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1、10申请公布号CN104216135A43申请公布日20141217CN104216135A21申请号201410453014922申请日20140905G02B27/28200601G02B5/3020060171申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号72发明人赵永强李杰74专利代理机构陕西增瑞律师事务所61219代理人杜小可54发明名称一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用57摘要本发明公开了提供一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用，该微偏振片阵列包括多个2X2大小的微偏振片单元，每一个微偏振片单元包括设置在同一平面且紧密结合的0偏振片、4。
2、5偏振片、偏振片和圆偏偏振片，每一个微偏振片单元从左上角顺时针开始依次为0偏振片、45偏振片、圆偏偏振片和90偏振片。该微偏振片阵列易于加工，具有良好的偏振透光性能，且集成度高。51INTCL权利要求书1页说明书4页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页附图4页10申请公布号CN104216135ACN104216135A1/1页21一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，其特征在于，包括多个2X2大小的微偏振片单元A，每一个所述微偏振片单元A包括设置在同一平面且紧密结合的0偏振片1、45偏振片2、90偏振片3和圆偏偏振片4，每一个所述微偏振片单元A从左上角。
3、顺时针开始依次为0偏振片1、45偏振片2、圆偏偏振片4和90偏振片3。2根据权利要求1所述的一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，其特征在于，所述0偏振片1、45偏振片2和90偏振片3为亚波长光栅结构偏振片，均包括透明基底5和光栅6，所述光栅6设置于基底5上，所述光栅6包括相间排列的凸起和凹槽，所述凸起的表层涂覆有金属层。3根据权利要求2所述的一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，其特征在于，所述光栅6的厚度D为160NM，所述光栅6中凸起的宽度A为100NM，所述光栅6中相邻的凸起之间的距离B为100NM。4根据权利要求1、2或3所述的一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，其特征在于，所述圆偏偏振片4包。
4、括叠加在一起的波片层7和偏振片层8，所述波片层7为圆偏偏振片4的顶层；所述波片层7的对角线方向为快轴B1，所述快轴B与波片层的横向中轴线A1的夹角的度数为45。5一种如权利要求1至4所述的任一一种获取全偏振参数的微偏振片阵列的制备方法，其特征在于，该方法如下1在氟化钙基底上蒸镀一层厚度为160NM的金属铝层，氟化钙基底的面积等于微偏振片阵列的面积；2在步骤1中所述的铝层上均匀涂布一层厚度为528NM的光刻胶；3通过电子束曝光步骤2中的涂布的光刻胶上直写出栅条结构；4将步骤3中所得的中间产品显影后利用反应离子束刻蚀，将不同方向的栅条结构转移至铝层上；5在去胶机中用氧等离子体去除掉步骤4中所得的中。
5、间产品上的多余的光刻胶，即得A；6取步骤5中所得的A，将用亚波长光栅制备的波片层放置在偏振片层8上，即得微偏振片阵列。6一种如权利要求1至4任一所述的一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，其特征在于，将其应用于分焦平面偏振成像，具体过程为首先将所述微偏振片阵列放置在相机传感器前，并保证微偏振阵列与相机像元空间上对准场景中目标发出光线穿过相机透镜经过探测器前的全偏微偏振片阵列，全偏微偏振片阵列的一个单元对应传感器上的2X2大小的像元单元，在传感器上同时获得场景的偏振图像；然后在传感器获得的图像中，提取不同位置相同偏振角度的像素点组成一幅低分辨率图像。权利要求书CN104216135A1/4页3一种获。
6、取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用技术领域0001本发明属于光学器件及应用技术领域，具体涉及一种获取全偏振参数的微偏振片阵列、制备方法及其应用。背景技术0002为了获取目标偏振信息量，已发展了多种偏振成像技术，目前最普遍应用的是基于机械转轮式的偏振成像装置。它通过旋转偏振片和波片时序采集多个偏振角度下的图像。该种方式实现简单直接，但时序型的工作方式使其无法获得运动目标的偏振图像，因此无法在运动载体上实现目标检测。0003偏振成像技术不断发展，最为先进的偏振成像装置为分焦平面成像设备。它直接在探测器的像元阵列前放置微型偏振片阵列，4个角度的微偏振片为一个单元，具有实时偏振探测的能力，系。
