[发明专利]一种用于偏振成像仪的分孔径光学镜头

说明书

技术领域

本发明涉及一种分孔径多通道光学镜头，尤其是用于偏振成像的分孔径多通道光学镜头。

背景技术

偏振图像信息提供目标表面特性、形状、遮蔽及粗糙度等物理特征。利用偏振成像遥感可以增强目标探测，可识别传统遥感技术难以探测的目标，从而在光学遥感、生物和医学检测、天文和空间探测等诸多领域有着广泛的应用前景。

偏振态一般由Stokes矢量表示，为获得完整的Stokes矢量图，至少需要获取同一目标的四幅不同偏振态的强度图像。且Stokes参量的测量必须对相同的目标、在相同的照明条件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。故在对运动或变化的目标进行成像，及探测器在运动的情况下，需要通过一次曝光获得四幅图像的多通道光学镜头。目前可实现同时完全偏振成像系统的多通道分光技术主要有在光路中添加棱镜或分束器的分振幅技术，在孔径上放置多路分光子系统的分孔径技术，在焦平面集成微偏振元件的分焦平面技术及采用偏振干涉型分光技术等技术方案。分振幅偏振成像系统采用四套光学子系统及四个CCD探测器（参见文献Fujitaa K, Nishidaa M, Itoha Y, et al. Development of simultaneous imaging polarimeter. Proc. of SPIE. 6269. 2006.），系统体积较大，且光学系统及CCD性能不一致导致偏振测量误差。分焦平面的同时偏振成像技术需要在焦平面探测器集成微偏振片和微波片阵列（参见文献Nordin G P, Meier J T, Deguzman P C, et al. Micropolarizer array for infrared imaging polarimetry[J]. J. Opt. Soc. Am. A. 1999.），而以目前的制作工艺，制造适用于可见光波段的微偏振片及微波片较困难。偏振干涉型分光技术，采用傅里叶变换提取干涉图中的多路偏振图像信息（参见文献Oka K. Compact complete imaging polarimeter using birefringent wedge prisms. OPTICS EXPRESS. 2003, 11(13): 1510-1519.），其图像数据处理复杂，且实时监测速率受到图像处理速度的影响。现有分孔径系统的实例（参见文献J. Larry Pezzaniti and David B. Chenault. Proc. of SPIE 58880. 2005.）工作于红外波段，该系统在前成像透镜的焦面后，分孔径镜头组前放置再次成像的中继镜头，系统结构较复杂。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明提供一种结构紧凑、成像质量高、便于图像数据处理的一种用于偏振成像仪的分孔径光学镜头。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种用于偏振成像仪的分孔径光学镜头，它包括共孔径镜头组、分孔径组及成像探测器；所述的共孔径镜头组包括两组光焦度为正的镜头；所述的分孔径组包括具有相同结构的四个偏振通道，每个偏振通道包括一组偏振分析元件和一个子镜头组，所述的偏振分析元件放置于子镜头组前，每组偏振分析元件包括偏振片及四分之一波片，沿光路方向依次为四分之一波片、偏振片；所述四个偏振通道，其中的四分之一波片快轴方向及偏振片偏振方向与水平方向夹角分别为（0°,0°）、（90°,90°）、（45°,45°）、（45°,0°）；所述的成像探测器置于四个偏振通道共同的像面位置。

本发明所述的共孔径镜头组的焦距与镜头的系统焦距之比为1.5：1～3.0：1。共孔径镜头组的两组光焦度为正的镜头，其前组镜头为双分离透镜组，后组镜头为分离三片式透镜组，也可以是前组镜头为分离三片式透镜组，后组镜头为双分离透镜组。

本发明所述的子镜头组的焦距与镜头的系统焦距之比为1:2～2.5：1。子镜头组为一个三片式镜头组，或一个双分离镜头组。

本发明所述的成像探测器为CCD探测器或CMOS探测器。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

1、通过偏心分孔径方案同时实现分光与成像，并采用一个CCD获取四幅不同偏振态的强度图像，具有结构紧凑，体积小，稳定性好等优点。

2、可一次成像获取目标的偏振特性，速度快，可用于探测运动或变化的目标，或可用于探测器处于运动等环境中。

3、四个分孔径子镜头组具有相同的光学特性，不受外界环境扰动干扰，偏振测量精度高。