专利摘要

本发明公开了一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法，相机的焦平面发射的红外光，经偏振片反射至第二黑体，并被第二黑体吸收；第一黑体发射红外光，并经偏振片调制为偏振光，再进入相机后，被其焦平面所测量，完成偏振实验。解决了现有非制冷式分焦平面红外偏振相机使用过程中，焦平面产生的红外光对红外偏振焦平面测量造成干扰的问题。

权利要求

1.一种双黑体消除红外偏振焦平面发射红外光的成像系统，其特征在于，包括：

一相机(1)，为非制冷式分焦平面红外偏振相机；

一偏振片(2)，为反射式红外偏振片，设置在所述相机(1)镜头前方，且与所述相机(1)发射的光线不垂直；

所述偏振片(2)满足这一约束条件；其中，d为偏转后的偏振片(2)在偏振片(2)与相机(1)连线方向的投影中的最大内圆的直径，FOV为相机(1)的视场，L为偏振片(2)与相机(1)镜头前端的距离，θ为偏振片(2)的偏转角；

第一黑体(3)，间隔设置在所述偏振片(2)远离所述相机(1)的一侧，用于产生红外光(5)；

第二黑体(4)，间隔设置在所述偏振片(2)靠近所述相机(1)的一侧，且位于所述偏振片(2)的法线延长线上，并与所述偏振片(2)的法线方向垂直，用于将接收到的红外光(5)吸收；

所述偏振片(2)，用于将所述第一黑体(3)发送来的红外光(5)调制为偏振光(6)后，进入相机(1)并被其焦平面所测量；还用于将所述相机(1)焦平面发射的红外光(5)反射至所述第二黑体(4)。

2.一种双黑体的红外偏振焦平面发射红外光消除方法，其特征在于，基于权利要求1所述的一种成像系统，包括以下内容：

所述相机(1)的焦平面发射的红外光(5)，经所述偏振片(2)反射至所述第二黑体(4)，并被所述第二黑体(4)吸收；

所述第一黑体(3)发射红外光(5)，并经所述偏振片(2)调制为偏振光(6)，再进入相机(1)后，被其焦平面所测量，完成偏振实验。

3.如权利要求2所述的一种双黑体的红外偏振焦平面发射红外光消除方法，其特征在于，所述偏振片(2)的角度设置方法为：

步骤(1)、测相机(1)焦平面的长H和宽W、镜头直径D，所述偏振片(2)的边长l；

步骤(2)、结合相机(1)镜头的焦距f，由公式(1)计算出相机的视场角

步骤(3)、设L为偏振片(2)与相机(1)镜头前端的距离，结合步骤(2)中得到的视场角由公式(2)计算得到相机的视场FOV：

由于光路的可逆性，视场FOV可以等效为发热焦平面的照射范围。

步骤(4)、设θ为偏振片(2)的偏转角，通过公式(3)计算得到偏转后的偏振片在偏振片与相机连线方向的投影中的最大内圆的直径d：

d＝l cosθ(3)，

根据偏振片(2)和相机(1)的尺寸大小，在满足这一约束条件后，保证焦平面发射的红外光(5)的反射光不再进入镜头的情况下，选择一个适当的偏振片偏转角θ和与相机镜头前端距离L的组合。

说明书

技术领域

本发明属于偏振光学成像技术领域，具体涉及一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法。

背景技术

非制冷式分焦平面红外偏振相机是一种可以用来测量红外光偏振信息的红外相机，其原理是通过在其焦平面上覆盖一层由不同检偏方向(0°、45°、90°、135°)的微偏振片周期循环摆列组成的阵列来进行检测，检偏方向的排布如图3，以检偏方向为0°的像素为例，其对0°的偏振光响应值最高，对90°的偏振光响应值最低，对45°和135°的偏振光响应值在前两者之间。图3所示4个格子代表焦平面上相邻的4个像素，格子中的线的方向，代表该像素的检偏方向，被与检偏方向相同方向的偏振光照射时，在4个像素中这个像素的响应值最高。

在使用偏振相机的实验如定标、非均匀校正中，生成偏振光的方式一般是直接在辐射源前方放置偏振片，所使用的高消光(10000：1以上)的偏振片，基本都是反射式偏振片。这种偏振片的工作原理是通过排布极密金属栅条将选定方向的偏振光以外的部分反射，只允许选定方向的偏振光透射，达到生成特定方向的偏振光的目的。

