一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统的制作方法
本发明涉及光学图像信息采集技术领域，具体为一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统。
背景技术：
传统的穆勒矩阵测偏系统中包含有活动部件，需要精密的电控系统去控制活动部件旋转，因此这种测偏系统对震动和温度等外部环境因素特别敏感，稍有变化即影响到其精准性，而且对同一物品测量时需要进行多次测量，极易产生测量误差导致测量信息不准确。
技术实现要素：
针对上述的问题，本发明一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统，通过设置扫描光源、第一偏振调制模块和第二偏振调制模块，将每一束从扫描光源射出的光线由第一偏振调制模块先剪切成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束线偏振光再被第二偏振调制模块剪切成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。本发明的偏振调制模块不含活动部件，能有效避免外部环境因素影响，测量精度显著提高，能一次性获取目标的谱信息、强度图像和穆勒矩阵图像，有效解决了上述问题。
本发明采用的技术方案是：
一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统，包括由前到后，依次设置的第一准直透镜（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）入射光一侧设置有扫描光源（1），所述第一准直透镜（2）和所述第一成像镜（4）之间设置有第一偏振调制模块（3），所述第二准直透镜（5）和所述第二成像镜（7）之间设置有第二偏振调制模块（6），所述扫描光源（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l上；
所述第一准直透镜（2）与所述扫描光源（1）的距离为第一准直透镜（2）的焦距f1，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f2的两倍2f2，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f3。
扫描光源发出的任意一束光线经第一准直透镜折射后形成平行光线射入第一偏振调制模块，入射光线首先被第一偏振调制模块调制成线偏振光，然后再被第一偏振调制模块先沿竖直方向再沿水平方向剪切成4束线偏振光，这4束线偏振光经第一成像镜会聚后形成干涉条纹定位在目标物体上，所述干涉条纹通过两种载频来调制目标物体的穆勒矩阵，被调制后的4束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，然后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物体图像。同时由于扫描光源可发射出多种不同波长的光，而不同波长的光作用在目标物体上时所形成的带干涉条纹的目标物体图像也不同，所以通过采集每
一种光作用在目标物体上所形成的带干涉条纹图像即可得到目标物体的谱信息。
进一步的，所述第一偏振调制模块（3）包括第一萨瓦偏光镜（11a）和第二萨瓦偏光镜（11b），所述第一萨瓦偏光镜（11a）的出光面和第二萨瓦偏光镜（11b）的进光面之间设置有第一半波片（12a），所述第一萨瓦偏光镜（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，其中先被第一萨瓦偏光镜剪切成两束线偏振光，经第一半波片后每一束线偏振光再被第二萨瓦偏光镜剪切成两束线偏振光，共形成4束线偏振光。
进一步的，所述第二偏振调制模块（6）包括第三萨瓦偏光镜（14a）和第四萨瓦偏光镜（14b），所述第三萨瓦偏光镜（14a）的出光面和第四萨瓦偏光镜（14b）的进光面之间设置有第二半坡片（12b），所述第四萨瓦偏光镜（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，每一束线偏振光先被第三萨瓦偏光镜剪切成两束线偏振光，经第二半波片后再被第四萨瓦偏光镜剪切成两束线偏振光。
