菲涅耳透镜的通光分析及设计方法探讨

研究了菲涅耳透镜成像质量差的原因,提出一种改进的方法,即改善轴外点的成像质量以增大菲涅耳透镜的视场。分析了三种常用的设计菲涅耳透镜的方法,用光学设计软件Zem ax模拟设计结果,对三种设计方法进行比较。得出结论:像面为曲面时可校正场曲;基面和底面为曲面的菲涅耳透镜与平面型菲涅尔透镜相比彗差较小。     

一种大视场姿态角传感器的光学系统设计

以光电准直和针孔成像原理为基础,结合虚拟扩展成像面技术,提出了一种新型的大视场二维姿态角测量方案.以针孔光阑和高精度反射镜组构成其光学系统,从菲涅尔-基尔霍夫衍射理论出发,建立了光学系统的成像模型,通过计算机数值仿真,设计了光学系统的模式和最优参数.按照设计参数搭建实际测量系统,对设计方案进行了分析验证.结果表明,光学系统设计合理,可以满足大视场姿态角传感器的设计要求.     

蜂窝式阵列菲涅尔透镜的配光设计

单元结构、阵列排布和偏转控制是阵列菲涅尔透镜的三个重要因素。单元结构采用了棱镜加菲涅尔透镜结构,排布方式引入蜂窝式阵列,构成蜂窝式阵列菲涅尔透镜。该透镜可以将准直光源发出的光线投射到1m远、直径为30mm的圆形区域内并形成特定图形。通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角,以及每个菲涅尔透镜的背侧光面倾角的优化,实现了一款蜂窝式阵列菲涅尔透镜的光学设计。通过光学仿真分析,结果表明该设计方法灵活可靠,光线控制效果良好,具有实现图像级配光的能力。     

用于太空望远镜的大口径薄膜菲涅尔衍射元件

为了满足空间衍射成像系统对大口径、轻量化衍射元件的需求,设计制作了直径为400mm的聚酰亚胺(PI)薄膜菲涅尔衍射元件。通过紫外光刻、离子束刻蚀等微细加工方法在石英基底上制作衍射图形,然后将衍射图形复制到PI薄膜上得到菲涅尔衍射型薄膜元件。结合有限元法探究了薄膜复制过程中热应力的变化规律及降低热应力的方法,分析了影响薄膜衍射效率的因素及薄膜制作误差、温度变化对薄膜成像的影响,最终实现了大面积薄膜与基底的分离,并通过局部氧气等离子体轰击提高了薄膜衍射效率的均匀性。经测试,薄膜菲涅尔衍射元件的厚度约为20μm,在波长633nm处的实际衍射效率平均值为33.14%,达到了理论效率的81.83%,衍射效率的均方根值RMS=0.01。实验结果表明,通过紫外光刻、离子束刻蚀和薄膜复制的方法可以得到大口径、高衍射效率的薄膜菲涅尔衍射元件。     

用于线性菲涅尔式聚光系统的复合抛物面聚光器

为了分析复合抛物面聚光器(Compound Parabolic Collector,CPC)的几何光学效率及影响因素,为线性菲涅尔式聚光系统的优化设计和实际应用提供理论依据。根据用于线性菲涅尔式聚光系统的CPC特点,在Matlab软件中建立模型并进行光线跟踪计算其几何光学效率。利用TracePro软件对几何光学效率模型进行验证。最后,采用该模型分析吸热管外径公差、吸热管位置偏移和线型误差对CPC几何光学效率的影响。结果表明:间隙为32.5mm、接收半角为55°、截取比为0.3的CPC配合外径为70mm的吸热管,当吸热管外径公差小于-0.4mm、水平方向存在偏移、垂直方向存在正偏移或线型轮廓增大等因素时,其平均几何光学效率迅速减小。实际应用中应尽可能避免以上因素,或者设计时减小CPC入射角的范围,从而降低对CPC平均几何光学效率的影响。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

大直径菲涅尔透镜广泛应用于太阳能电站、背投显示等领域,但其模具加工制造难度大。针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

用于微结构探测的并行共焦光学结构的研究

基于菲涅尔衍射理论推导并行共聚焦系统的两种常用光路(显微与远心)的三维相干成像公式,发现两者在傍轴近似条件下并行探测能力没有明显区别,并且这一结果得到了实验证实.但是显微光路离轴探测光场在物面和图像面存在横向漂移,漂移随着离轴和离焦程度增加而增加.干扰了系统的轴向探测能力并且使正焦辨识过程复杂化,影响系统的测量效率;远心光路由于不存在探测光场的横向漂移,以及较好的结构可靠性使系统精度易于保证,应该成为构建并行共聚焦微结构探测系统的首选.     

