小型可见光双视场光学系统的研制

基于光学设计基本理论,设计了一种体积小,跟踪范围可以达到整个前半球的可见光双视场光学系统.系统由前部集束系统,中间光路转折系统及后部成像系统3部分组成.集束系统采用望远镜式结构,用于改变光束的口径;光路转折系统采用库德光路,由4片反射镜组成,用于转折光路及扫描;成像系统由长焦成像系统和短焦成像系统组成,分别形成两个视场的像,用于目标识别与跟踪.光学系统焦距分别为60 mm和120 mm,设计传递函数在58 lp/mm处均大于0.5.加工装调后进行了成像试验验证,结果表明,该系统能够同时完成大视场及小视场的图像获取,在可视范围内成像质量满足系统总体要求.     

大相对孔径非制冷红外光学系统无热化设计

针对当前军工红外成像仪器小型化及宽温度适应性的需要,采用光学被动式无热化方法对8~12μm波段设计了一款镜头。该镜头F数为1、焦距为40mm、视场为16.8°、温度适应范围为-40~65℃。设计结果显示,在要求的温度范围内,系统无需调焦,像质接近衍射极限,达到无热化的性能要求。     

基于双重模型客观评价微光像增强器的分辨力

以光学调制度模型和归一化互相关模型为基础,以模板匹配和光学调制度双重判据为核心算法,研究了微光像增强器分辨力的客观评价方法,构建了微光像增强器分辨力客观评价系统.光学调制度模型和归一化互相关模型既互相独立又相辅相成.首先,利用归一化互相关模型中的模板匹配系数进行定位和初步评价;然后,用光学调制度模型进行定量分析.这种先定性后定量的图像处理模式提高了微光像增强器分辨力测量的准确性和重复性,实现了对微光像增强器分辨力客观、准确的评价,避免了目视观察法受人的主观因素影响的弊端.实验结果表明,由CCD采集得到的微光像增强器分辨力与人眼观测结果具有较好的一致性,提高了本评价方法的客观性和准确性,该方法也可推广至CCD、ICCD、EMCCD等可见光探测成像系统分辨力的客观评价.     

WSJ4.8微光观察镜

WSJ4.8微光观察镜,是一种在夜间低照条件下,观察远距离目标用的大口径被动式夜视仪器。 该观察镜放大率为4.8倍,视场7度,调焦范围从15米到无穷远,方向调节范围360度,高低调节范围为±45度。欢迎广大用户选购。     

X射线单色成像用透射式对数螺线晶体分析器

利用对数螺线晶体在大视场范围内的保角特性,研究了一种用于等离子体X射线单色成像的透射式对数螺线晶体分析器。与反射式弯晶成像谱仪相比,该分析器具有单能成像视场更大,实现相同放大倍数时的空间排布简单等优点。根据晶体衍射成像原理及对数螺线晶体的表面方程,分析了透射式对数螺线晶体分析器的成像原理以及成像性能,包括子午、弧矢放大倍数以及视场大小等。以铜靶X射线源为背光源,用研制石英晶体透射对数螺线分析器对网丝直径为100μm的金属网格进行了单色背光成像实验。实验结果表明,晶体分析器的空间分辨力约为30μm,子午和弧矢方向视场分别达到15.938 7mm和5.900 6mm。     

耳鼻喉内窥镜视频高清光学系统设计与实现

为了实现高清数字化医疗内窥成像,使用成像质量良好的耦合透镜系统耦合内窥镜目镜和CCD相机,成为高清视频内窥镜。基于实际应用的要求,设计了一个适用于耳鼻喉科内窥镜耦合CCD相机的透镜系统,该系统可以用于1/1.8in(1in=25.4mm)、200万像素的CCD相机成像,并且具有12°视场角,4.4的F数。在调制传递函数(MTF)大于0.1判据下,透镜系统各视场的分辨率都在111lp/mm以上,在全视场范围都能取得很好的成像效果。实际测试表明,该系统光学成像清楚,图像细节表现明显,分辨率达到了高清成像的要求,虽然结构简单,但达到了预期的设计目标,不但有利于加工和装配,而且降低了大量的成本。     

