转镜式高速摄影光学系统设计与研究

论文摘要

转镜式高速摄影机具有大画幅、大画幅数、高的空间分辨率、拍摄频率段宽等优点。这些优点,使转镜式摄影机能对绝大部分超快过程进行研究,因此它在高速摄影仪器中占据重要的地位。转镜式高速摄影机原理比较成熟,目前的工作重点在于如何提高仪器的空间分辨率,进一步改善仪器的成像质量上本文工作围绕着如何改善高速摄影机的成像质量展开工作,主要内容包括以下几个方面：第一,介绍了国内外的高速摄影仪器的发展,以及高速摄影仪器现今的发展趋势,介绍了课题背景意义。第二,介绍了转镜式高速摄影机的种类,分析了转镜式分幅摄影机的基本原理,对本文的转镜式高速摄影机的光路和等待功能进行了分析,对影响光学系统成像质量的原因进行了分析。第三,分析了阶梯孔径光阑在整个系统光路中的作用,介绍了常用的几种阶梯孔径光阑的基本形式,针对本文系统自身的特点选择了适合的光阑；讨论了阶梯孔径光阑对系统成像质量的影响；选择平行平板对原有光学结构进行了改进,对原有和改进后的光能利用率进行了比较,对平行平板参数进行了计算。第四,计算了旋转反射镜的具体参数,根据仪器的具体要求选择合适的转镜截面形状和转镜材料。第五,介绍了系统离焦的来源,分析了系统原理性的离焦及其对成像质量的影响,确定了转镜旋转中心的坐标,分析了由于超越曲线所带来的离焦,并计算了光轴不一致对胶片面离焦量的影响,提出了解决办法。分析了排透镜焦距误差引起的像面离焦量。第六,搭建了实验系统,对实验结果进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题背景介绍
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 转镜式高速摄影机的基本理论
• 2.1 转镜式高速摄影机的种类
• 2.2 转镜式分幅摄影机的基本原理
• 2.3 转镜式高速摄影机的光路分析
• 2.4 分幅摄影机等待功能的分析与实现
• 2.5 光学系统的成像质量分析
• 2.5.1 光能量利用率对成像质量的影响
• 2.5.2 转镜变形对成像质量的影响
• 2.5.3 离焦对成像质量的影响
• 第三章 转镜式高速摄影机的光阑
• 3.1 阶梯孔径光阑的作用
• 3.2 常用的几种阶梯孔径光阑
• 3.3 阶梯孔径光阑的光能利用率
• 3.4 改进的光学结构
• 3.4.1 平行平板特性
• 3.4.2 改进光学结构后经阶梯孔径光阑的光能利用率
• 3.4.3 改进光学结构后光能利用率比值
• 3.4.4 用于改进光学结构的平行平板参数确定
• 3.5 本章小结
• 第四章 旋转反射镜
• 4.1 旋转反射镜
• 4.2 转镜的尺寸设计
• 4.2.1 转镜的起始工作角
• 4.2.2 三角形转镜和正方形转镜的工作角
• 4.2.3 转镜的尺寸
• 4.3 转镜的参数计算
• 4.3.1 转镜的转动速度
• 4.3.2 转镜的边缘线速度
• 4.3.3 转镜的画幅数
• 4.4 转镜形状的选择
• 4.5 转镜的材料
• 4.5.1 转镜的极限速度
• 4.5.2 转镜材料的变形分析
• 4.5.3 转镜的选材
• 4.6 本章小结
• 第五章 转镜式摄影机的像移和离焦分析
• 5.1 原理性的像移和离焦
• 5.1.1 像移和离焦分析
• 5.1.2 像移和离焦对像质的影响
• 5.1.3 转镜旋转中心坐标的确定
• 5.2 代替圆引起的离焦
• 5.2.1 超越曲线
• 5.2.2 确定排透镜架和胶片面中心及半径
• 5.2.3 代替圆周引起的离焦量
• 5.2.4 光轴不一致对胶片面离焦量的影响
• 5.2.5 离焦量分析
• 5.3 排透镜焦距误差所引起的像面离焦量
• 5.3.1 排透镜的离焦量
• 5.3.2 排透镜的焦距
• 5.3.3 排透镜的离焦量校正
• 5.4 本章小结
• 第六章 实验及结论
• 6.1 实验分析
• 6.2 结论
• 致谢
• 发表论文
• 参考文献