CN109342025A - 一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，解决了现有技术中难以对集成后分焦平面式红外偏振成像相机的偏振透过率进行准确测试的问题。本发明采用分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统进行测试，所述分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统包含微纳光栅偏振阵列；所述微纳光栅偏振阵列包含多个紧密相连的2×2超像素单元，所述2×2超像素单元包含一个非偏振全通单元；所述测试方法包含如下步骤：(1)调节面源黑体、红外线偏振片以及分焦平面红外偏振成像相机的位置；(2)旋转红外线偏振片，使其透射方向与待测偏振单元透射方向一致；采用高低温作差法计算待测偏振单元偏振透过率。

Description

一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法
技术领域
本发明涉及一种偏振透过率测试方法，具体用于分焦平面红外偏振成像相机的偏振透过率测试。
背景技术
随着微纳加工技术的日渐成熟，基于微纳光栅阵列的分焦平面式红外偏振成像技术得到广泛关注，其关键在于将光栅阵列与红外焦平面进行高精度贴合封装。然而，对于集成后的红外偏振成像相机的偏振性能测试尚无标准有效的测试方法，主要包括偏振透过率与消光比。其难点在于，在偏振透过率测试过程中需要已知入射与出射线偏振光能量，但目前分焦平面红外偏振成像技术主要采用2×2线偏振排布模式，无法同时获得入射与出射线偏振光能量，导致无法对集成后分焦平面式红外偏振成像相机的偏振透过率进行准确测试。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供公开了一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，解决了现有技术中难以对集成后分焦平面式红外偏振成像相机的偏振透过率进行准确测试的问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，采用分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统进行测试，所述分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统包含面源黑体、红外线偏振片、分焦平面红外偏振成像相机、微纳光栅偏振阵列和红外焦平面；面源黑体作为光源可产生不同温度的均匀辐射，经红外线偏振片起偏生成线偏振光，旋转红外线偏振片即可得到不同方向的红外线偏振光，光线进入分焦平面红外偏振成像相机，经微纳光栅偏振阵列后到达红外焦平面；
所述微纳光栅偏振阵列包含多个紧密相连的2×2超像素单元，所述2×2超像素单元包含一个非偏振全通单元、一个45°偏振单元、一个90°偏振单元和一个0°偏振单元；
所述测试方法包含如下步骤：
(1)调节面源黑体、红外线偏振片以及分焦平面红外偏振成像相机的位置，使三者光轴一致，并调节三者之间的距离使面源黑体的面源辐射经红外线偏振片后充满相机整个视场；
(2)旋转红外线偏振片，使其透射方向与待测偏振单元透射方向一致；
(3)调节面源黑体的温度为低温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机连续采集N帧图像数据，将所得N幅图像数据取平均得到低温数据，记作IL，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为ILθ(i,j)，全通单元像素值记为ILE(i,j)；N为整数且大于1；
(4)调节面源黑体7的温度为高温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机连续采集M帧图像数据，将所得M幅图像数据取平均得到低温数据，记作IH，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为IHθ(i,j)，全通单元像素值记为IHE(i,j)；M为整数且大于1；
(5)采用高低温作差法计算待测偏振单元偏振透过率，即
作为本发明的一种优选实施方式：所述步骤(3)中的N＝100；所述步骤(4)中的M＝100。
本发明有益效果是：
本发明公开的一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，通过在微纳光栅偏振阵列每个超像素中加入一个非偏振全通单元，实现对入射与出射光栅单元的线偏振光能量的同时获取，从而实现对红外偏振相机偏振透过率的测试，解决了集成后分焦平面式红外偏振成像相机的偏振透过率难以准确测试的问题。
附图说明
图1是本发明提出的用于分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试的微纳光栅偏振阵列结构示意图；
图2a-2c是本发明公开的三种微纳光栅偏振阵列的2×2超像素单元的排布示意图；
图3是分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统的设置示意图；
附图标记说明：
图1中，1：光栅阵列整体结构，2：2×2超像素单元；其中，2×2超像素单元包含一个非偏振全通单元，在全通单元光能量不经偏振光栅调制全部透过并被后端探测器接收，超像素单元在全阵列周期性重复；
图2a中，3：非偏振全通单元，4：45°偏振单元，5：90°偏振单元，6：0°偏振单元；
图3中，7：面源黑体，8：红外线偏振片，9：分焦平面红外偏振成像相机，10：微纳光栅偏振阵列，11：红外焦平面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：
本发明公开了一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，主要通过在微纳光栅偏振阵列每个超像素中加入一个非偏振全通单元，实现对入射与出射光栅单元的线偏振光能量的同时获取，从而实现对红外偏振相机偏振透过率的测试。
首先明确偏振透过率的定义，一般称电矢量垂直于线栅方向的TM偏振光透过率为主透过率，假设经过偏振阵列单元并与偏振单元透射方向一致的入射线偏振光的辐射强度为ITMin，出射偏振光的辐射强度为ITMout，那么TM偏振光的透过率(即主透过率)为：
如图1所示，本发明在微纳光栅阵列的每个超像素中加入非偏振全通单元，对入射辐射未经偏振光栅调制的入射线偏振辐射能量进行记录，其他待测偏振单元记录可透射方向线偏振辐射能量。
图2a-2c为几种同样适用的超像素排列模式，均包含非偏振全通单元3、45°偏振单元4、90°偏振单元5和0°偏振单元6，其他未展示的可能排列模式同样适用，超像素中包含全通单元与待测偏振单元即可。
偏振透过率测试中，需要得到入射到全通单元的线偏振辐射能量以及透过偏振单元且与相应单元透射方向一致的线偏振辐射能量，假设入射辐射为线偏振光，探测器为线性响应模型，则对于偏振像元：
ITMH＝AθηTMLTMH+Bθ
ITML＝AθηTMLTML+Bθ
其中Aθ、Bθ为不同角度偏振像元响应增益与响应偏置，LTMH、LTML分别为高、低温下偏振入射辐射能量，ITMH、ITML为相应的像元相应值，即像素值。
对于全通像元：
INPH＝ANPLTMH+BNP
INPL＝ANPLTML+BNP
其中ANP、BNP为不同角度偏振像元响应增益与响应偏置，LTMH、LTML分别为高、低温下偏振入射辐射能量，INPH、INPL为相应的像元相应值，即像素值。
通过高低温作差法，可以消除像元响应偏置项，另外假设在同一超像素内偏振像元的响应增益与全通像元响应增益一致，即ANP＝Aθ，可求取偏振透过率为：
图3为分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统的设置示意图。面源黑体7作为光源可产生不同温度的均匀辐射，经红外线偏振片8起偏生成线偏振光，旋转红外线偏振片8即可得到不同方向的红外线偏振光，光线进入分焦平面红外偏振成像相机9，经微纳光栅偏振阵列10后到达红外焦平面11，这样入射线偏振辐射由全通单元记录，出射辐射由相应待测方向偏振单元记录，测试某一方向偏振单元偏振透过率时，入射线偏振光方向与待测偏振单元偏振透射方向一致，调节面源黑体7温度，采集高、低温数据，利用上述高低温作差法计算待测方向偏振单元透过率。
实施例：
以测量图1中0°偏振单元6的偏振透过率为例，详述本发明所提出的透过率测试方法，按以下步骤具体进行：
1)如图3中所示，调节面源黑体7、红外线偏振片8以及分焦平面红外偏振成像相机9位置，使三者光轴一致，并调节三者之间的距离使面源黑体7的面源辐射经红外线偏振片8后充满相机整个视场。
2)旋转红外线偏振片8，使其透射方向与待测偏振单元透射方向一致。
3)调节面源黑体7的温度为低温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机9连续采集100帧图像数据，将所得100幅图像数据取平均得到低温数据(以减小随机误差)，记作IL，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为ILθ(i,j)，全通单元像素值记为ILE(i,j)。
4)调节面源黑体7的温度为高温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机9连续采集100帧图像数据，将所得100幅图像数据取平均得到低温数据(以减小随机误差)，记作IH，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为IHθ(i,j)，全通单元像素值记为IHE(i,j)。
5)采用高低温作差法计算待测偏振单元偏振透过率，即
本发明针对集成后分焦平面式红外偏振成像相机的偏振透过率难以准确测试问题，通过在微纳光栅阵列的每个超像素中加入一个非偏振全通单元实现对入射与出射光栅单元的线偏振光能量的同时获取，从而实现对红外偏振相机偏振透过率的测试，本发明方法也可应用于其他分焦平面偏振成像相机偏振透过率的测试。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (2)