进一步的，所述第一萨瓦偏光镜（11a）包括重叠设置的第一萨瓦板（13）和第二萨瓦板（18a），所述萨瓦板光轴位置由纵轴x轴、横轴y轴以及系统光轴z轴来确定，所述系统光轴z轴与所述直线l平行且光线传播方向为z轴正向，所述纵轴x轴与所述直线l竖直垂直且向上为x轴正向，所述横轴y轴与所述直线l水平垂直且光线传播方向右侧为y轴正向，所述第一萨瓦板（13）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴正向成45°，所述第二萨瓦板（18a）光轴在yz平面且与系统光轴z轴正向、y轴负向成45°；
所述第二萨瓦偏光镜（11b）包括重叠设置的第三萨瓦板（16）和第四萨瓦板（18b），所述第三萨瓦板（16）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴负向成45°，所述第四萨瓦板（18b）光轴与所述第二萨瓦板（18a）光轴相同，所述第一萨瓦板（13）、第二萨瓦板（18a）、第三萨瓦板（16）、第四萨瓦板（18b）厚度相同。所述第四萨瓦板（18b）与所述第二萨瓦板（18a）相同。
第一萨瓦板或第二萨瓦板将每一束入射线偏振光沿竖直方向剪切成两束线偏振光，然后第三萨瓦板或第四萨瓦板将剪切后的两束线偏振光再沿水平方向进行剪切。
进一步的，所述第三萨瓦偏光镜（14a）包括重叠设置的第五萨瓦板（20）和第六萨瓦板（19a），所述萨瓦板光轴位置由纵轴x轴、横轴y轴以及系统光轴z轴来确定，所述系统光轴z轴与所述直线l平行且光线传播方向为z轴正向，所述纵轴x轴与所述直线l竖直垂直且向上为x轴正向，所述横轴y轴与所述直线l水平垂直且光线传播方向右侧为y轴正向，所述第五萨瓦板（20）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴正向成45°，所述第六萨瓦板（19a）光轴在yz平面且与系统光轴z轴正向、y轴负向成45°；
所述第四萨瓦偏光镜（14b）包括重叠设置的第七萨瓦板（21）和第八萨瓦板（19b），所述第七萨瓦板（21）在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴负向成45°，所述第八萨瓦板（19b）光轴和所述第六萨瓦板（19a）光轴相同，所述第五萨瓦板（20）、第六萨瓦板（19a）、第七萨瓦板（21）、第八萨瓦板（19b）厚度相同。所述第六萨瓦板（19a）和第八萨瓦板（19b）相同。
第五萨瓦板或第七萨瓦板将每一束入射线偏振光沿竖直方向剪切成两束线偏振光，然后第六萨瓦板或第八萨瓦板将剪切后的两束线偏振光再沿水平方向进行剪切。
进一步的，所述第五萨瓦板（20）厚度为第一萨瓦板（13）厚度的两倍。
第二偏振调制模块萨瓦板厚度为第一偏振调制模块萨瓦板厚度的两倍，这样设置是为了让第二偏振调制模块的剪切量是第一偏振调制模块剪切量的两倍，最终才能将目标物体的16个穆勒矩阵阵元通过不同的空间载频调制到同一张干涉图中。
进一步的，所述第一半波片（12a）和第二半波片（12b）均为消色差半坡片，偏振方向角为22.5°。所述第一半波片（12a）和第二半坡片（12b）相同，均为消色差半波片（12）。
半坡片首先起到将入射的线偏振光的场振动方向旋转45°的作用，同时消色差半波片还使得各种不同波长的光经过半波片后相位延迟量相同。
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；检偏器使得从第八萨瓦板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）焦距f1、第一成像镜（4）焦距、第二准直透镜（5）焦距f2、第二成像镜（7）焦距f3均相等。
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目标物体上；被调制后的线偏振光经目标物体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；从第二偏振调制模块射出的线偏振光经第二成像镜会聚到图像获取装置的像面上，形成带干涉条纹的目标图像。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果：
1、本发明一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统，融合了测谱仪、测偏仪和照相机的功能，能同时获取目标物体的谱信息、强度图像和穆勒矩阵图像，可提供目标物体的形影、组织结构、介电常数、含水量等信息，在生物医学和材料等领域有重要的应用价值。
