傍轴光学系统的相干光成像计算

衍射受限的相干光成像研究中,存在两种计算公式,一种是在特定近似条件下导出的单透镜成像系统像光场振幅分布计算公式,可以推广到多元件构成的光学系统中.另一种是直接计算光学系统像光场振幅及相位分布的公式.为了分析两种公式的实用价值,以两个透镜组成的成像系统为例,在不同空间位置放置孔径光阑,对比了两种公式的理论计算与实验测量结果.     

使用二元透镜的图像成像光学系统

1.前言最近,信息处理仪器的性能有了惊人的提高,随着CPU的高速化和大容量存储器的廉价,即使小型仪器也能很容易处理图像信息。因此,对于图像扫描或者传真等图像输入仪器,也要求其更小型而使用方便,并且要便于携带,相反,用于图像扫描或传真的图像成像光学系统,则通过使用胶合的平板微型阵列成像系统,以实现装置的大幅度小型化。但是,在已往使用凸透镜型平板微透镜阵列的场合,很难将低象差的微小透镜形成多阵列状态,并且存在着由相邻透镜的漏光带来的图像质量差等问题,因此,不能实现实用的图像成像光学系统。     

圆锥扫描光学系统成像特性研究

圆锥扫描光学系统与“十”字形或“L”形红外探测器配合，能实现对红外目标信息的脉冲位置调制，已在战术导弹引头和机载红外搜索跟踪系统中得到成功应用。为此，对圆锥扫描光学系统的成像特性进行研究，推导出光学系统参数对像平面位置和像点轨迹的影响关系，其结果对圆锥扫描探测系统的分析与设计具有现实意义。     

主光轴平行于基底的微透镜阵列制作与测试

应用SU-8负性感光胶的独特性能,采用水浴倾斜紫外光刻的方法,优化工艺参数,构造出主光轴平行于基底的球面微透镜阵列,其单个透镜的直径约为200μm。利用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对微透镜的表面形貌及曲率半径进行测量,并搭建光学观测平台,测得透镜焦距并观察成像效果。经观测,所加工球面微透镜具有较好的表面形貌和成像效果。基于此方法加工的微透镜阵列,主光轴平行于基底,因而便于与其他光学系统进行片上集成,完成对光线的聚焦,最终实现光开关、扫描成像等功能。此微透镜阵列也将集成在微流式细胞仪上,用于样本流的荧光检测,可极大提高检测精度。     

基于柱面镜的太赫兹阵列探测器扫描成像实验研究

设计了一套用于太赫兹阵列探测器扫描成像的光学系统,采用光学设计软件分别对柱面镜和聚焦透镜的面型进行了仿真,仿真结果表明,经过柱面镜后,点光源变成了线光源,线光源的宽度为1.4 cm。实验中,分别采用VDI单元探测器和中科院苏州纳米所自主研发的场效应管阵列探测器对物体进行成像,其中VDI单元探测器成像效果较为清晰,阵列探测器的图像中存在一定的条纹,原因来源于探测器像元之间的耦合和串扰。本文采用柱面镜结合阵列探测器,提升了扫描成像的速度。     

风云四号辐射计的高精度动态测角系统

为了测试风云四号气象卫星扫描成像辐射计的扫描镜的动态运动精度,设计了一种高精度动态测角仪。该测角仪利用了扫描成像辐射计的可见光通道,采用622 nm的LED可见光,经过菲涅耳透镜投射到目标板上,然后充满投影光学系统的入瞳,利用光学成像分析像点位置及相互关系的方法来评价扫描镜的运动精度。介绍了该测角仪的投影光学系统、照明系统和系统总体的设计。     

红外圆锥扫描光学系统成像特性的三维分析

红外光学系统是红外空空导弹的重要有机部分,其成像特性对导引头的性能具有极其重要的作用.本文对圆锥扫描光学系统的成像特性进行详细研究,首次利用转换矩阵的方法,推导出目标以及光学系统结构对像平面位置和像点扫描轨迹的影响关系,从理论上完善了圆锥扫描光学系统的原理,最后进行了相应的仿真实验论证.对比仿真结果与真实实物实验,表明该理论比较真实地反映了目标像点的扫描过程.本文对红外导引系统的分析与随后的信号处理具有现实意义.     