1.一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，采用分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统进行测试，所述分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试系统包含面源黑体、红外线偏振片、分焦平面红外偏振成像相机、微纳光栅偏振阵列和红外焦平面；面源黑体作为光源可产生不同温度的均匀辐射，经红外线偏振片起偏生成线偏振光，旋转红外线偏振片即可得到不同方向的红外线偏振光，光线进入分焦平面红外偏振成像相机，经微纳光栅偏振阵列后到达红外焦平面；其特征在于：
所述微纳光栅偏振阵列包含多个紧密相连的2×2超像素单元，所述2×2超像素单元包含一个非偏振全通单元、一个45°偏振单元、一个90°偏振单元和一个0°偏振单元；
所述测试方法包含如下步骤：
(1)调节面源黑体、红外线偏振片以及分焦平面红外偏振成像相机的位置，使三者光轴一致，并调节三者之间的距离使面源黑体的面源辐射经红外线偏振片后充满相机整个视场；
(2)旋转红外线偏振片，使其透射方向与待测偏振单元透射方向一致；
(3)调节面源黑体的温度为低温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机连续采集N帧图像数据，将所得N幅图像数据取平均得到低温数据，记作IL，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为ILθ(i,j)，全通单元像素值记为ILE(i,j)；N为整数且大于1；
(4)调节面源黑体7的温度为高温状态，通过分焦平面红外偏振成像相机连续采集M帧图像数据，将所得M幅图像数据取平均得到低温数据，记作IH，在第(i,j)个超像素处，待测偏振单元像素值记为IHθ(i,j)，全通单元像素值记为IHE(i,j)；M为整数且大于1；
(5)采用高低温作差法计算待测偏振单元偏振透过率，即
2.如权利要求1所述的一种分焦平面红外偏振成像相机偏振透过率测试方法，其特征在于：所述步骤(3)中的N＝100；所述步骤(4)中的M＝100。
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