專利名稱：一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分孔徑多通道光學(xué)鏡頭，尤其是用于偏振成像的分孔徑多通道光學(xué)鏡頭。
背景技術(shù)：
偏振圖像信息提供目標(biāo)表面特性、形狀、遮蔽及粗糙度等物理特征。利用偏振成像遙感可以增強(qiáng)目標(biāo)探測(cè)，可識(shí)別傳統(tǒng)遙感技術(shù)難以探測(cè)的目標(biāo)，從而在光學(xué)遙感、生物和醫(yī)學(xué)檢測(cè)、天文和空間探測(cè)等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。偏振態(tài)一般由Stokes矢量表示，為獲得完整的Stokes矢量圖，至少需要獲取同一目標(biāo)的四幅不同偏振態(tài)的強(qiáng)度圖像。且Stokes參量的測(cè)量必須對(duì)相同的目標(biāo)、在相同的照明條件和相同的探測(cè)器參數(shù)設(shè)置條件下采集才能真實(shí)反映被探測(cè)目標(biāo)的偏振特性。故在對(duì)運(yùn)動(dòng)或變化的目標(biāo)進(jìn)行成像，及探測(cè)器在運(yùn)動(dòng)的情況下，需要通過(guò)一次曝光獲得四幅圖像的多通道光學(xué)鏡頭。目前可實(shí)現(xiàn)同時(shí)完全偏振成像系統(tǒng)的多通道分光技術(shù)主要有在光路中添加棱鏡或分束器的分振幅技術(shù)，在孔徑上放置多路分光子系統(tǒng)的分孔徑技術(shù)，在焦平面集成微偏振元件的分焦平面技術(shù)及采用偏振干涉型分光技術(shù)等技術(shù)方案。分振幅偏振成像系統(tǒng)采用四套光學(xué)子系統(tǒng)及四個(gè)CXD探測(cè)器(參見文獻(xiàn)Fujitaa K, Nishidaa M,Itoha Y， et al.Development of simultaneous imaging polarimeter.Proc.0f SPIE.6269.2006.)，系統(tǒng)體積較大，且光學(xué)系統(tǒng)及C⑶性能不一致導(dǎo)致偏振測(cè)量誤差。分焦平面的同時(shí)偏振成像技術(shù)需要在焦平面探測(cè)器集成微偏振片和微波片陣列(參見文獻(xiàn)Nordin GP, Meier J T, Deguzman P C， et al.Micropolarizer array for infrared imagingpolarimetry[J].J.0pt.Soc.Am.A.1999.),而以目前的制作工藝，制造適用于可見光波段的微偏振片及微波片較困難。偏振干涉型分光技術(shù)，采用傅里葉變換提取干涉圖中的多路偏振圖像信息(參見文獻(xiàn) Oka K.Compact complete imaging polarimeter usingbirefringent wedge prisms.0PTICS EXPRESS.2003，11(13): 1510-1519.)，其圖像數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，且實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)速率受到圖像處理速度的影響?，F(xiàn)有分孔徑系統(tǒng)的實(shí)例(參見文獻(xiàn)J.Larry Pezzaniti and David B.Chenault.Proc.0f SPIE 58880.2005.)工作于紅外波段，該系統(tǒng)在前成像透鏡的焦面后，分孔徑鏡頭組前放置再次成像的中繼鏡頭，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、成像質(zhì)量高、便于圖像數(shù)據(jù)處理的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，它包括共孔徑鏡頭組、分孔徑組及成像探測(cè)器；所述的共孔徑鏡頭組包括兩組光焦度為正的鏡頭；所述的分孔徑組包括具有相同結(jié)構(gòu)的四個(gè)偏振通道，每個(gè)偏振通道包括一組偏振分析元件和一個(gè)子鏡頭組，所述的偏振分析元件放置于子鏡頭組前，每組偏振分析元件包括偏振片及四分之一波片，沿光路方向依次為四分之一波片、偏振片；所述四個(gè)偏振通道，其中的四分之一波片快軸方向及偏振片偏振方向與水平方向夾角分別為(0° ,0° ),(90° ,90° ),(45° ,45° ),(45° ,0° );所述的成像探測(cè)器置于四個(gè)偏振通道共同的像面位置。