一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统技术方案

本发明专利技术涉及光学图像信息采集技术领域，具体为一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，包括光源、第一偏振调制模块、第二偏振调制模块、图像获取装置、第一准直透镜、第一成像镜、第二准直透镜、第二成像镜，所述第一偏振调制模块包括两块改进型萨瓦偏光镜Ⅰ、起偏器和第一半坡片，所述第二偏振调制模块包括两块改进型萨瓦偏光镜Ⅱ、检偏器和第一半坡片，所述每一块改进型萨瓦偏光镜包括两块萨瓦板、第二或第三半坡片。本发明专利技术技术方案与目前的偏振光栅快拍穆勒矩阵成像测偏技术相比，具有可获得更高透射率、更高消光比，更宽的光谱选择以及可一次性获取目标物体任一时刻的全部16个穆勒矩阵图像等优点。

A birefringent crystal fast shot Mueller matrix imaging system

The invention relates to the technical field of optical image information acquisition, in particular to a birefringent crystal snapshot Mueller matrix imaging and polarization measuring system, which includes a light source, a first polarization modulation module, a second polarization modulation module, an image acquisition device, a first collimating lens, a first imaging mirror, a second collimating lens and a second imaging mirror. The first polarization modulation module includes two improved Savas Polarizer I, polarizer and the first half slope. The second polarization modulation module includes two improved Sava polarizers II, polarizers and the first half slope. Each improved Sava polarizer includes two Sava plates, the second or the third half slope. Compared with the current polarization grating fast shot Mueller matrix imaging and polarization measurement technology, the technical scheme of the invention has the advantages of obtaining higher transmissivity, higher extinction ratio, wider spectrum selection, obtaining all 16 Mueller matrix images of the target object at any time at one time, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统
本专利技术涉及光学图像信息采集
，具体为一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统。
技术介绍
目前采用的偏振光栅快拍穆勒矩阵成像测偏技术有两大缺点，一是消光比和透射率较低、光谱带宽较窄，二是只能用来测量对光谱不敏感的目标。
技术实现思路
针对上述的问题，本专利技术一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，主要通过前后设置4块双折射晶体即改进型萨瓦偏光镜，将1束线偏振光先剪切成4束线偏振光，该4束线偏振光经凸透镜形成干涉条纹定位在样品上，所述干涉条纹通过两种载频来调制样品的穆勒矩阵，接着被调制后的4束线偏振光再被剪切成8束线偏振光，该8束线偏振光最后被剪切成16束线偏振光，从而形成带干涉条纹的目标图像并定位在图像获取装置上。本专利技术有效解决了目前偏振光栅快拍穆勒矩阵成像测偏技术的消光比和透射率较低、光谱带宽较窄等缺点。本专利技术采用的技术方案是：一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，包括光源（1），所述光源（1）发射光线一侧依次设置有第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）和图像获取装置（8），其特征在于：所述第一准直透镜（2）和第一成像镜（4）之间设置有第一偏振调制模块（3），所述第二准直透镜（5）和第二成像镜（7）之间设置有第二偏振调制模块（6），所述光源（1）、第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）、图像获取装置（8）的中心点与所述第一偏振调制模块（3）、第二偏振调制模块（6）的中心点均位于同一直线上；所述第一准直透镜（2）与所述光源（1）的距离为第一准直透镜（2）的焦距f，所述第一成像镜（4）与所述第二准直透镜（5）的距离为第二准直透镜（5）焦距f的两倍2f，所述第二成像镜（7）与所述图像获取装置（8）的距离为第二成像镜（7）的焦距f。当光源发出的任意一束光线经第一准直透镜折射后成平行光线射入第一偏振调制模块，第一偏振调制模块先将每一束入射光调制成线偏振光，然后先沿竖直方向再沿水平方向将每一束线偏振光剪切成4束线偏振光，该4束线偏振光经第一成像镜会聚后形成干涉条纹定位在样品上，所述干涉条纹通过两种载频来调制样品的穆勒矩阵，被调制后的线偏振光经第二准直透镜折射成平行线偏振光后射入第二偏振调制模块，所述第二偏振调制模块先沿竖直方向再沿水平方向将每一束线偏振光剪切成4束线偏振光，共形成16束线偏振光并且这16束线偏振光的偏振方向相同，最后这16束线偏振光经第二成像镜会聚后形成干涉条纹并定位在图像获取装置像面上，形成带干涉条纹的目标图像。