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角剪切型空间 频率调制全偏振成像探测装置

阅读：25发布：2023-03-07

专利汇可以提供角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，包括沿光传输方向顺序设置的前置光学系统、角剪切型偏振调制模块、成像镜组、信号面阵探测器，和与信号面阵探测器相连接的数据采集处理模块；前置光学系统用于采集并准直目标光，消除杂散光；偏振调制系统用于将准直后的入射光调制到不同的空间频率上，使其在空间频率上相互分离；成像镜组用于将调制后的入射光聚焦到信号面阵探测器上；信号面阵探测器用于接收成像镜组的出射光，获取目标光的图像和全部偏振信息，并输出的电信号到数据采集处理模块；数据采集处理系统用于对电信号进行滤波和傅里叶变换，解调出目标的二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息，并显示为伪彩色图片。，下面是角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，包括沿光传输方向顺序设置的前置光学系统(1)、角剪切型偏振调制模块(2)、成像镜组(3)和信号面阵探测器(4)，以及与信号面阵探测器(4)相连接的数据采集处理模块(5)；
前置光学系统(1)用于采集并准直目标光，并消除杂散光；
偏振调制系统(2)用于将准直后的入射光调制到不同的空间频率上，使其在空间频率上相互分离；
成像镜组(3)用于将调制后的入射光聚焦到信号面阵探测器(4)上；
信号面阵探测器(4)用于接收成像镜组(3)的出射光，获取目标光的图像和全部偏振信息，并输出的电信号到数据采集处理模块(5)；
数据采集处理系统(5)用于对电信号进行滤波和傅里叶变换，同时解调出目标的二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息，并显示为伪彩色图片。
2.根据权利要求1所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，前置光学系统(1)包括按光路顺序依次设置的物镜组(11)，光阑(12)和像镜组(13)。
3.根据权利要求1所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，角剪切型偏振调制模块(2)由沿光路顺序依次设置的第一偏振片或偏振棱镜(21)、双折射晶体组(22)及第二偏振片或偏振棱镜(23)组成。
4.根据权利要求3所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，双折射晶体组(22)由四块楔形双折射晶体组成，其中入射光侧的两块楔形双折射晶体组成第一角剪切型棱镜(221)，其晶体光轴方向相互垂直，出射光侧的两块楔形双折射晶体组成第二角剪切型棱镜(222)，其晶体光轴方向相互垂直，且分别与第一角剪切型棱镜(221)中晶体光轴方向成45°夹角。
5.根据权利要求1所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，成像镜组(3)的焦面位于后续面阵探测器(4)上。
6.根据权利要求1所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，信号面阵探测器(4)采用CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。
7.根据权利要求1所述角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，其特征在于，数据采集处理模块(5)采用能够将面阵探测器(4)接收到的信息进行空间滤波和傅里叶变换处理操作的计算机。

说明书全文

角剪切型空间 频率调制全偏振成像探测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及光学仪器技术领域，具体为一种角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置。

背景技术

[0002] 目标在辐射、反射、透射和散射光波的过程中，都会引起光波强度和偏振状态的变化，其中相机(成像仪)可获得目标的二维空间信息，偏振仪能够探测物体的表面属性等信息。后来，相机与偏振仪技术相融合，形成了可以同时获取目标的二维空间信息和偏振信息的偏振成像探测装置。

[0003] 偏振成像探测装置最初旋转偏光元件型结构，由于具有运动部件，该装置抗振能力差，不能对目标偏振信息进行实时探测。在此基础上又发展了采用电光、声光、磁光等调制方式按照时序依此获取不同偏振方向的偏振图像，得到目标的偏振特性，该方法同样不能对目标偏振信息进行实时探测。人们又提出了可以进行实时获取目标偏振信息的探测方式，空间匹配测量方式以及强度调制型偏振成像方式。空间匹配测量方式应用多组偏振测量单元在空间上组合来获取同一目标的偏振特性，包括分振幅型、分孔径型和分焦平面型，分振幅型和分孔径型结构复杂、光路调节困难，且由于同时使用多路光学元件与探测器，元件及探测器的偏振响应的不同将带来较大的测量误差；分焦平面型则要求在一块探测器阵列上集成多个不同偏振透光方向的薄膜，工艺要求极高，加工过程十分复杂。强度调制型偏振成像装置中含有光阑导致光通量不高，该装置光路复杂且工艺要求高，且含有光谱仪结构，信号处理速度较慢。

发明内容

[0004] 本发明提供一种光路结构紧凑，无运动光学器件，能够一次性获得目标二维空间像及全部偏振信息的角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置。

[0005] 本发明是通过以下技术方案来实现：

[0006] 本发明角剪切型空间频率调制全偏振成像探测装置，包括沿光传输方向顺序设置的前置光学系统、角剪切型偏振调制模块、成像镜组和信号面阵探测器，以及与信号面阵探测器相连接的数据采集处理模块；

[0007] 前置光学系统用于采集并准直目标光，并消除杂散光；

[0008] 偏振调制系统用于将准直后的入射光调制到不同的空间频率上，使其在空间频率上相互分离；

[0009] 成像镜组用于将调制后的入射光聚焦到信号面阵探测器上；

[0010] 信号面阵探测器用于接收成像镜组的出射光，获取目标光的图像和全部偏振信息，并输出的电信号到数据采集处理模块；

[0011] 数据采集处理系统用于对电信号进行滤波和傅里叶变换，同时解调出目标的二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息，并显示为伪彩色图片。

