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
为满足深海探测需求，实现深海中更高质量成像，设计了深海专用的连续变焦光学系统，该系统同时具备短焦大视场、高分辨率、高变倍比的特点。根据在深海中使用环境，考虑了深水压对光学窗口挤压变形造成的像质下降，对光学窗口进行光机集成分析，将面形变化结果以Zernike多项式的形式代入光学系统中进行优化。对水下光学像差特点和变焦系统的设计方法进行研究后，光学系统采用机械式负组补偿变焦方式和像方远心设计方案。该系统工作距为5 m，变焦全程F数恒定为3.0，可实现全视场角5.7°~90°范围内可调，10倍连续光学变焦。变焦系统使用三片非球面，系统总长为260 mm。在208 lp/mm处，整个变焦区域内全视场的调制传递函数值均大于0.3，另外系统各变焦位置的最大畸变均小于3%。所提变焦系统结构紧凑，成像质量良好，变焦曲线平滑，可以满足实际应用的需要。
海洋光学 光学设计 光机集成分析 高分辨率 高变倍比 大视场 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0701002
红外与激光工程
2021, 50(11): 20210129
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 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 10049
航空摆扫成像时, 曝光时间内像点的移动是影响成像质量的重要因素。为了研究三面镜各项误差对像移量的影响, 利用齐次坐标变换法建立了像点位移计算模型, 准确地引入了摆扫镜轴系误差等常见误差项。在此基础上, 分析了三面镜加工装调误差对像点位移量的影响, 并比较了像点位移量对各误差项变化的灵敏度。接着, 根据系统调制传递函数的指标对像点位移量的范围进行了限定, 确定了高图像质量允许的像点位移量。最后, 对分配后的三面镜误差进行了蒙特卡罗法仿真。仿真结果表明, 像点位移量在10－5 m量级, 像移的MTF因子为0.97, 满足指标要求。该结论对摆扫相机的结构设计与加工装调有重要的参考价值。
航空遥感 像点位移 三面摆镜 误差分配 调制传递函数 蒙特卡洛仿真 airborne remote sensing image motion swing mirror with three reflectors error distribution Modulation Transfer Function (MTF) Monte Carlo simulation 光学 精密工程
2019, 27(10): 2071
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
3 中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100039
为满足机载光谱仪主支撑结构动力学特性好、质量低等需求, 本文进行了主支撑结构的优化设计及试验验证。首先, 针对常用结构无法适用于本系统的问题, 提出了一种框架式与薄壁筒式结构相结合的总体结构形式, 方便对遮光罩与结构进行一体化设计, 可有效降低质量且保证刚度; 其次, 为提高系统模态, 采用多变量集成优化方法, 在满足质量要求的情况下将其模态由127 Hz提高到156 Hz, 使其具有良好的动力学特性; 然后, 为确定振动环境对系统调制传递函数(MTF)的影响, 通过有限元分析与灵敏度矩阵相结合的方法分析了振动环境对系统MTF影响, 并通过计算得知本结构能适用于像元尺寸大于10 μm的机载系统; 最后, 通过对主支撑结构的测振试验与整机结构的波前检测试验, 验证了本文设计方法与分析过程的有效性与可行性。本文提出的优化设计方法可为机载遥感仪器结构的优化设计提供参考, 将有助于推动机载遥感仪器结构设计技术的发展。
机载光谱仪 主支撑结构 集成优化 振动环境 调制传递函数 airborne spectrometer main supporting structure integrated optimization vibration environment Modulation Transfer Function(MTF)
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Tianjin Key Laboratory of Optoelectronic Sensor and Sensing Network Technology, Nankai University, Tianjin 300350, China
Subtractive imaging is used to suppress the axial sidelobes and improve the axial resolution of 4pi microscopy with a higher-order radially polarized (RP) Laguerre–Gaussian (LG) beam. A solid-shaped point spread function (PSF) and a doughnut-shaped PSF with a dark spot along the optical axis are generated by tightly focusing a higher-order RP-LG beam and a modulated circularly polarized beam, respectively. By subtracting the two images obtained with those two different PSFs, the axial sidelobes of the subtracted PSF are reduced from 37% to about 10% of the main lobe, and the axial resolution is increased from 0.21 to 0.15.