进一步的，所述第一偏振调制模块（3）包括两块相同且重叠设置的改进型萨瓦偏光镜Ⅰ，分别为第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11b），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）的出光面和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11b）的进光面之间设置有第一半波片（12），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）的进光面还设置有起偏器（10）。每一束射入第一偏振调制模块的入射光都先被起偏器调制成偏振方向相同的线偏振光，然后才被剪切成4束线偏振光，其中先被第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ沿竖直方向剪切成上下两束平行线偏振光，经第一半坡片后，每一束线偏振光再被第二改进型萨瓦偏光镜Ⅰ沿水平方向剪切成左右两束平行线偏振光。进一步的，所述第二偏振调制模块（6）包括两块相同且重叠设置的改进型萨瓦偏光镜Ⅱ，分别为第一改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14a）和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14a）的出光面和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b）的进光面之间设置有第一半坡片（12），所述第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b）的出光面还设置有检偏器（15）。每一束射入第二偏振调制模块的线偏振光都剪切成4束线偏振光，其中先被第一改进型萨瓦偏光镜Ⅱ沿竖直方向剪切成上下两束平行线偏振光，经第一半坡片后，每一束线偏振光再被第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ沿水平方向剪切成左右两束平行线偏振光。进一步的，所述改进型萨瓦偏光镜Ⅰ包括重叠布置的第一萨瓦板（16）和第二萨瓦板（17），所述第一萨瓦板（16）和第二萨瓦板（17）之间设置有第二半波片（13），所述第一萨瓦板（16）和第二萨瓦板（17）厚度相等，所述第一萨瓦板（16）光轴和第二萨瓦板（17）光轴位于同一平面内，以第二半波片（13）为对称轴，呈对轴分布且两者夹角为90°。第一萨瓦板将每一束入射的线偏振光沿竖直方向或水平方向剪切成两束线偏振光；第二萨瓦板使得剪切后的两束线偏振光以上下或者左右的平行光线射出。进一步的，所述改进型萨瓦偏光镜Ⅱ包括重叠布置的第三萨瓦板（18）和第四萨瓦板（19），所述第三萨瓦板（18）和第四萨瓦板（19）之间设置有第三半波片（20），所述第三萨瓦板（18）和第四萨瓦板（19）厚度相等且为第一萨瓦板（16）厚度的2倍，所述第三萨瓦板（18）光轴和第四萨瓦板（19）光轴位于同一平面内，以第三半波片（20）为对称轴，呈对轴分布且两者夹角为90°。第三萨瓦板将每一束入射的线偏振光沿竖直方向或水平方向剪切成两束线偏振光；第四萨瓦板使得剪切后的两束线偏振光以上下或者左右的平行光线射出。进一步的，所述第一半坡片（12）的偏振方向角为22.5°。第一半坡片起到将入射的线偏振光的光场振动方向旋转45°的作用。进一步的，所述第二半波片（13）的偏振方向角为45°。第二半波片具有位相延迟和扩大视场的双重作用，第一萨瓦板中的o光经过第二半波片后变成e光，e光经过第二半波片后变成o光，然后再通过第二萨瓦板使得平行射出的两条线偏振光之间的距离增大为单个萨瓦板剪切量的2倍，视场角度先上下扩大10°再左右扩大10°，进而保障了远场中的干涉条纹仍为等间隔的直条纹。进一步的，所述第三半坡片（20）的偏振方向角为45°。第三半坡片具有位相延迟和扩大视场的双重作用，第三萨瓦板中的o光经第三半波片后变成e光，e光经第三半波片后变成o光，然后再通过第四萨瓦板使得平行射出的两条线偏振光之间的距离增大为单个萨瓦板剪切量的2倍，视场角度先上下扩大10°再左右扩大10°，进而保障了远场中的干涉条纹仍为等间隔的直条纹。本专利技术中，第二半波片（13）和第三半坡片（20）相同。进一步的，所述起偏器（10）和检偏器（15）的透振方向角为45°。经过起偏器的平行入射光线都变成偏振方向为45°的线偏振光；检偏器使得从第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b）射出的线偏振光的偏振方向变成45°。进一步的，所述第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）均为焦距相同的凸透镜。光源发出的光线射向第一准直透镜，经第一准直透镜折射后形成平行光线射向第一偏振调制模块；从第一偏振调制模块射出的线偏振光经第一成像镜会聚后形成干涉条纹定位在样品上；被调制后的线偏振光经样品折射后从不同角度射向第二准直透镜，经第二准直透镜折射后形成平行线偏振光射向第二偏振调制模块；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，包括光源（1），所述光源（1）发射光线一侧依次设置有第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）和图像获取装置（8），其特征在于：所述第一准直透镜（2）和第一成像镜（4）之间设置有第一偏振调制模块（3），所述第二准直透镜（5）和第二成像镜（7）之间设置有第二偏振调制模块（6），所述光源（1）、第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）、图像获取装置（8）的中心点与所述第一偏振调制模块（3）、第二偏振调制模块（6）的中心点均位于同一直线上；/n所述第一准直透镜（2）与所述光源（1）的距离为第一准直透镜（2）的焦距f，所述第一成像镜（4）与所述第二准直透镜（5）的距离为第二准直透镜（5）焦距f的两倍2f，所述第二成像镜（7）与所述图像获取装置（8）的距离为第二成像镜（7）的焦距f。/n

