CN105352603B - 一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***及方法，包括沿光路依次设置的前端望远镜***、分光与聚焦***以及探测器，其中，分光与聚焦***包括沿光路依次设置的分光组件、传输组件和聚光组件，分光组件包括第一斜方棱镜组，传输组件包括四个对等的传输光路，聚光组件包括第二斜方棱镜组，第一斜方棱镜组包括沿四个方向紧密排布的四个第一斜方棱镜，第二斜方棱镜组包括沿四个方向紧密排布的四个第二斜方棱镜，解决了现有的偏振成像***存在图像配准困难、偏振探测误差大的技术问题，本发明采用四路分孔径的方法来实现全偏振态同时探测，分成的四路光通道完全一致，不需要对每个通道单独进行相差校正，结构紧凑，光能利用率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***及方法。
背景技术
目前，偏振成像***主要分四种：第一种是分时成像***，这种成像***是将偏振片固定在成像***之前，通过手动或电动的方法来旋转偏振片到不同的线偏振方向，来获取不同偏振化方向的目标强度图像；第二种是分振幅成像***，该类成像***是利用分束镜和偏振分束器等分束光学器件，结合成像透镜及多个探测器来获取不同偏振方向的目标强度图像；第三种是分孔径成像***，该类成像***主要由望远镜***和孔径分光***组成，通过多组透镜对望远镜***的平行光进行分束，分别在多个探测器上成目标强度图像；第四种是分焦平面成像***，它是将偏振元件集成到探测器焦平面上去，探测器上的一个像元对应一个微偏振元件，可以获取不同偏振化方向的目标强度图像。
分时成像***简单易行，但是以牺牲时间分辨率为代价的，对于变化或移动的目标无法实现实时偏振成像，并且多次获得的图像存在配准困难的问题；现行的分振幅成像***和分孔径成像***均采用多光路、多探测器结构，***庞大复杂，光学***存在的像差和各探测器之间参数的不同都会导致偏振探测的误差，并且装调困难，造价昂贵；分焦平面成像***由于每个像元只对应一个微偏振元件，因此只能获取Stokes矢量其中一个偏振分量，而其他Stokes矢量需根据周围像元获得的值采取内插方法得到，由于各个像元的瞬时场不一致，会导致最后的偏振探测误差，另外，微偏振元件的尺寸小，加工困难。
发明内容
为了解决现有的偏振成像***存在图像配准困难、***庞大复杂、偏振探测误差大的技术问题，本发明提供一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***和方法。
本发明的技术解决方案：
一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***，其特殊之处在于：包括沿光路依次设置的前端望远镜***、分光与聚焦***以及单探测器，其中，所述分光与聚焦***包括沿光路依次设置的分光组件、传输组件和聚光组件，所述分光组件包括一个第一斜方棱镜组11，所述传输组件包括四个对等的传输光路，所述聚光组件包括一个第二斜方棱镜组12，所述第一斜方棱镜组11包括共入射面沿四个方向紧密排布的四个第一斜方棱镜，所述第二斜方棱镜组12包括共出射面沿四个方向紧密排布的四个第二斜方棱镜。第一斜方棱镜、传输光路和第二斜方棱镜一一对应，构成四路完全对等的分光-传光-聚光通道；
所述前端望远镜***与分光组件之间设置有四个偏振片，每个偏振片对应分光与聚焦***中的一个第一斜方棱镜，四个偏振片中有三个为线偏振片，一个为圆偏振片。
上述前端望远镜***是无焦放大，所述传输光路的每一路由多个透镜组成。
一种基于上述的分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***的成像方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
1)平行光入射，经前端望远镜***缩束后入射到第一斜方棱镜组11的入射面；
2)第一斜方棱镜组11将入射光束均匀地分在四个传输光路；
3)四路光分别在四个光传输光路上传播，所述传输光路的每一路由四个透镜组成；
4)四路光经各自传输光路上的多个透镜聚焦，经第二斜方棱镜组12共焦面汇聚于单探测器；
5)获取目标图像：获取的目标图像包含三幅线偏振图像和一幅圆偏振图像，能够实现全偏振态探测。
上述前端望远镜***为无焦放大。
本发明所具有的优点：
1、本发明提出了一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***，采用四路分孔径的方法来实现全偏振态同时探测，分成的四路光通道完全一致，不需要对每个通道单独进行相差校正，结构紧凑，光能利用率高。