WFJ1透射式微光分辨力仪

根据客户和工厂检验工作的需要，近年来我们设计和制造了透射式微光分辨力仪。2002年4月启动，7月底完成设计，2003年3月完成三套仪器的制造和检定。工厂主要完成了技术设计和仪器制造。本文将介绍透射式微光分辨力仪的工作原理、结构组成以及技术设计的一些思考和体会等。     

分孔径三视场中波红外光学系统

为了克服单一光学通道长焦距与大视场之间的矛盾,设计了一款分孔径大变倍比三视场中波红外光学系统。该光学系统采用分孔径技术,包括小视场光学通道和中视场/大视场光学通道,两个通道之间的转换通过切出切入45°放置的反射镜完成,小视场光学通道采用二次成像,仅采用6片透镜,透过率高;中视场/大视场光学通道采用三次成像;小视场光学通道与中视场/大视场光学通道共用一片反射镜和中继组,实现了共出瞳分入瞳——分孔径;小视场长焦距为1 120mm,大视场短焦距为22.58mm,变倍比达到53×;对小视场光学通道进行了三次立体折叠,对中/大视场光学通道进行了一次折叠,有效地对横向和纵向尺寸进行了控制,外形包络在270mm×217mm×258mm范围内,系统紧凑,实现了兼具长焦距和大视场的三视场中波红外光学系统。设计及实验结果表明该光学系统像质良好,满足热像仪使用要求。     

0.25×高分辨力视频显微镜设计

由于CMOS、CCD探测器的广泛应用,及其分辨力的提高,人们对视频显微镜的分辨力提出了更高的要求。分析了大视场视频显微镜的像差特点,并利用光学设计软件Zemax进行光学效果的模拟,给出了数值孔径0.05,光学放大倍数0.25,视场直径为31mm,分辨力200万像素光学系统的设计结果。     

VCM磁钢自动检测系统的光学系统设计

为VCM磁钢自动检测系统设计了一套高精度的光学系统。该光学系统分为成像系统和照明系统两部分,利用远心光路方式对成像系统进行了设计。通过光学计算,给出了焦距为16mm,相对孔径为1：2．5,视场角为120°的成像系统设计参数。所试制的样机经过实验表明镜头成像清晰,性能可靠,满足测量精度要求。     

Imaging columns of the light elements carbon, nitrogen and oxygen with sub Angstrom resolution.

It is reported that lattice imaging with a 300 kV field emission microscope in combination with numerical reconstruction procedures can be used to reach an interpretable resolution of about 80 pm for the first time. A retrieval of the electron exit wave from focal series allows for the resolution of single atomic columns of the light elements carbon, nitrogen, and oxygen at a projected nearest neighbor spacing down to 85 pm. Lens aberrations are corrected on-line during the experiment and by hardware such that resulting image distortions are below 80 pm. Consequently, the imaging can be aberration-free to this extent. The resolution enhancement results from increased electrical and mechanical stability of the instrument coupled with a low spherical aberration coefficient of 0.595 + 0.005 mm.     

用于大气临边探测的高光谱成像仪研制

用于大气临边探测的高光谱成像仪是一种探测大气痕量气体的新型空间光学遥感仪器。分析了利用高光谱成像仪进行大气临边探测的原理,设计并研制了一台紫外/可见高光谱成像仪原理样机,该样机光学系统由前置望远系统和改进的Czerny-Turner光谱成像系统组成,工作谱段为280～390 nm和560～780 nm,通过转轮切换紫外、可见滤光片分别探测这2个波段。高光谱成像仪原理样机质量为15 kg,体积500 mm×350 mm×200 mm。对该样机的性能进行了检测并测量了低压汞灯的光谱。性能检测结果表明,空间分辨力为0.44 mrad,光谱分辨力为1.3 nm,均满足设计指标要求。该样机结构紧凑、质量小,在空间大气痕量气体探测领域有广泛的应用前景。     

