(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211268980.4 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 汕头大学 地址 515063 广东省汕头市大 学路汕头大 学 (72)发明人 姚丽双　陈立新　孙敬伟　郑文彬　 (74)专利代理 机构 广州三环 专利商标代理有限 公司 44202 专利代理师 周增元 (51)Int.Cl. G01N 21/01(2006.01) G01N 21/21(2006.01) G02B 27/28(2006.01) G02F 1/133(2006.01) (54)发明名称 基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像 系统及测量方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于偏振分光棱镜 （Polarized  Beam Splitter， PBS） 的双通道高透 纯液晶光谱偏 振成像系统及测量方法， 首先利用 PBS将携带目标物体信息的入射光束分为偏振S 光与偏振P光， 再对S光和P波同步使用液晶可调 谐滤波器 （Liquid  Crystal Tunable Filter， LCTF） 进行窄带光谱滤波， 最后再通过PBS将偏 振 S光和P光耦 合成自然出射光束， 实现双通道的高 透液晶滤波器设计， 同时还可额外引入偏振S光 和P光的信息； 结合双液晶可变相位延迟器 （Liquid crystal variable phase retarder， LCVR） 的液晶柔性偏振调制技术， 该系统还可实 现单通道的单波长下的全偏振信息提取功能， 最 终搭建应用于自然光场景下的纯液晶框架下的 双通道高透实时全偏振光谱成像系统， 用于同步 获取被测目标反射或透射的连续光谱信息以及 全偏振特性。 权利要求书2页 说明书7页 附图1页 CN 115508281 A 2022.12.23 CN 115508281 A 1.一种基于PBS的双通道高透纯 液晶光谱偏振成像系统， 其特 征在于， 包括： 光学镜头、 后置光学镜头， 所述前置光学镜头位于光路通道最前端， 用于准直平行携带 目标场景信息的入射光束； 所述后置光学镜头位于末端CCD前面， 用于将滤波、 偏振后的像 聚焦成像于 CCD上； 双通道的LCTF滤波模块， 包括依次设置于透射偏振S光路的第一偏振分光棱镜、 第一液 晶可调谐滤波器、 第一反射镜、 第二偏振分光棱镜， 以及依次设置于反射偏振P光路的第二 反射镜、 第二液晶可调谐滤波器， 所述第一偏振分光棱镜PBS1用于将所述平行光束的偏振S 光和P光分离， 所述第二偏振分光棱镜用于将各自滤波后的偏振S光和P光耦合汇聚成自然 光； 单通道的双LCVR偏振调制模块， 包括依次设置于所述前置光学镜头后的第一液晶可变 相位延迟器、 第二液晶可变相位延迟器； 液晶可变相位延迟器驱动电路、 液晶可调谐滤波器驱动电路； 所述液晶可变相位延迟 器驱动电路用于改变所述第一液晶可变相位延迟器、 第二液晶可变相位延迟器的电压值 实 现该单波长不同液晶相位延迟量的组合， 从而实现调制入射 光束的偏振态； 计算机， 用于控制所述液晶可调谐滤波器驱动电路 以及采集目标场景的图像信号， 对 其进行处 理同时得到被测目标的光谱、 偏振信息 。 2.根据权利要求1所述的基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像系统， 其特征在 于， 所述单通道的双LCVR偏振调制模块施加压高实现光全通时， 实现双通道高透滤波， 所述 单通道的双LCVR偏振调制模块 通过调制实现全偏振信息获取功能。 3.根据权利要求2所述的基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像系统， 其特征在 于， 所述第一液 晶可变相位延迟器、 第二液 晶可变相位延迟器用于实现在被测目标 的自然 反射或者透射 光的全偏振光谱图像信息的同步探测。 4.根据权利要求3所述的基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像系统， 其特征在 于， 所述第一液 晶可变相位延迟器的快轴 方向水平设置， 所述第二液 晶可变相位延迟器的 快轴方向与水平面成45度设置 。 5.根据权利要求4所述的基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像系统， 其特征在 于， 所述液 晶可变相位延迟器驱动电路施加于所述第一液 晶可变相位延迟器、 第二液 晶可 变相位延迟器不同相位延迟量的组合， 由所述CCD采集到的光强图像反演出目标物体的偏 振信息。 6.一种根据权利要求1~5任一项所述的基于PBS的双通道高透纯液晶光谱偏振成像系 统进行成像的方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 调节第一偏振分光棱镜、 第一液晶可调谐滤波器、 第一反射镜、 第二偏振分光棱镜 处于S偏振光的透射光路上， 调节第二反射镜、 第二液晶可调谐滤波器处于P偏振光的反射 光路上， 所述第一偏振分光棱镜、 第二偏振分光棱镜入射面与出射面均 垂直于双光路， 调节 所述第一反射镜、 第二反射镜使其各自与双光路成45度； S2： 使所述第一液晶可变相位延迟器、 第二液晶可变相位延迟器对于目标物体滤波后 的光进行偏振调制， 由液晶驱动电路进行双LCVR的特定相位延迟量组合的电压施加， 其相 位延迟量组合 为 ；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115508281 A 2S3： 利用计算机处理CCD采集的单波段下不同液晶相位延迟量组合下的6组光强图像， 将其输入计算机得到单波长下目标物体的偏振图像信息集： ， 进而实现偏振定标； S4： 通过液晶可调谐滤波器驱动电路调谐第一液晶可调谐滤波器、 第二液晶可调谐滤 波器对S偏振光和P偏振光同步滤波， 重复进行针对不同滤波波长的相位延迟量的电压施加 以及相机采集对应的光强 图像直至每个波段都扫描采集完毕， 进而实现波长定标， 最后得 到目标物体的光谱 全偏振图像数据集。 7.根据权利要求6所述的方法， 其特征在于， 所述CCD采集到出射光的光强图像 与双LCVR相位延迟 之间的关系表示 为： 式中 表示被测目标的Stokes四个分量， 代表对应观测 下的波长值。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 所述使用所述液晶相位延迟量组合可以得 到单波长下被测目标归一 化的四个Sto kes分量计算表达式： 使用所述Sto kes分量可以得到被观测物体的偏振度 和偏振角 信息： 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115508281 A 3