基于轴锥镜大景深成像系统的研究

增大光学系统的景深已成为一项有意义的研究主题.根据轴锥镜的线焦特性,阐述了基于轴锥镜的大景深成像系统的基本原理.简单讨论了点光源在透镜前不同位置时系统点扩散函数的形式,并分析出其形状随点光源距透镜距离的改变而变化.利用无衍射光束的形成条件,推导出系统景深的计算公式.对于由半径为15mm,锥角为 0.01rad的轴锥镜和焦距为 125mm的透镜组成的成像系统,其焦深可达336mm.实验结果表明用轴锥镜能增大光学系统的景深.     

基于柱透镜多旋转测量的计算成像

提出一种基于单柱透镜旋转调制的光学扫描成像系统,样品的完整波前信息可以通过柱透镜旋转调制的多幅强度图样迭代重建。此外,柱透镜的旋转角度作为该系统的一个关键参数,其值通过基于Radon变换的数值计算方法得到,摆脱了对高精度旋转设备的要求。该成像系统的可行性在仿真和实验结果中均得以验证。与轴向多距离扫描成像系统相比,该成像系统中各光学元件在轴向位置保持固定,数据获取速度得以加快且轴向采样率保持固定,不仅简化了光场重构中的算法设计,而且极大地加快了收敛速度。     

激光光刻大面积扫描投影成像光学系统测试及评价

基于351nm XeF激光大面积投影成像光刻系统,通过对其光学系统包括光学照明系统和折叠投影系统进行光学性能测试。由激光经过柱面透镜、微透镜阵列均束器以及投影折叠物镜之后产生的能量及光束质量变化,将准分子激光光束均匀性评价指标部分运用到光学系统的评价之中,得到光学系统在不同关键位置的能量分布曲线以及平顶因子关系图,表明微透镜阵列均束器虽保证了整个光学系统各处光斑的均匀性,但衍射却造成了能量利用率的降低。同时,通过对印制电路板(PCB)和玻璃(ITO)进行曝光和显影实验,表明该双远心共焦投影光学系统,只要控制使均匀输出的能量符合曝光剂量,就能够满足分辨率的要求。     

激光扫描成像中旋转多面体的分析计算

对旋转多面体激光扫描成像系统作了理论描述及定量分析。为了保证扫描像点处于同一平面,将多面体置于成像物镜之前,当激光束以相对于光学系统光轴为2α角入射时,确定了入射光在多面体反射面上的位置、多面体中心转轴以及光学系统光轴三者之间的相对位置关系。推导了系统光学扫描角、扫描效率和入瞳漂移等参数的数学公式,分析了它们与入射光直径、入射角、多面体几何尺寸等因素之间的变化关系。结果表明,为减小系统的入瞳漂移和增大扫描效率,应以较小的入射角入射;进行系统设计时,若给定扫描角,扫描效率一般选择在0.4～0.7范围内较合理。     

浸没式阵列激光扫描直写光刻

介绍一种以显微镜结构为基础的浸没式阵列激光扫描直写光刻系统的光路结构、有效焦深、自动调焦及曝光能量控制的原理和方法。实验系统的有效数值孔径(ENA)为1.83,使用的激光波长为355nm时,在实验室条件下得到的最细线条宽度为65nm。     

一种远场扫描发射光学系统的分析设计

根据光机扫描系统理论和发射光学系统理论设计,完成了大口径远场扫描发射光学系统．对其中的扫描光学子系统和发射子系统进行了分析设计．该系统可以产生高精度光束,形成不同的扫描图形,满足各种不同的远场光学扫描使用要求．     

