轻型宽光谱微光成像折反射物镜设计

给出了可用于超 2代和第 3代Φ18/Φ18倒像式微光像增强器的折反射物镜。物镜相对口径 1.0 /1.2 ,视场± 2 .9°,焦距 180 mm,工作波段 435 .8～ 90 0 .0 nm,重量较常规设计减少约 30 % ,结构紧凑且易于加工和装调。文中介绍了主要设计思想及关键技术问题的处理方法 ,并给出了像质的评价和试验结果     

透射式低温光学红外相机全光路冷链热设计

某透射式低温光学红外相机工作于倾斜地球同步轨道,所处空间热环境复杂多变,整个光学路径部组件属于低温光学系统,对温度梯度及温度稳定性要求较高,这对热控系统设计带来挑战。结合相机在轨成像温度需求及空间外热流特点,详细分析了相机热控设计的重点和难点,通过低温热管热量传输和辐射制冷的方式实现了低温光学系统的降温,通过高效热防护、热隔离及间接辐射控温技术实现了低温光学系统的高精度控温。热平衡试验温度数据表明:成像模式下,各光学部组件温度均满足指标要求,光学透镜温度均匀性和稳定性较高,光学透镜间最大温差小于1 K,最大温度波动小于±0.3 K,实现复杂内外热环境下光学透镜高精度控温;加热去污模式下,利用低温热管“热开关”的特点在常温下热阻增加,通过较小热控功耗实现光学透镜加热去污的需求。     

亚半微米投影光刻物镜的研究设计

介绍了分步重复投影光刻业半微米光刻物镜光学和机械结构研究设计、设计结果,以及公差控制。指出技术指标已达到：数值孔径ＮＡ＝０．６３、工作波长λ＝３６５ｎｍ、倍率５ｘ、工作分辨力Ｒ≤０．３５μｍ,设计和镜所用透镜片数最少,无胶合件,并具有暗场同轴对准和温度气压控制补偿功能。     

一种大相对孔径成像光谱仪前置物镜设计

Offner型成像光谱仪具有结构紧凑,成像质量理想的优点,为了提高光谱分辨率,实现更多谱段的光谱成像,需要分光成像系统有强的集光能力,即需要大的相对孔径;为了消除折射材料的影响,提高光栅利用效率,系统应该全反射无遮拦,为此选用离轴三反射镜系统作为它的前置物镜。离轴三反射镜光学系统具有无色差、光谱范围宽、无遮拦、像差矫正能力强和对温度不敏感等优点,可作为成像光谱仪的理想前置系统。根据该成像仪的技术要求,得到系统F数为F/2.47,焦距为360mm,视场角为2.5°。通过优化设计,得到了一个大相对孔径的离轴三反射镜前置物镜系统。该系统相对孔径大,光能利用率高,成像质量达到衍射极限,特别是次镜采用球面,大大降低了制造检测难度和成本。     

单物镜光片三维荧光成像技术研究进展（特邀）

光片显微镜由于具有强大的光学层切能力、较快的成像速度和较低的光损伤,成为三维成像的重要工具。光片显微镜通常利用两个垂直放置的物镜分别进行照明和成像,这带来了对样品的空间限制并禁用了高数值孔径的成像物镜。以倾斜平面照明和微镜微器件反射技术为代表的单物镜光片显微技术突破上述限制,展示出在高分辨率和体积高速成像方面的优势,并且可与超分辨显微术等多种技术结合,在近年来取得了巨大发展。介绍单物镜光片显微成像技术的原理、关键性能的提升和其在生物医学的应用。     

高分辨率视频摄远物镜光学系统设计及成像实验

为了满足斜拉桥拉索表面缺陷的远程检测要求,基于摄远型物镜结构原理设计加工了高分辨率视频摄远物镜光学及机械系统。根据物方300 m外分辨4 mm线宽的分辨率要求,按照焦距f′=320 mm计算,确定摄远物镜像方分辨率为234 cycle/mm。选择适当初始结构,用光学设计软件OSLO进行焦距缩放、替换玻璃、减少镜片等多步骤优化,最后得到相对孔径为1/5.7、视场角为2ω=1.379°、分辨率达到250 cycle/mm的摄远物镜光学结构。合理设计光机结构,加工装调实验样机。分辨率测试实验证明其实际物方分辨率可以达到300 m远分辨4 mm线宽。在斜拉桥工程现场成像实验表明该系统符合实际工程结构表面缺陷远程检测的要求。     

