[發明專利]一種空間分區偏振調制光源及基于該光源的繆勒矩陣成像系統

在審

• 申請號: 202211215913.6
• 申請日: 2022-09-30
• 公開（公告）號: CN115575330A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 馬輝;冷炎;黃彤宇;廖然
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳國際研究生院
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01N21/01
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀鋒

本發明提供了一種空間分區偏振調制光源，包括照明單元、起偏調制單元，所述照明單元與與所述起偏調制單元配合，通過切換所述照明單元的照明區域切換點亮的范圍，實現入射偏振光在不同偏振態間的快速切換，通過空間分區配合時序調制產生多種具有特定偏振態的入射偏振光對樣本照明。通過本發明的光源，解決了現有技術中繆勒矩陣測量裝置不同偏振態的調制結構復雜成本高昂的問題。本發明還提供了一種使用上述光源的基于空間分區偏振調制光源的繆勒矩陣成像系統及其校準方法、繆勒矩陣計算方法和去除背景噪聲的方法。

技術領域

本發明屬于偏振光學成像技術領域，涉及一種將空間分區偏振調制光源作為起偏器的繆勒矩陣成像系統與方法。

背景技術

采用偏振測量方法對樣本進行檢測，將會得到常規光學測量手段無法獲取的大量偏振光學信息。這些偏振光學信息與樣本物理結構存在一定的對應關系，因此通過偏振測量能夠得到常規光學測量手段無法識別的物理結構特性。偏振測量方法被廣泛應用于軍事、水下探測、醫學診斷、氣象探測、遙感、材料識別等領域。

其中繆勒矩陣測量是偏振測量領域的重要方法，近些年越來越多的研究人員通過測量樣本的繆勒矩陣來獲取樣本結構信息，在各領域尤其是生物醫學工程領域得到了廣泛的發展和應用。繆勒矩陣測量方法要求有源成像，光源經過起偏器的偏振調制后必須至少能產生四種獨立入射偏振態，而檢偏器能夠對每種出射光的偏振態進行檢測。

現有的繆勒矩陣測量裝置往往采用單一光源，配合起偏器和檢偏器來構成系統。因此不同偏振態的調制往往通過旋轉偏振光學元件或采用壓控光學元件來進行。如采用偏振片波片等，此類配合需要引入電機等運動部件增加了系統的復雜程度和調制時間；如采用偏振片與液晶調制器、光彈調制器等，需要通過電壓調節元件相位延遲。前者運動部件增加測量時間和結構復雜度，后者元件較為敏感會受到自身特性和環境條件等諸多因素干擾。對于系統結構的復雜要求限制了成像系統的應用范圍。

綜上所述，現有技術存在如下問題：

(1)現有起偏器結構采用的電機等運動部件增加了系統的復雜程度和調制時間，而采用的液晶調制器、光彈調制器等電壓調制元件易受環境因素和自身特性的干擾。

(2)起偏器無論是采用運動部件還是采用敏感的壓控元件，都會增加系統的復雜度并降低魯棒性，限制系統的應用范圍。

(3)現有起偏器結構采用的電機或壓控光學元件的價格高昂。

需要說明的是，在上述背景技術部分公開的信息僅用于對本申請的背景的理解，因此可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出一種空間分區偏振調制光源及基于該光源的繆勒矩陣成像系統，此光源相當于由多個偏振光源構成同一光源的不同分區。并且我們首次采用這種結構的光源用于搭建繆勒矩陣成像系統。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種空間分區偏振調制光源，包括照明單元、起偏調制單元，所述照明單元與所述起偏調制單元配合，通過切換所述照明單元的照明區域切換點亮的范圍，實現入射偏振光在不同偏振態間的快速切換，通過空間分區配合時序調制產生多種具有特定偏振態的入射偏振光對樣本照明。

進一步地，所述照明單元與所述起偏調制單元直接連接，所述起偏調制單元的處在不同空間位置的單元分區能夠調制不同的入射偏振態，所述照明單元的照明區域劃分與所述單元分區一一對應，使得當不同所述照明區域被點亮時，可產生不同偏振態的入射偏振光。

進一步地，所述照明單元包括光源、控制電路、電源和上位機，其中，將所述光源作為一個整體在空間上進行分割得到多個照明區域，光源所需電壓經由控制電路連接所述電源提供，上位機通過控制電路控制不同照明區域的點亮或熄滅。