反射式实时红外偏振双分离成像光学系统技术方案

本发明专利技术公开了一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，包括：卡塞格林反射组件、Wollaston棱镜、成像红外透镜组以及探测器组件；卡塞格林反射组件，用于压缩平行光后，再将平行光输出，入射到Wollaston棱镜；Wollaston棱镜，用于将平行光分解成两束偏振光；成像红外透镜组，用于将两束偏振光汇聚并分离成像到探测器组件上；探测器组件，包括探测器像面以及探测器冷屏，探测器像面用于探测两束偏振光形成的两幅偏振图像，探测器冷屏用于减少辐射。本发明专利技术利用卡塞格林反射系统进行光线收集，可以获得更多的红外能量；利用Wollaston棱镜可实时获取同一场景的两幅偏振图像，对该两幅偏振图像进行图像信息处理，可以提高目标探测效率。

【技术实现步骤摘要】
反射式实时红外偏振双分离成像光学系统
本专利技术涉及红外偏振成像
，尤其涉及一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统。
技术介绍
探测景物光波偏振态的成像技术就是偏振成像，偏振成像具有广泛的应用前景，例如探测隐藏或伪装的目标、实现对小温差目标的探测和识别、在烟雾环境条件下探测目标等等。而随着光电技术的发展，各种红外伪装措施得到应用，使目标和背景的红外辐射特性发生了改变，导致系统受到干扰，严重影响红外成像探测系统的探测能力，限制了传统红外成像系统功能的发挥。红外偏振成像技术是近十年来国外发展迅速的新型成像技术，同时利用目标景物的辐射强度信息和偏振度信息，提高成像系统在复杂背景下目标的探测和识别能力。另外，对于红外成像系统来说，非常重要的一点是获取的目标能量大小，获取的目标能量越多，系统的透过率越高，系统的效率就越高，而反射式系统相较于透射式系统，有更广泛的材料选择，并且可以加工更大的口径从而获得更高的能量，在红外光学系统中具有更加广阔的应用前景。传统的偏振成像技术具有一定的缺陷，传统的偏振成像系统主要有三种分偏振方式，即分振幅方式、分孔径方式和偏振焦平面成像方式，分振幅方式原理简单，但目标的不同偏振分量必须在相同的条件下分时获得，容易在过程中由于环境因素引入误差；分孔径的方式复杂度高、系统对噪声敏感，探测能力较弱；偏振焦平面成像方式关键在于探测元件的制作工艺，价格昂贵而且光路容易串扰；二是解决红外透射式系统的缺陷，红外透射系统可选择的材料较少，而且加工口径有限，一般口径超过100mm的红外透射材料就会出现加工难度大、重量体积较大等问题，且价格昂贵，而反射式光学系统可以加工很大的口径，成熟的技术可以加工200mm-400mm口径反射镜，另外红外透射材料难免会有透过率损失和色差等缺陷，反射式系统则由于镀膜技术的成熟，不会为系统带去很大的能量损失且反射式系统本身不会为光路引入色差。鉴于此，针对上述问题研究分析，遂有本案产生。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，用以解决现有技术中传统偏振成像系统分振幅方式容易由于环境因素引入误差；分孔径方式复杂度高、系统对噪声敏感，探测能力较弱；偏振焦平面成像方式价格昂贵而且光路容易串扰以及大口径红外透射材料加工难度大的问题。本专利技术实施例提供一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，包括：卡塞格林反射组件、沃拉斯顿Wollaston棱镜、成像红外透镜组以及探测器组件；所述卡塞格林反射组件，用于将从其大入射口径接收到的平行光进行压缩后，从其小口径输出平行光，并入射到所述沃拉斯顿Wollaston棱镜；所述沃拉斯顿Wollaston棱镜，用于将所述平行光分解成在空间分离且偏振态互相正交的两束偏振光；所述成像红外透镜组，用于将所述两束偏振光汇聚并分离成像到探测器组件上；所述探测器组件，包括探测器像面以及探测器冷屏，所述探测器像面用于探测两束偏振光形成的两幅偏振图像，所述探测器冷屏用于减少进入探测器组件上的杂散辐射。优选地，所述卡塞格林反射组件具体包括：同轴设置且依次排列的主镜以及次镜；其中所述主镜为二次曲面，所述次镜为非球面。优选地，所述沃拉斯顿Wollaston棱镜由两块光轴相互正交的等腰直角三角棱柱晶体光胶而成。优选地，所述探测器冷屏具体包括：光阑，用于保证所述成像光学系统的冷光阑效率，减少进入制冷探测器上的杂散辐射。优选地，所述沃拉斯顿Wollaston棱镜材料采用氟化镁或者其他具有晶体性质的红外材料。优选地，所述Wollaston棱镜具体用于：通过两个三棱柱晶体界面两侧的光轴取向不同，使入射光线在经过胶合面时由寻常光到异常光的变化或者由异常光到寻常光的变化，使不同振动方向的光发生不同的折射，形成在空间分离且偏振态互相正交的两束偏振光，所述两束偏振光夹角β大小为2(no-ne)，其中，no和ne为晶体中寻常光折射率和异常光折射率。