磁聚焦变像管像转角的数值计算与实验研究

建立短磁聚焦变像管测试系统,利用Lorentz 3D-EM软件模拟电子运动成像并计算像转角.在不同阴极电压条件下,采用数值模拟研究变像管像转角的变化规律.结果表明,当成像倍率为1∶1、阴极电压为-3 k V时,模拟像转角为77.09°.实验测量的像转角是71.0°,且随阴极电压绝对值的下降而减小.根据模拟与实验的像转角的差值,估算出实验中采用的短磁聚焦透镜漏磁电流安匝数为45.0 A·个.     

用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计

针对近程焦平面被动阵成像系统应用,设计了3 mm波准光介质透镜天线。根据应用需求设计成像系统光路结构,并结合高斯准光理论得出光路设计参数;选择透镜表面为双凸非球面结构,利用光学分析软件ZEMAX优化设计透镜轮廓以减小成像像差;利用电磁仿真软件FEKO计算透镜天线近场分布,对设计进行验证与修正。测试结果表明,所设计的介质透镜在像平面上形成的聚焦波束3 dB尺寸仅为29.5 mm,偏轴时波束指向均匀性好,在700 mm(H)*1 800 mm(V)视场范围内波束功率电平值性改变量小于0.9 dB。     

声透镜波束形成和目标成像仿真与试验

为了促进具有体积小、功耗低、成像速度快等优点的透镜声呐在水下成像中的应用,选取了PMMA(polymethyl methacrylate)和PMP(polymethyl pentene)2种材料,利用混合模型设计并加工了单透镜系统和双透镜系统,对2个透镜系统分别进行了波束形成和目标成像试验研究.试验测得的焦点位置和波束图与仿真结果基本一致,从而验证了混合模型模拟透镜声场的有效性和准确性.得到了十字形和圆环2种目标的成像图,通过综合比较各种试验结果可知:PMMA是一种有效的透镜加工材料,透镜组合在缩短焦距方面具有优势,但同时增大了对声波的吸收,因此透镜组的设计要综合考虑这2方面的因素.     

虚拟弯曲透镜阵列的集成成像特性

虚拟弯曲透镜阵列已成为提高三维集成成像质量的有效手段.针对典型虚拟弯曲透镜阵列的集成成像系统,依据集成成像记录与重构原理,利用ABCD矩阵光学理论,推导了三维物体与三维集成图像的映射位置关系模型,实现了虚拟弯曲透镜阵列集成图像的计算生成与重构;引入成像取样率模型,定量分析了记录过程单元图像取样率与不同深度重构集成图像质量的关系.最后,利用相关度图像度量因子比较了虚拟弯曲透镜阵列和传统平面透镜阵列的集成图像质量,证明了虚拟弯曲透镜阵列在提高三维集成成像质量方面的优越性.     

集成成像技术的像质评价分析

为了研究集成成像非共轭面的成像质量,根据光线追迹原理分析透镜阵列的成像过程,指出三维成像原理并给出不同离焦量下的轴截面成像分辨率;从波动光学角度分析包含离焦波像差的透镜阵列光学传递(OTF),得到集成成像系统的非共轭面调制传递函数(MTF)并指出与单透镜共轭面成像的联系.根据非共轭面分辨率给出符合视觉要求的显示深度计算方法.采用投影仪与菲涅尔透镜搭建显示面积为100×750 mm2的集成成像显示系统,实验结果表明,集成成像轴截面成像分辨率在离焦量增大的情况下迅速下降,非共轭面像质是制约集成成像显示效果的重要因素之一.     

电子束物镜分析

在磁透镜后再加一级减速静电透镜,即推斥场构成的电磁复合推斥场物镜.它有较小的电子上靶能量和较小的像差,但是其综合指标难以构成完美的整机设计,实际应用较少.为了求解场分布和计算像差,曾进行了繁杂的工作.但无论什么设计方案,对物镜电源都提出了较高的稳定度要求,因电器性能对束斑的影响是无法用其他手段来补偿的.电子束曝光机SDS-1型和SDS-2型分别为物镜后磁偏转和物镜内的双磁偏转.后者结构不仅电子束流小、电子相对互作用效应可忽略不计、减小了物像距离,并补偿透镜和线圈的像差,其物镜电源稳定度的数量级比前者的提高,是完成亚…     

电极电压对条纹相机成像性能的影响

新装配的条纹相机在设计电压下往往不能实现最佳成像,如何实现多个电极电压的协调配合是快速实现条纹相机最优成像的关键.通过理论分析并利用数值模拟方法对条纹相机成像性能与电极电压的关系进行深入研究.研究发现,电极电压的分配对于变像管条纹相机成像性能至关重要,第1阳极对像面位置影响较小,第1聚焦极和第2聚焦极对像面影响显著,且第1聚焦极和第2聚焦极电压的调节对像面位置的影响方向相反.搭建实验平台对条纹相机进行测试,结果与理论分析一致.通过聚焦电极电压和阳极电压的联动调节能实现条纹相机像面位置的调节和分辨性能的优化,这对快速实现条纹相机最佳性能的优化具有重要应用价值.     

