[发明专利]采用反射式相位延迟片阵列的高光谱偏振成像装置及方法

说明书

本发明公开了一种采用反射式相位延迟片阵列的高光谱偏振成像装置及方法，装置包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、反射式相位延迟片阵列、剪切干涉组件、后置成像物镜和面阵探测器；入射光经前置成像物镜成像在光阑上，之后经准直物镜入射至反射式相位延迟片阵列，该阵列改变准直光束的相位延迟量并将各束光反射到不同方向，所有反射光均依次通过剪切干涉组件和后置成像物镜后在面阵探测器上发生干涉，形成空间分离的若干处于不同偏振状态的光谱干涉图像。方法基于上述装置实现高光谱偏振成像。本发明采用反射式相位延迟片阵列结构，一次推扫过程即可获得目标的高光谱全偏振信息，整体装置结构简单，光通量高，成像质量好。

技术领域

本发明属于光学成像领域，特别涉及一种采用反射式相位延迟片阵列的高光谱偏振成像装置及方法。

背景技术

高光谱偏振成像技术，是一种可以同时获取被测量目标在场景中的位置信息和目标上任一点的光谱曲线以及物体表面的偏振特性的成像光谱技术，可以识别和探测在常规光学探测中仅通过光强信息获取到的目标空间和形貌信息后仍不能识别的目标。

目前，高光谱偏振成像装置种类繁多，如果简单地从系统中偏振调制使用的方法上来分类，可以分为时域调制型、频域调制型和空域调制型三种。其中，时域调制型是通过旋转可旋转偏振器件，获取不同偏振状态下的成像效果，以测量时间的牺牲来实现高光谱全偏振的成像；频域调制型是通过使用双折射延迟器和分析器组成的通道相位调制器，可以仅从单一光谱确定偏振信息，不需要可移动的偏振分量或微分量，数据处理难度大，系统结构复杂，很难获得较高的高光谱分辨率；空域调制型是通过改变偏振元件角度来分割入射孔径，在面阵探测器上同时获得四个不同偏振状态下的强度图像，通过计算得到目标高光谱全偏振信息，系统结构紧凑简单，但仍然无法避免存在光通量不足和边缘成像质量差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、光通量高、成像质量好，且单次推扫过程即可获取目标全偏振信息的高光谱全偏振成像装置及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种采用反射式相位延迟片阵列的高光谱偏振成像装置包括沿光路方向依次设置的前置成像物镜、光阑、准直物镜、反射式相位延迟片阵列、剪切干涉组件、后置成像物镜和面阵探测器；

来自目标的入射光经前置成像物镜成像在光阑上，之后经过准直物镜形成准直光束并入射至反射式相位延迟片阵列，反射式相位延迟片阵列改变准直光束的相位延迟量并将具有不同相位延迟量的光反射到不同方向，所有反射光均依次通过剪切干涉组件和后置成像物镜后在面阵探测器上发生干涉，形成空间分离的若干处于不同偏振状态的光谱干涉图像。

进一步地，所述反射式相位延迟片阵列中每个相位延迟片的法线均与XY平面存在夹角，记第i个相位延迟片与XY平面的夹角为α_i，α_i为锐角，i＝0,1,…,N，N为相位延迟片的个数；其中X轴垂直于光轴所在平面，Y轴位于光轴所在平面且与X轴垂直，同时Y轴的正方向位于反射式相位延迟片阵列的反射光方向。

进一步地，所述每个相位延迟片的法线与XY平面的夹角均相同。

进一步地，所述反射式相位延迟片阵列中每个相位延迟片的快轴均与YZ平面存在夹角，记第i个相位延迟片与YZ平面的夹角为θ_i，i＝0,1,…,N，其中Z轴为目标入射光的方向。

进一步地，所述反射式相位延迟片阵列包括4个相位延迟片，按2×2的阵列形式分布。

进一步地，每个所述相位延迟片均采用双折射材料，一面镀制增透膜，另一面镀制高反膜。

进一步地，所述剪切干涉组件包括沿光路依次设置的起偏器、第一Savart晶体、第二Savart晶体、检偏器。