Lymanα与可见光双波段内掩式日冕仪

太阳是地球能量的主要来源,太阳活动和变化对地球影响极大。为了满足天文学家对太阳观测和研究的需求,设计一种新型Lymanα和可见光双波段内掩式日冕仪(SCI日冕仪),能够在121.6 nm和700 nm两个波段同时对日冕进行高分辨率成像观测。根据太阳在121.6 nm和700 nm日面与日冕的辐射特性确定仪器的参数,给出了日冕仪的初始结构,建立评价函数对初始结构进行优化。分析了日冕仪光学系统的成像性能和各个光学元件产生杂散光对成像性能的影响,确定影响系统杂散光抑制水平的主要光学元件和机械结构,提出了对光学元件表面粗糙度的要求,给出了里奥光阑的位置和通光口径。还设计了日冕仪光学反射镜和光学分色镜的膜系结构,实现了对内日冕在121.6 nm和700 nm两个波段的同时成像。实验结果表明:SCI日冕仪视场覆盖1.1~2.5个太阳半径(Rs,取1 Rs=0.267°),空间分辨率优于4.8″,杂散光抑制水平在1.1Rs处优于10-6量级,在2.5Rs处优于10-8量级,满足观测需求。     

微型集成超光谱成像系统

基于Offner结构的凸面光栅成像光谱仪以其独特的优点,成为新一代航天遥感器上对地观测的重要手段之一。文中报导了一种便携式高集成度超光谱成像系统,它由两块普通玻璃胶合而成、尺寸小于30mm×30mm×30mm。优化设计超光谱成像光学系统的工作波段为可见光波段,相对孔径小于F/2.5,放大倍率1:1,满足物方和像方远心,具有成像质量高、光谱分辨率高、重量体积超轻小、稳定性好、加工容易、成本低等优点,适用于航天、生物医学等领域。     

用于沿海水色探测的机载紫外-可见-近红外高光谱成像仪

本文主要设计一种新型的可用于机载的紫外-可见-近红外高光谱成像系统,从而为沿海水色环境与污染观测提供一种有效的观测仪器。首先,根据探测目标特点确定了仪器系统的性能设计参数,选择了Dyson成像光谱系统来满足系统在宽谱段上的高信噪比和高光学性能;但Dyson成像光谱系统的结构过于紧凑,因此对Dyson成像光谱系统进行了研究,调整了狭缝、像面和光学元件的位置,使它们在轴向和垂直轴向上均具备足够的间隔,并在这种大空气间隔下分析了系统的完善消像差条件。通过光程分析和弯月透镜的加入,使改进型Dyson系统在0.278的数值孔径和320～1 000 nm的宽波段上具备良好的成像结果,全视场全波段MTF值在探测器奈奎斯特频率下(38.5 lp/mm)高于0.5,研制原理样机的光谱分辨率为3.375 nm,满足设计要求。该系统可为沿海水色环境的高光谱观测提供良好的工程应用基础。     

Stroboscopic near-field imaging for the analysis of contraction of muscle cells

We have developed a stroboscopic near-field optical microscope for observation of biological specimens and observed glycerinated muscles before and after muscle contraction with the developed system. In the system, the optical field distribution localized near the specimen is recorded as the surface topographic distribution of a photosensitive film surface. Our system is very useful for observing living biological specimens with high resolutions, because it is possible to get stroboscopic image by using a photosensitive film as detecting optical distributions instead of a scanning of probes. We have succeeded in observing inner structures of muscle cells with sub-wavelength resolution and achieved higher contrast than an ordinary optical microscope.     