与相机攀比的DC级照相手机

作为第5款搭载获得卡尔蔡司光学认证镜头的诺基亚手机，N95的成像像素一举跃升至500万像素级别，达到了当前家用级DG的配置水准。单就成像的具体数值而言，N95是至今为止诺基亚家族的佼佼者。双翼滑盖设计是诺基亚N95正面的迷人风景线，但手机背面的造型同样是焦点所在，大面积的镜头部分颇为显眼，     

共轭距可变的光刻投影物镜光学设计

一种用于印刷电路板(PCB)的激光直接成像(LDI)光刻设备,需要加工高密度互连(HDI)基板的厚度变化范围为0.025~3mm,为此设计了一种共轭距可变的光刻投影物镜。采用双远心光路结构,通过压缩物方和像方远心度误差的办法,可以有效地实现共轭距变化范围达3mm。采用正负光焦度合理匹配,可以有效地在共轭距变化范围内很好地校正波像差、畸变等像差,实现良好的成像质量。以光刻投影物镜光学设计的具体实例,证实了通过压缩物方和像方远心度误差的办法,可以有效地获得共轭距变化一定范围的光刻投影物镜,并在该变化范围内保证实际光刻设备所要求投影物镜的成像质量。     

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85和2.16。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。     

基于正交柱面成像相机空间后方交会的三维坐标测量方法

针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题,提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成,应用空间后方交会原理,无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程,设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程,并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机3 m的1 000 mm1 000 mm1 000 mm空间内,在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm,深度方向的距离测量精度优于0.7 mm,三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明:该方法有效,可被灵活应用,具有良好的测量精度。     

便携式免散瞳眼底相机光学系统设计

设计了一种便携式免散瞳眼底相机光学系统,达到了全视场300万像素的高清眼底成像。在考虑人眼生理特征和光学特性的基础上,引入Gullstrand-Le Grand眼模型来模拟被测屈光度正常的人眼,用Schematic眼模型来检验屈光度异常人眼对成像光路的影响。在成像系统中,首先采用接目物镜会聚从人眼视网膜反射出瞳孔的光线,然后再由成像物镜将视网膜的像成像到CCD上。在照明系统中,为避免角膜中心区域产生杂散光,采用环形光阑和共轴照明相结合的照明方式给眼底照明。仿真结果表明:该系统视场角为30,成像分辨率高于120 lp/mm,场曲值小于0.12 mm,畸变仅为-1.2%,全视场色差值均在艾里斑之内,且该光学系统具有较大的调焦能力,对-10 D~+10 D的人眼普遍适用。所用的光学元件均为普通的球面玻璃,便于加工制造且能有效降低实际的制作成本。     

空间碎片多光谱探测相机光学系统设计

为了实现对空间碎片探测,提出了一种空间碎片多光谱探测相机光学系统,由可见光相机、长波红外相机、中波红外相机光学系统组成,三个相机共用主、次镜,在三路相机光学系统中同时加入校正组件平衡校正像差,可见光相机焦距为1000mm,视场为1.2,长波红外相机焦距为-250mm,视场为2.75,中波红外相机焦距为-500mm,视场为1.38,考虑了温度对相机像质的影响,采用热膨胀性系数小的材料作为反射镜基底,分析了三个相机光学系统在空间环境下（205℃）温度环境下的像质变化,设计结果能满足使用要求。     

园林景观设计中的三维虚拟成像系统设计

针对原有三维虚拟成像系统清晰度较低的问题,文中设计园林景观设计中的三维虚拟成像系统。通过制定硬件设计框架,根据框架选择图像采集器进行图像采集,通过计算机对图像进行滤波降噪处理,将处理后的图片通过激光折射输出,采用感光器以及透传模块进行虚拟成像;制定软件设计框架,通过卷积神经网络计算对采集到的图像进行降噪处理,并采用像素灰度计算得到原图像特征点,采用C语言对虚拟成像进行设定并输出,由此完成软件设计。结合上述硬件与软件设计,完成园林景观设计中的三维虚拟成像系统设计。构建对比试验,与原有系统对比,所设计系统在清晰度上有显著的提升,原有系统清晰度为82%～85%,此系统图像清晰度为85%～90%。由此可见,文中设计方法更有效。     

可见光全天时遥感相机光学系统设计

由于微光遥感可在夜间和晨昏时段等低照度条件下对地物进行探测,该遥感相机利用微光遥感与传统可见光遥感进行互补,实现可见光波段全天时对地观测。考虑系统长焦距（500 mm）、大视场（5°×2°）、大相对孔径（F数为3.8）、小型化、高光学效率等各方面因素,该遥感相机最终采用离轴三反结构形式,采用双探测器共光路、分视场形式实现微光、可见光探测器同时成像。对光学系统设计和成像质量进行了详细分析,传统可见光波段各视场MTF优于0.4@200 lp/mm,微光可见光波段各视场,MTF优于0.75@77 lp/mm,MTF接近衍射极限,结果表明:根据光学载荷研制发射流程,从加工、装调、一次调焦和不调焦四个过程详细分析了系统公差,给出了公差分配结果。此外,对该光学系统的可扩展性进行了分析说明。     