反射式偏振片在绝大多数的偏振相机实验中展现了优秀的性能，但是在非制冷分焦平面式红外相机相关的实验中，这种生成特定方向红外偏振光的方式产生一个新的问题。非制冷式分焦平面红外偏振相机具有小型化、集成化等优点，为此它舍弃了笨重的制冷装置，所以无法在工作的状态下对相机和焦平面进行制冷；而相机的焦平面在工作时会不断产生热量，加热自身，最终在一个远超室温的温度(40～50℃)下，发热与散热达到一个平衡，使得焦平面的温度在这个温度区间内随时间和工作环境变化波动。这时，发热的焦平面将不断向外发射具有一定强度的红外光，这束光将通过光路，从镜头射出，照射到偏振实验中设置的反射式偏振片上，而由于反射式偏振片的工作特性，它将符合检偏方向的红外偏振光透过，将其余的光反射，于是和选定检偏方向正交的偏振光经由反射，再次进入了红外偏振相机中，这将对相关的偏振实验造成严重影响，特别是当作为红外光源的黑体的温度低于焦平面的工作温度时，甚至会得到与期望的偏振光方向相反的检测结果。

如图4所示，以检偏方向为0°的像素为例，当黑体温度较低时，其在偏振片透偏方向为0°时的响应值小于透偏方向为90°时的响应值，因为此时黑体发射的红外光透过偏振片产生的0°偏振光光强小于偏振片上反射回来的90°偏振光；随着黑体温度升高，前者不断增强最终将大于后者，表现出正常的检偏特性。并且由于非制冷式红外相机的工作温度并不稳定，而是在一个范围内随时间和环境波动，所以得到的检测值也将随时间和环境变化，这些问题将给非制冷式红外偏振相机的标定和非均匀校正等大量实验带来不可忽视的影响。因此，有必要使用一种特殊的光路设计方法，规避发热焦平面照射红外偏振片产生的反射光对一系列非制冷式红外偏振相机相关的实验造成的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法，以解决现有非制冷式分焦平面红外偏振相机使用过程中，焦平面产生的红外光对红外偏振焦平面测量造成干扰的问题。

本发明采用以下技术方案：一种双黑体消除红外偏振焦平面反射光的成像系统，包括：

一相机，为非制冷式分焦平面红外偏振相机；

一偏振片，为反射式红外偏振片，设置在所述相机镜头前方，且与所述相机发射的光线不垂直；

第一黑体，间隔设置在所述偏振片远离所述相机的一侧，用于产生红外光；

第二黑体，间隔设置在所述偏振片靠近所述相机的一侧，且位于所述偏振片的法线延长线上，并与所述偏振片的法线方向垂直，用于将接收到的红外光吸收；

所述偏振片，用于将所述第一黑体发送来的红外光调制为偏振光后，进入相机并被其焦平面所测量；还用于将所述相机焦平面发射的红外光反射至所述第二黑体。

一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法，基于一种成像系统，包括以下内容：

所述相机的焦平面发射的红外光，经所述偏振片反射至所述第二黑体，并被所述第二黑体吸收；

所述第一黑体发射红外光，并经所述偏振片调制为偏振光，再进入相机后，被其焦平面所测量，完成偏振实验。

进一步的，偏振片的角度设置方法为：

步骤(1)、测相机1焦平面的长H和宽W、镜头直径D，所述偏振片2的边长l；

步骤(2)、结合相机1镜头的焦距f，由公式(1)计算出相机的视场角

步骤(3)、设L为偏振片与相机镜头前端的距离，结合步骤(2)中得到的视场角 由公式(2)计算得到相机的视场FOV：

由于光路的可逆性，视场FOV可以等效为发热焦平面的照射范围。

步骤(4)、设θ为偏振片的偏转角，通过公式(3)计算得到偏转后的偏振片在偏振片与相机连线方向的投影中的最大内圆的直径d：

d＝lcosθ (3)，

根据偏振片和相机的尺寸大小，在满足 这一约束条件后，保证焦平面发射的红外光的反射光不再进入镜头的情况下，选择一个适当的偏振片偏转角θ和与相机镜头前端距离L的组合。

本发明的有益效果是：通过将距离非制冷式红外偏振相机一定距离的反射式偏振片偏转一个受条件约束的角度，使得从黑体发射的红外光能正常透过偏振片生成特定方向的偏振光照射到焦平面的同时，将发热焦平面发射的红外光通过偏振片反射到另一个接近室温的黑体上，利用黑体的能量吸收特性将其吸收，从而避免发热焦平面发射的红外光照射到偏振片后生成的与检偏方向正交的红外偏振光反射到焦平面上，影响焦平面上的探测器对由黑体发射经偏振片调制的偏振光的测量。

