基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置制造方法
【专利摘要】基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置属于以速度、加速度或减速度的控制为特征的控制系统；该装置主光轴上设置有第一柱透镜，平行于主光轴的副光轴上设置有激光器、针孔、准直镜和第二柱透镜；两个柱透镜弧面的母线相互垂直，第一柱透镜与第二柱透镜沿光线传播方向的后焦点位于同一平面内；针孔位于准直镜焦点；激光器发出的光束经过针孔，准直镜后平行出射，先后被第二柱透镜和第一柱透镜会聚，形成点目标像；副光轴上的激光器、针孔、准直镜和第二柱透镜一起绕主光轴匀速旋转，第二柱透镜绕副光轴匀速旋转；副光轴与第二柱透镜的转速和旋转方向均相同；本发明振动频率、振幅、相位调节范围大，控制方式简单，控制精度高。
【专利说明】 基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置
【技术领域】
[0001]基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置属于以速度、加速度或减速度的控制为特征的控制系统，尤其涉及一种使点目标像进行简谐振动的装置。
【背景技术】
[0002]如果在成像过程中图像传感器和目标之间存在相对运动，所得图像就会产生运动模糊现象。在日常生活、工业生产、航空航天领域，这种现象非常普遍。虽然运动模糊图像在某些特殊领域中可以呈现出艺术的美感，但是在交通运输、工业生产等绝大多数领域，运动模糊图像却只能给我们对图像中目标的识别以及对目标细节信息的获取带来麻烦。
[0003]造成运动模糊的众多运动类型中，简谐振动是除匀速运动外，最常见的运动类型，只要当摄像机安置在具有振动特性的平台上时，就将得到简谐振动模糊图像。简谐振动模糊现象在车载成像、机载成像以及航空摄影甚至光学制导领域常有发生，为了避免这种现象造成图像细节信息的丢失，需要对模糊图像进行复原。最简单、最快速的运动模糊图像复原算法就是根据退化模型，利用逆滤波或维纳滤波直接复原。然而，不同于匀速运动退化模型的唯一性，不同频率、不同振幅以及不同相位的简谐振动退化模型具有不同的函数形式。
[0004]0.Hadar 等人于 1991 年在 SPIE 第 1482 卷上发表文章《Numerical Calculat1nof Image Mot1n and Vibrat1n Modulat1n Transfer Funct1n〉〉，同年，在 SPIE第 1533卷上发表文章《Numerical Calculat1n of Image Mot1n and Vibrat1n Modulat1nTransfer Funct1n - A New Method》,这两篇文章在建立退化模型的同时,均指出了简谐振动模型的非唯一性。1992年5月，0.Hadar等人又在《OPTICAL ENGINEERING))第31卷第3期上发表文章《Image Resolut1n Limits Resulting from Mechanical Vibrat1ns.Part 3: Numerical Calculat1n for Modulat1n Transfer Funct1n〉〉，在这篇文章中，再一次指出了简谐振动模型的非唯一性。
[0005]为了验证简谐振动退化模型的非唯一性，学者们进行了一系列的验证实验，这些实验的关键，是需要一个简谐振动的目标。
[0006]1991 年 5 月，S，Rudoler 等人在《OPTICAL ENGINEERING))第 30 卷第 5 期上发表文章《Image Resolut1n Limits Resulting from Mechanical Vibrat1ns.Part 2:Experiment》，介绍了一种可以实现正弦图样简谐振动的装置，虽然文中没有公开这种装置的结构，但是从文中的文字描述可以知道，该振动装置具有非常低的振动频率，因此该装置不适合做高频振动测试的振动源。
[0007]0.Hadar 等人于 1992 年在 SPIE 第 1697 卷上发表的文章《Numerical Calculat1nof MTF for Image Mot1n: Experimental Verificat1n》，同年在 SPIE 第 1971 卷上发表的文章((Real-Time Numerical Calculat1n of Optical Transfer Funct1n forImage Mot1n and Vibrat1n.Part 1: Experimental Verificat1n》以及 1994 年 2 月在《OPTICAL ENGINEERING》第 33 卷第 2 期上发表文章《Image Resolut1n Limits Resultingfrom Mechanical Vibrat1ns.Part 4: Real-Time Numerical Calculat1n of OpticalTransfer Funct1n and Experimental Verificat1n》,均反复出现了用于验证简谐振动退化模型非唯一性的振动平台，但仍然没有公开其结构和原理。但是通过文中只针对低频简谐振动进行验证，因此可以推论，这些装置仍然不能进行高频简谐振动。