110.0180 Microscopy 100.6640 Superresolution 170.0180 Microscopy 180.6900 Three-dimensional microscopy Chinese Optics Letters
2019, 17(12): 121103
1 长春理工大学 光电工程学院, 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
为了提高星敏感器相对孔径, 拓宽探测光谱范围, 文中通过探测器灵敏度模型的计算, 确定了星敏感器光学系统的设计参数, 进而设计了一款基于卫星平台的星敏感器光学镜头。该镜头由7片球面透镜组成, 光谱范围为500~800 nm, 焦距为50 mm, 相对孔径为1/1.25, 视场角为8.45°×8.45°(对角线视场角为11.96°), 总长83.33 mm。镜头采用像方远心光路, 减小了因像面离焦及其他因素引起的测量误差。优化后的镜头畸变小于0.5%, 质心色偏差控制在±2 ?滋m内, 能量集中度(3×3像元内)大于80%, 最大倍率色差为-0.073 ?滋m, 轴外视场的弥散斑能量集中度和轴上视场基本一致。对比不同温度下的光学系统, 焦距变化量很小, 验证了无热化设计要求, 镜头的成像质量良好。
光学设计 星敏感器 大相对孔径 宽光谱 像方远心 无热化 optical design star sensor large relative aperture wide spectrum telecentric in image space athermalization 红外与激光工程
2019, 48(7): 0718005
1 长春理工大学光电工程学院, 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
设计了一款基于同心透镜的1300万像素超广角手机镜头,得到符合工业生产要求的手机镜头参数。该镜头由4片同心透镜组成,焦距为3.3 mm,F数为1.83,视场角为100°,总长5.18 mm。研究结果表明,在奈奎斯特频率为223 lp/mm处,0.7视场的调制传递函数(MTF)值均大于0.58,全视场的MTF值均大于0.50;在446 lp/mm处,0.7视场的MTF值均大于0.30,全视场的MTF值均大于0.17。各个视场的弥散斑半径均小于2.3 μm。全视场内相对照度值均大于0.65。
光学设计 同心透镜 超广角 1300万像素 手机镜头 光学学报
2018, 38(10): 1022001
1 长春理工大学 光电工程学院, 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
为了满足监控镜头的小型化、高像质以及大视场的需求, 利用同心结构的同心透镜, 并依据曲面传感器的发展现状及趋势, 设计了一款同心结构的曲面像面监控镜头光学系统。该监控系统的全视场角可达到140°, 有效焦距为7.88 mm, F数为1.5, 系统总长15.12 mm, 像素可达1 100万。设计结果表明, MTF值在中心视场和0.7视场处均接近衍射极限, 在全视场处均大于0.59; 各个视场的弥散斑半径均小于0.6 μm。相比于已有的监控镜头光学系统, 该设计在大视场范围内保证了优良的像质, 并且实现了小型化。
光学设计 监控镜头 同心结构 小型化 超广角 optical design monitor lens monocentric structure miniaturization 红外与激光工程
2018, 47(12): 1218002
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 长春奥普光电技术股份有限公司,吉林 长春 130033
为了在较大失调范围内准确求解离轴梅逊式无焦卡塞格林望远镜元件的失调量,提出了基于改进的灵敏度矩阵模型的计算机辅助装调方法。分析了传统灵敏度矩阵法的原理及局限性,并在传统方法的数学模型中加入二次修正项,对传统计算机辅助装调技术进行了改进。针对离轴望远镜系统,分析了次镜失调状态下系统的像差特性,分别采用改进模型和传统模型对系统失调量与像差间的映射关系进行近似,并对失调望远镜系统进行仿真装调。仿真装调结果表明: 在次镜偏心为±8 mm、倾斜为±1.5°的失调范围内,传统方法计算得到的次镜x、y、z偏心量和α、β倾斜量均方根误差分别是: 2.689 mm、2.494 mm、0.194 mm和0.500°、0.525°;而改进方法对应的计算结果为: 0.404 mm、0.323 mm、0.047 mm和0.064°、0.065°,显示改进后的灵敏度矩阵方法的失调量求解准确度大幅优于传统方法。最终,采用改进方法对望远镜进行装调,得到了轴上视场波像差(均方根值RMS)为0.056λ(λ=632.8 nm),边缘视场波像差RMS均优于0.1λ的良好装调结果。 得到的结果满足设计要求。
离轴望远镜 计算机辅助装调 灵敏度矩阵 失调 Zernike系数 off-axis telescope computer-aided alignment sensitivity matrix misalignment Zernike coefficient
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
为了提高扫描反射镜转角检测系统的测角范围, 建立了基于一字线激光器和线阵CCD的高精度非接触式扫描镜角度检测系统。介绍了检测系统的结构和工作原理, 该系统根据激光光斑在CCD上的位置计算扫描反射镜的转角, 并利用特殊设计的阵列反射镜增大测角范围。为了降低对加工及装调精度的要求, 对系统进行了误差分析, 给出了采用多项式拟合法进行角度测量的理论依据。讨论了影响系统检测精度的一系列误差源, 计算了系统测量的总误差。最后进行了相关的测量实验。实验结果表明: 系统的检测系统分辨率为2.5″, 测角范围为11°, 测角精度可达3″, 可以满足扫描反射镜对角度测量系统提出的高精度、非接触、大测角范围的要求。
光谱成像仪 扫描镜 非接触测量 角度测量 多项式拟合 误差分析 spectroscopic imager scanning mirror non-contact measurement angle measurement polynomial fitting error analysis
