[發(fā)明專利]雙棱鏡光位移放大器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310238012.3
• 申請日: 2013-06-14
• 公開（公告）號(hào): CN103336364A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆亞東;何俊華;達(dá)爭尚;白秋菊;董曉娜;陳良益
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G02B26/12
• 分類號(hào): G02B26/12;G02B5/04
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 姚敏杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)領(lǐng)域，涉及一種光學(xué)位移放大器，尤其涉及一種應(yīng)用于水下艦船氣泡尾流探測中的雙棱鏡光位移放大器。

背景技術(shù)

氣泡尾流是艦船航行時(shí)由于邊界層轉(zhuǎn)、螺旋槳攪動(dòng)形成的含有大量氣泡的湍流場，其中的微氣泡能夠在水中存活很長時(shí)間，微氣泡的大小、體密度、運(yùn)動(dòng)速度等特性反映了艦船的大小、航速等重要信息，因此氣泡尾流的探測具有重要的研究意義。然而，目前國內(nèi)相關(guān)的研究大多只停留在相關(guān)理論的研究、實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段。水下尾流的光學(xué)探測可謂是困難重重：探測光在水下衰減嚴(yán)重，傳播距離短；水中散射光較強(qiáng)，淹沒了待探測氣泡的信號(hào)光，圖像對比度極差。中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所于2010年研制了國內(nèi)首套用于尾流探測的正式產(chǎn)品，能夠?qū)ξ擦鞯臍馀蒹w密度、氣泡大小、運(yùn)動(dòng)速度等參數(shù)進(jìn)行測量。

該設(shè)備的原理是：通過對一定體積海水進(jìn)行前后方向高速切片掃描的方式，獲得該體積內(nèi)氣泡的立體圖像，根據(jù)掃描圖像可以計(jì)算氣泡總數(shù)量、體密度、氣泡大小；通過高速反復(fù)切片掃描，對比兩次掃描圖像的氣泡位置變化，可以計(jì)算氣泡速度。為了提高掃描圖像對比度，關(guān)鍵是通過合理的照明方式減少目標(biāo)區(qū)域以外的干擾光。方案中在掃描立體空間的左側(cè)面（或右側(cè)面），采用厚度很薄的片光源照明目標(biāo)氣泡，這樣只有目標(biāo)所在的面是亮的，目標(biāo)前后全都是暗的，排除了散射干擾，有利于獲得高對比度的尾流氣泡。當(dāng)掃描鏡頭前后運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切片掃描時(shí)，將片光源隨之一起運(yùn)動(dòng)，期望它能配合成像鏡頭在高速運(yùn)動(dòng)切片掃描過程中跟隨切片同步移動(dòng)照明。

然而由于液體和氣體兩種介質(zhì)光學(xué)參數(shù)不同，該設(shè)備在工作時(shí)其照明方式有其獨(dú)特需求：設(shè)備機(jī)箱與海水用防水玻璃隔離，在高速切片掃描時(shí)，若掃描鏡頭在機(jī)箱空氣內(nèi)前后移動(dòng)一段距離△S，由于水的折射原因，水中的切片移動(dòng)了1.33△S（如圖1所示），片光源也需要隨著切片移動(dòng)1.33△S，才能實(shí)現(xiàn)跟隨照明。即是說，片光源的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)為鏡頭運(yùn)動(dòng)速度的1.33倍才能保證最佳照明。最易想到的兩種變速途徑是：①借助鏡頭運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用機(jī)械變速箱提升光源的運(yùn)動(dòng)速度；②采用兩套運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別控制光源和鏡頭，通過時(shí)間控制使二者同步運(yùn)動(dòng)。這兩種方法在高速往復(fù)切片掃描過程中實(shí)現(xiàn)的難度都較大，且前者變速箱有回程間隙、噪音大等問題，后者在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中由于二者的負(fù)載不同，在加減速的往復(fù)過程中很難保證二者嚴(yán)格同步。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種可消除同步誤差、可簡化運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)以及可靠性高的雙棱鏡光位移放大器。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：本發(fā)明提供了一種雙棱鏡光位移放大器，其特殊之處在于：所述雙棱鏡光位移放大器包括五角棱鏡以及位移放大棱鏡；入射至五角棱鏡的入射光經(jīng)過五角棱鏡后射出并形成第一出射光；所述位移放大鏡設(shè)置在第一出射光的出射光路上；所述第一出射光經(jīng)位移放大棱鏡后射出形成第二出射光。

上述位移放大棱鏡的截面呈梯形；所述截面呈梯形的位移放大棱鏡包括梯形頂面、梯形底面以及分別構(gòu)成梯形兩腰的第一折射面和第二折射面；所述梯形頂面與梯形底面相互平行；所述梯形底面是內(nèi)反射面；所述第一折射面設(shè)置在第一出射光的入射光路上；所述第二折射面設(shè)置在第二出射光的出射光路上。

上述第二出射光與第二折射面是垂直的。

上述位移放大棱鏡上設(shè)置有便于安裝固定的以梯形頂面的一條棱為回轉(zhuǎn)中心所形成的圓柱面。

上述五角棱鏡包括入射面、第一反射面、第二反射面以及出射面；所述入射光依次經(jīng)過入射面、第一反射面、第二反射面以及出射面后射出并形成第一出射光。

上述第一出射光與入射光的夾角呈90度。

上述位移放大棱鏡是采用K9光學(xué)玻璃材料制作的位移放大棱鏡。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

本發(fā)明提供了一種由雙棱鏡組成的雙棱鏡光位移放大器，照明激光器只需和掃描鏡頭固定在一起同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，光束在五角棱鏡內(nèi)反射兩次，光的方向偏轉(zhuǎn)了90°，當(dāng)入射光沿自身前進(jìn)方向左右移動(dòng)時(shí)，五角棱鏡出射光也同向、等量移動(dòng)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)水中照明光嚴(yán)格以1.33倍鏡頭速度進(jìn)行同步掃描，消除了同步誤差，簡化了運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可靠性提高，減小了運(yùn)動(dòng)噪聲。

附圖說明

圖1是海水對成像光線的折射示意圖；

圖2是本發(fā)明所提供的雙棱鏡光位移放大器的工作示意圖；

圖3是本發(fā)明所采用的放大棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中：

1-五角棱鏡；2-位移放大棱鏡；21-第一折射面；22-第二折射面；23-梯形底面。

具體實(shí)施方式