7、统微型化的特点明显。美国的4DTECHNOLOGY公司制造出了微偏振片阵列，该微偏振片阵列由4X4像素的单元在空间上重复排列而成。集成该微偏振片阵列的相机，具有实时成像、宽光谱响应范围、大视场角、高消光比、低像素间串扰的特点。但是，由于该微偏振片阵列仅由四个线性偏振角度的偏振片组成，无法获得场景的圆偏参数。0004专利申请号为“2012105855596”、名称为“一种实现全偏振成像的微偏振调制阵列”的专利中提出的微偏振调制阵列，可以获得场景的线偏和圆偏参数，但是由于由微相位延迟器阵列和偏振片组成，其中微相位延迟器阵列由第一晶体光栅和第二晶体光栅组成。该三层结构的阵列结构较复杂，入射光经过第一。
8、晶体光栅、第二晶体光栅和偏振片的滤光后，光强的衰减降低了成像质量。发明内容0005本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种易于加工，具有良好的偏振透光性能，且集成度高的获取全偏参数的微偏振片阵列。0006为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为，一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，包括多个2X2大小的微偏振片单元，每一个微偏振片单元包括设置在同一平面且紧密结合的0偏振片、45偏振片、偏振片和圆偏偏振片，每一个微偏振片单元从左上角顺时针开始依次为0偏振片、45偏振片、圆偏偏振片和90偏振片。0007进一步地，该0偏振片、45偏振片和90偏振片为亚波长光栅结构偏振片，包括透明基。
9、底和光栅，光栅设置于基底上，光栅包括相间排列的凸起和凹槽，所述凸起的表层涂覆有金属层。0008进一步地，该光栅的厚度D为160NM，光栅中凸起的宽度A为100NM，光栅中相邻的凸起之间的距离B为100NM。0009进一步地，该圆偏偏振片包括叠加在一起的波片层和偏振片层，波片层为圆偏偏振片的顶层；波片层的对角线方向为快轴，快轴与波片层的横向中轴线的夹角的度数为45。说明书CN104216135A2/4页40010本发明还提供了一种获取全偏振参数的微偏振片阵列的制备方法，其特征在于，该方法如下00111在氟化钙基底上蒸镀一层厚度为160NM的金属铝层，氟化钙基底的面积等于微偏振片阵列的面积；001。
10、22在步骤1中的铝层上均匀涂布一层厚度为528NM的光刻胶；00133通过电子束曝光步骤2中的涂布的光刻胶上直写出栅条结构；00144将步骤3中所得的中间产品显影后利用反应离子束刻蚀，将不同方向的栅条结构转移至铝层上；00155在去胶机中用氧等离子体去除掉步骤4中所得的中间产品上的多余的光刻胶，即得A；00166取步骤5中所得的A，将用亚波长光栅制备的波片层放置在偏振片层上，即得微偏振片阵列。0017本发明还提供了一种获取全偏振参数的微偏振片阵列在分焦平面偏振成像的应用，具体过程为0018首先将所述微偏振片阵列放置在相机传感器前，并保证微偏振阵列与相机像元空间上对准场景中目标发出光线穿过相机透。
11、镜经过探测器前的全偏微偏振片阵列，全偏微偏振片阵列的一个单元对应传感器上的2X2大小的像元单元，在传感器上同时获得场景的偏振图像；然后在传感器获得的图像中，提取不同位置相同偏振角度的像素点组成一幅低分辨率图像；最后根据计算STOKES矢量的方法，经过计算得出场景的线偏振度，偏振角及圆偏振度。0019本发明一种获取全偏振参数的微偏振片阵列具有以下的优点00201该全偏微偏振片阵列使用亚波长金属光栅制作，易于加工，消光比大，集成度高。00212将该全偏微偏振片阵列放置在相机传感器前，这种分焦平面成像方式集成度高，能够获取运动物体的线性偏振参数和圆偏参数，推广了偏振成像探测技术的应用范围。00223。
12、该种排列方式的全偏微偏振片阵列通过集成线性偏振片和圆偏振片，不仅具有线性偏振探测能力，而且具有圆偏探测能力。圆偏探测能够有效穿透烟、云、雾等介质，为复杂介质中的目标检测提供了可能。00234本发明中通过设计特定的金属光栅参数，该全偏微偏振片阵列能够在400NM780NM整个可见光范围内均具有良好的偏振透光性能，线偏和圆偏探测能力出色。00245该全偏微偏振片阵列中，每个单元中排列的0度、45度、90度及圆偏微偏振片，利用这几种参数计算偏振参数的方法简单，实时性高。附图说明0025图1是本发明中微偏振片阵列的排列方式图；0026图2是本发明中微偏振片单元中微偏振片的结构示意图；0027图3是本发。
13、明中圆偏偏振片的结构示意图；0028图4是本发明中4X4微偏振片阵列；0029图5是本发明中线性偏振片的加工流程图；说明书CN104216135A3/4页50030图6是本发明实施例中在氟化钙基底上蒸镀一层厚度为160NM的金属铝层的中间产品图；0031图7是本发明实施例中在铝层上均匀涂布一层厚度为528NM的光刻胶的中间产品图；0032图8是本发明实施例中通过电子束曝光在光刻胶上直写出栅条结构的中间产品图；0033图9是本发明实施例中显影后利用反应离子束刻蚀，将不同方向的栅条结构转移至铝层上的中间产品图；0034图10是本发明实施例中权利要求5中的步骤5中所得的产品的结构示意图；0035图1。