[0008]除此之外，以上振动目标的形成，均需要机械振动平台，再将设置在平台上的光学目标成像到图像传感器表面。实现简谐振动的机械平台装置复杂，成本较高，控制精度低。
【发明内容】
[0009]现有用于验证简谐振动退化模型非唯一性的振动装置存在以下缺点:I)频率范围有限，不能实现高频简谐振动；2)机械振动平台结构复杂、成本高、控制精度低。针对上述两个缺点，本发明公开了一种基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置；该装置具有振动频率调节范围宽，同时振幅可调，装置结构简单、成本低、控制精度高的优点。
[0010]本发明的目的是这样实现的:
基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，包括主光轴，与主光轴平行的副光轴；所述主光轴上设置有第一柱透镜，副光轴上设置有激光器、针孔、准直镜以及第二柱透镜；所述的第一柱透镜与第二柱透镜弧面的母线相互垂直，且第一柱透镜沿光线传播方向的后焦点与第二柱透镜沿光线传播方向的后焦点位于垂直主光轴的同一平面内；针孔位于准直镜的焦点位置；激光器发出的光束经过针孔形成点目标，再经过准直镜形成平行光束，先后经过第二柱透镜会聚以及第一柱透镜会聚，形成点目标像；其中，副光轴以及配置在副光轴上的激光器、针孔、准直镜以及第二柱透镜一起绕主光轴匀速旋转，第二柱透镜绕副光轴匀速旋转；副光轴与第二柱透镜的转速和旋转方向均相同。
[0011]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的第二柱透镜整体绕主光轴旋转，第二柱透镜的外轮廓所扫描过的区域沿主光轴方向向第一柱透镜投影，投影被第一柱透镜的外轮廓全部包围。
[0012]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，在准直镜和第二柱透镜之间设置有滤光片或/和衰减片。
[0013]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的主光轴穿过第一柱透镜的中心。
[0014]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的主光轴穿过以第一柱透镜中心为圆心，不超过副光轴与主光轴之间距离的1/10长度为半径的圆。
[0015]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，从准直镜出射的平行光束，完全投影到第二柱透镜上。
[0016]所述的副光轴穿过第二柱透镜的中心。
[0017]本发明的有益效果是:
I)本发明中第一柱透镜与第二柱透镜弧面的母线相互垂直，且第一柱透镜沿光线传播方向的后焦点与第二柱透镜沿光线传播方向的后焦点位于垂直主光轴的同一平面内，并且副光轴以及配置在副光轴上的激光器、针孔、准直镜以及第二柱透镜一起绕主光轴匀速旋转，第二柱透镜绕副光轴匀速旋转；副光轴与第二柱透镜的转速和旋转方向均相同，这种设计不仅可以形成点目标像，而且使得该点目标像可以在第一柱透镜的焦线上完成简谐振动； 2)本发明点目标像的简谐振动只需要依靠副光轴绕主光轴匀速旋转即可实现，相比于现有技术使振动平台直接进行简谐振动，匀速旋转的控制方式更简单，控制精度更高，不仅简化了装置结构，而且降低了装置成本；
3)由于本发明点目标像简谐振动的振幅可以通过改变主光轴与副光轴之间的距离来调节，振动频率可以通过改变副光轴绕主光轴的转速来调节，相位可以通过改变副光轴的初始位置来调节，因此，本发明调节方式简单，且振动频率、振幅、相位调节范围大。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是点目标像形成的光路示意图。
[0019]图2是图1A-A方向的装置结构示意图。
[0020]图3是图1B-B方向的装置结构示意图。
[0021]图4是第二柱透镜向第一柱透镜的投影关系示意图。
[0022]图中:1主光轴、2副光轴、3第一柱透镜、4激光器、5针孔、6准直镜、7第二柱透镜。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图对本发明具体实施例做进一步详细描述。
[0024]基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，包括主光轴1，与主光轴I平行的副光轴2 ;所述主光轴I上设置有第一柱透镜3，副光轴2上设置有激光器4、针孔5、准直镜6以及第二柱透镜7 ;所述的第一柱透镜3与第二柱透镜7弧面的母线相互垂直，且第一柱透镜3沿光线传播方向的后焦点与第二柱透镜7沿光线传播方向的后焦点位于垂直主光轴I的同一平面内；针孔5位于准直镜6的焦点位置；激光器4发出的光束经过针孔5形成点目标，再经过准直镜6形成平行光束，先后经过第二柱透镜7会聚以及第一柱透镜3会聚，形成点目标像；其中，副光轴2以及配置在副光轴2上的激光器4、针孔5、准直镜6以及第二柱透镜7 —起绕主光轴I匀速旋转，第二柱透镜7绕副光轴2匀速旋转；副光轴2与第二柱透镜7的转速和旋转方向均相同。图1为从准直镜出射的平行光束先后经过第二柱透镜7与第一柱透镜3后会聚成点目标像的光路示意图，其中，实线所表示的第二柱透镜7为其实际位置，虚线所表示的第二柱透镜7为其旋转90°或270°后的位置。图2为图1A-A方向的装置结构示意图；图3为图1B-B方向的装置结构示意图。