Spatial and spectral performance of a chromotomosynthetic hyperspectral imaging system

The spatial and spectral resolutions achievable by a prototype rotating prism chromotomosynthetic imaging (CTI) system operating in the visible spectrum are described. The instrument creates hyperspectral imagery by collecting a set of 2D images with each spectrally projected at a different rotation angle of the prism. Mathematical reconstruction techniques that have been well tested in the field of medical physics are used to reconstruct the data to produce the 3D hyperspectral image. The instrument operates with a 100 mm focusing lens in the spectral range of 400-900 nm with a field of view of 71.6 mrad and angular resolution of 0.8-1.6 μrad. The spectral resolution is 0.6 nm at the shortest wavelengths, degrading to over 10 nm at the longest wavelengths. Measurements using a point-like target show that performance is limited by chromatic aberration. The system model is slightly inaccurate due to poor estimation of detector spatial resolution, this is corrected based on results improving model performance. As with traditional dispersion technology, calibration of the transformed wavelength axis is required, though with this technology calibration improves both spectral and spatial resolution. While this prototype does not operate at high speeds, components exist which will allow for CTI systems to generate hyperspectral video imagery at rates greater than 100 Hz.     

便携式飞行时间质谱仪在汽车尾气在线检测中的应用

汽车尾气中的挥发性有机物（VOCs）是主要的人为排放污染源之一,排放到大气环境中的VOCs具有很高的反应活性,能够参与臭氧的生成,是形成二次有机气溶胶等污染物的重要前体物质。因此,研制开发适用于现场实时、在线检测VOCs的便携式分析仪器,是现代科学仪器发展的重要方向之一。本工作利用苯系物标准气体对自行研制的便携式膜进样真空紫外灯单光子电离飞行时间质谱仪整机进行性能测试,仪器的质量分辨率优于350,质量精度优于1×10^-4,对苯系物的检测限可达μg/m³级,动态范围优于3个数量级,仪器的总质量小于25 kg。将仪器放置户外对汽车尾气进行现场测试,基于该仪器高时间分辨率的特点,初步研究了汽车尾气排放VOCs的变化趋势与发动机工作状态的相关性。该仪器有望应用于环境应急事故、现场长期监测、化工园区生产工艺过程监控以及无组织排放等领域。     

钢板硬斑的增量涡流扫查成像方法与仪器

硬斑测试是高端钢板产品质量评价的关键内容。本文基于增量涡流检测原理,研制了国产化的钢板硬斑磁检测仪器,并对仪器功能和性能进行了实验测试。首先,研制了增量涡流检测传感器,开发了基于交流电桥测试和相位旋转解调方法的增量涡流检测电路,集成了专用仪器;其次,利用仪器在Cr12MoV钢板和X70管线钢中开展了多组检测试验,结果表明：传感器的横向分辨率可达10 mm,增量涡流信号解调波形峰峰值U_p随表面硬度增加近似线性下降。在高出基准34.8%的硬斑区域内,U_p值下降约75%。利用U_p这一敏感参数对X70管线钢进行扫查成像,可准确识别出宽约10 mm的硬斑。上述研究结果为高端钢板硬斑的在线无损检测提供了方法和仪器支撑。     

高集成度小型化共心多尺度光学系统设计

针对实时广域高分辨率成像需求同时保证系统结构的小型化与轻量化,设计了高集成度共心多尺度光学成像系统。该系统采用伽利略型共心多尺度成像结构将球透镜与次级相机阵列进行级联,以充分利用双层共心球透镜视场大且全视场成像效果一致性好的特点,并发挥伽利略型共心多尺度结构体积紧凑的优势。此外,通过设计相机阵列的排列方式进一步减少相机使用数量,实现轻量化。通过全系统联动设计与优化,系统的调制传递函数曲线在特征频率270 lp/mm处可达0.3,全视场弥散斑均方根(RMS)半径均小于探测器像元尺寸1.85μm,成像效果优良,且公差分析结果表明系统易加工制造。该系统不仅能够有效实现大视场高分辨率成像,而且具有低的结构复杂度及更紧凑的结构,应用前景广阔。