大视场菲涅尔透镜的聚光效率模拟和分析

大视场菲涅尔聚焦透镜在180°的范围内各个视场下均能实现较理想的聚焦。根据现有的大视场菲涅尔聚焦透镜的设计结果,利用Zemax软件在非序列环境下自定义面型的功能对该设计进行模拟分析。模拟菲涅尔透镜在不同方向的平行光照射下的聚焦情况。通过对不同方向的光线照射下探测器接收到能量的情况进行分析,得到了相应的聚光效率,为设计的可行性提供了分析依据。     

基于菲涅尔透镜的室内LED射灯配光设计

为了将LED发出的光均匀投射到3m远直径为1m的圆形区域内,设计了一种LED(发光二极管)射灯。采用菲涅尔透镜对射灯进行二次光学配光设计,并通过调整菲涅尔透镜的各个独立环带的倾角来优化投射光的分布。文中对菲涅尔透镜的投光效果、安全性和加工误差等方面进行了考察,结果表明设计是安全的、可靠的并具有良好的投光效果。     

大直径菲涅尔透镜模具加工发展现状及展望

针对大直径菲涅尔透镜模具加工设备及加工工艺的发展状况进行了深入的分析研究,总结了大直径菲涅尔透镜模具加工的研究现状,展望了其未来的发展方向。     

用线阵CCD测定介质的吸收曲线

本文介绍了一种利用线阵CCD做探测器的透明介质吸收曲线测定仪器，利用计算机控制光谱采集和数据处理，方便快捷地测定透明介质的吸收曲线，实际应用于大学物理实验室，效果良好。     

Correlative velocity measurement of narrow and broad objects

The design of sensors for correlative velocity measurement has to take into account the shape of the measurement object. In configurations where narrow objects pass in front of broad detectors, transversal variations of the object position may cause systematic errors of measurement. In contrast, such errors do not occur when measuring at broad webs. The phenomenon can be mathematically described by two-dimensional calculation of the signal correlation, considering the stationarity properties of the pattern observed by the sensor. The consequences on the design of optical correlation sensors concern the accuracy of detector alignment as well as the configuration of the object illumination.     

一种MCP光子计数位置灵敏探测器图像采集系统

光子计数位置灵敏探测器在光子、粒子成像领域应用广泛,而图像采集系统是其重要组成部分。在介绍光子计数位置灵敏探测器的工作原理的基础上,分析了实现计数成像功能的软硬件需求,并设计了一套满足该需求的软硬件平台;依据该设计搭建了图像采集系统的硬件平台并采用LabVIEW编写了图像采集软件;最后进行成像实验验证了该套图像采集系统的性能。实验结果显示,基于该图像采集系统光子计数位置灵敏探测器能够将空间频率为7.14lp/mm的目标分开,表明该图像采集系统实现了其预期功能。     

An improved ptychographical phase retrieval algorithm for diffractive imaging

The ptychographical iterative engine (or PIE) is a recently developed phase retrieval algorithm that employs a series of diffraction patterns recorded as a known illumination function is translated to a set of overlapping positions relative to a target sample. The technique has been demonstrated successfully at optical and X-ray wavelengths and has been shown to be robust to detector noise and to converge considerably faster than support-based phase retrieval methods. In this paper, the PIE is extended so that the requirement for an accurate model of the illumination function is removed.     

