[发明专利]一种衍射偏振成像系统

说明书

本发明涉及一种衍射偏振成像系统，包括衍射成像系统、分焦平面探测器两大模块，其中的衍射成像系统包含一个衍射主镜和一套Schupmann消色差结构。目标辐射光通过前置光阑和衍射主镜，再经过位于衍射主镜后的Schupmann消色差透镜组将衍射主镜出射的光进行色差矫正，并利用会聚透镜将光会聚入分焦平面偏振探测器中。分焦平面探测器可探测到0°、45°、90°、135°的偏振图像，通过斯托克斯矢量法可解算出偏振度与偏振角图像。上述衍射偏振成像系统一共使用了一个衍射主镜、一套Schupmann消色差结构和一个分焦平面探测器，一次曝光同时获取四个不同角度的偏振图像，大大减少了成像系统透镜数量，降低系统的成本和复杂度。

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，尤其涉及一种衍射偏振成像系统。

背景技术

传统的探测手段只能记录目标的振幅信息，难以记录目标的其他维度的信息，因此偏振探测作为一种新的成像系统得到广泛的关注。偏振探测主要分为五种类型：分时型偏振探测系统、分振幅型偏振探测系统、分孔径型偏振探测系统、分焦平面偏振探测系统。以上四种偏振探测方式所用成像系统均为传统的成像系统。随着现代光学技术的发展，人们对于光学系统分辨率的要求越来越高，这就需要光学系统的口径不断增大，而口径的增大带来了加工所需精度高、光学系统较复杂以及光学系统重量大等问题。在这种情况下，提出了基于大口径衍射光学元件(Diffractive Optical Elements,DOE)的望远镜系统，使用DOE作为主孔径成为了一个新的解决方案。

衍射成像系统与传统成像系统相比的优势主要体现在两个方面。一方面，通过在低重量基板上制造DOE图案，望远镜系统的重量可以显著降低。另一方面，透射DOE提供了松散的表面形状公差，这将缓解表面制造和测试过程中的困难。这些优势使得衍射成像技术在大口径望远镜中明显优于传统成像技术。美国分别在1999年和2013年开展了眼镜计划(EYEGLASS)和薄膜型光学即时成像器研究计划(Membrane Optic Imager Real-TimeExploitation,MOIRE)，主镜结构均为衍射光学元件。

现阶段的衍射成像系统由于其衍射效率的问题，导致像面有大量杂散光影响，降低了系统成像的对比度，针对此类问题，现阶段主要采用三种解决方案，一种是利用更多的台阶数来逼近闪耀结构，越多的台阶数，衍射元件的衍射效率越高，但是其对加工要求也会更大，所以台阶数也不能无限的增大。第二种利用挡光环等光学光阑，降低背景光的影响，但此方法对降低杂散光的影响有限，也不能降低由衍射效率造成的杂散光问题。第三种，利用图像处理等后处理手段，对图像进行复原处理，但图像处理的方法会丢失成像的部分信息。以上的解决方案多是从系统设计和图像后处理入手，也存在诸多的问题，说明传统的成像探测手段无法很好的解决衍射成像系统杂散光导致成像系统对比度下降等问题，偏振成像技术在一定程度上弥补了这一缺陷，偏振探测能够利用目标与背景间偏振特性的差异，凸显隐蔽在自然背景中的目标。同时可以利用目标光与背景光之间的偏振特性差异，消除由于各种环境因素造成的杂散光。

综上，将衍射系统与偏振成像技术相结合，不仅有利于解决偏振探测系统中成像光学系统重量与系统复杂度的问题，还有望解决衍射成像系统杂散光问题。因此，有必要设计一种衍射偏振成像系统。

发明内容

针对偏振成像系统较为复杂和衍射成像系统杂散光的问题，本发明提供了一种衍射偏振成像系统。

本发明采用的技术方案为：一种衍射偏振成像系统，所述成像系统包括：衍射成像系统和分焦平面探测器；

所述衍射成像系统透镜组内部沿光路依次放置光阑、衍射主镜、Schupmann消色差结构，目标光经所述光阑入射到衍射主镜，并通过所述Schupmann消色差结构后，出射光会聚到分焦平面探测器；

出射光进入分焦平面探测器，经曝光得到四幅不同角度的偏振图像。

较佳的，所述衍射主镜由根据计算得到的微结构参数加工，其具体内容包括：