中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
光学成像敏感器是卫星姿态控制分系统的重要组成部分，用于月面景象的获取，可为月面着陆器完成障碍识别、路径规划和安全区域选取等功能提供图像信息来源。为实现光学成像敏感器装星后设备功能和性能的检测，需要一种可在室内为光学成像敏感器提供月面场景信息的光学仪器。设计和研制了一种胶片式的静态光学目标模拟器，该目标模拟器以胶片作为图像源，通过积分球均匀照明系统将胶片照亮，并经由光学镜头将胶片图像投射至无穷远处，从而供光学成像敏感器接收。设计完成的静态光学目标模拟器视场≥30°×30°，入瞳直径Φ5 mm，入瞳距离为41 mm，镜头焦距44.78 mm，图像像素分辨率≤1 024×1 024，各项指标均达到了光学成像敏感器装星后光闭路试验的要求。
光学敏感器 目标模拟器 胶片 积分球 optical image sensor target simulator film integrating sphere
1 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
为了实现瞬态信号集中式测量系统数据的实时传输, 设计了基于PCIe总线接口的瞬态信号集中式测量系统。瞬态信号集中式测量系统PCIe总线接口的设计包括PCIe从设备设计和PC机驱动设计, 本文仅对该系统PCIe接口的PC机驱动进行研究。PCIe总线的PC机驱动程序采用NI公司的NI-VISA和LabWindows开发环境设计, 首先采用NI-VISA Driver Wizard软件配置PCIe设备相关信息和中断检测寄存器, 生成INF驱动配置文件, 接着使用LabWindows软件通过NI-VISA相关库函数对PCIe设备进行初始化和DMA数据传输设计, 最后完成对PCIe总线的PC机驱动验证。实验结果表明: 采用NI-VISA和LabWindows开发环境设计的PCIe总线驱动传输速率可以达到300 MB/s。NI公司的NI-VISA和LabWindows开发环境设计的PCIe总线驱动, 不仅满足瞬态信号集中式测量系统的数据传输要求, 而且降低了PCIe总线的开发难度, 缩短了开发周期。
瞬态信号 集中式测量系统 transient signal centralized measurement system PCIe PCIe VISA VISA LabWindows LabWindows
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
高动态范围的图像可用于同时探测具有较大对比度的亮暗目标, 利用数字微镜(DMD)获取高动态范围图像是目前最为先进的一种技术。本文在分析DMD工作原理的基础上, 设计了一种像素级的高动态范围图像获取系统, 该系统由光学系统、机械系统、DMD像素级调光算法及成像单元组成。光学系统采用二次成像光路, 其中第一次成像物镜采用像方远心光路, 第二次成像的转置镜头采用放大倍率近似1∶1的准对称结构, 机械系统采用光学元件的包边设计和定心车工艺, 达到秒级的光学装配精度; DMD像素级调光算法采用搜索单个微镜像素在图像帧周期间的控制权值实现, 成像单元可同时兼顾科学级12 bit sCMOS和8 bit CCD, 设计完成的原理样机验证了系统设计的正确性, 其获取的图像动态范围可达140 dB以上, 远高于传统摄像机78 dB的动态范围。
成像系统 高动态范围图像 数字微镜器件 调光 imaging system high dynamic range image digital micro-mirror device dimming
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 长春理工大学 电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
为了检测太阳能电池的缺陷, 建立了太阳能电池板的电致发光(EL)图像与其缺陷类型间的神经网络预测模型, 可以对太阳能电池板不同类型缺陷进行自适应检测。首先, 采用主成分分量分析(PCA)算法对电致发光(EL)图像训练样本集降维; 然后, 将降维后得到的数据输入神经网络预测模型进行学习, 对模型的参数进行优化选取; 最后, 将训练好的网络对测试样本集进行仿真。仿真结果表明: 在采用相同的训练样本集和测试样本集条件下, 与反向传播神经网络(BPNN)相比, 径向基神经网络(RBFNN)具有全局最优特性, 结构简单, 最高识别率达96.25%, 计算时间较短, 能满足在线检测的要求。
