五角棱镜角度误差对建立大尺寸平面基准的影响

用一准直光束作为基线，通过９０°折转的五角棱镜扫描，建立一个参考基准面在大尺寸测量中是一种行之有效的方法。在理想条件下，五角棱镜的折转角不受入射角的影响。由于有加工误差，光束的折转角将偏离９０°，且入射光线与扫描轴间的角运动也会影响该偏转角。本文分析了五角棱镜角度误差和扫描精度对光束折转角的影响。结果表明，五角棱镜的制造误差和工作状态将引起测量带误差，该误差是一个固定的系统误差，可以通过预先对所用的五角棱镜进行标定，在数据处理中予以修正。实验结果表明，修正后的结果具有很高的精度     

编程光学平台

本文在对三轴稳像棱镜组研究的基础上，提出了用三轴稳像棱镜组进行稳像，用另外的扫描部件作扫描的方案．并推导出相应的稳像扫描公式．当三轴稳像棱镜组和计算机结合起来以后，就可以赋予该棱镜组以＂编程光学平台＂的新概念．     

偏程光学平台

本文在对三轴稳像棱镜组研究的基础上，提出了用三轴稳像棱镜组进行稳像，用另外的扫描部件作扫描的方案。并推导出相应的稳像扫描公式。当三轴稳像棱镜组和计算机结合起来以后，就可以赋予该棱镜组以“编程光学平台”的新概念。     

基于棱镜扫描法的太阳光谱仪光谱定标

为了标定扫描式棱镜太阳光谱仪的棱镜不同转动角度对应的中心波长和光谱带宽,利用了一种棱镜扫描方法对太阳光谱仪的光谱响应函数进行测量。该方法使用固定的单色光波长,控制棱镜转动实现单色光的像在探测器位置扫描,并通过坐标映射得到响应位置的光谱响应函数。文中根据光谱响应函数的定义,推导出棱镜扫描法与单色仪波长扫描方法波长定标原理上的等效性。之后分别以532 nm固体激光器和632.8 nm氦氖激光器为光源,使用棱镜扫描法测量太阳光谱仪对应波长位置的光谱响应函数,并以单色仪波长扫描法实验作为对比。实验结果表明,对于扫描式棱镜太阳光谱仪,棱镜扫描法测量的中心波长分别为531.86和632.67 nm,其准确度优于单色仪波长扫描法测得的531.39和631.97 nm。由于不受单色仪性能的限制,前者测量的光谱带宽值也优于后者。最后以汞灯为光源使用棱镜扫描法对太阳光谱仪进行了光谱定标实验,实现了特征光谱定标法结合棱镜扫描法对中心波长及光谱带宽的标定。该方法同样可以应用于扫描式光栅光谱仪以及单色仪的光谱定标。     

基于电光调制沃拉斯顿棱镜组提高光谱分辨率的研究

为了在基本不改变光学干涉器件尺寸的条件下提高静态光谱分析设备的光谱分辨率,在分析了各种提高静态干涉系统光程扫描范围方法的基础上,设计了基于电光调制沃拉斯顿棱镜组的光学干涉系统。系统采用沃拉斯顿棱镜组的光学结构,计算了其相应的光程差函数,同时,又利用电光调制技术对晶体折射率进行调制,并推导了一个调制周期内的光程差变化范围,最后给出了系统的综合光程差函数及光谱分辨率。实验采用三块尺寸、结构角都一致的沃拉斯顿棱镜构成沃拉斯顿棱镜组,通过SGT-3型声光调制器调制信号。结果显示,经消冗余处理后干涉条纹图像可有效融合,调制后的干涉图像虽略有畸变,但经线性校正后满足光谱分布函数还原的要求。相比同尺寸的静态干涉系统而言,光谱分辨率提高了近一个数量级。     

旋转双棱镜引起的成像畸变及其校正

针对旋转双棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向光线追迹对其实施校正。为估算畸变的特点和程度,根据视轴指向及视场尺寸确定棱镜转角和入射光方向,基于矢量形式的折射定律对视场跨度内的光线通过两棱镜实行追迹。以锗棱镜的红外成像及玻璃棱镜的可见光成像为例模拟成像变形。结果表明,图像沿着偏离系统轴的方向被压缩。偏转角越大,图像变形越突出。为校正成像畸变,从像点通过棱镜实行逆向光线追迹。针对可见光成像搭建旋转双棱镜扫描成像系统并分析其成像畸变,结果表明成像畸变的模拟预测与实验观测结果相符。无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都能有效地校正成像畸变,改善成像质量。该畸变分析及其校正方法对旋转双棱镜成像应用具有一定的参考价值。     