低空高分辨率激光雷达光学系统设计

针对“低慢小”目标光学成像识别能力差、复杂背景下信噪比低等问题，设计了一款低空高空间分辨率激光雷达光学系统。发射光学系统扫描器件采用MEMS反射镜，设计了专用扩束光学系统保证不同扫描角度发射激光的光束质量；接收光学系统采用物镜、数字微反射镜器件结合偏振器件，可同时实现激光回波接收与可见光成像，相较于采用单点探测器接收的激光接收系统，具有背景噪声低的优势。给出了光学系统的性能参数，利用光学设计软件设计了光学系统，该系统空间分辨率为0.5 mrad/pixel，扫描点阵列规模为200×200。模拟结果表明设计方法可行，计算其在大气中的探测距离可达到1000 m，背景噪声相较于单点探测器接收系统可降低约22162倍。     

大视场红外扫描成像光学系统设计

对地红外扫描成像系统在获取地面目标图像方面具有快速、高效等诸多优点。基于旋转扫描成像方式提出了一种孔径光阑二次成像的光学系统方案,并给出了一个工作谱段8～10 m、焦距520mm,成像视场为1.4×72的光学系统设计实例,分析结果表明成像质量良好,具有良好的实用性和应用前景。     

二维扫描型激光雷达的扫描特性分析

在光反射矢量理论和反射镜转动定理的基础上,结合反射镜转轴与镜面的偏心距所产生的影响对二维扫描成像特性进 行了分析,给出了单点二维扫描的公式,并以此为基础得到了仿真图像。同时对线状发射光的反射情形进行了理论计算,给出了二维扫 描镜的联合作用矩阵,得到了经过二维扫描镜两次反射后线状发射光在目标面上的投影长度以及偏转角,为后续的数据处理提供了一些 参考依据。最后对二维扫描镜的形状进行了设计分析,以保证在满足接收视场的情况下最大程度地利用扫描镜镜面,降低扫描镜的转动惯 量,从而降低负载电机的功耗。     

基于菲涅耳波带板扫描的光学成像技术研究进展

基于菲涅耳波带板(FZP)扫描的光学成像是主动式非传统成像技术,通过二维光学扫描实现对目标的三维高分辨率成像.阐述了目前儿种不同类型的菲涅耳波带板扫描成像系统的原理、结构、性能,分析了国内外的研究现状和应用前景.     

蓝绿激光水下成像系统的探测灵敏度分析

为了分析水下激光成像探测系统的探测能力,根据水下蓝绿激光主动成像系统的成像过程,分析了目标与背景的辐射特性、海水后向散射特性、距离选通特性以及激光发射器和接收器的性能,提出了一种基于光束扩展函数(BSF)的探测灵敏度模型。该模型在海水散射系数与衰减系数之比介于0~1的范围内都适用。通过对给定参数的系统进行分析计算,进一步讨论了激光发散角、系统接收口径和图像传感器选通门宽等因素对系统探测能力的影响。结果表明:当选通门宽等于激光脉冲宽度时,系统的探测深度达到最大。模型的建立将为系统设计和系统参量的优化选择提供理论依据。     

激光扫描共焦荧光显微系统研究

讨论了激光扫描共焦荧光显微系统的光学设计问题,成象机理,参数确定及其设计关键,介绍了高精度光学扫描器件的设计方法及实现荧光共焦成象中成象器件的优化设计.     

激光差动扫描测量厚度

提出一种激光扫描测量厚/宽度的新方法,系统由准直激光源、差动扫描转镜、接收物镜、光电接收器和智能仪表组成。准直光源发出的光束经差动扫描转镜形成差动扫描,扫描光束被待测工件反(散)射后,由接收物镜汇聚至光电接收元件,测量反(散)射光在待测工件上的持续时间,由特定公式计算出工件厚/宽度。理论分析和实验结果表明,测量结果与工件至系统之间距离无直接关系,工作稳定性好,实验最大测量误差不大于扫描激光束束腰半径。