一種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于光學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具。
【背景技術(shù)】
[0002]描述電磁波的輻射特性不僅有幅值、波長(zhǎng)、相位傳輸方向，還有偏振態(tài)等。光譜偏振成像技術(shù)是光譜成像技術(shù)與偏振成像技術(shù)的結(jié)合，將空間信息、光譜信息和偏振信息融于一體，把四維輻射探測(cè)(強(qiáng)度、光譜、二維空間)擴(kuò)展到七維(強(qiáng)度、光譜、二維空間、偏振度、偏振角、偏振橢率)，使得獲得目標(biāo)和場(chǎng)景的信息更加豐富，更有利于目標(biāo)識(shí)別，尤其對(duì)于識(shí)別那些與背景“同譜同色”的目標(biāo)，能夠有效提高目標(biāo)與背景的對(duì)比度。
[0003]斯托克斯矢量表示法可以完整地描述光波的偏振態(tài)，其四個(gè)參量可以表示為光強(qiáng)的時(shí)間平均值，能夠直接被探測(cè)器探測(cè)。目前，偏振光教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀主要是偏振光的起偏、檢偏實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證馬呂斯定律、布魯斯特定律以及演示偏振光旋光特性、偏振光干涉、應(yīng)力雙折射等實(shí)驗(yàn)。中國(guó)專利號(hào)201120570176.2提出一種偏振光、旋光實(shí)驗(yàn)裝置，能夠進(jìn)行偏振光和旋光實(shí)驗(yàn)，但功能單一；中國(guó)專利201320333238.7提出一種多功能偏振光綜合演示儀，能夠在一種設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了多種偏振光特性的演示，但系統(tǒng)集成度高，不利于學(xué)生動(dòng)手組合實(shí)驗(yàn)。利用光波的偏振特征，進(jìn)行目標(biāo)的全偏振信息獲取和偏振檢測(cè)等，是當(dāng)前偏振光學(xué)的重要應(yīng)用之一，這些內(nèi)容的引入對(duì)偏振光實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種有益的補(bǔ)充。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具，使學(xué)生能夠控制光源模塊手動(dòng)組合波片和偏振片，實(shí)現(xiàn)自然光、偏振光或部分偏振光等多偏振態(tài)輸出；控制載物轉(zhuǎn)臺(tái)和導(dǎo)軌可以手動(dòng)改變?nèi)肷浣恰⑻綔y(cè)角和載物轉(zhuǎn)盤的角度，實(shí)現(xiàn)多角度測(cè)量；控制偏振成像模塊手動(dòng)配置和旋轉(zhuǎn)偏振器件，實(shí)現(xiàn)同時(shí)和分時(shí)的線偏振、全偏振多波段偏振成像。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:一種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具，包括光源模塊、載物轉(zhuǎn)臺(tái)、偏振成像模塊、導(dǎo)軌和置物臺(tái)；載物轉(zhuǎn)臺(tái)自身可旋轉(zhuǎn)，兩根導(dǎo)軌分別與載物轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可繞載物轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)目標(biāo)設(shè)置在載物轉(zhuǎn)臺(tái)上；每根導(dǎo)軌上均設(shè)有一個(gè)置物臺(tái)，置物臺(tái)可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)；光源模塊設(shè)置在任意一個(gè)置物臺(tái)上，偏振成像模塊設(shè)置在另一個(gè)置物臺(tái)上；光源模塊包括共光軸依次設(shè)置的光源、第一偏振片和第一 1/4波片，所述光軸與其所在導(dǎo)軌的中心軸線重合。
[0006]所述偏振成像模塊為同時(shí)四CCD偏振成像單元或分時(shí)單CCD偏振成像單元。
[0007]當(dāng)偏振成像模塊為同時(shí)四C⑶偏振成像單元時(shí)，還包括配準(zhǔn)透光框架，配準(zhǔn)透光框架包括兩個(gè)尺寸不同的方框、三角框和圓框，尺寸小的方框設(shè)置在尺寸大的方框內(nèi)，并與其通過連桿連接，三角框設(shè)置在尺寸小的方框內(nèi)，其中有且只有一個(gè)頂角與尺寸小的方框的頂角重合，圓框與三角框內(nèi)切；配準(zhǔn)透光框架用于對(duì)CCD形成的四幅圖像進(jìn)行匹配和校準(zhǔn)。