【技术特征摘要】
1.一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，包括光源（1），所述光源（1）发射光线一侧依次设置有第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）和图像获取装置（8），其特征在于：所述第一准直透镜（2）和第一成像镜（4）之间设置有第一偏振调制模块（3），所述第二准直透镜（5）和第二成像镜（7）之间设置有第二偏振调制模块（6），所述光源（1）、第一准直透镜（2）、第一成像镜（4）、第二准直透镜（5）、第二成像镜（7）、图像获取装置（8）的中心点与所述第一偏振调制模块（3）、第二偏振调制模块（6）的中心点均位于同一直线上；
所述第一准直透镜（2）与所述光源（1）的距离为第一准直透镜（2）的焦距f，所述第一成像镜（4）与所述第二准直透镜（5）的距离为第二准直透镜（5）焦距f的两倍2f，所述第二成像镜（7）与所述图像获取装置（8）的距离为第二成像镜（7）的焦距f。


2.根据权利要求1所述的一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，其特征在于：所述第一偏振调制模块（3）包括两块相同且重叠设置的改进型萨瓦偏光镜Ⅰ，分别为第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11b），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）的出光面和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11b）的进光面之间设置有第一半波片（12），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅰ（11a）的进光面还设置有起偏器（10）。


3.根据权利要求1所述的一种双折射晶体快拍穆勒矩阵成像测偏系统，其特征在于：所述第二偏振调制模块（6）包括两块相同且重叠设置的改进型萨瓦偏光镜Ⅱ，分别为第一改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14a）和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b），所述第一改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14a）的出光面和第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b）的进光面之间设置有第一半坡片（12），所述第二改进型萨瓦偏光镜Ⅱ（14b）的出光面还设置有检偏器（15）。

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【专利技术属性】
技术研发人员：张晶，曹奇志，胡宝清，邓婷，李建映，徐艳华，樊东鑫，王华华，
申请(专利权)人：广西师范学院，
类型：发明
国别省市：广西;45