一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，偏振成像系統(tǒng)主要分四種:第一種是分時成像系統(tǒng)，這種成像系統(tǒng)是將偏振片固定在成像系統(tǒng)之前，通過手動或電動的方法來旋轉(zhuǎn)偏振片到不同的線偏振方向，來獲取不同偏振化方向的目標強度圖像；第二種是分振幅成像系統(tǒng)，該類成像系統(tǒng)是利用分束鏡和偏振分束器等分束光學器件，結(jié)合成像透鏡及多個探測器來獲取不同偏振方向的目標強度圖像；第三種是分孔徑成像系統(tǒng)，該類成像系統(tǒng)主要由望遠鏡系統(tǒng)和孔徑分光系統(tǒng)組成，通過多組透鏡對望遠鏡系統(tǒng)的平行光進行分束，分別在多個探測器上成目標強度圖像；第四種是分焦平面成像系統(tǒng)，它是將偏振元件集成到探測器焦平面上去，探測器上的一個像元對應一個微偏振元件，可以獲取不同偏振化方向的目標強度圖像。
[0003]分時成像系統(tǒng)簡單易行，但是以犧牲時間分辨率為代價的，對于變化或移動的目標無法實現(xiàn)實時偏振成像，并且多次獲得的圖像存在配準困難的問題；現(xiàn)行的分振幅成像系統(tǒng)和分孔徑成像系統(tǒng)均采用多光路、多探測器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)龐大復雜，光學系統(tǒng)存在的像差和各探測器之間參數(shù)的不同都會導致偏振探測的誤差，并且裝調(diào)困難，造價昂貴；分焦平面成像系統(tǒng)由于每個像元只對應一個微偏振元件，因此只能獲取Stokes矢量其中一個偏振分量，而其他Stokes矢量需根據(jù)周圍像元獲得的值采取內(nèi)插方法得到，由于各個像元的瞬時場不一致，會導致最后的偏振探測誤差，另外，微偏振元件的尺寸小，加工困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有的偏振成像系統(tǒng)存在圖像配準困難、系統(tǒng)龐大復雜、偏振探測誤差大的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)和方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:
[0006]—種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)，其特殊之處在于:包括沿光路依次設置的前端望遠鏡系統(tǒng)、分光與聚焦系統(tǒng)以及探測器，其中，所述分光與聚焦系統(tǒng)包括沿光路依次設置的分光組件、傳輸組件和聚光組件，所述分光組件包括一個第一斜方棱鏡組11，所述傳輸組件包括四個對等的傳輸光路，所述聚光組件包括一個第二斜方棱鏡組12，所述第一斜方棱鏡組11包括共入射面沿四個方向緊密排布的四個第一斜方棱鏡，所述第二斜方棱鏡組12包括共出射面沿四個方向緊密排布的四個第二斜方棱鏡。第一斜方棱鏡、傳輸光路和第二斜方棱鏡一一對應，構(gòu)成四路完全對等的分光-傳光-聚光通道。
[0007]上述前端望遠鏡系統(tǒng)是無焦放大，所述傳輸光路的每一路由多個透鏡組成；
[0008]所述前端望遠鏡系統(tǒng)與分光組件之間設置有四個偏振片，每個偏振片對應分光與聚焦系統(tǒng)中的一個第一斜方棱鏡，四個偏振片中有三個為線偏振片，一個為圓偏振片。
[0009]—種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像方法，其特殊之處在于:包括以下步驟:
[0010]1)平行光入射，經(jīng)前端望遠鏡系統(tǒng)縮束后入射到第一斜方棱鏡組11的入射面；
[0011]2)第一斜方棱鏡組11將入射光束均勻地分在四個通道；
[0012]3)四路光分別在四個光通道上傳播；
[0013]4)四路光經(jīng)各自通道上的多個透鏡聚焦，經(jīng)第二斜方棱鏡組12共焦面匯聚；
[0014]5)獲取目標圖像。
[0015]上述放大為無焦放大。
[0016]步驟5)獲取的目標圖像包含三幅線偏振圖像和一幅圓偏振圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)全偏振態(tài)探測。
[0017]本發(fā)明所具有的優(yōu)點:
[0018]1、本發(fā)明提出了一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)，采用四路分孔徑的方法來實現(xiàn)全偏振態(tài)同時探測，分成的四路光通道完全一致，不需要對每個通道單獨進行相差校正，結(jié)構(gòu)緊湊，光能利用率高。
[0019]2、本發(fā)明放置偏振片，其中三路放置線偏振片，一路放置圓偏振片，可以實現(xiàn)全偏振態(tài)同時探測。與現(xiàn)行分孔徑成像系統(tǒng)相比，四個光通道的第一斜方棱鏡可共入射面沿四個方向緊密排布，因此光能利用率高；第二斜方棱鏡將匯聚光聚焦到同一探測器共焦面成像，避免了多探測器引入的強度探測誤差；該分光系統(tǒng)同時還具有結(jié)構(gòu)緊湊、像差校正簡單等優(yōu)點。
[0020]3、本發(fā)明前端光學望遠鏡系統(tǒng)和后端的分光與聚焦系統(tǒng)獨立設計，通過用不同放大倍率的望遠鏡系統(tǒng)與不同焦距的分光與聚焦系統(tǒng)結(jié)合，可以滿足不同的實際應用需求。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(圖中僅顯示了分光與聚焦系統(tǒng)中的兩個光通道)；
[0022]圖2為本發(fā)明四路分孔徑光路立體圖；