2、本发明一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统，与目前的传统穆勒矩阵测偏系统相比，其中的偏振调制模块不含活动部件，能有效避免外部环境因素如温度、震动的影响，因此测量精度更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统结构图；
图2第一偏振调制模块结构图；
图3第二偏振调制模块结构图；
图4半波片立体图；
图5起偏器立体图；
图6检偏器立体图；
图7一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统工作原理图；
图8一束线偏振光被第一萨瓦偏光镜剪切成两束线偏振光的工作原理图；
图9两束线偏振光从第二萨瓦板正面射出图；
图10两束线偏振光被第二萨瓦偏光镜剪切成四束线偏振光的工作原理图；
图11四束线偏振光从第四萨瓦板射出正面图；
图12调制后的4束线偏振光被第三萨瓦偏光镜剪切成8束线偏振光示意图；
图13第四萨瓦偏光镜立体图；
图14八束线偏振光从第五萨瓦板正面射出图；
图15八束线偏振光从第六萨瓦板正面射出图；
图16十六束线偏振光从第七萨瓦板正面射出图；
图17十六束线偏振光从第八萨瓦板正面射出图；
附图中，1-扫描光源、2-第一准直透镜、3-第一偏振调制模块、4-第一成像镜、5-第二准直透镜、6-第二偏振调制模块、7-第二成像镜、8-图像获取装置、9-目标物体、10-起偏器、11a-第一萨瓦偏光镜、11b-第二萨瓦偏光镜、12-消色差半波片、12a-第一半波片、12b-第二半波片、13-第一萨瓦板、14a-第三萨瓦偏光镜、14b-第四萨瓦偏光镜、15-检偏器、16-第二萨瓦板、18a-第三萨瓦板、18b-第四萨瓦板、19a-第六萨瓦板、19b-第八萨瓦板、20-第五萨瓦板、21-第七萨瓦板。
具体实施方式
下面将结合本发明实例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
一种超光谱穆勒矩阵成像测偏系统，包括由前到后，依次设置的第一准直透镜（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），所述第一准直透镜（2）入射光一侧设置有扫描光源（1），所述第一准直透镜（2）和所述第一成像镜（4）之间设置有第一偏振调制模块（3），所述第二准直透镜（5）和所述第二成像镜（7）之间设置有第二偏振调制模块（6），所述扫描光源（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l上；
所述第一准直透镜（2）与所述扫描光源（1）的距离为第一准直透镜（2）的焦距f1，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f2的两倍2f2，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f3；所述第一准直透镜（2）焦距f1、第一成像镜（4）焦距、第二准直透镜（5）焦距f2、第二成像镜（7）焦距f3均相等；
如图2所示，所述第一偏振调制模块（3）包括第一萨瓦偏光镜（11a）和第二萨瓦偏光镜（11b），所述第一萨瓦偏光镜（11a）的出光面和第二萨瓦偏光镜（11b）的进光面之间设置有第一半波片（12a），所述第一萨瓦偏光镜（11a）的进光面还设置有起偏器（10）；
如图3所示，所述第二偏振调制模块（6）包括第三萨瓦偏光镜（14a）和第四萨瓦偏光镜（14b），所述第三萨瓦偏光镜（14a）的出光面和第四萨瓦偏光镜（14b）的进光面之间设置有第二半坡片（12b），所述第四萨瓦偏光镜（14b）的出光面还设置有检偏器（15）；
如图8所示，所述第一萨瓦偏光镜（11a）包括重叠设置的第一萨瓦板（13）和第二萨瓦板（18a），所述萨瓦板光轴位置由纵轴x轴、横轴y轴以及系统光轴z轴来确定，所述系统光轴z轴与所述直线l平行且光线传播方向为z轴正向，所述纵轴x轴与所述直线l竖直垂直且向上为x轴正向，所述横轴y轴与所述直线l水平垂直且光线传播方向右侧为y轴正向，所述第一萨瓦板（13）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴正向成45°，所述第二萨瓦板（18a）光轴在yz平面且与系统光轴z轴正向、y轴负向成45°；