[0008]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于:(1)體現(xiàn)了偏振成像的基本原理和主要成像方式，通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生理解同時(shí)與分時(shí)的偏振成像方式，掌握偏振度、偏振角等偏振信息的提取方法；(2)可進(jìn)行濾波片、相位延遲片和偏振片等偏振元件的多角度組合，對(duì)研究光學(xué)系統(tǒng)中偏振態(tài)變化、多波段全偏振參數(shù)測(cè)量等問題具有重要的應(yīng)用價(jià)值；(3)通過手動(dòng)配置和旋轉(zhuǎn)偏振器件實(shí)現(xiàn)同時(shí)和分時(shí)的線偏振、全偏振多波段偏振成像。該實(shí)驗(yàn)教具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)功能豐富，擴(kuò)展性強(qiáng)，能提高學(xué)生的動(dòng)手能力，對(duì)偏振光實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種有益的補(bǔ)充。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖2為本實(shí)用新型的多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具的同時(shí)偏振成像模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖3為本實(shí)用新型的多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具的分時(shí)偏振成像模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖4為本實(shí)用新型的多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具的偏振成像模塊的配準(zhǔn)單元結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]結(jié)合圖1，一種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具，包括光源模塊1、載物轉(zhuǎn)臺(tái)2、偏振成像模塊3、導(dǎo)軌4和置物臺(tái)5 ;載物轉(zhuǎn)臺(tái)2自身可旋轉(zhuǎn)，兩根導(dǎo)軌4分別與載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可繞載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)目標(biāo)設(shè)置在載物轉(zhuǎn)臺(tái)2上；每根導(dǎo)軌上均設(shè)有一個(gè)置物臺(tái)5，置物臺(tái)5可沿導(dǎo)軌4滑動(dòng)；光源模塊I設(shè)置在任意一個(gè)置物臺(tái)5上，偏振成像模塊3設(shè)置在另一個(gè)置物臺(tái)5上；光源模塊I包括共光軸依次設(shè)置的光源101、第一偏振片102和第一1/4波片103，所述光軸與其所在導(dǎo)軌4的中心軸線重合。
[0015]所述偏振成像模塊3為同時(shí)四CCD偏振成像單元或分時(shí)單CCD偏振成像單元。
[0016]結(jié)合圖4，當(dāng)偏振成像模塊3為同時(shí)四CXD偏振成像單元時(shí)，還包括配準(zhǔn)透光框架305，配準(zhǔn)透光框架305包括兩個(gè)尺寸不同的方框、三角框和圓框，尺寸小的方框設(shè)置在尺寸大的方框內(nèi)，并與其通過連桿連接，三角框設(shè)置在尺寸小的方框內(nèi)，其中有且只有一個(gè)頂角與尺寸小的方框的頂角重合，圓框與三角框內(nèi)切；配準(zhǔn)透光框架305用于對(duì)CCD 301進(jìn)行校準(zhǔn)。
[0017]實(shí)施例1
[0018]所述偏振成像模塊3為同時(shí)四CCD偏振成像單元，實(shí)施同時(shí)全偏振成像。
[0019]—種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具，包括光源模塊1、載物轉(zhuǎn)臺(tái)2、偏振成像模塊3、導(dǎo)軌4和置物臺(tái)5 ;載物轉(zhuǎn)臺(tái)2自身可旋轉(zhuǎn)，兩根導(dǎo)軌4分別與載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可繞載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)目標(biāo)設(shè)置在載物轉(zhuǎn)臺(tái)2上；每根導(dǎo)軌上均設(shè)有一個(gè)置物臺(tái)5，置物臺(tái)5可沿導(dǎo)軌4滑動(dòng)；光源模塊I設(shè)置在任意一個(gè)置物臺(tái)5上，偏振成像模塊3設(shè)置在另一個(gè)置物臺(tái)5上；光源模塊包括共光軸依次設(shè)置的光源101、第一偏振片102和第一 1/4波片103，所述光軸與其所在導(dǎo)軌4的中心軸線重合。