基于空间多路重叠成像的多目标跟踪方法研究

针对传统成像系统大视场连续跟踪的问题,提出一种新的基于空间多路重叠成像技术的可直接判定宽视场中目标位置的目标跟踪方法,以实现大范围持久监视及多目标跟踪。首先,分析了多路成像探测、跟踪机理,提出利用球面透镜阵列设计一种空间多路、共焦平面、宽视场凝视成像系统结构,各透镜单元对应的视场之间有特定的空间重叠编码关系,以便同时成像之后解算目标位置。其次,重点研究了运动多目标解码跟踪原理,在提取所有重叠空间目标像点后,按照位置和速度判断准则对重叠空间目标像点进行分类,然后在这个分类集合上解码目标所在位置。最后,对目标解码算法做了仿真,结果表明,此方法能很好地实现在宽视场中对目标的解码跟踪。     

短磁聚焦分幅变像管空间分辨率的模拟与测试

模拟和设计短磁聚焦分幅变像管,研究变像管空间分辨特性及其影响因素.采用洛伦兹软件Lorentz 3D-EM建立变像管模型,通过分析变像管磁场和模拟电子成像,估算变像管阴极中心空间分辨率为~16.61 lp/mm(阴极电压-3.0 k V).模拟阴极上不同离轴点、变像管不同成像倍率和不同阴极电压3种情况对变像管空间分辨率的影响.通过设计变像管,构建实验平台,测试变像管空间分辨率,在阴极电压为-3.0 k V时,测试结果为~13 lp/mm.     

投影CRT用磁聚焦电子枪

论述了一种成功运用于122cm背投式彩色投影电视机阴极射线管(CRT)中的磁聚焦电子枪。该枪采用了预聚焦发射系统和磁聚焦主透镜构成的双聚焦系统。经测试发现,当阴极电流为0.5~1.0mA时,其上屏束斑直径仅为0.065~0.080mm。     

超半球环形成像系统的图像恢复

在实现全景成像的光学系统中,采用圆柱面到平面投影的环形成像系统相比采用中心投影法的传统透镜系统具有边缘视场畸变小、便于图像恢复展开等优点.通过考察环形成像系统所成环形图像与矩形图像之间的映射关系,研究像面上子午弧矢方向最小分辨角的变化规律,得出了超半球环形成像系统在90°视场角处子午弧矢方向CCD采样角分辨率相同的结论,由此可把该视场角对应的圆环像作为基准来确定展开矩形图的宽度和高度.实际的图像恢复过程分为2步：首先将环形图像恢复成三维像空间中的圆柱面,然后把圆柱面展开得到恢复后的矩形全景图.图像恢复中最关键的90°视场角所对应的圆环像位置和环形图像中心点的确定可以用定标实验的方法实现,在图像恢复过程中采用三次样条插值法,得到了较好的恢复效果.     

大相对孔径红外变焦距光学系统设计

设计了工作在8~12μm波段的非致冷红外连续变焦光学系统。该系统由4组元5片透镜组成,其中前固定组、变倍组和补偿组均只有1片透镜,后固定组为两片。焦距50~200mm,相对孔径较大,为1∶1。设计过程中编写了适用于二组元变焦系统的ZEMAX宏程序,该程序可给出凸轮曲线的数据和形状,同时使像面位置不受限于高斯光学关系,能够满足某些焦距位置离焦的要求。系统在空间频率为20lp/mm处,各个视场的MTF值均在0.4以上。     

CCD航空相机调制传递函数测试与分析

调制传递函数是衡量CCD相机成像系统性能指标的重要参数.本文在调制传递函数的理论分析基础上,通过对分辨率靶标在相机镜头焦面成像位置与CCD像元之间的偏移,对CCD相机调制传递函数的影响进行分析,建立数学模型,并对CCD相机系统在奈奎斯特频率处的调制传递函数进行了测试,实验结果与计算结果基本吻合.     

