CN212363430U - 一种快照型偏振光谱成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种快照型偏振光谱成像装置。旨在解决现有技术中存在的光谱成像装置不适应动态目标探测和实时探测的需求、偏振态测量的分时周期长、光谱混叠现象以及能量利用率不高的技术问题；本实用新型的一种快照型偏振光谱成像装置包括沿光路依次设置的前置光学望远单元、F‑P干涉仪、探测单元以及采集控制单元；前置光学望远单元将目标光线准直出射；F‑P干涉仪用于改变目标光线的光程差；探测单元获取目标光线的偏振光谱图像；采集控制单元采集偏振光谱图像，并向F‑P干涉仪输出不同的电压信号。该装置不存在大行程的运动部件，具有非常好的稳定性，非传统方式的需旋转偏振轮或者波片。

Description

一种快照型偏振光谱成像装置

技术领域

本实用新型涉及光谱成像方法及装置，具体涉及一种快照型偏振光谱成像装置。

背景技术

光谱成像和偏振成像相结合形成了一种新的光学遥感技术——偏振光谱成像技术，该技术是能够集目标的图像信息、光谱信息和偏振态信息融于一体的新型探测技术，具有明显的原理先进性和技术优势，光谱成像类设备可能存在“同谱异物”和“同物异谱”的现象，在识别目标的精准度方面存在一定的局限性。在图像与光谱信息中加入偏振信息后，可达到最佳探测与识别能力。尤其适合在浑浊介质(烟、雾、霾、尘、水体等)等条件下的目标探测，也有偏振态具备的“强光弱化”和“弱光强化”特点，可以极大延伸遥感暗-亮两端的探测区。同时，用偏振手段对大气衰减可以进行精确刻画和规律发现，可为新大气窗口理论提供客观依据。

目前，对于偏振光谱成像探测方法主要有以下几种方式：

1.基于AOTF(声光可调谐)和LCTF(液晶可调谐)的偏振光谱成像方法：该方法的原理是利用声光衍射原理和和液晶电调谐原理进行光谱谱段的选择，同时，采用相位延迟器件LCVR等组合进行偏振态的测量，其缺点是只能用于静态目标的测量，不符合动态应用目标和实时性的需求。

2.计算层析型的偏振光谱成像方法：通过安装多个不同偏振方向的偏振片和波片进行偏振态和光谱信息的探测，其缺点是偏振态测量分时，测量周期长，有运动部件，在有运动目标快速变化时不适用。

3.基于狭缝色散的光谱偏振成像方法：该方法采用偏振-光谱强度调制技术，通过在普通的狭缝色散光谱仪光路中添加光谱调制模块来实现偏振态的测量，该方法的缺点是光谱获取系统采用狭缝，因此能量利用率比较低，同时获取的原始数据存在光谱混叠现象。

4.基于偏振光栅的偏振光谱成像系统：该系统采用了一种新型的透射式各向异性偏振敏感光栅，该光栅能够实现偏振维和光谱维的分离，但该系统在光谱获取方面存在混叠现象，偏振态的测量需要通过组合计算，同时，该系统存在狭缝，能量利用率不高，透射光栅的加工制备工艺难度大。

基于以上典型缺点，因此亟需一种具有非推扫、快照式、偏振信息同步获取、谱段可编程输出的光谱成像技术。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的光谱成像方法或装置不适应动态目标探测和实时探测的需求、偏振态测量的分时周期长、光谱混叠现象以及能量利用率不高的技术问题，而提供一种快照型偏振光谱成像装置。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

一种快照型偏振光谱成像装置，其特殊之处在于：

包括沿光路依次设置的前置光学望远单元、F-P干涉仪、探测单元以及采集控制单元；

所述前置光学望远单元将目标光线准直出射；

所述F-P干涉仪用于改变目标光线的光程差；

所述探测单元获取目标光线的偏振光谱图像；

所述采集控制单元采集偏振光谱图像，并向F-P干涉仪输出不同的电压信号。

进一步地，所述探测单元包括成像镜组和偏振探测器；

所述成像镜组将目标光线成像于偏振探测器上；

所述偏振探测器用于获取偏振光谱图像。

进一步地，所述F-P干涉仪包括微位移电机；

所述采集控制单元内设有微位移电机的位移量与输出光波波长的对应数据组。

进一步地，所述偏振探测器包括第一偏振单元；

所述第一偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和非偏振方向以2*2矩阵形式配置而成。

进一步地，所述偏振探测器包括第二偏振单元；

所述第二偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和圆偏振方向以2*2矩阵形式配置而成。

进一步地，所述偏振探测器包括第三偏振单元；

所述第三偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、90度线偏方向和135度线偏方向以2*2矩阵形式配置而成。

