[发明专利]一种基于液晶微阵列器件的分焦平面型偏振成像装置

说明书

本发明公开了一种基于液晶微阵列器件的分焦平面型偏振成像装置，本发明主要包括保护玻璃、液晶微阵列器件、相位补偿板、偏振片和探测器焦平面；其中液晶微阵列器件和探测器焦平面进行像元匹配，焦平面1个像元对应1个微阵列元件，每4个像元1组，分别检测不同方向的偏振信息；相位补偿板用于消除液晶微阵列器件的残余相差；偏振片配合液晶微阵列器件和探测器焦平面组件，共同完成探测光束的偏振斯托克斯参数测量。本发明可实现探测目标像元尺度对应的偏振实时特性探测能力，且制作成本低，工作波段较宽。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，具体涉及一种基于液晶微阵列器件的分焦平面型偏振成像装置。

背景技术

人类对与客观世界的感知是建立在传感器传送到人脑的相关信号基础之上的，而几个世纪来实验科学的发展已经极大地扩展了人类感知客观世界的能力和范围。在众多传感器信号传送到人脑的过程中，人眼视觉系统起到了关键性的作用。人眼视觉系统可以感知一定范围内光的波长和强度变化，但是波长和强度仅是光波基本特征的一部分，可见即使在可见光范围内，人眼视觉系统也只能感知外部世界的部分信息，其中光所携带的偏振信息无法被人眼所感知。

偏振是电磁波的重要特征，是光所携带信息中除了波长、振幅、相位以外的又一重要属性。根据菲涅耳反射定律和基尔霍夫热辐射理论，地球表面及大气中的任何目标，在发射、散射、透射和辐射电磁波的过程中都会产生由他们自身性质和光学基本定律所决定的特殊的偏振特性，而且不同物体或同一物体的不同状态的偏振信息都会有一定的差别。偏振成像系统是通过控制入射光偏振态等参数，对目标进行成像，偏振成像系统的重要特征和标志是可同时获取目标的偏振信息、强度信息和空间信息，形成包含目标光强、偏振和位置信息的数据立方体。高分辨偏振成像设备可以实现偏振成像技术与光强成像技术的优势互补，有效增加光学探测的信息量，完成复杂背景下目标的边界提取和特征识别，实现光学成像的多模态信息融合，使在普通成像系统下“不可见”的目标成为“可见”，从而促进信息技术的快速发展。在航空遥感探测、农业气象与洪涝应急监测、环保监测、刑侦物证鉴定和目标探测等领域具有重要应用价值和广泛的应用前景。

目前常用偏振调制方式主要由偏振片机械旋转型、分振幅型、分波前型、分焦平面型和电控调制型，其中机械旋转型和电控调制型属时域偏振调制方式，分振幅型、分波前型和分焦平面型属空域偏振调制方式。其中分焦平面型将偏振元件集成到焦平面上，焦平面1个像元对应1 个微偏振元件，在成像探测器焦平面上加工或粘贴一层微纳结构偏振阵列，每4 个像元1 组，分别敏感不同方向的偏振矢量。在偏振成像解算时，利用当前像元及其周围像元的响应直接或间接得到该像元对不同方向的偏振分量或偏振态，进而解算出斯托克斯矢量，完成偏振成像解算。分焦平面法可以同时获取入射光不同方向的偏振分量或偏振态，故既可对静态场景成像又可对动态场景成像，而且结构紧凑，体积小，是当前偏振成像的研究热点，也是未来偏振成像的主流方向。

目前分焦平面型偏振微阵列器件主要是基于含碘聚乙烯薄膜偏振片和金属光栅偏振片的多工序分层刻蚀微纳加工制备而成，这类器件具有消光比高、稳定性强等技术优势，但是由于较复杂的制备工艺复杂、制备成本较高、易潮解退偏、结构尺寸受到衍射极限约束、较差的技术移植性等技术缺点，这为该类产品的市场推广带来了一定的阻碍。

香港科技大学的Zhao等人和美国亚利桑那大学的Myhre等人（2012年）提出紫外非接触光致排列技术诱导宾主液晶中二向色性燃料取向，进而制备出高分辨率的“宾主”型微偏振片阵列。该类微偏振片阵列具有制备工艺简单，性能稳定等技术优势，具备良好的技术移植性和市场推广潜力。但同时，由于该类方法对二向色性材料要求较高，其消光比和工作波段受限。

根据上述所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

在现有技术中，现有基于含碘聚乙烯薄膜偏振片和金属光栅偏振片的分焦平面型偏振微阵列器件制备成本较高、技术移植性较差，而“宾主”型液晶微偏振片阵列器件消光比和工作波段受限。

发明内容