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CN109343194A - 一种利用等腰棱镜消像旋的方法 - Google Patents

一种利用等腰棱镜消像旋的方法 Download PDF

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CN109343194A
CN109343194A CN201811549249.2A CN201811549249A CN109343194A CN 109343194 A CN109343194 A CN 109343194A CN 201811549249 A CN201811549249 A CN 201811549249A CN 109343194 A CN109343194 A CN 109343194A
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CN
China
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light beam
central plane
girdle prisms
prisms
equal
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CN201811549249.2A
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English (en)
Inventor
王希
杨加强
彭晴晴
刘琳
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CETC 11 Research Institute
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CETC 11 Research Institute
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    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/18—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors
    • G02B7/1805—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for prisms

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种利用等腰棱镜消像旋的方法，包括：将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面，所述入射光束的光轴平行于等腰棱镜的底面；所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的光束旋转180°，得到旋转后的光束，旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴平行；将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上。本发明利用等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，再将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上，获得稳定无旋转的图像，实现消像旋的作用。等腰棱镜具有体积小、重量轻、能够压缩光路、加工装调工艺较简单等优点，解决了现有消像旋方法中K镜体积大加工装调难、道威棱镜尺寸长且比较重、别汉棱镜不适于平行光路等问题。

Description

一种利用等腰棱镜消像旋的方法
技术领域
本发明属于光学技术领域，特别是一种利用等腰棱镜消像旋的方法。
背景技术
光电系统能够发现目标并提供相应的环境目标信息。该种系统通常采用扫描器件绕光轴旋转的方式以获得全方位、大视场的空间信息，这种扫描方式会造成物空间的垂直线不与探测器保持恒定角度，反射像沿光轴产生旋转，即探测器上所成的图像会随反射镜的扫描而旋转。为了获得稳定无旋转的图像，必须在系统中加入消像旋装置。常用的光学消像旋装置包括K镜、道威棱镜、别汉棱镜等。K镜由三片排列成K字形的反射镜构成，加工装调难度较大，且体积通常较大。道威棱镜回转半径较小，加工装调工艺相对K镜简单，但尺寸较长，整体重量较大，对电机的负载也较大。别汉棱镜通常用于会聚光路，若用于平行光路则存在尺寸较大的问题；此外别汉棱镜由两个棱镜组合而成，加工装调误差较大。
发明内容
本发明实施例提供一种利用等腰棱镜消像旋的方法，用以解决现有消像旋方法中K镜体积大加工装调难、道威棱镜尺寸长且比较重、别汉棱镜不适于平行光路等问题。
本发明实施例提供一种利用等腰棱镜消像旋的方法，包括：
将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面，所述入射光束的光轴平行于等腰棱镜的底面；
所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的光束旋转180°，得到旋转后的光束，旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴平行；
将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上。
可选的，所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，具体包括：
等腰棱镜的第一腰面使入射光束在所述第一腰面发生折射，得到第一光束；
等腰棱镜的第二腰面使第一光束在所述第二腰面发生全反射，得到第二光束；
等腰棱镜的底面使第二光束在所述底面发生反射，得到第三光束；
等腰棱镜的第一腰面使第三光束在所述第一腰面发生全反射，得到第四光束；
等腰棱镜的第二腰面使第四光束在所述第二腰面发生折射，得到第五光束，第五光束即为所述旋转后的光束。
可选的，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，还包括：
等腰棱镜绕入射光束的光轴旋转，旋转方向与光电系统的扫描机构旋转方向相反，且转速为扫描机构转速的1/2。
可选的，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，包括：
将入射光束的口径缩小预设倍数。
可选的，所述旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴重合。
可选的，所述入射光束为平行光束。
本发明利用等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，再将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上，获得稳定无旋转的图像，实现消像旋的作用。等腰棱镜具有体积小、重量轻、能够压缩光路、加工装调工艺较简单等优点，解决了现有消像旋方法中K镜体积大加工装调难、道威棱镜尺寸长且比较重、别汉棱镜不适于平行光路等问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法的流程图；
图2为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中等腰棱镜的立体结构示意图；
图3为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中等腰棱镜的结构示意图；
