别汉棱镜光轴一致性检测与装调方法

针对在平行光路中无法检测别汉棱镜光轴和机械轴之间的位移误差问题,提出了位移误差检测方案,设计了别汉棱镜光轴一致性检测系统,包括检测光路和对照光路,这两条光路总长相等,MTF均接近衍射极限,根据设计的检测系统搭建检测光路,对口径为25 mm的别汉棱镜进行装调,先后在传统平行光路和本文所设计的检测光路中检测并调整棱镜光轴和机械轴之间的角度误差和位移误差,并使其最小,最终测得别汉棱镜的出射光轴与入射光轴的光轴一致性精度为±48″,将装调好的别汉棱镜和旋转轴系装入正式系统中装调,测得光轴一致性精度为±0.8个像素,达到像素级精度。本文提出的检测方法提高了在系统中装调别汉棱镜光轴的效率和精度。

一种实时消除望远镜图像旋转的方法

利用光线追迹的方法分析了地平式天文望远镜的几面反射镜在望远镜的竖直轴、水平轴转动时所引起的图像旋转,给出了目标图像旋转与望远镜高低方位角之间的函数关系式。并利用别汉棱镜转像的特性在成像光路中加入了实时图像消旋系统。经试验验证,在不同方位角、天顶距情况下采集的目标图像其消旋残差仅为25arcsec,即使在图像边缘处目标图像的消旋残差也小于0.2像素。

基于熵的图像稳定程度描述方法

提出一种基于图像熵的成像系统稳定程度描述方法,利用表征紊乱度的图像熵评价图像的稳定程度。通过实验,记录了佩肯棱镜系统的稳像过程,用图像熵对此过程量化、描述,得出了变化曲线。曲线的波动与所观察到的图像稳定程度的变化相符,证明了提出的描述方法是合理且有效的。

用琼斯矩阵法分析别汉棱镜像面偏振态分布

基于反射定律的矢量式易于追迹复杂系统中光线的三维空间传播方向,计算了别汉棱镜每一面反射光线的方向,利用琼斯矢量法建立每一反射平面的琼斯矩阵以及面与面之间的传输矩阵,得到了一束线偏振平行光通过别汉棱镜后像面上的偏振状态分布,即经由2个屋脊面出射的光束是2个方位角不同的椭圆偏振光,这2个方位角的大小与入射线偏振光的振动方向有关。采用斯托克斯参量测量法,对别汉棱镜像面上偏振状态的分布进行了实验检测,得到了与理论分析一致的结果,指出别汉棱镜的偏振效应将会导致出射光束偏振状态的不均匀分布。

一种像旋扫描变焦红外光学系统

基于光学消像旋原理，研究了通过像旋扫描以扩大光学系统视场的途径，并建立了一个设计模型。该模型是一个三次成像的变焦结构，采用了别汉棱镜作为一维扫描器件，为保证不同温度时的成像质量，使用了主动消热差技术。系统采用了480×6的线阵长波红外（7．7～10．3μm）探测器，F数为2．6，线阵长度为12．29mm，通过像旋扫描获得了半径为探测器线阵长度的圆形总视场，并采用倾斜和偏心探测器的方法实现了冷光阑匹配，其视场为4．4°／17．6°，对应焦距为320／80mm。系统除别汉棱镜外采用了九片透镜，其中3个非球面。系统在全视场范围内具有接近衍射限的像质。

像旋扫描在红外成像系统中的应用研究

分析了采用像旋扫描原理扩大视场的途径,并建立了一个二次成像结构的设计模型。采用别汉棱镜作为像方一维扫描器件,并通过偏置致冷型中波红外探测器,实现了光学系统出瞳与冷光阑的完全匹配。此外,采用光学被动消热差以保证不同温度下的像质。该模型的相对孔径为1:3,波长为3.7～4.8μm,焦距为34mm,视场为±20°。通过采用8片透镜(2个非球面),在全视场范围内获得了接近衍射限的像质。