本發(fā)明所述的共孔徑鏡頭組的焦距與鏡頭的系統(tǒng)焦距之比為1.5:1 3.0:1。共孔徑鏡頭組的兩組光焦度為正的鏡頭，其前組鏡頭為雙分離透鏡組，后組鏡頭為分離三片式透鏡組，也可以是前組鏡頭為分離三片式透鏡組，后組鏡頭為雙分離透鏡組。本發(fā)明所述的子鏡頭組的焦距與鏡頭的系統(tǒng)焦距之比為1:2 2.5:1。子鏡頭組為一個(gè)三片式鏡頭組，或一個(gè)雙分離鏡頭組。本發(fā)明所述的成像探測(cè)器為CXD探測(cè)器或CMOS探測(cè)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
1、通過(guò)偏心分孔徑方案同時(shí)實(shí)現(xiàn)分光與成像，并采用一個(gè)CCD獲取四幅不同偏振態(tài)的強(qiáng)度圖像，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。2、可一次成像獲取目標(biāo)的偏振特性，速度快，可用于探測(cè)運(yùn)動(dòng)或變化的目標(biāo)，或可用于探測(cè)器處于運(yùn)動(dòng)等環(huán)境中。3、四個(gè)分孔徑子鏡頭組具有相同的光學(xué)特性，不受外界環(huán)境擾動(dòng)干擾，偏振測(cè)量精度高。4、通過(guò)簡(jiǎn)單幾何運(yùn)算即可獲取偏振矢量圖像，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便。5、該鏡頭采用普通中國(guó)玻璃及常用偏振元件，成本較低。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1提供的用于偏振成像分孔徑光學(xué)鏡頭的光路 圖2為本發(fā)明實(shí)施例1提供的用于偏振成像分孔徑光學(xué)鏡頭的調(diào)制傳遞函數(shù)曲線圖； 圖3為為本發(fā)明實(shí)施例1提供的用于偏振成像分孔徑光學(xué)鏡頭的點(diǎn)列 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1提供的用于偏振成像分孔徑光學(xué)鏡頭的網(wǎng)格畸變 圖5本發(fā)明實(shí)施例2提供的用于偏振成像分孔徑光學(xué)鏡頭的光路 其中，1、共孔徑前鏡頭組第一片透鏡；2、共孔徑前鏡頭組第二片透鏡；3、共孔徑前鏡頭組第三片透鏡；4、共孔徑后鏡頭組正透鏡；5、共孔徑后鏡頭組負(fù)透鏡；6、偏振分析元件；
7、分孔徑鏡頭組第一片透鏡；8、分孔徑鏡頭組第二片透鏡；9、分孔徑鏡頭組第三片透鏡；
10、成像探測(cè)器；11、共孔徑前鏡頭組第一片透鏡；12、共孔徑前鏡頭組第二片透鏡；13、共孔徑后鏡頭組第一片透鏡；14、共孔徑后鏡頭組第二片透鏡；15、共孔徑后鏡頭組第三片透鏡。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。實(shí)施例1:
本實(shí)施例提供一種用于偏振成像的分孔徑光學(xué)鏡頭，它包括共孔徑鏡頭組、分孔徑組及探測(cè)器，分孔徑組包括四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的偏振通道，每個(gè)偏振通道包括一組偏振分析元件和一個(gè)子鏡頭組。它的工作波段為450 650nm，鏡頭的系統(tǒng)焦距為40mm，F(xiàn)/# = 4.5，全視場(chǎng)角為5度。參見附圖1，它是本實(shí)施例提供的光學(xué)鏡頭的光路圖，該光學(xué)鏡頭共使用四種中國(guó)玻璃，由共孔徑鏡頭組5片、偏振分析元件及分孔徑組子鏡頭組3X4片組成，按光線入射方向，分別為共孔徑前鏡頭組第一片透鏡1、共孔徑前鏡頭組第二片透鏡2及共孔徑前鏡頭組第三片透鏡3組成共孔徑前鏡頭組；共孔徑后鏡頭組正透鏡4、共孔徑后鏡頭組負(fù)透鏡5組成共孔徑后鏡頭組；偏振分析元件6，分孔徑鏡頭組第一片透鏡7、分孔徑鏡頭組第二片透鏡8、分孔徑鏡頭組第三片透鏡9組成的分孔徑鏡頭組，成像探測(cè)器10置于四個(gè)偏振通道共同的像面，可以為CXD探測(cè)器或CMOS探測(cè)器。本實(shí)施例提供的用于偏振成像的分孔徑光學(xué)鏡頭各透鏡具體數(shù)據(jù)及所采用的材料見表1。