[0012] 优选的，前置光学系统包括按光路顺序依次设置的物镜组，光阑和像镜组。

[0013] 优选的，角剪切型偏振调制模块由沿光路顺序依次设置的第一偏振片或偏振棱镜、双折射晶体组及第二偏振片或偏振棱镜组成。

[0014] 进一步，双折射晶体组由四块楔形双折射晶体组成，其中入射光侧的两块楔形双折射晶体组成第一角剪切型棱镜，其晶体光轴方向相互垂直，出射光侧的两块楔形双折射晶体组成第二角剪切型棱镜，其晶体光轴方向相互垂直，且分别与第一角剪切型棱镜中晶体光轴方向成45°夹角。

[0015] 优选的，成像镜组的焦面位于后续面阵探测器上。

[0016] 优选的，信号面阵探测器采用CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列。

[0017] 优选的，数据采集处理模块采用能够将面阵探测器接收到的信息进行空间滤波和傅里叶变换处理操作的计算机。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

[0019] 本发明采用角剪切型双折射晶体构成的偏振调制模块对四个Stokes矢量进行空间频率调制：采用前置光学系统对目标入射光进行准直扩束变成平行光；然后进入角剪切型偏振调制模块，在空间频率上对入射光进行调制，把入射光Stokes矢量的四个分量调制到不同的空间频率上，使其在空间频率上相互分离；调制后的入射光经过成像镜组后发生干涉，在探测器上形成干涉条纹调制的图像，这一图像中不仅包括了入射光的光强信息，而且包括了入射光的全部偏振信息；对获取的图像进行空间滤波和傅里叶变换，最终实现同时获取目标的二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息。采用光路共轴的设置，结构简单，同一套光路能够同时获取目标二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息。

[0020] 进一步的，通过对各模块组成的限定，在除信号面阵探测器外，所有光路中的元器件为全光工作，不含运动部件，使其所形成的光路具有静态和全光优势；能够实现对偏振信息的完全实时探测。附图说明

[0021] 图1为本发明实例中所述装置的结构示意图。

[0022] 图2为本发明实例中角剪切型偏振调制模块中双折射晶体的结构示意图。

[0023] 图中：1为前置光学系统，11为物镜组，12为光阑，13像镜组；2为角剪切型偏振调制模块，21为第一偏振片或偏振棱镜，22为双折射晶体组，23为第二偏振片或偏振棱镜；221为第一角剪切型棱镜，222为第二角剪切型棱镜；3为成像镜组；4为信号面阵探测器；5为数据采集处理模块。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

[0025] 本发明所述的装置，如图1所示，其包括与目标光源同轴依次布置的前置光学系统1、角剪切型偏振调制模块2、成像镜组3和信号面阵探测器4，与信号面阵探测器4相连接的数据采集处理模块5。

[0026] 其中，如图1所示，前置光学系统1位于整个装置的最前端，包括同轴依次顺序设置的前置光学系统物镜组11、光阑12和前置光学系统像镜组13，用于采集并准直目标光，并消除杂散光。

[0027] 角剪切型偏振调制模块2位于前置光学系统1的后面，由第一偏振片或偏振棱镜21、双折射晶体组22及其后的第二偏振片或偏振棱镜23组成；双折射晶体组22由四块楔形双折射晶体组成，其中前两块楔形双折射晶体组成角剪切型棱镜221，其晶体光轴方向相互垂直，后两块楔形双折射晶体组成角剪切型棱镜222，其晶体光轴方向相互垂直，且分别与221中晶体光轴方向成45°夹角，如图2所示。角剪切型偏振调制模块2对入射光在空间频率上进行调制，把入射光Stokes矢量的四个分量调制到不同的空间频率上，使其在空间频率上相互分离。

[0028] 成像镜组3用于将出射光聚焦到探测器上，其焦面位于后续面阵探测器4上。

[0029] 信号面阵探测器4采用CCD阵列、CMOS阵列、光电二极管阵列、光电倍增管阵列、红外焦平面阵列或紫外光探测器阵列中的任意一种，用于接收成像镜组3的出射光，获取目标光的图像和全部偏振信息，信号面阵探测器4输出的电信号送入后续信号获取与处理系统5。

[0030] 数据采集处理模块5由可将信息面阵探测器4接收到的信息进行傅里叶变换处理的计算机构成，用于解调出目标的二维空间图像和包括四个Stokes矢量的全部偏振信息，并显示为伪彩色图片。

[0031] 本发明装置在使用时：目标光源发出的光通过前置光学系统1准直后，进入角剪切型偏振调制模块2进行偏振调制，目标光经过该模块的第一偏振镜21变成线偏光，再经过前面的第一角剪切型棱镜221变成两束光，再经过后面的第二角剪切型棱镜222变成4束光，这4束光通过的光程不同，所以其通过偏振镜23后变成具有相同偏振方向和固定相位差的相干光束，通过成像镜组3后，在位于成像镜焦平面上的面阵探测器4上形成干涉图样，从而，入射光Stokes矢量的四个分量被调制到不同的空间频率上，在空间频率上相互分离，信号面阵探测器4接收到的信号再经数据采集处理模块5进行空间滤波和傅里叶变换处理后即可获得目标的图像和偏振信息。

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