大画幅摄影机可旋转式取景器研究

叙述用于大画幅(70m m )特种电影摄影机可旋转式取景器光学系统。该取景器采用别汉棱镜,使取景器在360°不同位置上观察到的景物像始终是正立的。给出光学系统的正像原理、结构特点及设计结果。

别汉棱镜角度误差对光轴一致性影响的研究

在周视扫描成像系统中,需要通过特定光学元件进行消像旋。别汉棱镜是最常用的消像旋元件之一,由于棱镜的角度误差对系统光轴的影响较大,因此对别汉棱镜的角度误差要求非常严格。本文通过分析推导反射光线、折射光线以及三维坐标系旋转的矢量形式表达式,建立了别汉棱镜的角度误差模型,在此基础上分析了入射光轴经别汉棱镜折反射之后出射光轴的方向向量,并且基于Matlab实现了从别汉棱镜出射的光轴的方向向量及其相对于入射光轴偏差的计算。通过与光线追迹仿真结果和实验结果进行对比,验证了所建立模型以及分析计算过程的正确性,解释了在棱镜胶合过程中出现四个十字叉丝的问题,对棱镜的加工具有指导作用,同时提高了胶合效率和棱镜的光轴一致性精度。

会聚光路中别汉棱镜的位置误差对系统像跳影响的分析

本文针对别汉棱镜在系统的加工装调过程中,由于别汉棱镜的位置误差带来系统的光轴失调,引起像跳,直接影响系统瞄准精度问题,从理论上分析了各种误差因素对系统光轴的影响及计算公式,同时,根据实践经验给出了控制光轴失调应有的结构设计和装调工艺方法。

自然光经别汉棱镜成像的偏振态检测

本文通过测量数据得出当自然光入射到别汉棱镜的时候,其上下屋脊的出射光电场表达式相同没有偏振像差产生,即自然光不会影响别汉棱镜的成像质量。

别汉棱镜的琼斯矩阵研究

双筒望远镜和单筒观景望远镜中都需要别汉棱镜,但其不具有一般光学系统的轴对称性,采用琼斯矩阵理论对从别汉棱镜出射的两种不同偏振状态的光分别进行分析,得到光线通过别汉棱镜的琼斯矩阵表达式,为矫正偏振效应打下基础。

别汉棱镜偏振效应成因分析

双筒望远镜中的别汉棱镜在光学系统中起到改变图像方向的作用,研究别汉棱镜的成像规律及分析造成偏振效应的原因,对研究别汉棱镜偏振效应对成像光束偏振像差影响奠定基础。

别汉棱镜光轴校正量的计算

用解析法推导别汉棱镜ＦＢＪ－０°沿垂直于其特征方向移动δ时，系统光轴发生（３＋ｃｏｓβ）δ的偏移量。

一种图像稳定程度的描述方法

提出一种数学模型描述成像系统的稳定程度。通过分析证明 :当目标物体为黑白分辨率标板 (只有两种亮度且为周期性结构 )时 ,成像系统的不稳定对成像结果的影响是使图像的像素灰度值按照二项分布的规律分布 ,因此可以用统计参量来反映成像系统的运动速率 ,进而表征图像的不稳定度。为了研究在不同时刻图像稳定性的变化规律 ,引入了统计学中表征数据离散程度的参量“标准偏差”作为描述因子。通过实验 ,直观地描述了一个佩肯棱镜系统的稳像过程 ,得出了变化曲线。曲线的波动与所观察到的图像稳定度的变化相符 。

基于四元数的别汉棱镜光轴误差模型研究

为更精确地分析别汉(Pechan)棱镜的制造和安装误差对成像光路光轴的影响,使用四元数对其进行了误差模型建立。获得了将其复杂反射过程等效为绕某个法向量旋转的一次简化模型。该模型完全保证了当光轴与别汉棱镜入射面存在一定误差角度时,对出射光轴的偏转影响特性。模型的推导利用了四元数在表示旋转运动时的优势,将复杂的三角函数运算简化为代数运算,公式简洁、物理意义明确。将5次反射计算与4次旋转计算简化为1次等效反射运算,为使用别汉棱镜消像旋的光路误差模型推导提供了有效的简化数学模型。