基于并行共聚焦显微系统的物方差动轴向测量

差动共聚焦显微成像技术可以获得很高的轴向测量精度,然而已有的差动共聚焦测量技术主要适用于激光扫描共聚焦,还不能满足微纳加工过程中对工件进行非接触式的在线、在位测量的要求。本文在分析差动共聚焦显微成像系统能够实现轴向测量原理的基础上,提出了适用于并行共聚焦技术的轴向测量方法。该方法利用均匀白光照明,在像方只需要使用一台相机做探测器,在物方通过移动载物台分别对样品在焦前和焦后两次成像,根据预先刻度好的差动曲线就可以得出物体表面的高度。理论模拟与实验结果均表明,该方法可以实现高精度的轴向测量,对500nm的台阶样品测量的平均误差为2.9nm,相对误差为0.58%。该方法简单、廉价、测量精度高,可以用于普通显微镜,易于实现样品的三维快速形貌还原与测量。     

基于Monte-Carlo方法的耳垂动态光谱检测研究

选择耳垂作为测量部位,建立了多层耳垂组织仿真模型,利用Monte-Carlo方法研究了不同光源特性(光束半径,入射能量大小及分布等)及模型参数下耳垂组织模型的光透射能量及分布规律,由透射光能量分布、光电二极管光敏面积和探测灵敏度推出特定测量信噪比要求的入射光能量。研究结果表明,耳垂组织的实际入射光能量能够满足动态光谱检测的要求,获得了更高的动态光谱测量精度,可满足动态光谱法的血液成分检测的要求。     

基于激光位移传感器的面角度测量技术研究

针对面角度现场测试需求,利用激光位移传感器的漫反射测量特性,搭建了面角度非接触测量装置,提出了一种结合三坐标测量机和位置敏感探测器对激光位移传感器进行空间坐标化标定的方法,从而构建出精确的面角度测量模型;采用蒙特卡洛法对面角度非接触测量装置的不确定度进行评定,在±25°测量范围内其结果为U=0.044°~0.046°(k=2);通过性能验证试验、重复性试验和稳定性试验对装置的性能指标进行考核,在±25°测量范围内其绝对测量示值误差不超过0.036°,重复性不超过0.004°,稳定性不超过0.021°;实验结果表明该基于激光位移传感器的面角度非接触测量装置准确可靠,具备开展面角度现场测试应用的前景。     

便携式逆反射系数测试仪

根据相关国标设计了一种便携式逆反射系数测试仪,用于测量交通标志、机动车车身标识和高能见度警示服等材料的逆反射系数。分析、比较了逆反射系数测量原理,基于相对测量法研制了逆反射系数测试仪。该逆反射系数测试仪以白色发散光作为光源,可以在近距离下模拟逆反射标识的实际工作状况,完成逆反射系数的测量。介绍了逆反射系数测试仪中光学系统、光电转换电路和STM32F103C8T6单片机控制系统的设计方法,建立了基于最小行车安全距离的逆反射系数测试角度的选择模型,完成了逆反射系数测试仪不确定度的评估。最后,利用研制的便携式逆反射系数测试仪进行了实验测试。结果显示:在测试条件为(0.1~199.9)cd·lx-1·m-2时,其示值误差的最大值为4.40%;当测试条件大于199.9cd·lx-1·m-2时,示值误差的最大值为1.31%,符合GB 26377-2010对示值误差的要求。设计的逆反射系数测试仪具有小型化和智能化的优点,对现场检测交通安全标识、机动车车身标识等具有实际意义。     

高精度测量光学玻璃折射率的一种新方法

摘要: 准确测量光学玻璃的折射率已成为了保证光学系统成像质量非常重要的环节。本文介绍了光学玻璃折射率测试方法和国内外发展现状。提出了一种利用测量棱镜三个顶角所对应的三个最小偏向角的折射率测量新方法,该方法的特点是测量精度随被测光学玻璃的折射率增大而提高。在精度0.5²的测角仪上,折射率测量精度高于1x10-6。文中推导出了新方法的计算公式,并对精度做了理论分析。该方法由于测量精度高,有较好的应用前景。     

量表精度自动检定仪的研制

对应用图像识别技术进行量表精度检定的测量原理进行了理论分析,研究了成像系统的组成及参数选择、被测物图像的采集、图像的处理及相关算法等,并据此研制了量表精度自动检定系统。实际应用结果表明,该检定仪性能稳定,测量精度较高,可满足工业量表检定的要求。