采用本专利技术实施例，本专利技术提供的反射式实时红外偏振双分离成像光学系统采用单光路偏振成像方式，解决了传统偏振成像系统分振幅方式容易由于环境因素引入误差；分孔径方式复杂度高、系统对噪声敏感，探测能力较弱；偏振焦平面成像方式价格昂贵而且光路容易串扰以及大口径红外透射材料加工难度大的问题。本专利技术采用卡塞格林反射结构、单光路偏振成像方式，前端利用卡塞格林反射系统进行光线收集，可以获得更多的红外能量；之后利用Wollaston棱镜对卡塞格林系统出射的光线进行偏振分光，可实时获取同一场景的两幅偏振图像，利用同一场景的两幅偏振图像进行图像信息处理，可以提高目标探测效率；为实时红外偏振成像与探测的发展奠定技术基础。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1是本专利技术实施例提供的Wollaston棱镜结构示意图。图2是本专利技术实施例提供的反射式实时红外偏振双分离成像光学系统原理示意图。图3是本专利技术实施例中反射式实时红外偏振双分离成像光学系统示意图；图4是本专利技术实施例中卡塞格林反射组件示意图；图5是本专利技术实施例中成像组件示意图；图6是本专利技术实施例中探测器组件及双分离成像示意图；图7是本专利技术实施例中偏振光1的调制传递函数MTF图；图8是本专利技术实施例中偏振光2的调制传递函数MTF图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。本专利技术实施例提供反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，如图2、图3所示，包括：卡塞格林反射组件1、沃拉斯顿Wollaston棱镜2、成像红外透镜组3、以及探测器组件；所述卡塞格林反射组件1，用于将从其大入射口径接收到的平行光进行压缩后，从其小口径输出平行光，并入射到所述沃拉斯顿Wollaston棱镜2；其中，所述卡塞格林反射组件1具体包括：同轴设置且依次排列的主镜以及次镜；其中所述主镜为二次曲面，所述次镜为非球面。所述沃拉斯顿Wollaston棱镜2，用于将所述平行光分解成在空间分离且偏振态互相正交的两束偏振光；如图1所示，图1中棱镜锐角α为45°，沃拉斯顿Wollaston棱镜2利用界面两侧光轴取向的不同，使正入射到棱镜表面AB的自然光进入左棱镜ABD后分解成寻常光和异常光，它们的振动方向分别垂直于和平行于图平面，因此尽管它们的传播方向一致，对应的折射率却不相同，寻常光和异常光的折射率分别为no和ne；进入右棱镜ACD后，垂直于图平面的振动成分由寻常光变为异常光，折射率由no变为ne，光线将向下偏折，而平行于图平面的振动成分由异常光变为寻常光，折射率由ne变为no，光线向上偏折；最终偏振方向正交的两束偏振光发生空间的分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，其特征在于，包括：卡塞格林反射组件、沃拉斯顿Wollaston棱镜、成像红外透镜组、以及探测器组件；所述卡塞格林反射组件，用于将从其大入射口径接收到的平行光进行压缩后，从其小口径输出平行光，并入射到所述沃拉斯顿Wollaston棱镜；所述沃拉斯顿Wollaston棱镜，用于将所述平行光分解成在空间分离且偏振态互相正交的两束偏振光；所述成像红外透镜组，用于将所述两束偏振光汇聚并分离成像到探测器组件上；所述探测器组件，包括探测器像面以及探测器冷屏，所述探测器像面用于探测两束偏振光形成的两幅偏振图像，所述探测器冷屏用于减少进入探测器组件上的杂散辐射。

【技术特征摘要】
1.一种反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，其特征在于，包括：卡塞格林反射组件、沃拉斯顿Wollaston棱镜、成像红外透镜组、以及探测器组件；所述卡塞格林反射组件，用于将从其大入射口径接收到的平行光进行压缩后，从其小口径输出平行光，并入射到所述沃拉斯顿Wollaston棱镜；所述沃拉斯顿Wollaston棱镜，用于将所述平行光分解成在空间分离且偏振态互相正交的两束偏振光；所述成像红外透镜组，用于将所述两束偏振光汇聚并分离成像到探测器组件上；所述探测器组件，包括探测器像面以及探测器冷屏，所述探测器像面用于探测两束偏振光形成的两幅偏振图像，所述探测器冷屏用于减少进入探测器组件上的杂散辐射。2.如权利要求1所述的反射式实时红外偏振双分离成像光学系统，其特征在于，所述卡塞格林反射组件具体包括：同轴设置且依次排列的主镜以及次镜；其中所述主镜为二次曲面，所述次镜为非球面。3.如权利要求1所述的反射式实时红外偏振双分离成像光学...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓宇，彭晴晴，李江勇，刘琳，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11