微光夜视系统光照动态范围研究

微光夜视系统的光照动态范围决定了其能够应用的光照范围,在系统实际应用中具有重要作用.该文分析了影响像增强器和微光夜视系统光照度动态范围的因素,建立微光夜视系统动态范围估算模型,为微光夜视系统的动态范围性能评估提供了理论依据.     

红外变焦距光学系统的研究

基于战场环境要求红外光学系统不仅可以兼顾大视场搜索,还能够满足小视场瞄准跟踪的需求,针对160×128元非制冷焦平面阵列探测器,设计了8~12μm波段折射式长波红外连续变焦系统。该系统变焦过程中相对孔径不变,F数为3,变倍比为15∶1,在20~300 mm范围内可连续变焦。用ZEMAX光学设计软件对设计结果进行像质评价,结果表明,系统的调制传递函数接近衍射极限,成像质量优良,满足光学系统的设计要求。     

中等视场大相对孔径水下两档变焦光学系统

研究了水下两档变焦光学系统的设计方法并给出了具体设计实例。采用轴向移动变焦方式,变焦过程中相对孔径保持不变,相对孔径为1/1.4,系统变焦比为2,在水下的宽视场角为60,°有效焦距3.6 mm,用于大范围内搜索目标;窄视场角为20°,有效焦距7.2 mm,用于对目标进行具体分析。在空间42 lp/mm处的宽视场和窄视场的光学传递函数值均大于0.4,成像质量较好。既满足了水下成像对大相对孔径和较大视场的要求,又能够在大范围内搜索目标,小范围内对具体目标进行分析,满足实际应用的需要。     

用于火星探测的危险回避相机鱼眼物镜设计

结合火星上的特殊环境及成像要求,采用"非相似"成像原理,设计了一种用于火星探测的危险回避相机鱼眼物镜。该物镜的焦距4.5 mm,F#为15,系统总长43 mm,观察范围从无穷远到200 mm。仅采用三片分离透镜构成的反远距镜组,实现180°的大视场,且无胶合面和非球面。在奈奎斯特频率40 lp/mm时,MTF曲线接近衍射极限。既保证了成像质量,又做到了镜组简单、结构小巧,具有很高的实用价值。     

大视场高分辨率二维激光束扫描显微成像系统设计的研究

在500像素／mm的像素密度要求下，论述大视场高分辨率二维激光束扫描显微成像系统的最佳设计．讨论图像放大率、扫描视场和像素密度之间的关系，以及提高像素密度和增大视场的技术途径．     

多层曲面仿生复眼成像系统的设计

针对单层曲面仿生复眼的子眼数目多, 难以加工以及所能达到的视场角较小的问题, 提出一种多层曲面仿生复眼结构。经过计算与分析得到, 当边缘子眼与中心子眼的光轴夹角为66.8°, 子眼的视场角为74.5°时, 利用7个子眼通道可实现仿生复眼系统180°范围内无盲区的成像, 减少了多个子眼复杂的加工过程。对单个子眼通道进行优化设计, 使其成像质量满足使用要求。实验表明, 该多层曲面仿生复眼结构能实现180°视场的成像, 且无成像盲区。     

大长径比整流罩光学系统设计

提出一种采用大长径比非球面整流罩的导引头光学系统,分别就其像差特性和像差校正方法进行分析和探讨.该系统整流罩的长径比为2,工作谱段为中红外波段,半视场角为30°,F数为2.设计结果表明成像质量接近衍射极限,满足红外光学系统的成像要求.     

声光可调滤波器成像光谱仪后置成像系统设计

为进一步提高声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)成像光谱仪的结构紧凑度,同时保证高成像质量,针对光谱仪成像系统的整体方案,设计了一种对称式、双远心结构的后置成像系统。仿真结果表明,该成像系统的物像共轭距可达到100 mm,在空间频率为40 lp/mm时,调制传递函数平均值为0.5,成像质量满足拟研制的AOTF成像光谱仪的设计要求。     