附图说明

图1是本发明一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法的流程图；

图2是本发明一种双黑体消除红外偏振焦平面反射光的成像系统的结构图和光路图；

图2中，1.相机，2.偏振片，3.第一黑体，4.第二黑体，5.红外光，6.偏振光；

图3是背景技术中非制冷式分焦平面红外偏振相机的超像素中的四个像素检偏方向的示意图；

图3中，11.检偏方向为0°的像素，12.检偏方向为45°的像素，13.检偏方向为90°的像素，14.检偏方向为135°的像素；

图4为现有技术进行偏振实验时，低、中、高温度下超像素中的四个像素面对0°、45°、90°、135°方向的偏振光时的相应曲线；

图5为采用本发明一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法进行偏振实验时，低、中、高温度下超像素中的四个像素面对0°、45°、90°、135°方向的偏振光时的相应曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图2所示，本发明提供了一种双黑体消除红外偏振焦平面反射光的成像系统，包括相机1、偏振片2、第一黑体3、第二黑体4、红外光5和偏振光6。在一些实施例中，相机1为非制冷式分焦平面红外偏振相机；偏振片2必须是反射式的金属线栅偏振片，但可以是不同基底，如氟化钡、氟化钙、溴碘化铊或硒化锌等，比如硅基底金属线栅偏振片。偏振片2要正对相机1镜头前方放置，但是偏振片2并非垂直于相机1发射的光线设置，偏振片2是要旋转一定偏转角设置的。偏振片2的角度范围根据相机镜头的尺寸、偏振片的尺寸和相机的视场角。

偏振片2的两侧分别设置有第一黑体3和第二黑体4，其中，第一黑体3设置在偏振片2远离所述相机1的一侧，并与偏振片2间隔设置，第一黑体3是用于产生红外光5进行后续偏振实验的。第二黑体4设置在偏振片2靠近相机1的一侧，偏振片2位于所述偏振片2的法线延长线上，并且第二黑体4与所述偏振片2的法线方向垂直，第二黑体4用于将接收到的红外光5吸收。

在本发明的成像系统中，偏振片2并非常规的竖直设置，其偏转一定角度设置之后，可实现两个功能：一、将第一黑体3发送来的红外光5调制为偏振光6，所述偏振光6进入相机1后可被其焦平面所测量，完成偏振实验；二、将所述相机1焦平面发射的红外光5反射至所述第二黑体4吸收掉，消除此处焦平面发射的红外光5对偏振实验的影响。

如图1所示，本发明还提供了一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法，其基于的成像系统包括相机1、偏振片2、第一黑体3、第二黑体4、红外光5和偏振光6。在一些实施例中，相机1为非制冷式分焦平面红外偏振相机；偏振片2为反射式红外偏振片，偏振片2要正对相机1镜头前方放置，但是偏振片2并非垂直于相机1发射的光线设置，偏振片2是要旋转一定偏转角设置的。

偏振片2的两侧分别设置有第一黑体3和第二黑体4，其中，第一黑体3设置在偏振片2远离所述相机1的一侧，并与偏振片2间隔设置，第一黑体3是用于产生红外光5进行后续偏振实验的。第二黑体4设置在偏振片2靠近相机1的一侧，偏振片2位于所述偏振片2的法线延长线上，并且第二黑体4与所述偏振片2的法线方向垂直，第二黑体4用于将接收到的红外光5吸收。

在本发明的成像系统中，偏振片2并非常规的竖直设置，其偏转一定角度设置之后，可实现两个功能：一、将第一黑体3发送来的红外光5调制为偏振光6，所述偏振光6进入相机1后可被其焦平面所测量，完成偏振实验；二、将所述相机1焦平面发射的红外光5反射至所述第二黑体4吸收掉，消除此处焦平面发射的红外光5对偏振实验的影响。

该消除方法具体包括以下内容：相机1的焦平面发射的红外光5发射至偏振片2，经该偏振片2反射后射入第二黑体4，并被第二黑体4吸收。由第一黑体3发射红外光5，该红外光5经偏振片2调制后为偏振光6，该偏振光6进入相机1后，被相机1的焦平面所测量，可以在消除反射光影响的情况下完成偏振实验。