进一步地，所述偏振探测器是由第一偏振单元、第二偏振单元和第三偏振单元中的至少一种以N*N矩阵形式任意组合配置而成；

所述第一偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和非偏振方向以2*2矩阵形式配置而成；

所述第二偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和圆偏振方向以2*2矩阵形式配置而成；

所述第三偏振单元由0度线偏方向、45度线偏方向、90度线偏方向和135度线偏方向以2*2矩阵形式配置而成。

进一步地，所述前置光学望远单元包括沿光路依次设置的前置镜组、视场光阑以及准直镜组；

所述前置镜组实现目标光线的前置收集，并将目标光线入射至视场光阑，视场光阑对目标光线进行视场选择调整，后经所述准直镜组准直出射至F-P干涉仪。

本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的光谱成像装置相比传统的偏振光谱成像装置，具有实现快照式偏振光谱获取的能力，具备对运动目标的探测能力。

2.本实用新型的偏振态获取是同步获取，具有非常好的实时性，非传统方式的分时、不同步测量。

3、本实用新型的光谱成像装置不存在大行程的运动部件，具有非常好的稳定性，非传统方式的需旋转偏振轮或者波片。

4、本实用新型的光谱成像装置的光谱获取不采用狭缝，因此能量利用率高，且不存在光谱混叠现象。

5、本实用新型的偏振光谱成像装置具备不同偏振态信息获取条件下的谱段选择能力。

附图说明

图1是本实用新型一种快照型偏振光谱成像装置的结构原理图；

图2是本实用新型中第一偏振单元的配置图；

图3是本实用新型中第二偏振单元的配置图；

图4是本实用新型中第三偏振单元的配置图；

图5是本实用新型中四个第一偏振单元以2*2矩阵形式组合的配置图。

图中，1-前置光学望远单元，11-前置镜组，12-视场光阑，13-准直镜组，2-F-P干涉仪，3-探测单元，31-成像镜组，32-偏振探测器，321-第一偏振单元，322-第二偏振单元，323-第三偏振单元，4-采集控制单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的一种快照型偏振光谱成像装置作进一步详细说明。根据下面具体实施方式，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。

本实用新型一种快照型偏振光谱成像装置，如图1所示，包括沿光路依次设置的前置镜组11、视场光阑12、准直镜组13、F-P干涉仪2、成像镜组31、偏振探测器32以及采集控制单元4；

其中前置镜组11、视场光阑12和准直镜组13构成将目标光线准直出射的前置光学望远单元1；F-P干涉仪2用于改变目标光线的光程差；成像镜组31和偏振探测器32构成获取光束偏振图像的探测单元3；采集控制单元4实现偏振光谱数据的采集、探测器和微位移电机的控制调节。

F-P干涉仪2包括微位移电机，改变微位移电机的位移量即可改变F-P干涉仪输出的光波波长，从而产生谱段不断变换的连续光谱。

目标光线进入前置镜组11实现前置收集，并将目标光线入射至视场光阑12，视场光阑12对目标光线进行视场选择调整，后经准直镜组13准直出射至F-P干涉仪2；通过采集控制单元4控制F-P干涉仪2中的微位移电机的位移量，从而连续调制变换谱段，再通过成像镜组31成像于偏振探测器32，实现连续光谱的偏振图像获取，不同谱段的偏振态调节可通过偏振探测器的变化实现不同偏振态的获取。

微位移电机产生的位移量与两束干涉光的光程差成比例，光程差又与干涉产生的波长对应，因此本实用新型在采集控制单元4内设有微位移电机的位移量与光束波长的对应数据组。使用中，可以根据需要直接加到所需的波长位置，不用从起点开始逐渐扫描，并且可以实现按需选择探测的波长，即通过对微位移电机所加的驱动电压信号编程，实现微位移量的变化，从而实现波长的选择与输出，这在应用时有比较大的优势，比如不用产生大的数据量(数据立方体)可实现探测目的，且可大大提高工作效率。

