CN215812382U - 分振幅同时偏振成像系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型的分振幅同时偏振成像系统，包括望远透镜组、分振幅偏振和成像透镜组三大模块。目标辐射光经过前置的望远透镜组后，压缩准直入射到分光棱镜分为两路光。其中一路透射光通过沃拉斯顿棱镜，分为两种不同偏振态的光。另一路反射光通过半波片和沃拉斯顿棱镜，分为两种不同偏振态的光。以夹角形式出射的四种偏振态光，经双轴分口径会聚透镜组聚焦在同一个成像探测器上。上述偏振成像系统共用一个前置物镜和成像探测器，一次曝光同时获取四个不同角度的偏振图像，减少探测器的使用数量，降低系统的成本和复杂度。采用双轴分口径会聚透镜组，将两个垂直方向的偏振状态光分别会聚成像，减小偏振图像像差，便于后期图像处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种分振幅同时偏振成像系统。
背景技术
通常用斯托克斯矢量法描述一束偏振光的光强和偏振信息，所述描述方法是将光学器件的穆勒矩阵与光束的斯托克斯矢量相结合，目前绝大多数的同时偏振成像是基于斯托克斯矢量法。为了得到目标辐射光的斯托克斯参量，至少需要获取四幅不同角度的偏振图像，基于此国内外设计研制出不同偏振成像技术。
按照同一像素偏振分量获取方式，偏振成像技术主要分为分时偏振成像技术和同时偏振成像技术。分时偏振成像技术是首先发展起来，其中典型的是旋转偏振片或波片，由于存在运动部件，系统的稳定性和探测速度受到限制，不适应动态场景的偏振成像；同时偏振成像不受目标场景的动态变化和目标本身偏振特性影响，经一次曝光即可获取四幅不同偏振态图像，并且系统中不存在运动部件，系统的稳定性得到了提高，成为偏振成像系统的必然发展趋势。
典型的同时偏振成像技术分为分振幅、分孔径和分焦平面方式。其中，分焦平面主要是将偏振元件以像元为单位，每个像元对应不同偏振元件，在光线入射时，图像传感器的每一个像素都发生不同偏振态变化，对制造工艺要求高；分孔径是将目标辐射光通过物镜，生成四路偏离轴心的孔径偏振子系统，再利用后置透镜成像在同一个图像传感器上，实现同时偏振成像，所述方式结构紧凑，系统复杂度低，但分辨率同时也会降低；分振幅方式通过利用分束镜等光学分束器件，结合多个成像透镜和探测器实现同时偏振成像，分辨率高，但现行分振幅方式多光路、多探测器的结构，使系统庞大复杂，成本高。
因此，有必要设计一种新型的分振幅同时偏振成像系统，以克服上述缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种分振幅同时偏振成像系统，其能够解决现有的分振幅偏振成像存在多探测器结构，系统庞大复杂，能量利用率低，偏振探测误差大等问题。
为达到上述目的，本实用新型提供了一种分振幅同时偏振成像系统，所述成像系统包括：望远透镜组、分振幅偏振模块和成像透镜组；所述望远透镜组内部沿光路依次放置望远透镜组、光阑、成像透镜组和滤光片，目标辐射光经所述望远透镜组聚焦后入射至所述光阑，经过所述成像透镜组所述滤光片后，得到的压缩准直光束入射至所述分振幅偏振模块；入射光经过分振幅偏振模块分为四路以夹角形式出射的偏振光，通过成像透镜组聚焦到成像探测器，经曝光得到四幅不同角度的偏振图像。
较佳的，所述望远透镜组采用像方远心结构，所述成像透镜组采用所述望远透镜组的倒置设计，所述望远透镜组、所述光阑和所述成像透镜组构成准直光路，以使出射光束平行于主光轴。
较佳的，所述分振幅偏振模块包括：第一分光棱镜、第二分光棱镜、半波片、第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜，由所述望远透镜组出射的平行光，经过并联放置的第一分光棱镜、第二分光棱镜分为反射光路及透射光路；其中，所述反射光路上放置半波片和第一沃拉斯顿棱镜，所述透射光路上放置第二沃拉斯顿棱镜，所述反射光路及所述透射光路分别经所述第一沃拉斯顿棱镜及所述第二沃拉斯顿棱镜分为四束不同偏振态光。
较佳的，所述成像透镜组包括：双轴分口径会聚透镜组和成像探测器，所述四束不同偏振态光通过所述双轴分口径会聚透镜组，将两种方向垂直的偏振状态光分别会聚成像，四束不同偏振光聚焦到同一个成像探测器的不同象限中。
