[发明专利]一种基于偏振干涉的高光谱成像装置及其成像方法

权利要求书

1.一种基于偏振干涉的高光谱成像装置，其特征在于：包括前置成像物镜（1）、光阑（2）、准直物镜（3）、偏振分光棱镜（4）、λ/2波片（5）、Savart板（6）、λ/4波片（7）、后置成像物镜（8）和探测器（9）；共光轴依次设置前置成像物镜（1）、光阑（2）、准直物镜（3）、偏振分光棱镜（4）、λ/2波片（5）、Savart板（6）、λ/4波片（7），上述元件所在光轴为第一光轴；共光轴依次设置偏振分光棱镜（4）、后置成像物镜（8）和探测器（9），上述元件所在光轴为第二光轴；第一光轴和第二光轴垂直；

目标透射或反射的光束经前置成像物镜（1）成像至其像面位置的光阑（2）上，经过准直物镜（3）后形成准直光束入射至到偏振分光棱镜（4），偏振分光棱镜（4）把准直光束分解成平行于入射面振动的透射线偏振光和垂直于入射面振动的反射线偏振光，反射线偏振光自装置的光路中被反射出去；透射线偏振光经过λ/2波片（5）后偏振方向旋转进入线偏振光经过Savart板（6），被分解为两束强度相等、振动方向互相垂直、横向剪切分开的线偏振光，分别为寻常光和非寻常光，其中线偏振寻常光沿原方向传播；线偏振非寻常光相对于原方向有偏移量；两束线偏振光射向λ/4波片（7）后成为两束圆偏振光，经λ/4波片（7）后表面反射再次通过λ/4波片（7）成为两束与原偏振方向相垂直的线偏振光，并且各自以平行于入射方向反射至Savart板（6），获得两束出射方向互相平行、振动方向互相垂直、横向剪切距离增加的线偏振光，上述平行的线偏振光经过λ/2波片（5）后，偏振方向均旋转45并再次进入偏振分光棱镜（4），两束线偏振光经过偏振分光棱镜（4）后，垂直于入射面振动的线偏振光的分量被反射，所述反射光经过成像物镜（8）后会聚于探测器（9）靶面上产生干涉图像。

2.根据权利要求1所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置，其特征在于：所述光阑（2）位于前置成像物镜（1）的像面位置。

3.根据权利要求1所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置，其特征在于：所述偏振分光棱镜（4）的透振方向垂直于第一光轴，并且平行于第二光轴；λ/2波片（5）的快轴垂直于第一光轴，且与第二光轴的夹角为22.5º或67.5º；Savart板（6）的光轴与第一光轴夹角为45º；λ/4波片（7）的快轴垂直于第一光轴，且与第二光轴的夹角为45º；λ/4波片（7）的后表面镀制高反膜。

4.根据权利要求1所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置，其特征在于：所述Savart板（6）和λ/4波片（7）组成横向剪切分束器，实现入射光束的横向剪切作用。

5.一种基于权利要求1所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置的成像方法，其特征在于，方法步骤如下：

第一步，目标透射或反射的光束经前置成像物镜（1）成像至其像面位置的光阑（2）上，经过准直物镜（3）后形成准直光束入射至到偏振分光棱镜（4）；

第二步，偏振分光棱镜（4）把准直光束分解成平行于入射面振动的透射线偏振光和垂直于入射面振动的反射线偏振光；反射线偏振光自装置的光路中被反射出去；透射线偏振光经过λ/2波片（5）改变偏振方向后进入Savart板（6）；

第三步，上述线偏振光经过Savart板（6），被分解为两束强度相等、振动方向互相垂直、横向剪切分开的线偏振光，分别为寻常光和非寻常光；其中线偏振寻常光沿原方向传播；线偏振非寻常光相对于原方向有偏移量；

第四步，两束线偏振光射向λ/4波片（7）后成为两束圆偏振光，经λ/4波片（7）后表面反射再次通过λ/4波片（7）成为两束与原偏振方向相垂直的线偏振光，并且各自以平行于入射方向反射至Savart板（6），获得两束出射方向互相平行、振动方向互相垂直、横向剪切距离增加的线偏振光；

第五步，上述平行的线偏振光经过λ/2波片（5）后，偏振方向均旋转并再次进入偏振分光棱镜（4）；

第六步，两束线偏振光经过偏振分光棱镜（4）后，垂直于入射面振动的线偏振光的分量被反射，所述反射光经过成像物镜（8）后会聚于探测器（9）靶面上产生干涉图像；

第七步，通过对探测目标进行窗扫型扫描，即对基于偏振干涉的高光谱成像装置整体平移或旋转，由探测器（9）获得目标的干涉图像序列；对干涉图像序列进行高精度图像配准，再对每个像素位置依次提取每帧图像相同位置上的图像数据组成完整的干涉信号数据，通过傅里叶变换处理便可复原出目标的光谱图像信息。

6.根据权利要求5所述的基于偏振干涉的高光谱成像装置的成像方法，其特征在于：所述偏振分光棱镜（4）的透振方向垂直于第一光轴，并且平行于第二光轴；λ/2波片（5）的快轴垂直于第一光轴，且与第二光轴的夹角为22.5º或67.5º；Savart板（6）的光轴与第一光轴夹角为45º；λ/4波片（7）的快轴垂直于第一光轴，且与第二光轴的夹角为45º；λ/4波片（7）的后表面镀制高反膜。