[发明专利]双分离渥拉斯顿棱镜高分辨力同时偏振成像系统

说明书

技术领域

本发明涉及光电成像领域，尤其是一种双分离渥拉斯顿棱镜高分辨力同时偏振成像系统。

背景技术

Stokes矢量可以完全描述光波的强度和偏振态，为了得到目标光辐射的四个Stokes参量，至少需要获取同一目标的四幅不同偏振态图像。根据此原理，国内外设计研制了很多偏振成像系统。

现在技术中主要的偏振成像方式有两种——分时偏振成像和同时偏振成像，这两种方法存在一定的限制因素，制约了偏振成像技术的应用领域。分时测量方法采用旋转光学元件或延迟可变固定波片的方式按照时序依次采集不同偏振态的四幅图像，用于计算被探测目标的偏振特性。根据斯托克斯理论，目标光辐射的四个Stokes参量的测量必须对相同的目标、在相同的照明和相同的探测器参数设置条件下采集才能真实反映被探测目标的偏振特性，此要求决定了分时测量方法饿正确性依赖于四幅不同偏振态图像的采集过程中，被探测目标和偏振成像系统相对静止、环境光辐射恒定、相机参数设置不变，因此使用分时偏振成像方法对运动/变化目标进行偏振成像探测时，可能由于目标的运动/变化引入虚假的偏振信息。所以分时偏振成像方法多用于地表植被、建筑物、矿藏资源等静态地物的偏振成像探测，不适用于动态目标的偏振成像探测。

同时偏振成像方法通过一次曝光获得目标的四幅不同偏振态图像，无运动部件，系统可靠性和稳定性好，解决了分时偏振成像中多次分时测量存在的问题。同时偏振成像主要有分振幅、分孔径和分焦平面三种偏振成像方式。分振幅同时偏振成像采用四个CCD、四套光学系统，能量利用率低，而且四个CCD的响应非均匀性、四套光学系统性能的不一致性，均会引入偏振测量偏差，且系统体积重量大。分孔径偏振成像的实例采用胶合双楔角渥拉斯顿棱镜实现分孔径，在一个CCD上同时采集四幅偏振图像，但是国内不能生产满足要求的胶合双楔角渥拉斯顿棱镜。分焦平面同时偏振成像，通过在焦平面探测器上集成微偏振片或微波片阵列实现同时偏振成像，国内尚不具备该制造工艺。

发明内容

本发明的目的是提出一种双分离渥拉斯顿棱镜高分辨力同时偏振成像系统，解决了分振幅同时偏振成像能量利用率低、四套光学系统响应不一致等应用限制，克服了分孔径和分焦平面同时偏振成像对制造工艺水平的要求。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

双分离渥拉斯顿棱镜高分辨力同时偏振成像系统，包括前置望远系统、分振幅模块、分孔径模块和2个大面阵CCD，所述分孔径模块包括两个半波片和两个立方体渥拉斯顿棱镜，所述前置望远系统前端设定为光辐射入射端，后端为光辐射出射端，目标物辐射通过前置望远系统得到压缩准直光束，入射到分振幅模块后分为垂直出射的两路，其中一路经过分孔径模块中的一组半波片和渥拉斯顿棱镜后分为偏振态不同的两路，两路以夹角形式出射，并在所述2个大面阵CCD中的其中一个大面阵CCD上显示出两个部位的目标物影像，另一路经过分孔径模块中的另一组半波片和渥拉斯顿棱镜后也分为成偏振态不同的两路，两路以夹角形式出射，并在另一个大面阵CCD上显示出两个不同部位的目标物影像，最终一次性曝光在两个大面阵CCD上实现四偏振态同时成像。

所述前置望远系统前端设定为光辐射入射端，后端为光辐射出射端，单色滤光片放置在靠近所述前置望远系统的后端面位置，所述前置望远系统内部靠近前、后端面分别放置透镜组，靠近后端面的透镜组与所述单色滤光片相对，在前后两个透镜组之间、前端透镜组的后焦面处放置可调视场光阑，前后两个透镜组和视场光阑构成准直光路。

所述分振幅模块包括一块消偏振分光棱镜，消偏振分光棱镜的直角端面为光束入射面，消偏振分光棱镜的斜面为分光面，消偏振分光棱镜的另外两个直角端面为光束出射面。

所述渥拉斯顿棱镜的直角端面分别与消偏振分光棱镜的两个直角光束出射面相对，为光入射面，其中一个渥拉斯顿棱镜与所述消偏振分光棱镜的直角光束出射面之间放置方位角为22.5°的半波片，为平衡两路的光程，另一个渥拉斯顿棱镜与所述消偏振分光棱镜的直角光束出射面之间放置方位角为0°的半波片，所述两个快轴方位角相差22.5°的半波片和两个渥拉斯顿棱镜构成分孔径模块，目标的光辐射经过前置望远系统中准直光路准直、单色滤光片滤光后入射到所述消偏振分光棱镜，一部分光从所述消偏振分光棱镜的斜面、直角面透射后入射到方位角为0°的半波片和渥拉斯顿棱镜，另一部分光被所述消偏振分光棱镜的斜面反射后从直角面透射，入射到方位角为22.5°的半波片和渥拉斯顿棱镜，光束经过渥拉斯顿棱镜的双折射效应后出射。