CN104634742A - 一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，包括有前置扫描镜组、望远系统和主测量光路，前置扫描镜组是由安装在遥感平台上的两片正交的平面反射镜一和平面反射镜二组成的，平面反射镜一和平面反射镜二的膜层均为银反射膜，望远系统包括有主镜、次镜和视场光阑，所述的主镜和次镜均为凹抛物面反射镜且镀有银反射膜，主测量光路包括有偏振器件、多个分色片、多个反射片、多个聚焦透镜、多个窄带滤光片和多个探测器。本发明由于采用了反射式望远系统，减少了影响偏振测量精度的差异因素，系统残余偏振小，且具有宽的光谱范围，灵活的谱段数量及位置，高的系统透过率，低的加工安装精度及系统成本。

Description

一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路

技术领域

本发明涉及光学偏振测量技术领域，适用于大气气溶胶的偏振探测，尤其涉及一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路。

背景技术

在大气遥感领域偏振测量被公认为描述气溶胶粒子特性的关键技术。但偏振信息用于气溶胶探测需要将偏振信息作为角度及光谱的函数进行探测，即需要将散射光的偏振，多光谱及多角度信息联合，才能确切获得气溶胶的光学厚度及微物理特性。

公知的气溶胶探测偏振仪器，均设计有获取多角度多光谱偏振信息的能力。一种类型对角度信息的获取困难，必须将仪器复制多次，如SPEX，MSPI。一种对偏振信息采用分时测量，但时序效应限制了其偏振测量精度，如POLDER/PARASOL。最后一类是采用分孔径同时偏振测量方法，偏振测量精度高，如RSP/APS，但由于分孔径采用了多路平行的透射式望远系统，大量透镜的使用，一方面增加了引入差异效应的因素，包括各谱段的视场差异，透过率差异，安装应力差异等，从而影响测量精度进而对加工安装精度提出苛刻要求。另一方面受折射材料及透射系统色差的影响，限制了每孔径的谱段数量及光谱范围。此外，晶体器件及双元探测器的使用也增加了系统成本及装调难度。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，包括有前置扫描镜组、望远系统和主测量光路，所述的前置扫描镜组是由安装在遥感平台上的两片正交的平面反射镜一和平面反射镜二组成的，所述的望远系统包括有主镜、次镜和视场光阑，所述的次镜位于主镜之前并开有入光孔，所述的主镜和次镜均为凹抛物面反射镜，所述的主测量光路包括有偏振器件、多个分色片、多个反射片、多个聚焦透镜、多个窄带滤光片和多个探测器，由平面反射镜一入射的光反射到平面反射镜二上，平面反射镜二将光入射到主镜上并聚焦于视场光阑，再经次镜平行出射到所述的偏振器件上，在偏振器件的后方依次放置多个分色片和多个反射片，经过偏振器件的光分别入射到每个分色片和反射片上，经过每个分色片和反射片的光再分别经过多个聚焦透镜和窄带滤光片进入多个探测器中。

所述的平面反射镜一、平面反射镜二、主镜、次镜的反射膜层均为银膜，主镜和次镜的光线入射角和出射角均小于20°。

所述的偏振器件为宽带偏振片；所述的分色片为二向色型长波通滤光片；所述的探测器为单元探测器。

前置扫描组的目的是使两片反射镜的偏振效应相互抵消，从而不改变入射光的偏振态。绕望远系统光轴旋转反射镜组，沿平台移动方向扫描可获取多角度信息，垂直平台移动方向扫描可获取图像信息。

望远系统的作用是为后续所有探测谱段提供重合的视场，且要求有较低的偏振效应，即不改变入射光的偏振态。

主测量光路由偏振器件，分色/反射片，聚焦系统及探测器组成，用于完成多光谱偏振信息的测量。多条主测量光路排布在望远系统的出射面形成分孔径，偏振信息的测量通过在多条相同的主测量光路中放置不同参数的偏振器件，同时获得求解偏振量所需的多个强度量，进而求解偏振信息。分色/反射片形成多个光谱通道。主测量光路分孔径的位置数量以及每条主测量光路中的光谱通道数可根据空间及测量要求选择。

本发明的优点是：本发明由于采用了反射式望远系统，减少了影响偏振测量精度的差异因素，系统残余偏振小，且具有宽的光谱范围，灵活的谱段数量及位置，高的系统透过率，低的加工安装精度及系统成本。