△(Delta)棱镜

在潜伏镜、跟踪瞄准望远镜等目视仪器中,通常采用反射镜(或棱镜)来实现空间目标扫描。近年来这种方法也开始用在摄形仪器中。它的优点是当仪器扫描时,摄形机和操作手可以保持静止不动,运动部分只是一、二块反射镜或棱镜。因此运动组元的尺寸小重量轻,容易实现高速扫描。对是带来一个问题就是当扫描反射镜绕机械轴旋转时,在象平面上影像绕系统的光轴旋转。     

五角棱镜在建立大尺寸平面基准中的应用

从五角棱镜的原理和特性出发，叙述了利用五角棱镜扫描建立大平面基准过程中，由于加工角差和当五角棱镜相对入射光束有相对运动时其出射光束的横移对平面基准的影响，提出了用衍射成像技术消除光束横移，数据计算修正棱镜的角度差的影响。     

五角棱镜的光束转向误差对波前测量的影响

从分析五角棱镜的角度制造误差产生的光学平行差入手，推导出确定入射光线和棱镜调整的表达式；利用棱镜转动定理建立了五角棱镜的光输出平面波前与其角度制造误差和导轨引起的运动误差之间的关系；并用计算机模拟试验分析了五角棱镜的角度制造误差和导轨引起的运动误差产生的扫描光束转向的波前误差。指出此研究结果有利于五角棱镜的加工和棱镜调整，还有利于大口径望远系统波前检测过程中扫描光束转向的波前误差的修正。     

基于Risley棱镜的螺线扫描优化方法

Risley棱镜通过共轴独立旋转的方式对扫描视场范围内的光束实现任意指向,因结构紧凑、指向精度高、功耗低、响应迅速等特点而广泛应用于激光雷达、红外对抗、光学侦察等领域。螺线扫描方式可以满足视场可控、覆盖率可控、周期可控、速度稳定等指标要求。但由于扫描轨迹设置以及受电机最大速度、加速度等因素的限制,在最大张角和最小张角附近,棱镜的速度依然存在一定的突变,造成过大的伺服控制误差。针对此问题,采用滤波与插值结合的方法优化扫描轨迹。实验表明：优化后棱镜的旋转速度趋于平滑,最大伺服控制误差从约1 200″,减小至约300″,减小至原来的1/4。该方法降低了因棱镜速度突变而造成的随动伺服控制误差,优化了棱镜的旋转过程,降低了棱镜因速度突变而产生的抖动,有利于提升系统的扫描精度。     

差分五棱镜扫描法在波前检测中的应用

为了实现高精度大口径平行光管波前检测,评价平行光管出射波前质量,提出了采用差分五棱镜扫描波前检测方法检测平行光管.该方法为五棱镜扫描法的优化方法,通过测量波前斜率的改变得到波前曲率的信息来重构波前,从而消除由于五棱镜扫描法波前检测中质心标定不准确而引入的倾斜和离焦的误差量.通过搭建差分五棱镜扫描法波前检测系统验证了此方法的可行性,并给出差分五棱镜扫描法误差分析说明此方法可靠性.误差分析表明,该方法检测精度可以达到10.54 nm;实验结果表明,该方法相比于五棱镜扫描法分别在波面峰谷值(PV)和均方根值(RMS)的重复性精度上提高了74.41%和125.81%.该方法基本满足平行光管波前检测精度高、稳定性好的要求,可以客观准确地评价平行光管出射波前质量.     

采用五棱镜扫描法检测大口径平面镜的面形

为了提高大口径平面镜面形检测的精度和效率,提出了一种新的五棱镜扫描法。该方法采用径向扫描的方式,使用一个扫描的五棱镜和一台自准直仪来测量表面倾斜角的差值,然后将被测平面镜的面形表示为Zernike多项式的线性组合,再利用表面倾斜角的差值建立方程组,最后采用最小二乘法计算得到被测平面镜的面形。在检测过程中,该方法还可以对五棱镜在扫描过程中的倾斜变化量进行自动监视和调整,减小了检测误差。误差分析表明,该方法的面形检测精度为7. 6 nm rms(均方根误差)。采用该方法对一块1. 5 m口径的平面镜进行了面形检测,并与Ritchey-Common法的检测结果进行了对比,两种方法面形结果的差异为7. 1 nm rms,小于五棱镜扫描法的面形检测精度。证明了利用该五棱镜扫描法检测大口径平面镜面形的正确性。     