较佳的，所述望远透镜组具有多组放大倍率和焦距。
与现有技术相比，本实用新型提供的分振幅同时偏振成像系统共用一个前置物镜和成像探测器，采用双轴会聚透镜组设计，经一次曝光同时获取四个不同角度的偏振图像，其工作原理是：目标辐射光通过前置的望远透镜组内部的望远透镜组后，位于望远透镜组焦点处的光阑将入射光进行压缩，再经过成像透镜组准直出射为平行光，通过与成像透镜组相对的滤光片滤波后，平行光束入射到分光棱镜分为两路光。其中一路透射光通过沃拉斯顿棱镜，分为0°和90°两路不同偏振态的光束。另一路反射光通过并联放置的分光棱镜，经反射后通过半波片和沃拉斯顿棱镜，分为45°和135°两束不同偏振态的光。以夹角形式出射的四路偏振光，经由双轴会聚透镜组聚焦在同一个成像探测器上。为了补偿入射光分束后能量的降低，前置望远透镜组可采用不同相对孔径和焦距，满足不同成像距离的实际需求。
本实用新型应用的优势在于：(1)本实用新型不存在人为旋转偏振器件，经一次曝光可同时获取四幅不同偏振图像，提高了系统的稳定性和探测速度，适用于非静态的目标场景偏振成像；(2)本实用新型在同一个成像探测器获取四幅不同偏振图像，避免了引入多探测器导致的成像误差，降低了系统的复杂度和成本；(3)经双沃拉斯顿棱镜出射光束的路程差不同，导致获取的偏振图像大小存在差异，相对于单轴会聚成像，本实用新型采用双轴分口径会聚成像设计，将两种方向垂直的偏振状态光分别会聚成像，减小了偏振探测误差，便于后期图像处理。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的光路结构图；
图2为本实用新型实施例提供的双轴分口径会聚成像光路传输示意图。
具体实施方式
为使对本实用新型的目的、构造、特征及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。
在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的「包括」为开放式的用语，故应解释成「包括但不限定于」。
请参见图1及图2，图1为本实用新型实施例提供的光路结构图，图2为本实用新型实施例提供的双轴分口径会聚成像光路传输示意图。
如图1、图2所示，本实用新型提供一种新型的分振幅同时偏振成像系统，包括望远透镜组、分振幅偏振和成像探测器三个模块。接收目标辐射光的望远透镜组内部沿着光路依次放置望远透镜组1、光阑2、成像透镜组3和滤光片4，光阑2放置望远透镜组1的焦点处，成像透镜组3为望远透镜组1的倒置设计，望远透镜组1、光阑2和成像透镜组3构成准直光路，出射的平行于主光轴的光束经滤光片4后，垂直入射到分振幅偏振模块。
分振幅偏振模块包括并联放置的第一分光棱镜5、第二分光棱镜6，第一沃拉斯顿棱镜8、第二沃拉斯顿棱镜9和半波片7。平行光束经分光棱镜5分为两路相互垂直的光，其中反射光路经过第二分光棱镜6再次反射，通过半波片7和第一沃拉斯顿棱镜8后，以夹角形式出射两种角度分别为45°和135°的偏振光；另一路透射光垂直入射到第二沃拉斯顿棱镜9，以夹角形式出射两种角度分别为0°和90°的偏振光。
成像透镜组包括分口径会聚透镜组10、11和成像探测器12，经第一沃拉斯顿棱镜8出射的两个方向垂直的偏振态光，经过分口径会聚透镜组10聚焦后，在成像探测器12形成上下两幅图像，分别对应45°和135°的偏振图像；经第二沃拉斯顿棱镜9出射的两个方向垂直的偏振态光，经过分口径会聚透镜组11聚焦后，在成像探测器12形成上下两幅图像，分别对应0°和90°的偏振图像，从而在同一个探测器上获取四种不同偏振态图像。
其中，由于光程差不尽相同，为减小偏振成像大小的差异，将单轴会聚成像设计为双轴分口径会聚成像。通过双轴分口径会聚透镜组，将两种方向垂直的偏振状态光分别会聚成像，四束不同偏振光聚焦到同一个成像探测器的不同象限中，从而实现同时偏振成像。
于一实施例中，前置望远透镜组可采用不同放大倍率和焦距，满足不同的实际应用需求。