[0023]圖3為本發(fā)明光路傳輸示意圖(圖中僅顯示了分光與聚焦系統(tǒng)中的兩個光通道)。
【具體實施方式】
[0024]如圖1所示，本發(fā)明分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；包括前端望遠鏡系統(tǒng)、分光與聚焦系統(tǒng)、以及探測器13，其中前端望遠鏡系統(tǒng)由透鏡1，透鏡2，透鏡3、透鏡4、透鏡5和透鏡6構(gòu)成，是無焦放大系統(tǒng)；分光與聚焦系統(tǒng)包括第一斜方棱鏡組11、第二斜方棱鏡組12，以及位于第一和第二斜方棱鏡組之間的四個對等的光通道，四個光通道繞第一斜方棱鏡組11和第二斜方棱鏡12的中軸線對稱分布。第一斜方棱鏡組11為分光組件，第二斜方棱鏡組12為聚光組件。
[0025]如圖2所示分光與聚焦系統(tǒng)包括兩個斜方棱鏡組和四個對等的光通道，前端光學望遠鏡系統(tǒng)出射的平行光垂直入射到第一斜方棱鏡組11的入射面進行四路分光，四路光再分別經(jīng)過不同偏振調(diào)制后，經(jīng)由不同方向的四個第一斜方棱鏡導入各自的傳輸光路，經(jīng)由傳輸光路中的聚焦透鏡7-10聚焦，再由第二斜方棱鏡組12實現(xiàn)共出射面聚焦，最終將光聚焦在單探測器焦平面的四個象限，實現(xiàn)分焦平面成像，同時得到四個不同偏振態(tài)的強度圖像。前端望遠鏡系統(tǒng)與分光組件之間設置有四個偏振片，每個偏振片對應分光與聚焦系統(tǒng)中的一個光通道，四個偏振片中有三個為線偏振片，一個為圓偏振片。
[0026]前端光學望遠鏡系統(tǒng)和后面的分光與聚焦系統(tǒng)獨立設計，通過用不同放大倍率的望遠鏡系統(tǒng)與不同焦距的分光系統(tǒng)結(jié)合，可以滿足不同的實際應用需求。
[0027]該分光系統(tǒng)采用斜方棱鏡導光的主要目的在于:其一，四個第一斜方棱鏡之間、四個第二斜方棱鏡之間幾乎無空隙，可以保證入射的光能量被最大化的利用，減少分光系統(tǒng)對光能量的損失；其二，由于光學元件的尺寸較小，用第一斜方棱鏡將光路向四個方向分散，有利于機械件對四路傳光系統(tǒng)中的聚焦透鏡進行固定，并保持四路光路的一致性和整個偏振成像系統(tǒng)的可靠性。
【主權(quán)項】
1.一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)，其特征在于:包括沿光路依次設置的前端望遠鏡系統(tǒng)、分光與聚焦系統(tǒng)以及探測器，其中，所述分光與聚焦系統(tǒng)包括沿光路依次設置的分光組件、傳輸組件和聚光組件，所述分光組件包括一個第一斜方棱鏡組(11)，所述傳輸組件包括四個對等的傳輸光路，所述聚光組件包括一個第二斜方棱鏡組(12)，所述第一斜方棱鏡組(11)包括共入射面沿四個方向緊密排布的四個第一斜方棱鏡，所述第二斜方棱鏡組(12)包括共出射面沿四個方向緊密排布的四個第二斜方棱鏡，第一斜方棱鏡、傳輸光路和第二斜方棱鏡一一對應，構(gòu)成四路完全對等的分光-傳光-聚光通道。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)，其特征在于:所述前端望遠鏡系統(tǒng)是無焦放大，所述傳輸光路的每一路由四個透鏡組成； 所述前端望遠鏡系統(tǒng)與分光組件之間設置有四個偏振片，每個偏振片對應分光與聚焦系統(tǒng)中的一個第一斜方棱鏡，四個偏振片中有三個為線偏振片，一個為圓偏振片。3.一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)平行光入射，經(jīng)前端望遠鏡系統(tǒng)縮束后入射到第一斜方棱鏡組(11)的入射面； 2)第一斜方棱鏡組(11)將入射光束均勻地分在四個通道； 3)四路光分別在四個光通道上傳播； 4)四路光經(jīng)各自通道上的四個透鏡聚焦，經(jīng)第二斜方棱鏡組(12)共焦面匯聚； 5)獲取目標圖像。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像方法，其特征在于:所述放大為無焦放大。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像方法，其特征在于:步驟5)獲取的目標圖像包含三幅線偏振圖像和一幅圓偏振圖像，能夠?qū)崿F(xiàn)全偏振態(tài)探測。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種分孔徑共焦面全偏振態(tài)同時探測的偏振成像系統(tǒng)及方法，包括沿光路依次設置的前端望遠鏡系統(tǒng)、分光與聚焦系統(tǒng)以及探測器，其中，分光與聚焦系統(tǒng)包括沿光路依次設置的分光組件、傳輸組件和聚光組件，分光組件包括第一斜方棱鏡組，傳輸組件包括四個對等的傳輸光路，聚光組件包括第二斜方棱鏡組，第一斜方棱鏡組包括沿四個方向緊密排布的四個第一斜方棱鏡，第二斜方棱鏡組包括沿四個方向緊密排布的四個第二斜方棱鏡，解決了現(xiàn)有的偏振成像系統(tǒng)存在圖像配準困難、偏振探測誤差大的技術(shù)問題，本發(fā)明采用四路分孔徑的方法來實現(xiàn)全偏振態(tài)同時探測，分成的四路光通道完全一致，不需要對每個通道單獨進行相差校正，結(jié)構(gòu)緊湊，光能利用率高。
【IPC分類】G01J4/00
【公開號】CN105352603
【申請?zhí)枴緾N201510777564
【發(fā)明人】任立勇, 屈恩世, 梁健, 巨海娟
【申請人】中國科學院西安光學精密機械研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月13日