進(jìn)行成像。本實(shí)施例可用于固體材料的缺陷檢測(cè)，固體材料的缺陷檢測(cè)包括但不局限于半導(dǎo)體材料的缺陷檢測(cè)和復(fù)合材料的缺陷檢測(cè)；也可用于材料的物理特性的測(cè)定，物理特性包括但不局限于吸收系數(shù)、熱傳導(dǎo)系數(shù)、顯微硬度以及層狀結(jié)構(gòu)參數(shù)等；還可用于醫(yī)療診斷等。
[0023]實(shí)施例2:如圖4所示，一種透射式的提高紅外輻射成像分辨率的裝置，包括有順次設(shè)置的輻照激光器1、激光分光裝置2、激光調(diào)制裝置3、激光聚焦裝置4、待測(cè)樣品5、紅外輻射成像裝置6、紅外濾光裝置7和紅外探測(cè)器陣列8。
[0024]與實(shí)施例1相比，本實(shí)施例是對(duì)透過(guò)待測(cè)樣品5的紅外輻射進(jìn)行成像檢測(cè)，具體成像檢測(cè)過(guò)程與實(shí)施例1相同，因此不再贅述。
[0025]以上所述實(shí)施方式僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種提高紅外輻射成像分辨率的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將處于可見(jiàn)光波段的多個(gè)激光束聚焦到待測(cè)樣品的某一區(qū)域； (2)調(diào)整待測(cè)樣品上各個(gè)激光輻照點(diǎn)之間的距離，使其均大于紅外探測(cè)器陣列的像素尺寸； (3)采用紅外探測(cè)器陣列采集待測(cè)樣品上所有激光輻照點(diǎn)的圖像； (4)改變激光束在待測(cè)樣品上的聚焦區(qū)域，重復(fù)上述步驟(2)和(3)，得到待測(cè)樣品的全部區(qū)域的激光激發(fā)紅外輻射圖像信息。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的方法的一種提高紅外輻射成像分辨率的裝置，其特征在于:該裝置包括分別與待測(cè)樣品光路連接的輻照激光器和紅外探測(cè)器陣列，所述輻照激光器與待測(cè)樣品之間依次設(shè)有激光分光裝置、激光調(diào)制裝置和激光聚焦裝置，所述待測(cè)樣品與紅外探測(cè)器陣列之間依次設(shè)有紅外輻射成像裝置和紅外濾光裝置。
【文檔編號(hào)】G01N21/63GK104034704SQ201410295852
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】陳堅(jiān), 吳令奇, 吳周令 申請(qǐng)人:無(wú)錫利弗莫爾儀器有限公司