综上所述，本实用新型提供的分振幅同时偏振成像系统共用一个前置物镜和成像探测器，采用双轴会聚透镜组设计，经一次曝光同时获取四个不同角度的偏振图像，其工作原理是：目标辐射光通过前置的望远透镜组内部的望远透镜组后，位于望远透镜组焦点处的光阑将入射光进行压缩，再经过成像透镜组准直出射为平行光，通过与成像透镜组相对的滤光片滤波后，平行光束入射到分光棱镜分为两路光。其中一路透射光通过沃拉斯顿棱镜，分为0°和90°两路不同偏振态的光束。另一路反射光通过并联放置的分光棱镜，经反射后通过半波片和沃拉斯顿棱镜，分为45°和135°两束不同偏振态的光。以夹角形式出射的四路偏振光，经由双轴会聚透镜组聚焦在同一个成像探测器上。为了补偿入射光分束后能量的降低，前置望远透镜组可采用不同相对孔径和焦距，满足不同成像距离的实际需求。
本实用新型应用的优势在于：(1)本实用新型不存在人为旋转偏振器件，经一次曝光可同时获取四幅不同偏振图像，提高了系统的稳定性和探测速度，适用于非静态的目标场景偏振成像；(2)本实用新型在同一个成像探测器获取四幅不同偏振图像，避免了引入多探测器导致的成像误差，降低了系统的复杂度和成本；(3)经双沃拉斯顿棱镜出射光束的路程差不同，导致获取的偏振图像大小存在差异，相对于单轴会聚成像，本实用新型采用双轴分口径会聚成像设计，将两种方向垂直的偏振状态光分别会聚成像，减小了偏振探测误差，便于后期图像处理。
本实用新型已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本实用新型的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本实用新型的范围。相反地，在不脱离本实用新型的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本实用新型的专利保护范围。
Claims (5)
1.一种分振幅同时偏振成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：望远透镜组、分振幅偏振模块和成像透镜组；
所述望远透镜组内部沿光路依次放置望远透镜组、光阑、成像透镜组和滤光片，目标辐射光经所述望远透镜组聚焦后入射至所述光阑，经过所述成像透镜组及所述滤光片后，得到的压缩准直光束入射至所述分振幅偏振模块；
入射光经过分振幅偏振模块分为四路以夹角形式出射的偏振光，通过成像透镜组聚焦到成像探测器，经曝光得到四幅不同角度的偏振图像。
2.如权利要求1所述的分振幅同时偏振成像系统，其特征在于：所述望远透镜组采用像方远心结构，所述成像透镜组采用所述望远透镜组的倒置设计，所述望远透镜组、所述光阑和所述成像透镜组构成准直光路，以使出射光束平行于主光轴。
3.如权利要求1所述的分振幅同时偏振成像系统，其特征在于：所述分振幅偏振模块包括：第一分光棱镜、第二分光棱镜、半波片、第一沃拉斯顿棱镜和第二沃拉斯顿棱镜，由所述望远透镜组出射的平行光，经过并联放置的第一分光棱镜、第二分光棱镜分为反射光路及透射光路；
其中，所述反射光路上放置半波片和第一沃拉斯顿棱镜，所述透射光路上放置第二沃拉斯顿棱镜，所述反射光路及所述透射光路分别经所述第一沃拉斯顿棱镜及所述第二沃拉斯顿棱镜分为四束不同偏振态光。
4.如权利要求3所述的分振幅同时偏振成像系统，其特征在于：所述成像透镜组包括：双轴分口径会聚透镜组和成像探测器，所述四束不同偏振态光通过所述双轴分口径会聚透镜组，将两种方向垂直的偏振状态光分别会聚成像，四束不同偏振光聚焦到同一个成像探测器的不同象限中。
5.如权利要求1所述的分振幅同时偏振成像系统，其特征在于：所述望远透镜组具有多组放大倍率和焦距。
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|---|---|---|---|---|
| CN115166062A (zh) * | 2022-08-22 | 2022-10-11 | 天津大学 | 一种基于差分干涉的全光学超声探测器及探测方法 |
| CN115166062B (zh) * | 2022-08-22 | 2024-06-11 | 天津大学 | 一种基于差分干涉的全光学超声探测器及探测方法 |
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