[实用新型]双棱镜光位移放大器

说明书

技术领域

本实用新型属于光学领域，涉及一种光学位移放大器，尤其涉及一种应用于水下舰船气泡尾流探测中的双棱镜光位移放大器。 

背景技术

气泡尾流是舰船航行时由于边界层转、螺旋桨搅动形成的含有大量气泡的湍流场，其中的微气泡能够在水中存活很长时间，微气泡的大小、体密度、运动速度等特性反映了舰船的大小、航速等重要信息，因此气泡尾流的探测具有重要的研究意义。然而，目前国内相关的研究大多只停留在相关理论的研究、实验室验证阶段。水下尾流的光学探测可谓是困难重重：探测光在水下衰减严重，传播距离短；水中散射光较强，淹没了待探测气泡的信号光，图像对比度极差。中国科学院西安光学精密机械研究所于2010年研制了国内首套用于尾流探测的正式产品，能够对尾流的气泡体密度、气泡大小、运动速度等参数进行测量。 

该设备的原理是：通过对一定体积海水进行前后方向高速切片扫描的方式，获得该体积内气泡的立体图像，根据扫描图像可以计算气泡总数量、体密度、气泡大小；通过高速反复切片扫描，对比两次扫描图像的气泡位置变化，可以计算气泡速度。为了提高扫描图像对比度，关键是通过合理的照明方式减少目标区域以外的干扰光。方案中在扫描立体空间的左侧面（或右侧面），采用厚度很薄的片光源照明目标气泡，这样只有目标所在的面是亮的，目标前后全都是暗的，排除了散射干扰，有利于获得高对比度的尾流气泡。当扫描镜头前后运动进行切片扫描时，将片光源随之一起运动，期望它能配合成像镜头在高速运动切片扫描过程中跟随切片同步移动照明。 

然而由于液体和气体两种介质光学参数不同，该设备在工作时其照明方式有其独特需求：设备机箱与海水用防水玻璃隔离，在高速切片扫描时，若扫描镜头在机箱空气内前后移动一段距离△S，由于水的折射原因，水中的切片移动 了1.33△S（如图1所示），片光源也需要随着切片移动1.33△S，才能实现跟随照明。即是说，片光源的运动速度应为镜头运动速度的1.33倍才能保证最佳照明。最易想到的两种变速途径是：①借助镜头运动机构，采用机械变速箱提升光源的运动速度；②采用两套运动机构，分别控制光源和镜头，通过时间控制使二者同步运动。这两种方法在高速往复切片扫描过程中实现的难度都较大，且前者变速箱有回程间隙、噪音大等问题，后者在往复运动中由于二者的负载不同，在加减速的往复过程中很难保证二者严格同步。 

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种可消除同步误差、可简化运动机构以及可靠性高的双棱镜光位移放大器。 

本实用新型的技术解决方案是：本实用新型提供了一种双棱镜光位移放大器，其特殊之处在于：所述双棱镜光位移放大器包括五角棱镜以及位移放大棱镜；入射至五角棱镜的入射光经过五角棱镜后射出并形成第一出射光；所述位移放大棱镜设置在第一出射光的出射光路上；所述第一出射光经位移放大棱镜后射出形成第二出射光。 

上述位移放大棱镜的截面呈梯形；所述截面呈梯形的位移放大棱镜包括梯形顶面、梯形底面以及分别构成梯形两腰的第一折射面和第二折射面；所述梯形顶面与梯形底面相互平行；所述梯形底面是内反射面；所述第一折射面设置在第一出射光的入射光路上；所述第二折射面设置在第二出射光的出射光路上。 

上述第二出射光与第二折射面是垂直的。 

上述位移放大棱镜上设置有便于安装固定的以梯形顶面的一条棱为回转中心所形成的圆柱面。 

上述五角棱镜包括入射面、第一反射面、第二反射面以及出射面；所述入射光依次经过入射面、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。 

上述第一出射光与入射光的夹角呈90度。 

上述位移放大棱镜是采用K9光学玻璃材料制作的位移放大棱镜。 

本实用新型的优点是： 

本实用新型提供了一种由双棱镜组成的双棱镜光位移放大器，照明激光器只需和扫描镜头固定在一起同步往复运动，光束在五角棱镜内反射两次，光的方向偏转了90°，当入射光沿自身前进方向左右移动时，五角棱镜出射光也同向、等量移动。本实用新型可实现水中照明光严格以1.33倍镜头速度进行同步扫描，消除了同步误差，简化了运动机构，可靠性提高，减小了运动噪声。 

附图说明

图1是海水对成像光线的折射示意图； 

图2是本实用新型所提供的双棱镜光位移放大器的工作示意图； 

图3是本实用新型所采用的放大棱镜的结构示意图； 

其中：