远距型红外消热差物镜设计

介绍了一种远距型红外消热差物镜的设计方法。首先建立了由多个光组构成的组合光学系统的消热差模型,将其与远距型物镜模型相结合,得到了光焦度分配方程组,再根据系统要求的远距比和所选择的光学材料组合,获得初始的光焦度分配,然后利用计算机辅助设计进行像差校正。该方法准确、实用。作为应用实例,利用ZEMAX软件分别设计了中波红外和长波红外光学系统,它们的焦距均为100 mm,F数为2.0,远距比达到0.8。环境温度分析结果表明:在-40 ~60 ℃范围内,成像质量稳定,调制传递函数(MTF)接近衍射极限。实际设计结果与理论计算结果相吻合。     

三维小视场成像系统

研究了一套投影正弦光栅条纹,测量表面有大梯度或非连续结构等复杂形貌微小物体的三维测量系统。针对所测量物体大小,通过将体视显微镜、相机和投影仪组合,研制了具有较小视场的条纹投影系统。软件产生具有最佳条纹个数的三组正弦条纹图,每组包含四个彼此间有90相位移动的条纹。根据所测量物体表面颜色和纹理特性,选择投影系统的合适颜色通道投射软件所产生的正弦条纹序列到被测物表面。相机从另一角度获取经被测表面调制的变形条纹图。通过四步相移和最佳条纹选择方法分别计算得到折叠相位图和展开相位图。利用水平精密移动台定位一水平白板到几个已知位置,建立绝对相位和深度之间的关系,获得系统深度方向的数据。微小物体的三维形貌测量实验证明了所研制成像系统的可行性和准确性。     

适用于微小卫星平台的小型可见光相机设计

现代微小卫星具有体积小、质量轻、研制周期短、成本低、发射方式灵活等优势, 可在多个领域发挥重要作用, 因此备受各国青睐, 是当前空间技术发展的一个重要方向。实现微小卫星的一大关键是所搭载仪器、设备的小型化。设计了一套小型可见光相机, 适合搭载于微小卫星平台。相机焦距210 mm, 有效口径56 mm, 角分辨率33 rad, 视场7.87.8, 像素规模达16 M。设计分析对比了不同光学结构型式的特点, 最终采用折反射式光学系统。设计采用全球面镜片, 选用了融石英和常规火石玻璃等低密度材料组合消像差, 系统长度110 mm, 摄远比小于0.53, 光学质量小于370 g。     

折反式红外全景天空相机光学系统设计

利用红外全景天空相机可以获得天空中云的分布和温度信息,从而可对天气状况做出判断。采用等距离投影成像方式,可根据简单的数据转换关系从天空全景图像中任意点的位置坐标得到其对应的空间角度。为了实现等距离投影红外全景相机的设计,提出了一种简洁高效的计算等距离投影反射镜面型的数值方法,并在此基础上设计了8~12 m 长波红外波段全景天空相机。该相机的视场角为360（5~80）,校准畸变量在0.02%以下,MTF 值在探测器Nyquist 频率处高于0.4,非常适用于全景天空观测。     

可见光、红外一体化两用相机的光学设计

主要介绍可见光与红外一体化两用相机的光学系统设计.可见光、红外波段公用口径为lm的主镜,可见光波段450～900 nm,采用折轴三反系统,焦距f1=12.0m,视场1.5°×0.5 °,选用TDICCD;红外波段范围8～12 μm,采用主聚焦系统,由主镜和3片锗镜组成,焦距f2＝2.0m,视场2w＝2.0°,采用红外非...     

光谱维编码中红外光谱成像系统的光学设计

基于双DMD提出了一种光谱维编码的中波红外光谱成像系统,利用空间维DMD完全补偿了光谱维编码DMD引起的像面倾斜。介绍了系统的组成和工作原理,设计了焦距为240 mm、F数为3的望远系统作为前置成像单元,采用双光路Offner光栅成像系统配合光谱维编码DMD同时实现了光线的色散、编码和合光等多个功能,设计了放大倍率为1的中继成像系统实现冷光阑匹配。通过整体优化设计实现了对双光路Offner光栅成像系统残余像差的补偿,设计结果表明,系统具有良好的空间成像和光谱性能,作用距离满足设计要求。