本实用新型提供了四中偏振探测器的配置形式：

第一种,如图2所示，偏振探测器32包括第一偏振单元321；第一偏振单元321由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和非偏振方向以2*2矩阵形式配置而成，该配置方式可避免光入射能量弱，目标探测受限。

第二种，如图3所示，偏振探测器32包括第二偏振单元322；第二偏振单元322由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和圆偏振方向以2*2矩阵形式配置而成；该配置方式采用了圆偏振信息的记忆效应，获取了全偏振信息；

第三种，如图4所示，偏振探测器32包括第三偏振单元323；第三偏振单元323由0度线偏方向、45度线偏方向、90度线偏方向和135度线偏方向以2*2矩阵形式配置而成，该配置方式可获取两路正交的线偏振信息，分别对应了不同形式的应用场景需求。

第四种，偏振探测器32是由第一种中的第一偏振单元321、第二种中的第二偏振单元322和第三种中的第三偏振单元323中的至少一种以N*N矩阵形式任意组合配置而成；即：可以全部为上述三种中一种，也可以是其中任意两种，还可以为三种均有，其配置方式多种多样。如图5所示，由四个第一偏振单元321以2*2矩阵形式配置。该配置方式，可以在视场内任意位置进行目标的偏振信息获取。

上述的快照型偏振光谱成像装置工作过程如下：

步骤1)通过前置光学望远单元对目标光线依次进行前置收集、视场选择调整及准直，然后入射至F-P干涉仪；

步骤2)通过采集控制单元连续调制F-P干涉仪，从而连续调节F-P干涉仪输出的光波波长，产生谱段不断变换的连续光谱；

步骤3)通过探测单元中成像镜组将谱段不断变换的连续光谱成像至偏振探测器，通过偏振探测器获取谱段不断变换的偏振光谱图像并输出；

步骤4)通过采集控制单元采集偏振光谱图像。

Claims (8)

1.一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：包括沿光路依次设置的前置光学望远单元(1)、F-P干涉仪(2)、探测单元(3)以及采集控制单元(4)；

所述前置光学望远单元(1)将目标光线准直出射；

所述F-P干涉仪(2)用于改变目标光线的光程差；

所述探测单元(3)获取目标光线的偏振光谱图像；

所述采集控制单元(4)采集偏振光谱图像，并向F-P干涉仪(2)输出不同的电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述探测单元(3)包括成像镜组(31)和偏振探测器(32)；

所述成像镜组(31)将目标光线成像于偏振探测器(32)上；

所述偏振探测器(32)用于获取偏振光谱图像。

3.根据权利要求1或2所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述F-P干涉仪(2)包括微位移电机；

所述采集控制单元(4)内设有微位移电机的位移量与输出光波波长的对应数据组。

4.根据权利要求2所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述偏振探测器(32)包括第一偏振单元(321)；

所述第一偏振单元(321)由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和非偏振方向以2*2矩阵形式配置而成。

5.根据权利要求2所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述偏振探测器(32)包括第二偏振单元(322)；

所述第二偏振单元(322)由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和圆偏振方向以2*2矩阵形式配置而成。

6.根据权利要求2所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述偏振探测器(32)包括第三偏振单元(323)；

所述第三偏振单元(323)由0度线偏方向、45度线偏方向、90度线偏方向和135度线偏方向以2*2矩阵形式配置而成。

7.根据权利要求2所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述偏振探测器(32)是由第一偏振单元(321)、第二偏振单元(322)和第三偏振单元(323)中的至少一种以N*N矩阵形式任意组合配置而成；

所述第一偏振单元(321)由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和非偏振方向以2*2矩阵形式配置而成；

所述第二偏振单元(322)由0度线偏方向、45度线偏方向、135度线偏方向和圆偏振方向以2*2矩阵形式配置而成；

所述第三偏振单元(323)由0度线偏方向、45度线偏方向、90度线偏方向和135度线偏方向以2*2矩阵形式配置而成。

8.根据权利要求3所述的一种快照型偏振光谱成像装置，其特征在于：所述前置光学望远单元(1)包括沿光路依次设置的前置镜组(11)、视场光阑(12)以及准直镜组(13)；

所述前置镜组(11)实现目标光线的前置收集，并将目标光线入射至视场光阑(12)，视场光阑(12)对目标光线进行视场选择调整，后经准直镜组(13)准直出射至F-P干涉仪(2)。

Images