14、1是本发明实施例中在去胶机中用氧等离子体去除掉多余的光刻胶，所得A的结构示意图；0036图12是本发明中微偏偏振片阵列与传感器像素的空间关系图；0037图13是本发明中分焦平面成像方式偏振参数实时显示流程图；0038图14是本发明中微偏振片阵列传感器上的成像图；0039图15是本发明中传感器获得图像经过抽取后得到的图像I0,I45,I90,ICIR。具体实施方式0040实施例0041如图1、2和3所示，本发明一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，包括多个2X2大小的微偏振片单元A，每一个微偏振片单元A包括设置在同一平面的0偏振片1、45偏振片2、90偏振片3和圆偏偏振片4，0偏振片1与45偏振片2。
15、相邻且位于同一行，90偏振片3和圆偏偏振片4相邻且位于同一行，0偏振片1与90偏振片3相邻且位于同一列，45偏振片2与圆偏偏振片4相邻且位于同一列。0偏振片1、45偏振片2和90偏振片3为亚波长光栅结构偏振片，包括透明基底5和光栅6，光栅6设置于基底5上，光栅6包括相间排列的凸起和凹槽，所述凸起的表层涂覆有金属层。光栅6的厚度D为160NM，光栅6中凸起的宽度A为100NM，光栅6中相邻的凸起之间的距离B为100NM。圆偏偏振片4包括叠加在一起的波片层7和偏振片层8，波片层7为圆偏偏振片4的顶层；波片层7的对角线方向为快轴B1，所快轴B与波片层的横向中轴线A1的夹角的度数为45。0042如图5。
16、所示，为一种获取全偏振参数的微偏振片阵列的制备方法的流程，其特征在于，该方法如下00431在氟化钙基底上蒸镀一层厚度为160NM的金属铝层，氟化钙基底的面积等于微偏振片阵列的面积；如图6所示，为得到的中间产品；00442在步骤1中所述的铝层上均匀涂布一层厚度为528NM的光刻胶光刻胶型号ZEP520、甩胶速率5500R/M、曝光剂量240UC，胶层厚度正比于光刻胶与金属铝的刻蚀速率比值；如图7所示，为得到的中间产品；00453通过电子束曝光电子束直写设备型号JEOL6300在步骤2中所述的光刻胶上直写出栅条结构，控制电子束曝光的方向，直写出不同方向的金属栅条；如图8所示，未得到的中间产品；00。
17、464显影后利用反应离子束刻蚀刻蚀气体采用与的混合气体、气压2PA、刻蚀时说明书CN104216135A4/4页6间50S，将步骤3中所述的金属栅条结构转移至铝层上；如图9所示，为得到的中间产品；00475将步骤4中所得的中间产品在去胶机中用氧等离子体去除掉多余的光刻胶，即得A；如图10所示，为得到的中间产品；00486取步骤5中所得的A，将用亚波长光栅制备的波片层放置在偏振片层8上，即得微偏振片阵列，微偏振片金属光栅周期T为200NM，占空比为05。如图11所示，为得到的最终产品。0049本发明中采用亚波长光栅制备的波片层的过程为取光栅周期0188UM，占空比080，光栅深度088UM，介质。
18、折射率为1，基底材料的中心波长折射率195，考虑介质色散。实验表明，在波长变化范围为038UM078UM实现相位延迟精度2度以内，光透过率也都在94以上，两偏振光透射率最大差值小于5。提高了入射光的利用效率。最终将制作好的1/4波片放置到微偏振单元中的圆偏偏振片上，且波片的快轴与参考方向成45度夹角。0050本发明一种获取全偏振参数的微偏振片阵列，将其应用于分焦平面偏振成像，通过把圆偏微偏振阵列放置在相机传感器前，并保证微偏振阵列与相机像元空间上对准，如图12所示，通过相机内置的DSP对图像进行处理并计算偏振参数，并在相机上以图像方式实时显示。具体过程如图13所示0051场景中目标发出光线穿过。
19、相机透镜经过探测器前的圆偏微偏振片阵列，圆偏微偏振片阵列的一个单元对应传感器上的2X2大小的像元单元，在传感器上同时获得场景的偏振图像如图14。传感器获得图像分辨率为640X480。以图4中4X4大小的偏振阵列为例。其次，在传感器获得的图像中，提取不同位置相同偏振角度的像素点组成一幅低分辨率图像如图15所示。，像素大小为160X120。提取过程如图15。最后，经过计算得出场景的线偏振度，偏振角，及圆偏振度。0052本实施例中采用的是一种适用于远红外波段812UM的微偏振片阵列传感器。阵列大小为640X480，每个微偏偏振片的尺寸为25UMX25UM，微偏偏振片阵列尺寸为16MMX12MM。把该微偏振片阵列放置在远红外成像传感器前。该远红外传感器分辨率为640X480，像元大小为25UMX25UM。可以看出，微偏振片阵列与传感器在尺寸及大小上完全匹配。说明书CN104216135A1/4页7图1图2说明书附图CN104216135A2/4页8图3图4图5图6图7图8图9说明书附图CN104216135A3/4页9图10图11图12图13图14说明书附图CN104216135A4/4页10图15说明书附图CN104216135A10。