權(quán)利要求
1.一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于它包括共孔徑鏡頭組、分孔徑組及成像探測(cè)器；所述的共孔徑鏡頭組包括兩組光焦度為正的鏡頭；所述的分孔徑組包括具有相同結(jié)構(gòu)的四個(gè)偏振通道，每個(gè)偏振通道包括一組偏振分析元件和一個(gè)子鏡頭組，所述的偏振分析元件放置于子鏡頭組前，每組偏振分析元件包括偏振片及四分之一波片，沿光路方向依次為四分之一波片、偏振片；所述四個(gè)偏振通道，其中的四分之一波片快軸方向及偏振片偏振方向與水平方向夾角分別為(0°，0° )、(90° ,90° )、(45° ,45° )、(45° ,0° );所述的成像探測(cè)器置于四個(gè)偏振通道共同的像面位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述共孔徑鏡頭組的焦距與鏡頭的系統(tǒng)焦距之比為1.5:1 3.0:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述共孔徑鏡頭組的兩組光焦度為正的鏡頭，其前組鏡頭為雙分離透鏡組，后組鏡頭為分離三片式透鏡組。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述的共孔徑鏡頭組的兩組光焦度為正的鏡頭，其前組鏡頭為分離三片式透鏡組，后組鏡頭為雙分離透鏡組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述子鏡頭組的焦距與鏡頭的系統(tǒng)焦距之比為1:2 2.5:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述子鏡頭組為一個(gè)三片式鏡頭組，或一個(gè)雙分離鏡頭組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭，其特征在于:所述成像探測(cè)器為CXD探測(cè)器或CMOS探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于偏振成像儀的分孔徑光學(xué)鏡頭。它包括共孔徑鏡頭組、分孔徑組及探測(cè)器；共孔徑鏡頭組包括兩組光焦度為正的鏡頭；分孔徑組包括具有相同結(jié)構(gòu)的四個(gè)偏振通道，每個(gè)偏振通道包括一組偏振分析元件和一個(gè)子鏡頭組，偏振分析元件放置于子鏡頭組前，每組偏振分析元件包括偏振片及四分之一波片。本發(fā)明通過(guò)偏心分孔徑方案同時(shí)實(shí)現(xiàn)分光與成像，四個(gè)分孔徑子鏡頭組具有相同的光學(xué)特性，不受外界環(huán)境擾動(dòng)干擾，偏振測(cè)量精度高，可用于探測(cè)運(yùn)動(dòng)或變化的目標(biāo)，或可用于探測(cè)器處于運(yùn)動(dòng)等環(huán)境中。可一次成像獲取目標(biāo)的偏振特性，速度快，并采用一個(gè)CCD獲取四幅不同偏振態(tài)的強(qiáng)度圖像，具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B27/28GK103197403SQ20131014963
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月26日
發(fā)明者沈?yàn)槊? 賀虎成, 季軼群, 周建康, 趙知誠(chéng) 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)