缺陷检测 反向传播神经网络 径向基神经网络 主成分分析 降维 defect detection back propagation neural network (BPNN) radial basis function neural network (RBFNN) principal component analysis (PCA) dimension reduction
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
太阳模拟器是非成像光学领域的重要应用。由于光学系统的特殊性，导致其光路很长，当采用双分离准直物镜时，准直系统的长度占了很大一部分。因此为实现太阳模拟器的小型化，提出将具有短后截距的摄远物镜替代通常采用的双分离准直物镜，从而缩短准直系统的长度，使光学系统的结构更加紧凑。同时设计了一种三片式的摄远物镜，并通过LightTools 软件仿真分析的方法研究了这种三片式的摄远准直物镜对太阳模拟器技术指标的影响。仿真结果表明：应用这种摄远物镜可以在太阳模拟器技术指标变化不大的情况下，实现太阳模拟光学系统缩短，有利于太阳模拟器的小型化。
光学设计 非成像光学 太阳模拟器 小型化 摄远物镜 准直 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 012201
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学，北京 100039
椭球面聚光镜是太阳模拟器设备的重要组成部分，其能量收集的效率决定着太阳模拟系统的能量传递效率，而太阳模拟器光学系统中的椭球面聚光镜参数一直没有理论上的设计依据，结合氙灯的发光特性并通过对MATLAB 中建立的椭球面聚光镜聚光过程数值分析模型给出了椭球面聚光镜包括第一焦距、最大成像放大倍率、包容角范围及前后开口直径的确定依据，并通过在Lighttools 中建立的4种仿真模型验证了理论分析的正确性。第一焦距由光源光中心高确定，最大成像放大倍率由光学积分器相对孔径及椭球镜包容角范围共同确定，椭球镜包容角范围不小于30°～120°，前开直径口由椭球镜的最大孔径角确定，后开口直径由最小孔径角和光源的径向调节量共同确定。该结论给椭球面聚光镜的设计提供了理论支撑，有利于设计完成高能量收集效率的椭球面聚光镜。
太阳模拟器 聚光镜 非球面 椭球面 参数 solar simulator condenser aspheric ellipsoid parameters
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
辐照面的均匀性是太阳模拟器的重要指标。椭球面聚光镜是太阳模拟器的重要组成部分，它能够将光源发出的光能收集并会聚在第二焦面上，并在第二焦面上形成中间强边缘弱的高斯能量分布，该能量分布直接影响辐照面的均匀性。从椭球面方程泰勒展开后得到的高阶方程中演变得到了一种变形的椭球面，这种变形椭球面聚光镜能够改善第二焦面上的能量分布，使第二焦面上光能量的强弱对比减弱，从而提高太阳模拟器辐照面的均匀性。将某项目中的椭球面聚光镜进行了变形，并在Matlab中进行了数值计算，获得了变形椭球面曲线，最后通过LightTools仿真分析证明该变形椭球面聚光镜有利于第二焦面上能量分布均匀性的提高。
光学设计 太阳模拟器 均匀性 椭球面聚光镜 变形系数 光学学报
2013, 33(12): 1223001
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033
2 中国科学院 研究生院，北京 100039
为测量某项目中经过投影物镜观察到的胶片位置处的亮度均匀性，设计采用了成像式亮度测量方法，该方法能够获得整个辐照面的相对亮度分布，较传统的采用光辐射计、光电池等采点取样测量方法便捷经济，采用成像式亮度测量方法测量得到的不均匀度为±4.24%,与采用光辐射计测量得到的不均匀度±3.92%基本一致，相对误差仅为8.16%，该方法可以推广应用于太阳模拟器均匀性检测及场馆均匀照明检测等方面。
应用光学 亮度 亮度测量 均匀性 applied optics luminance luminance measurement uniformity