自聚焦光学纤维成象的近轴光学

本文对自聚焦光学纤维的成象应用(即所谓自聚焦透镜),作出近轴光学理论分析。主要内容:1.自聚焦透镜的近轴光成象;2.自聚焦透镜焦点与平面位置;3.自聚焦透镜成象的各种情形;4.自聚焦透镜成象的矩阵分析法。文中详细地分析了透镜焦点与主平面位置,用图解法讨论了成象随透镜长度变化的各种情形,详尽地导出了转换方程,最后利用矩阵结果对成象进行了系统地讨论。     

基于椭圆形Monge-Ampére方程的杂散光检测系统光源特性的研究

通过对高光谱成像系统杂散光检测实验中光源部分的研究,提出了解椭圆形Monge-Ampére方程的方法来设计自由曲面透镜,并对测试光源出光分布的均匀性、准直性、稳定性进行检测研究。针对杂散光检测实验的要求,利用自由曲面透镜的特点对杂散光实验光源进行研究并改进光源特性,以此来提高杂散光检测实验的准确性和测试的可靠性,然后测试光束性能,使其满足杂散光测试的精度要求。通过实验分析,选取自由曲面透镜代替离轴三返平行光管来获得平行光,利用光线追迹软件Tracepro对系统光源进行了仿真,结果表明:利用该方法设计的光源出光分布较传统的平行光管有所改善,在正常情况下光斑均匀性能够达到85.3%,且光源的位置误差与透镜的转动误差对系统造成一定影响。     

应用于激光等离子体实验的脉冲展宽分幅相机

研制基于脉冲展宽技术的行波选通X射线分幅相机,光电阴极加载偏置-3 kV的直流电压和斜率2.7 V/ps的斜坡电脉冲,微通道板微带上加载-483 V的直流偏置电压和半高宽度290 ps的选通电脉冲,电子图像成像比例为1∶1.利用激光器轰击金靶材产生短X射线均匀照明相机微带阴极,测得相机时间分辨率约为20 ps,在微带阴极长度小于20 mm范围内,相机增益均匀性优于20%;采用直流紫外光对相机的静态空间特性进行标定,在相机成像面直径小于56 mm范围内,空间分辨率测量值为10 lp/mm.     

光谱共焦透镜组设计及性能优化

根据光谱共焦位移测量系统的测量原理,分析了光谱共焦测量系统中色散透镜组的性能对整个测量系统性能影响,并提出了设计要求。利用ZEMAX光学设计软件设计了2组透镜,第1组透镜加工装配后进行了性能测试,测量结果与设计结果符合很好。第2组透镜对性能进行了改进,从结果来看,像差、数值孔径、灵敏度及位移分辨率等指标都优于第1组透镜,达到设计要求。     

银膜超级透镜成像原理研究

从Pendry的超级透镜成像理论出发,阐述了s光和p光入射情形的物像关系,推导了金属银膜作为超级透镜的条件,分析了消逝波和行波成分的成像特性,导出了近场条件下金属银膜超级透镜消逝波透射公式.利用Nicholas等报告的实验数据对其进行验证,得到透过率与横向波矢和银膜厚度的关系,并讨论了对于不同尺寸物体成像时的金属银膜厚度最佳值.研究结果表明,银膜超级透镜可以使成像质量大大改善.     

声透镜成像声呐的高速成像收发通道设计

针对声透镜成像声呐在保持高速成像的前提下减少收、发通道的设计技术,在以往声透镜成像声呐所采用的分时收发通道设计的基础上,通过借鉴无线通信中的CDMA技术,并适当安排换能器基元的收、发组合方式,设计了一种新的收、发通道结构和相应的信号处理流程.同时,对其工作性能进行了仿真,并且与其他设计结构的成像声呐可达到的成像性能进行了比较.研究表明,采用多组正交编码调相信号作为声透镜成像声呐的发射信号,以及分组发射、重新分组接收的方式,可以在声透镜成像声呐的接收通道总数比传统设计方式大幅度减少的情况下仍然保持很高的成像速度.     

基于线阵列CCD的带转像棱镜的位置测量

为了降低二维位置定位系统的成本，提出了一种基于线阵列电荷耦合器件（CCD）的测量方法.通过设计一个带有主透镜、球面镜 柱面镜组合以及转像棱镜的特殊光学系统，该光学系统将具有相同坐标值的点成像为同一条直线，使用一个垂直于轴的线阵列CCD来测量该点的一个坐标值.采用转像棱镜使得像面发生90°的旋转，可以用同一个CCD测量该点的另一个坐标值.给出了这种测量方法在电子白板中的应用，并讨论了其高斯光学系统.结果表明，该方法在降低成本的同时可以保证测量精度.