附图说明

图1为本发明的光路原理图。

图2为本发明各孔径在主次镜的光迹投影。

具体实施方式

如图1所示，一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，包括有前置扫描镜组、望远系统和主测量光路，所述的前置扫描镜组是由安装在遥感平台上的两片正交的平面反射镜一1和平面反射镜二2组成的，所述的望远系统包括有主镜3、次镜4和视场光阑5，所述的次镜4位于主镜3之前并开有入光孔，所述的主镜3和次镜4均为凹抛物面反射镜，所述的主测量光路包括有偏振器件6、多个分色片7、多个反射片8、多个聚焦透镜9、多个窄带滤光片10和多个探测器11，由平面反射镜一1入射的光反射到平面反射镜二2上，平面反射镜二2将光入射到主镜3上并聚焦于视场光阑5，再经次镜4平行出射到所述的偏振器件6上，在偏振器件6的后方依次放置多个分色片7和多个反射片8，经过偏振器件6的光分别入射到每个分色片7和反射片8上，经过每个分色片7和反射片8的光再分别经过多个聚焦透镜9和窄带滤光片10进入多个探测器11中。

所述的平面反射镜一1、平面反射镜二2、主镜3、次镜4的反射膜层均为银膜，主镜3和次镜4的光线入射角和出射角均小于20°。

所述的偏振器件6为宽带偏振片；所述的分色片7为二向色型长波通滤光片；所述的探测器11为单元探测器。

图1是本发明的一个具体实施例，其平面反射镜一1需绕Y轴方向顺时针或逆时针旋转90°，与平面反射镜二2正交，达到消偏效果，两面反射镜膜层均为银反射膜。

望远系统采用了两镜无焦系统，由主镜3，次镜4及视场光阑5组成，主次镜均为凹抛物面反射镜且镀有银反射膜，次镜中心开有系统入光孔，经扫描镜组的入射光经主镜聚焦于公共视场光阑5后，经次镜4平行出射。主次镜光线入/出射角度小于15°，以保证较低的偏振效应。

偏振片放置在主测量光路的最前方且为系统的入瞳位置，实施例中分孔径的数量为九，并在主次镜上均匀分布，如图2所示。每条主光路的谱段数为三，即使用了两片分色片7，最后一片为反射片8，主光路的谱段数量影响系统总长。系统的光谱范围受偏振片的工作波长范围制约，光谱通道数受分色片参数及孔径数量影响。

偏振信息的测量通过在每三条相同的主测量光路中使偏振片方位分别为0°，60°，120°，每谱段对应的三个单元探测器可同时测量三个偏振方向线偏振光对应的强度量，根据公式1可求解入射光的线偏振信息。

$\left[\begin{array}{c}{S}_0\\ S_1\\ S_2\end{array}\right]=\frac{2}{3}\left[\begin{array}{c}{I}_0+I_{60}+I_{120}\\ I_0-I_{60}-I_{120}\\ \sqrt{3}\·(I_{120}-I_{60})\end{array}\right]---\left(1\right)$

公式1中，[S₀ S₁ S₂]^T为入射光斯托克斯矢量的前三个分量，I₀,I₆₀,I₁₂₀为三条主测量光路的探测器响应。

Claims (3)

1.一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，其特征在于：包括有前置扫描镜组、望远系统和主测量光路，所述的前置扫描镜组是由安装在遥感平台上的两片正交的平面反射镜一和平面反射镜二组成的，所述的望远系统包括有主镜、次镜和视场光阑，所述的次镜位于主镜之前并开有入光孔，所述的主镜和次镜均为凹抛物面反射镜，所述的主测量光路包括有偏振器件、多个分色片、多个反射片、多个聚焦透镜、多个窄带滤光片和多个探测器，由平面反射镜一入射的光反射到平面反射镜二上，平面反射镜二将光反射到主镜上并聚焦于视场光阑，再经次镜平行出射到所述的偏振器件上，在偏振器件的后方依次放置多个分色片和多个反射片，经过偏振器件的光分别入射到每个分色片和反射片上，经过每个分色片和反射片的光再分别经过多个聚焦透镜和窄带滤光片进入多个探测器中。

2.根据权利要求1所述的一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，其特征在于：所述的平面反射镜一、平面反射镜二、主镜、次镜的反射膜层均为银膜，主镜和次镜的光线入射角和出射角均小于20°。

3.根据权利要求1所述的一种基于反射望远系统的多光谱偏振扫描辐射计的光路，其特征在于：所述的偏振器件为宽带偏振片；所述的分色片为二向色型长波通滤光片；所述的探测器为单元探测器。