该消除方法中，偏振片2的角度设置方法为：

步骤(1)、测相机1焦平面的长H和宽W、镜头直径D，所述偏振片2的边长l；

步骤(2)、结合相机1镜头的焦距f，由公式(1)计算出相机的视场角

步骤(3)、设L为偏振片2与相机1镜头前端的距离，结合步骤(2)中得到的视场角 由公式(2)计算得到相机的视场FOV：

由于光路的可逆性，视场FOV可以等效为发热焦平面的照射范围。

步骤(4)、设θ为偏振片2的偏转角，通过公式(3)计算得到偏转后的偏振片在偏振片与相机连线方向的投影中的最大内圆的直径d：

d＝lcosθ (3)，

根据偏振片2和相机1的尺寸大小，在满足 这一约束条件后，保证焦平面发射的红外光5的反射光不再进入镜头的情况下，选择一个适当的偏振片偏转角θ和与相机镜头前端距离L的组合。

偏振片2设置的角度首先要使相机的视场全部在偏振片内，以使整个焦平面都能被调制后的偏振光照射，同时，要使焦平面发射的红外光的照射范围在偏振片内，以使反射光全部被反射，这两个条件要求设置的角度要小于一定角度；其次，要使反射光不再进入镜头，这要求设置的角度要大于一定角度。本发明提出的计算方法可以得到偏振片在一定位置时的一个角度范围，在这个范围内的角度可以使得上述条件得到满足。

实施例：

通过测量得知，所使用的红外偏振相机焦平面的长H＝11mm和宽W＝8.7mm，镜头的直径D＝32mm，所使用的偏振片的边长l＝100mm，相机镜头的焦距f＝25mm，由步骤(2)所示公式可得视场角 此时，等效为照射范围的视场 为与偏振片与相机距离L相关的函数；偏转的偏振片的投影的最大内圆直径d＝lcosθ，为与偏转角θ相关的函数；综上得到具体的约束：

设置一个满足约束的偏振片偏转角和与相机镜头前端的距离，这里取θ＝45°，L＝27mm。

最后，在靠近相机一侧的偏振片平面的法线上放置用于吸收由发热焦平面发射并被偏振片反射的红外光的黑体1；在偏振片后方，偏振片与相机的连线上放置用于生成需要调制的红外光的黑体2，即可完成本发明提出方法的实施。

完成后的结构图和光路如图2所示，此时像素响应恢复正常如图5，在低中高温度下均表现正常的检偏特性。图5中，纵坐标为相机的响应值，横坐标为透过偏振片生成的偏振光的偏振方向，左、中、右3组曲线分别代表在低、中、高温度黑体照射下的像素响应，每组曲线中的4条曲线代表4个检偏方向的像素在4个方向的偏振光照射下的响应值变化；在采用的本发明后，0°、45°、90°、135°四个检偏方向的像素在低、中、高温度黑体照射下均表现正常的检偏特性。这个方法比较简单的将发热焦平面照射红外偏振片产生的反射光对与红外偏振相机相关的实验如定标、非均匀校正等的影响消除，提高了测量的准确性。

经由光路的可逆性，可知对于光路而言，若光从A到B的话，反过来光可以以不变的路径再从B到A，这是光的一个实验定理。一束光进入镜头照射到焦平面的光路，反向后即为发热焦平面经过镜头像外界发射红外光的光路。所以由焦平面的对角线长度和镜头的焦距计算得到的相机视场，可以认为是焦平面发射的红外光的照射范围。因而只要将位于镜头前方一定距离的偏振片偏转一定角度，在照射范围仍在偏振片内的同时，使红外光全部偏转，再使用黑体将偏转的红外光全部吸收，使其不再通过反射式偏振片反射回焦平面，即可消除这种与选定偏振方向正交的干扰光，为非制冷式红外偏振相机的标定和非均匀校正等实验提供无掺杂的偏振光。目前尚无专门针对这个问题的其他解决方案。

所以本发明提供了一种双黑体的红外偏振焦平面反射光消除方法，通过一定的计算得到本发明提出的约束，把这个约束应用在反射式偏振片2的偏转上，将发热焦平面发射的红外光5全部偏转；再使用两个黑体，第二黑体4放置在相机同侧的偏振片2法线方向上，利用第二黑体4能够将辐射到它表面上的能量全部吸收的特性，吸收偏转的反射式红外偏振片2反射的红外光5，使其不再通过任何途径返回相机1；第一黑体3放置在偏振片2后方，负责产生实验时需要的红外光5，这束红外光5经过偏振片2调制后，变成特定方向的偏振光6，进入相机被焦平面所测量，以完成目标实验。如此，即可最大限度的保证进入相机的红外光5为所需的特定方向的偏振光6，而不掺杂发热焦平面照射偏振片2反射回来的与所需方向正交的偏振光6。

以上为本发明较优的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换和变型均属于本发明的保护范围。

一种双黑体的红外偏振焦平面发射红外光消除方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。