旋转棱镜的成盘加工方法

本文提出了以棱定位成盘加工旋转棱镜和旋转棱镜对称尺寸的简单计量方法。     

三轴稳像棱镜组的三种运动方式

三轴稳像棱镜组是具有三自由度全视场稳定作用,同时还可起扫描、正像作用的多功能棱镜组。本文对该棱镜组的三种运动方式进行了讨论,并运用反射棱镜的基本稳像原理,推导出了三种运动方式的稳像公式和稳像工作公式。     

别汉消旋转棱镜的应用与制造

在某些对物空间进行扫描的光学系统中,如果扫描平面与光学系统的纵轴相垂直,并且目镜是固定的,那么将带来象旋转这一麻烦。为了解决这一问题,可以在系统中引入一个消旋转棱镜,并把它与扫描机构连在一起,用这种方法可消除像的旋转。别汉棱镜就是这样一种棱镜。     

星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理

基于矢量折射定理,研究了透射光束通过双棱镜实现微弧度量级偏转的设计原理,解决了星间激光通信精跟瞄检测的难题。推导了正交双棱镜实现光束偏转的精确公式,提出以水平张角和垂直张角表达光束视场,并说明了单棱镜实现光束偏转的一般情况。根据设计指标和计算结果确定了棱镜的主要参量,进而对光束的偏转结果进行了数值模拟。最后的实验结果与模拟结果基本一致。结果表明:取棱镜棱角α为4°时,棱镜每旋转1′,透射光束变化约1μrad;分别控制双棱镜在其最小偏向角一侧小角度偏转,可以实现光束在水平方向和垂直方向500μrad范围内的精确扫描,装置的扫描精度可以达到0.2μrad。     

大出瞳自由曲面头盔显示器光学系统的设计

头盔显示器系统由于自身对尺寸和重量有严格要求,采用自由曲面器件可以起到减少透镜片数,从而缩小系统尺寸、减轻重量等作用.针对目前单片式自由曲面棱镜解决方案存在的出瞳直径小,棱镜自由曲面光学面加工定位困难等问题,介绍了一种大出瞳自由曲面头盔显示器光学系统的设计方法,并给出了设计结果.设计方案采用了自由曲面棱镜和薄透镜的双片...     

球棱镜及其应用

现代科技的迅速发展促进了非共轴光学系统的发展和日益广泛的应用。球棱镜是非共轴光学系统常采用的光学元件之一。合理采用球棱镜元件可以设计出一系列具有不同用途的光学系统。它们具有尺寸小、重量轻、结构紧凑等特点，并且具有共轴光学系统难以达到的一些光学性能，因而也拓宽了光学系统的应用范围。本文从非共轴光学系统出发，对球棱镜的种类和性能特点进行了阐述，并介绍了其在非共轴光学系统中的几种应用。     

Risley棱镜在光学侦察中的应用

近年来Risley棱镜在军事侦察领域得到越来越多的应用。介绍Risley棱镜的基本组成,从数学模型上论证了Risley棱镜两种工作原理及其应用技术,分析了工程实现的难点,描述了国内外的工程应用情况,国防科技大学研制的物理样机可实现10光束偏转,实验结果表明已初步实现了扫描成像和光束扫描功能。     

CR扫描仪激光扫描光学系统设计及理论分析

设计了一种适合于计算机X射线扫描仪的新型激光扫描光学系统,采用五角棱镜和聚焦物镜组成扫描臂以取代传统的f-θ镜头,利用影像板的柔性成圆弧形进片。扫描臂又用做接收器件来收集激发出的荧光,使得系统性能提高,同时结构简单。用Zemax光学软件对扫描物镜的光学性能进行了分析。对机械结构进行了有限元仿真,确定了扫描臂转速。研究了当入射光与五角棱镜入射面不垂直及五角棱镜存在安置误差时,对系统分辨率的影响。结果显示设计的激光扫描光学系统具有一定的容差性。实验验证了所设计制造的扫描仪的性能,扫描图像具有良好的视觉效果,能够满足工业检测要求。