如图10所示，所述第二萨瓦偏光镜（11b）包括重叠设置的第三萨瓦板（16）和第四萨瓦板（18b），所述第三萨瓦板（16）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴负向成45°，所述第四萨瓦板（18b）光轴与所述第二萨瓦板（18a）光轴相同，所述第一萨瓦板（13）、第二萨瓦板（18a）、第三萨瓦板（16）、第四萨瓦板（18b）厚度相同。
如图12所示，所述第三萨瓦偏光镜（14a）包括重叠设置的第五萨瓦板（20）和第六萨瓦板（19a），所述萨瓦板光轴位置由纵轴x轴、横轴y轴以及系统光轴z轴来确定，所述系统光轴z轴与所述直线l平行且光线传播方向为z轴正向，所述纵轴x轴与所述直线l竖直垂直且向上为x轴正向，所述横轴y轴与所述直线l水平垂直且光线传播方向右侧为y轴正向，所述第五萨瓦板（20）光轴在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴正向成45°，所述第六萨瓦板（19a）光轴在yz平面且与系统光轴z轴正向、y轴负向成45°；
如图13所示，所述第四萨瓦偏光镜（14b）包括重叠设置的第七萨瓦板（21）和第八萨瓦板（19b），所述第七萨瓦板（21）在xz平面且与x轴正向、系统光轴z轴负向成45°，所述第八萨瓦板（19b）光轴和所述第六萨瓦板（19a）光轴相同，所述第五萨瓦板（20）、第六萨瓦板（19a）、第七萨瓦板（21）、第八萨瓦板（19b）厚度相同；
所述第五萨瓦板（20）厚度为第一萨瓦板（13）厚度的两倍；
如图4所示，所述第一半波片（12a）和第二半波片（12b）均为消色差半坡片，偏振方向角为22.5°，如图5和图6所示，所述起偏器（10）和检偏器（15）的透振方向角为45°。
本发明的起偏器和检偏器采用的均是偏振片，萨瓦板均为单轴负晶板，如图4所示，消色差半波片的光轴在xy平面内与y轴正向夹角为22.5°，如图5所示，起偏器光轴在xy平面内，与x轴正向、y轴正向成45°，如图6所示，检偏器光轴在xy平面内，与x轴正向、y轴正向成45°。
本发明的工作过程：如图7所示，在第一成像镜与第二准直透镜的中间位置放置目标物体，扫描光源发出的任意一束光线d经第一准直透镜折射后形成平行光线d’射入第一偏振调制模块，由于起偏器透振方向角为45°，因此平行入射光线d’经起偏器后变成偏振方向为45°的线偏振光，如图8所示，由于第一萨瓦板光轴在xz平面内，与x轴正向、z轴正向成45°，因此线偏振光d’被第一萨瓦板沿着竖直方向即x轴正向分成o光和e光，o光射入第二萨瓦板变成e光，e光射入第二萨瓦板变成o光，由于第二萨瓦板光轴在yz平面内，与y轴负向、z轴正向成45°，因此e光沿着y轴负向水平折射后从第二萨瓦板射出，o光的射出方向与射入方向保持一致即沿着射入方向从第二萨瓦板射出，如图9所示，线偏振光d2与d1的直线距离增大为单个萨瓦板剪切量δ的
接着这8束线偏振光经第二半波片后，每一束线偏振光的光场振动方向再被旋转45°后射入第四萨瓦偏光镜，同理每一束线偏振光先被第七萨瓦板沿竖直方向即x轴的负向剪切成两束线偏振光，8束线偏振光共被剪切成16束线偏振光，如图16所示，线偏振光d7剪切成d15和d16、线偏振光d8剪切成d17和d18、线偏振光d9剪切成d19和d20、线偏振光d10剪切成d21和d22、线偏振光d11剪切成d23和d24、线偏振光d12剪切成d25和d26、线偏振光d13剪切成d27和d28、线偏振光d14剪切成d29和d30，由于第七萨瓦板的厚度为第一偏振调制模块萨瓦板厚度的两倍，因此线偏振光d27和d30重合、线偏振光d23和d22重合、线偏振光d15和d18重合，但线偏振光d27、线偏振光d23、线偏振光d15均为o光，线偏振光d30、线偏振光d22、线偏振光d18均为e光，接着o光射入第八萨瓦板后变成e光，e光射入第八萨瓦板后变成o光，因此这16束线偏振光射入第八萨瓦板后再被第八萨瓦板沿y轴负向水平剪切，如图17所示，从第八萨瓦板射出后这16束线偏振光经检偏器调制成偏振方向一致的线偏振光，然后通过第二成像镜会聚后形成干涉条纹并定位在图像获取装置的像面上，形成带干涉条纹的目标图像，操作人员通过相应的算法解调这些干涉条纹就能获取目标物体的全部穆勒矩阵图像，同时通过采集不同波长的光作用在目标物体上所形成的干涉条纹，即能得到目标物体的谱信息。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
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