[0020]結(jié)合圖2，偏振成像模塊3包括CXD 301、第二偏振片302、第二 1/4波片303、分光棱鏡組304、濾波轉(zhuǎn)輪306和前置準(zhǔn)直鏡頭307，分光棱鏡組304包括第一分光棱鏡3041、第二分光棱鏡3042和第三分光棱鏡3043，共光軸依次設(shè)置前置準(zhǔn)直鏡頭307、濾波轉(zhuǎn)輪306、第一分光棱鏡3041、第二分光棱鏡3042、第二 1/4波片303、第二偏振片302和CXD 301，上述部件所在光軸為第一光軸，第一光軸與其所在導(dǎo)軌4的中心軸線重合；第二分光棱鏡3042反射光所在光路依次設(shè)有第二 1/4波片303、第二偏振片302和CCD 301。第一分光棱鏡3041反射光所在光路依次設(shè)有第三分光棱鏡3043、第二 1/4波片303、第二偏振片302和CCD 301。第三分光棱鏡3043反射光所在光路依次設(shè)有第二 1/4波片303、第二偏振片302 和 CCD 301。
[0021]濾波轉(zhuǎn)輪306為圓盤，在圓盤面上沿圓周方向均勾分布6個(gè)圓孔，圓孔內(nèi)設(shè)有濾波片。光束經(jīng)過所述濾波片，從濾波轉(zhuǎn)輪306上透射。
[0022]利用配準(zhǔn)透光框架305用于對(duì)四CXD 301進(jìn)行校準(zhǔn)，方法如下:光路如圖2，光源101直接輻照到配準(zhǔn)透光框架305，進(jìn)過分光后分別到達(dá)四個(gè)(XD301，調(diào)整四個(gè)CXD 301對(duì)配準(zhǔn)透光框架305的成像位置，使得四個(gè)(XD301成像能夠形狀匹配，完成校準(zhǔn)。下一步實(shí)施同時(shí)全偏振成像的時(shí)候，去掉配準(zhǔn)透光框架305即可。
[0023]光源101發(fā)出光束，通過偏振片102和第一 1/4波片103的組合，輸出自然光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光或部分偏振光，照射到待測(cè)目標(biāo)上，經(jīng)待測(cè)目標(biāo)反射，攜帶待測(cè)目標(biāo)信息的光束，射入偏振成像模塊3的前置準(zhǔn)直鏡頭307，呈準(zhǔn)直光束后，經(jīng)濾波轉(zhuǎn)輪306出光口，入射至第一分光棱鏡3041，經(jīng)第一分光棱鏡3041分為第一透射光和第一反射光，第一透射光入射至第二分光棱鏡3042，經(jīng)第二分光棱鏡3042分為第二透射光和第二反射光，第二透射光和第二反射光分別經(jīng)第二 1/4波片303、第二偏振片302后，被CXD 301接收；第一反射光入射至第三分光棱鏡3043，經(jīng)第三分光棱鏡3043分為第三透射光和第三反射光，第三透射光和第三反射光分別經(jīng)第二 1/4波片303、第二偏振片302后，被CXD 301接收。
[0024]四個(gè)CXD 301前端的第二 1/4波片303和第二偏振片302的偏振方向分別滿足下面四個(gè)條件時(shí)，獲取四幅光強(qiáng)圖像:(I)第二 1/4波片303快軸和第二偏振片302透光方向一致，與X軸夾角0°的強(qiáng)度圖1(0° ,0° ); (2)第二 1/4波片3031/4波片快軸和第二偏振片302透光方向一致，與X軸夾角90°的強(qiáng)度圖1(90° ,0° ); (3)第二 1/4波片303快軸和第二偏振片302透光方向一致，與X軸夾角45°的強(qiáng)度圖1(45° ,0° ) ; (4)第二1/4波片303快軸與X軸方向夾角45°，第二偏振片302偏振方向與X軸夾角0°的強(qiáng)度圖1(45° ,90° )。(XD301同時(shí)獲得上述四幅圖像，計(jì)算可得到全偏振成像信息。
[0025]實(shí)施例2
[0026]所述偏振成像模塊3為同時(shí)四CCD偏振成像單元，實(shí)施同時(shí)線偏振成像。
[0027]—種多功能偏振成像實(shí)驗(yàn)教具，包括光源模塊1、載物轉(zhuǎn)臺(tái)2、偏振成像模塊3、導(dǎo)軌4和置物臺(tái)5 ;載物轉(zhuǎn)臺(tái)2自身可旋轉(zhuǎn)，兩根導(dǎo)軌4分別與載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)連接，可繞載物轉(zhuǎn)臺(tái)2轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)目標(biāo)設(shè)置在載物轉(zhuǎn)臺(tái)2上；每根導(dǎo)軌上均設(shè)有一個(gè)置物臺(tái)5，置物臺(tái)5可沿導(dǎo)軌4滑動(dòng)；光源模塊I設(shè)置在任意一個(gè)置物臺(tái)5上，偏振成像模塊3設(shè)置在另一個(gè)置物臺(tái)5上；光源模塊包括共光軸依次設(shè)置的光源101、第一偏振片102和第一 1/4波片103，所述光軸與其所在導(dǎo)軌4的中心軸線重合