[發明專利]變焦距全偏振光譜成像探測系統

無效

• 申請號: 200910076358.1
• 申請日: 2009-01-14
• 公開（公告）號: CN101464190A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發明（設計）人: 趙慧潔;張穎;趙海博;李旭東;程宣;周鵬威
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01J3/447
• 分類號: G01J3/447
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及變焦距全偏振光譜成像探測系統，尤其指一種用于星載、機載和地面對地的全偏振光譜成像探測的光學系統。

背景技術

偏振光譜成像探測能夠提供關于目標的表面粗糙度、紋理走向、表面取向、表面電導率、材料的理化特性、含水量等信息，在云和大氣氣溶膠的探測、地質勘探、土壤分析、環境監測、資源調查、災害估計、農林牧業發展、材料分析、海洋開發利用和醫學診斷等領域具有廣泛的應用前景和經濟價值。隨著偏振光譜成像探測技術的日趨發展，研制高效可靠的偏振光譜成像探測系統成為國內外研究的重點。

在偏振遙感領域，國外的偏振探測技術已經較為成熟，一些研究機構和公司已經研制出很多偏振探測儀器。美國應用技術聯合會、空軍實驗室、Ball航天技術公司、新墨西哥州立大學電子計算機工程學院聯合研制的長波紅外偏振成像儀，采用偏振濾光器、微柵格偏光陣列，能夠同一時刻得到四幅偏振信息圖像，并且能獲得熱量信息。歐洲航天局/歐洲航天技術中心地球觀測計劃部門、歐洲氣象衛星開發組織研制的航天偏振遙感偏振觀測單元，采用兩片布儒斯特棱鏡結構，可進行地球臭氧觀測。法國空間研究中心的POLDER，采用偏振片、濾波片結構，對太陽輻射和偏振度進行全球觀測，可提取大氣氣溶膠和云層信息。蒙大拿州立大學電子與計算機工程學院研制的兩片視場成像分光偏振儀可以實現地對空和地對地的偏振探測。BALL航天技術公司研制的BATC成像斯托克斯偏振儀，使用了LCTF(liquid?crystaltunable?filter，LCTF)和LCVR(liquid?crystal?variable?retarder，LCVR)電光調制器，在可見光范圍內任意調節波段，拍攝頻率足夠高，可用于目標檢測。

從國內外的研究可以看出，目前的偏振成像探測光學系統存在的主要問題是：均為定焦系統，在同一探測距離只能實現一定的空間分辨率，而且大部分探測系統所選用的偏振組件在進行偏振測量時需要機械轉動，偏振探測精度不夠高。

發明內容

本發明所要技術解決問題是：提供一種變焦距全偏振光譜成像探測系統，該探測系統具有在可見和近紅外的波長范圍內，精確探測目標的全偏振特性的能力，并且在同一探測距離上可以實現不同的空間分辨率。

本發明一種變焦距全偏振光譜成像探測系統，其技術解決方案：該變焦距全偏振光譜成像探測系統，包括下列部分：

變焦距光學鏡頭，位于整個光學系統的最前端，用于將被測目標一次成像在其焦平面上；

濾光輪，位于變焦距光學鏡頭的焦平面之后，安裝在濾光輪上的濾光片用于實現光譜分光功能；

兩片液晶相位可變延遲器LCVR1和LCVR2，位于濾光輪之后，通過改變兩片LCVR上的電壓值，可以改變入射光的相位延遲；

偏振片，位于LCVR2之后，用于改變入射光的偏振方向；

微距光學鏡頭，位于偏振片之后，用于將系統第一次所成像進行二次成像；

電荷耦合器件(charge?coupled?device，CCD)，為光電轉換器件，用于將被測目標的光輻射強度轉換為電信號，其輸出的電信號經由計算機I/O卡送入計算機；

電子驅動器，用于控制加在兩片LCVR上的電壓值，從而改變LCVR的相位延遲值，其驅動輸出端與兩片LCVR相接，通訊控制端與計算機的串口或USB接口相連；

圖像采集卡，用于將CCD光電轉換后的信號，送入計算機，其插在計算機的PCI插槽中；

計算機，用于控制加在LCVR的電壓值，從而改變LCVR的相位延遲值；采集被測目標圖像信號，并對所采集圖像進行處理。

其中，所述的變焦距光學鏡頭，位于整個光學系統的最前端，用于將被測目標一次成像在其焦平面上，通過自身的變焦從而實現了整個探測系統的變焦，使得探測系統在同一探測距離上可以分別實現不同的空間分辨率。

其中，所述的變焦距光學鏡頭為變焦距望遠鏡頭。

其中，所述的兩片LCVR是基于液晶的電控兩片折射特性而制成的，采用電控即可使通過LCVR的光產生相位延遲，無需運動部件，而且LCVR的響應時間短，屬于毫秒級；所述的偏振片是由高質量光學玻璃間壓制一層二向色偏振材料制成的精確偏振片，該精確偏振片與兩片LCVR構成具有可精確探測目標4個全斯托克斯矢量的功能的偏振測量組件。