2、本发明放置偏振片，其中三路放置线偏振片，一路放置圆偏振片，可以实现全偏振态同时探测。与现行分孔径成像***相比，四个光通道的第一斜方棱镜可共入射面沿四个方向紧密排布，因此光能利用率高；第二斜方棱镜将汇聚光聚焦到同一探测器共焦面成像，避免了多探测器引入的强度探测误差；该分光***同时还具有结构紧凑、像差校正简单等优点。
3、本发明前端光学望远镜***和后端的分光与聚焦***独立设计，通过用不同放大倍率的望远镜***与不同焦距的分光与聚焦***结合，可以满足不同的实际应用需求。
附图说明
图1为本发明分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***的结构示意图(图中仅显示了分光与聚焦***中的两个光通道)；
图2为本发明四路分孔径光路立体图；
图3为本发明光路传输示意图(图中仅显示了分光与聚焦***中的两个光通道)。
具体实施方式
如图1所示，本发明分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***的结构示意图；包括前端望远镜***、分光与聚焦***、以及单探测器13，其中前端望远镜***由透镜1，透镜2，透镜3、透镜4、透镜5和透镜6构成，是无焦放大***；分光与聚焦***包括第一斜方棱镜组11、第二斜方棱镜组12，以及位于第一和第二斜方棱镜组之间的四个对等的光通道，四个光通道绕第一斜方棱镜组11和第二斜方棱镜12的中轴线对称分布。第一斜方棱镜组11为分光组件，第二斜方棱镜组12为聚光组件。
如图2所示分光与聚焦***包括两个斜方棱镜组和四个对等的光通道，前端光学望远镜***出射的平行光垂直入射到第一斜方棱镜组11的入射面进行四路分光，四路光再分别经过不同偏振调制后，经由不同方向的四个第一斜方棱镜导入各自的传输光路，经由传输光路中的聚焦透镜7-10聚焦，再由第二斜方棱镜组12实现共出射面聚焦，最终将光聚焦在单探测器焦平面的四个象限，实现分焦平面成像，同时得到四个不同偏振态的强度图像。前端望远镜***与分光组件之间设置有四个偏振片，每个偏振片对应分光与聚焦***中的一个光通道，四个偏振片中有三个为线偏振片，一个为圆偏振片。
前端光学望远镜***和后面的分光与聚焦***独立设计，通过用不同放大倍率的望远镜***与不同焦距的分光***结合，可以满足不同的实际应用需求。
该分光***采用斜方棱镜导光的主要目的在于：其一，四个第一斜方棱镜之间、四个第二斜方棱镜之间几乎无空隙，可以保证入射的光能量被最大化的利用，减少分光***对光能量的损失；其二，由于光学元件的尺寸较小，用第一斜方棱镜将光路向四个方向分散，有利于机械件对四路传光***中的聚焦透镜进行固定，并保持四路光路的一致性和整个偏振成像***的可靠性。
Claims (4)
1.一种分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***，其特征在于：包括沿光路依次设置的前端望远镜***、分光与聚焦***以及单探测器，其中，所述分光与聚焦***包括沿光路依次设置的分光组件、传输组件和聚光组件，所述分光组件包括一个第一斜方棱镜组(11)，所述传输组件包括四个对等的传输光路，所述聚光组件包括一个第二斜方棱镜组(12)，所述第一斜方棱镜组(11)包括共入射面沿四个方向紧密排布的四个第一斜方棱镜，所述第二斜方棱镜组(12)包括共出射面沿四个方向紧密排布的四个第二斜方棱镜，第一斜方棱镜、传输光路和第二斜方棱镜一一对应，构成四路完全对等的分光-传光-聚光通道；
所述前端望远镜***与分光组件之间设置有四个偏振片，每个偏振片对应分光与聚焦***中的一个第一斜方棱镜，四个偏振片中有三个为线偏振片，一个为圆偏振片。
2.根据权利要求1所述的分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***，其特征在于：所述前端望远镜***是无焦放大，所述传输光路的每一路由四个透镜组成。
3.一种基于权利要求1所述的分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***的成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)平行光入射，经前端望远镜***缩束后入射到第一斜方棱镜组(11)的入射面；
2)第一斜方棱镜组(11)将入射光束均匀地分在四个传输光路；
3)四路光分别在四个传输光路上传播，所述传输光路的每一路由四个透镜组成；
4)四路光经各自传输光路上的四个透镜聚焦，经第二斜方棱镜组(12)共焦面汇聚于单探测器；
5)获取目标图像：获取的目标图像包含三幅线偏振图像和一幅圆偏振图像，能够实现全偏振态探测。
4.根据权利要求3所述的一种基于权利要求1所述的分孔径共焦面全偏振态同时探测的偏振成像***的成像方法，其特征在于：所述前端望远镜***为无焦放大。
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