[0025]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的第二柱透镜7整体绕主光轴I旋转，第二柱透镜7的外轮廓所扫描过的区域沿主光轴I方向向第一柱透镜3投影，投影被第一柱透镜3的外轮廓全部包围，图4表示了这种投影关系，图中，垂直纸面的方向为主光轴I和副光轴2的方向，纸面上下方向为第二柱透镜7弧面母线的方向，纸面左右方向为第一柱透镜3弧面母线的方向。
[0026]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的主光轴I穿过第一柱透镜3的中心。
[0027]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，所述的副光轴2穿过第二柱透镜7的中心。
[0028]上述基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，在准直镜6和第二柱透镜7之间还可以根据需要设置滤光片或衰减片或滤光片和衰减片的组合，在本实施例中未进行设置。
[0029]由于本发明包括主光轴1，与主光轴I平行的副光轴2 ;所述主光轴I上设置有第一柱透镜3,副光轴2上设置有激光器4、针孔5、准直镜6以及第二柱透镜7 ;所述的第一柱透镜3与第二柱透镜7弧面的母线相互垂直，且第一柱透镜3沿光线传播方向的后焦点与第二柱透镜7沿光线传播方向的后焦点位于垂直主光轴I的同一平面内；针孔5位于准直镜6的焦点位置；激光器4发出的光束经过针孔5形成点目标，再经过准直镜6形成平行光束，先后经过第二柱透镜7会聚以及第一柱透镜3会聚，形成点目标像；其中，副光轴2以及配置在副光轴2上的激光器4、针孔5、准直镜6以及第二柱透镜7 —起绕主光轴I勻速旋转，第二柱透镜7绕副光轴2匀速旋转；副光轴2与第二柱透镜7的转速和旋转方向均相同；这种设计，使得点目标像可以在第一柱透镜3的焦线上简谐振动。
[0030]因为点目标像的简谐振动只需要依靠副光轴绕主光轴匀速旋转即可实现，相比于现有技术使振动平台直接进行简谐振动，匀速旋转的控制方式更简单，控制精度更高，不仅简化了装置结构，而且降低了装置成本；
因为可以通过改变主光轴I与副光轴2之间的距离来调节振幅，通过改变副光轴2绕主光轴I的转速来调节振动频率，通过改变副光轴2的初始位置来调节相位，因此，本发明调节方式简单，且振动频率、振幅、相位调节范围大。
【权利要求】
1.基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于包括主光轴(1)，与主光轴(I)平行的副光轴(2);所述主光轴(I)上设置有第一柱透镜(3)，副光轴(2)上设置有激光器(4)、针孔(5)、准直镜(6)以及第二柱透镜(7);所述的第一柱透镜(3)与第二柱透镜(7)弧面的母线相互垂直，且第一柱透镜(3)沿光线传播方向的后焦点与第二柱透镜(7)沿光线传播方向的后焦点位于垂直主光轴(I)的同一平面内；针孔(5)位于准直镜(6)的焦点位置；激光器(4)发出的光束经过针孔(5)形成点目标，再经过准直镜(6)形成平行光束，先后经过第二柱透镜(7)会聚以及第一柱透镜(3)会聚，形成点目标像；其中，副光轴(2)以及配置在副光轴(2)上的激光器(4)、针孔(5)、准直镜(6)以及第二柱透镜(7)一起绕主光轴(I)匀速旋转，第二柱透镜(7 )绕副光轴(2 )匀速旋转；副光轴(2 )与第二柱透镜(7)的转速和旋转方向均相同。
2.根据权利要求1所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于所述的第二柱透镜(7 )整体绕主光轴(I)旋转，第二柱透镜(7 )的外轮廓所扫描过的区域沿主光轴(I)方向向第一柱透镜(3)投影，投影被第一柱透镜(3)的外轮廓全部包围。
3.根据权利要求1所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于在准直镜(6)和第二柱透镜(7)之间设置有滤光片或/和衰减片。
4.根据权利要求1所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于所述的主光轴(I)穿过第一柱透镜(3)的中心。
5.根据权利要求1所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于所述的主光轴(I)穿过以第一柱透镜(3)中心为圆心，不超过副光轴(2)与主光轴(I)之间距离的1/10长度为半径的圆。
6.根据权利要求1所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于从准直镜(6)出射的平行光束，完全投影到第二柱透镜(7)上。
7.根据权利要求6所述的基于双柱透镜的频率振幅连续可调的点目标像振动装置，其特征在于所述的副光轴(2)穿过第二柱透镜(7)的中心。
【文档编号】G02B26/00GK104360477SQ201410755710
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年12月11日 优先权日:2014年12月11日
【发明者】宁凯 申请人:哈尔滨幻石科技发展有限公司