模型人眼的视网膜自适应成像系统

为了更好的进行人眼视网膜成像探测及人眼像差校正,建立了一套基于液晶波前校正器的模型,模拟人眼眼底的自适应成像系统。该系统采用Shark-Hartman波前探测器进行波面探测,将探测所得波前畸变经过计算处理转化为灰度图通过电脑施加到LCOS上进行波面校正,通过校正人眼像差的方式来提高系统成像质量。经过校正后,系统波误差从1．92μm降低到0．048μm系统分辨率接近70lp／mm已经到达该光学系统衍射极限分辨。可以满足低阶大像差情况下的模拟人眼视网膜成像要求。     

离散余弦变换系统在微光夜视系统中的应用研究

军事和空间技术的要求促进了微光电电视技术的发展。微光图像实时处理技术是微光夜视技术今后发展的方向。该文给出了实现实时图像处理的离散余弦变换编码系统框图及性能参数,并讨论了离散余弦变换系统在微光夜视系统中的应用。为微光电视的实时图像处理及图像编码进一步研究打下了基础,同时也为实现目标探测识别,跟踪的实时性,智能化和微型化,从而为研制新一代的战术侦察与火控系统提供出具体有效的技术基础。     

Cassegrain激光扩束系统光轴误差分析

分析了Cassegrain激光扩束系统扩束镜和望远镜光轴不重合对发射光的影响。主要分析了光轴平行但不重合和光轴有夹角两种调试误差对发射光斑的形状和能量的影响,并用Zemax软件对两种误差引起的光斑形状和能量透过率进行模拟研究。结果显示,光轴平移0.05 mm,或夹角0.4°将引起光斑较大变形,能量损失15%以上。研究表明:实际光学系统设计和调试过程中,扩束镜调节装置的精度一般要达到0.02 mm和0.2°。     

基于光线追迹非同轴激光雷达重叠因子影响因素的分析研究

重叠因子是影响激光雷达系统探测近距离大气的一个关键因素,对其进行精确计算有利于获得更准确的探测结果. 为此,提出了一种通过光线追迹获得非同轴激光雷达系统重叠因子的仿真方法. 该方法利用ZEMAX分别对载入真实机械结构的发射系统和望远镜接收系统进行光线追迹,确定出同一距离处激光强度分布和望远镜的视场函数分布,通过计算重叠区域被望远镜视场函数加权后的激光强度占激光总强度的比例,可得到该距离处的重叠因子,最后通过不同距离处的重叠因子拟合出完整的重叠因子廓线. 此外,利用此方法对一套激光雷达系统进行了几何因子廓线仿真,并分析了系统轴间距、光轴失调角度、激光发散角、望远镜视场角以及次镜机械遮挡对系统重叠因子廓线的影响. 仿真结果表明当激光光轴偏离望远镜光轴的角度等于望远镜视场角和激光发散角差值的1/2时,远场的重叠因子不能达到1,这对激光雷达系统的设计和安装提出了更高的要求.      

光子在LYSO晶体中传输的Monte Carlo模拟

为了获得PET探测器设计中闪烁晶体表面不同处理方式对探测效率的影响,使用DETECT2000对光子在LYSO(Lu1.9Y0.1SiO5∶Ce,硅酸镥)晶体中的光学输运特性进行了蒙特卡罗模拟.探测器由一个4 mm×4 mm×25 mm的LYSO晶体与一个PMT耦合组成.模拟结果显示:入射面为粗糙面(漫反射面),其余均为抛光面并在外层(入射面和与PMT耦合的面除外)包有反射介质。反射介质的反射率越高,则探测效率越高,并且其探测效率是晶体所有表面作抛光处理方式的1.6倍.在探测器设计过程中,需要选取反射率大于0.98的反射介质作为反射层.     

双相机系统的高分辨率重建

为获取高分辨大视场的目标图像,提出了双相机系统的高分辨重建算法. 根据小视场高/低分辨图像对,学习图像的高频特征,利用线性回归函数表征图像高分辨与低分辨的高频特征映射关系;在小波域实现低分辨、大视场目标图像的超分辨重建,使其达到高分辨、小视场目标图像的分辨率水平;设计了10组双相机系统的仿真实验,并与双三次插值、小波域插值和学习自身的重建等3种流行算法进行对比. 实验结果表明,本文算法取得了最好的重建效果,时间代价也相对较小,并且重建评价指标PSNR比传统双三次插值高约0.26.      