图4为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中平行光束的光路图；
图5为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中不同视场角光束的光路图；
图6为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中光学传递函数MTF曲线图；
图7为本发明实施例一种利用等腰棱镜消像旋的方法中等腰棱镜的尺寸示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明第一实施例提供一种利用等腰棱镜消像旋的方法，如图1-4所示，包括以下具体步骤：
S101，将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面，所述入射光束的光轴平行于等腰棱镜的底面；
S102，所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的光束旋转180°，得到旋转后的光束，旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴平行；
所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，具体包括：
等腰棱镜的第一腰面使入射光束在所述第一腰面发生折射，得到第一光束；
等腰棱镜的第二腰面使第一光束在所述第二腰面发生全反射，得到第二光束；
等腰棱镜的底面使第二光束在所述底面发生反射，得到第三光束；
等腰棱镜的第一腰面使第三光束在所述第一腰面发生全反射，得到第四光束；
等腰棱镜的第二腰面使第四光束在所述第二腰面发生折射，得到第五光束，第五光束即为所述旋转后的光束。
等腰棱镜底角角度应保证光束在第一腰面和第二腰面满足全反射条件。以光束在第一腰面内全反射为例，光从光密介质(折射率较大的材料，例如等腰棱镜的硒化锌材料)进入光疏介质(折射率较小的材料，例如第一腰面左边的空气)中时，若入射角度＞arcsinn(n为光密介质的折射率)，则发生全反射。
S103，将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上。
本发明利用等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，再将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上，获得稳定无旋转的图像，实现消像旋的作用。等腰棱镜具有体积小、重量轻、能够压缩光路、加工装调工艺较简单等优点，解决了现有消像旋方法中K镜体积大加工装调难、道威棱镜尺寸长且比较重、别汉棱镜不适于平行光路等问题。
本发明实施例提供的一种利用等腰棱镜消像旋的方法，可以用于成像系统，起消像旋作用，特别适用于进行周视扫描的光电系统，在不改变系统光学性能和成像质量的前提下，实现消像旋的功能，使系统获得稳定无旋转的图像。具体的，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，等腰棱镜绕入射光束的光轴旋转，旋转方向与光电系统的扫描机构旋转方向相反，且转速为扫描机构转速的1/2。等腰棱镜与光电系统的扫描机构配合，最终可获得稳定无旋转的图像，实现消像旋。
本发明实施例提供的一种利用等腰棱镜消像旋的方法，提出采用等腰棱镜进行消像旋，其设计原理简单，等腰棱镜体积较小，能够进一步减小仪器尺寸，重量轻，加工装调容易，能够压缩光路长度，加工装调工艺较为简单，降低对电机的负载。棱镜材料可以采用硒化锌，可以在第一腰面和第二腰面镀增透膜，可以在底面镀内反射膜。
可选的，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，包括：
根据实际需要，将入射光束的口径缩小预设倍数。
可选的，所述旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴重合，所述入射光束为平行光束，出射光束与入射光束满足旋转180°的条件。
如图5所示，给出了本发明一种利用等腰棱镜消像旋的方法的一个实施例。沿光轴前进方向，依次包括前端望远系统、等腰棱镜和成像光学系统。其中，前端望远系统、等腰棱镜和成像光学系统的光轴重合，构成本光学系统的光轴。前端望远系统为放大倍率3倍的望远镜，将入射至等腰棱镜的光束口径缩小3倍，从而大大缩小等腰棱镜的零件尺寸和回转半径，进一步可缩小仪器尺寸，减小对电机的负载。消像旋等腰棱镜采用硒化锌材料，其尺寸如图7所示。
实施例的光学装置系统参数如下：
系统工作波段：7.7～10.3μm；
系统焦距：180mm；
系统F数：4；
探测器：320×256；
像元尺寸：25μm；
下表为具体实施例1的光学参数表：
本实施例的光学成像原理为：
平行光束，进入前端望远系统，通过望远系统后形成口径缩小3倍的平行光束。平行光束入射至等腰棱镜，依次经第一腰面折射、第二腰面全反射、底面反射、第一腰面全反射和第二腰面折射后，出射光束相对于入射光束旋转了180°，旋转后的光束进入后面的成像光学系统，最终均可获得稳定无旋转的图像，解决了现有消像旋方法中K镜体积大加工装调难、道威棱镜尺寸长且比较重、别汉棱镜不适于平行光路等问题。
图6为实施例的调制传递函数MTF曲线，各视场MTF均接近衍射极限，成像质量良好。
前端望远系统可以是透射式或反射式光学系统，前端望远系统和成像光学系统可根据系统情况进行设计，采用不同材料、面形或结构形式。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种利用等腰棱镜消像旋的方法，其特征在于，包括：
将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面，所述入射光束的光轴平行于等腰棱镜的底面；
所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的光束旋转180°，得到旋转后的光束，旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴平行；
将所述旋转后的光束照射到成像光学系统上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等腰棱镜将照射到第一腰面上的入射光束旋转180°，得到旋转后的光束，具体包括：
等腰棱镜的第一腰面使入射光束在所述第一腰面发生折射，得到第一光束；
等腰棱镜的第二腰面使第一光束在所述第二腰面发生全反射，得到第二光束；
等腰棱镜的底面使第二光束在所述底面发生反射，得到第三光束；
等腰棱镜的第一腰面使第三光束在所述第一腰面发生全反射，得到第四光束；
等腰棱镜的第二腰面使第四光束在所述第二腰面发生折射，得到第五光束，第五光束即为所述旋转后的光束。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，还包括：
等腰棱镜绕入射光束的光轴旋转，旋转方向与光电系统的扫描机构旋转方向相反，且转速为扫描机构转速的1/2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将入射光束照射到等腰棱镜的第一腰面之前，包括：
将入射光束的口径缩小预设倍数。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋转后的光束的光轴与入射光束的光轴重合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述入射光束为平行光束。
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