Optical wireless network in home area based on white LED lights

A new optical wireless network based on white LED lights in home area is proposed.It is a duplex channel communication system utilizing signal emitters of white LED lights in the downlink and infrared devices in the uplink.Strategies for the system construction are given.Performance for users' mobile access of different kinds of optical concentrators is investigated.Indoor channel bandwidth is analyzed considering white LED light distribution,wall reflection,and receivers field of view (FOV).Various modulation methods are discussed.A demo point-to-point system for surfing the net is constructed using a new line code of 4B6B which is developed to stabilize the optical output,and a peak data rate of 1 Mbps is achieved.This system is built into the lighting infrastructure,therefore decreasing the cost and offering a solution for wireless access in places which are sensitive to radio frequency like hospitals.     

用于裂隙光源的侧面发光塑料光纤散射点设计

设计一种侧面发光塑料光纤表面正四棱锥形微结构散射点，使侧面发光塑料光纤可用作裂隙灯显微镜的裂隙光源，以减小裂隙光源的体积.采用光学仿真软件分析光纤上表面(有散射点)和光纤下表面(无散射点)的散射率，当塑料光纤直径为1 mm时，得到优化后的正四棱锥散射点的底边宽度和深度均为80μm.仿真结果表明，光纤下表面散射光的光束发散角在垂直于光纤方向约为40°,在平行于光纤方向约为110°,经过焦距为50 mm的投射镜会聚后的光带宽度约为0.3 mm,可以满足裂隙灯显微镜的要求.     

空间红外相机高精度低温光学扫描技术研究

为了解决空间红外相机低温光学系统中的高精度像方扫描问题,研究了基于压电双晶片驱动器的低温扫描技术。分析了低温光学系统的辐射特性。根据该驱动器的运动特点,设计了与之相匹配的扫描运动机构,并在低温下测试了其扫描性能。实验结果表明,在120 K低温下,该扫描系统的扫描幅度能够达到1.2°,扫描精度达到80μrad,基本能够满足低轨红外扫描相机的应用要求。     

Recent progress in wide field-of-view optical receivers

The wide field-of-view （FOV） optical receiver has many advantages in optical wireless communication, sensing and detection. However, the FOV is limited by some tradeoffs of the receiver＇s components employing conventional optical devices. Furthermore, present mechanisms to extend the FOV are not effective. To realize the wide FOV receiver effectively, we propose surface plasmon polaritons （SPPs） as the potential candidate. Two examples are presented to lively illustrate SPPs＇ striking power to offer unexpected solutions to conventional problems. It is shown that unusual conditions should be explored to make use of SPPs under some circumstances. Excitations of localized SPPs, which are independent of the incidence angle, are suggested as the mechanism for the wide FOV receiver. Some progress in the optimization of SPPs＇ excitation at oblique incidence is also reported.     

A cylindrical rod ultrasonic motor with 1 mm diameter and its application in endoscopic OCT

A tiny ultrasonic motor was constructed by using a piezoelectric ceramic cylindrical rod as a vibration generator of the stator. The fabricated tiny motor has a diameter of 1 mm, a length of 5 mm and a weight of 36 mg. The resonant frequency is 32 kHz with one fixed boundary or 83 kHz with two free boundaries. Four silver electrodes were deposited on the cylindrical surface. The spacing between two adjacent electrodes was carefully designed. A method was developed for the polarization of the stator. By using the bending vibration mode of the stator, the motor shows a performance with a speed of 1800 rpm and a stalled torque of 4μNm, and can bear a high driving voltage up to 350 Vpp. The motor was used to drive an optical prism for circular scanning in an endoscopic OCT system. The tomographic images of the inner cavities of a plastic tube and a scallion were obtained, and the resolution was of the order of micrometer-scale.     

非接触光学测头在金属强反射表面测量中的应用

强反射表面的高精度金属件和光学件的表面轮廓测量，是形貌检测领域的一个难点．文中提出了一种用于逆向工程领域的自由曲面非接触测量系统，其由三坐标测量机和主动式双目视觉形貌测头组成．通过摄像机标定了视觉测头，利用光学偏振技术消除了金属表面强反射光对测量的干扰．对扫描路径进行了规划，并根据金属表面加工纹理方向，选择采样策略．通过对量块表面的测量，验证了使用非接触方法测量金属强反射表面的可行性．研制测头的精度达到了0．05mm．