红外与激光工程
2023, 52(11): 20230170
1 长春理工大学吉林省空间光电技术重点实验室空间光电技术国家与地方联合工程研究中心，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应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
偏振像差会影响离轴光学成像系统的偏振测量精度和偏振成像效果，有必要对其进行标定和补偿。基于三维偏振光线追迹，分析了含有数字微镜器件（DMD）的编码超分辨离轴光学成像系统在不同视场下的偏振像差，并提出一种在光路中接近DMD位置加入线性衰减器（LD）和相位延迟器（LR）进行偏振补偿的方法。经计算发现，DMD表面引入的最大二向衰减为1.43×10-3，最大相位延迟为9.52×10-3 rad，整体光学系统引入的最大二向衰减为2.32×10-3，最大相位延迟为1.55×10-2 rad，DMD引入的偏振像差占全系统的60%以上。对比了偏振补偿前后整体光学系统的偏振像差分布、琼斯瞳和偏振成像仿真效果，结果表明：布置合适的弱偏振器件进行补偿后，二向衰减和相位延迟均减小为补偿前的一半左右，琼斯矩阵接近单位阵，偏振成像中的串扰现象也明显减少。可见，DMD会引入较大的偏振像差，而在DMD附近的光路中使用LD和LR能够简单有效地进行偏振补偿。
成像系统 偏振像差 数字微镜器件 琼斯瞳 弱偏振器件 光学学报
2022, 42(16): 1611001
1 长春理工大学 空间光电技术吉林省重点实验室，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 应用光学国家重点实验室，吉林 长春 130033
3 长春理工大学 光电工程学院，吉林 长春 130022
目前对于超分辨成像技术的研究主要集中在超分辨重建算法方面，光学系统本身的装调误差对超分辨成像结果的影响尚未见报道。针对这一问题，开展了装调误差对超分辨成像影响的研究，建立了基于数字微镜器件(DMD)的超分辨成像光学系统的基本成像模型，设计了一个工作波段为8~12 μm的DMD超分辨成像光学系统，提出了装调误差对超分辨成像质量影响的分析方法。在成像模型中分别引入适当的偏心、倾斜、镜片间隔误差、离焦等装调误差，对超分辨重建结果进行仿真分析，得出了该超分辨成像光学系统装调时的公差范围：该系统在加工装调时X方向总体偏心误差控制在±0.07 mm以内，Y方向总体偏心误差控制在±0.05 mm以内，X方向和Y方向的总体倾斜误差控制在±0.06°以内，总体镜片间隔误差控制在±0.02 mm以内，成像物镜的离焦量控制在±0.04 mm以内，投影物镜的离焦量控制在±0.05 mm以内，在此范围内超分辨成像光学系统可以保证超分辨成像的质量。
装调误差容限 超分辨成像 光学设计 数字微镜器件 alignment error tolerance super-resolution imaging optical design digital micro-mirror device 
Author Affiliations
Abstract
Nanophotonics Research Centre, Shenzhen Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Technology, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China.
Digital holography has high potentials for future 3D imaging and display technology. We present a method for a dynamic full-color digital holographic 3D display on single digital micro-mirror device (DMD) with full-color, high-speed and high-fidelity characteristics. We combine the square regions of adjacent micro-mirrors into super-pixels that can modulate amplitude and phase independently. Gray images are achieved by amplitude modulation and precise positioning of each color is achieved by phase modulation. The proposed method realizes a full-color imaging based on the three primary colors and achieves measured structural similarity of more than 88% and color similarity of more than 98%, while retaining the high switch speed of 9 kHz, thus achieving dynamic full-color 3D display on charge-coupled device (CCD).
3D visualization digital holographic super-pixel digital micro-mirror device Opto-Electronic Advances
2021, 4(3): 03200049
浙江大学现代光学仪器国家重点实验室, 浙江 杭州 310027
数字微镜器件(DMD)作为空间光调制器,有着高调制速度、高精度的优势,可对照明光进行振幅调制或相位调制,广泛应用于相位成像系统中。利用DMD对照明光振幅进行随机编码调制,通过数值仿真分析DMD加载随机编码图案时最小调制单元尺寸、开/关占比对相位成像的影响,利用差值映射迭代算法实现光场重建。通过实验验证了基于数值仿真分析所得的参数可以更快的迭代速度、更少的测量次数完成振幅与相位的恢复,本文方法对于视场为4.3 mm×4.3 mm的物体的重建分辨率可达6.9 μm。
成像系统 相位成像 随机编码 差值映射算法 数字微镜器件 光学学报
2020, 40(23): 2311001
上海交通大学 电子信息与电气工程学院 仪器科学与工程系, 上海 200240
为了评估微型近红外光谱仪应用于现场水果糖度检测的可行性, 采用粒子群算法结合反向传播(BP)神经网络建立了苹果糖度的无损高精度快速检测方法, 研究了微型近红外光谱仪NIRscan以单波长和阿达玛变换两种测量模式获得的光谱数据, 应用多种不同的数据预处理方法和多元线性回归、偏最小二乘法、粒子群算法(PSO)、BP神经网络等算法建立分析模型。结果表明, 以阿达玛变换工作模式测得的光谱数据更好, 以1阶导数结合Savizky-Golay平滑算法作数据预处理, 应用PSO结合BP神经网络建立的苹果糖度预测模型具有更高的预测精度, 预测相关系数和均方根误差分别为0.9911和0.1502。该微型近红外光谱仪NIRscan用于苹果糖度的现场快速和高精度无损检测具有可行性。
光谱学 苹果糖度 近红外光谱 数字显微器件 微型近红外光谱仪 阿达玛变换 粒子群优化算法 反向传播神经网络 spectroscopy apple sugar content near infrared spectroscopy digital micro-mirror device miniature near infrared spectrometer Hadamard transform particle swarm optimization back propagation neural network
1 东北师范大学 物理学院 国家级实验教学示范中心, 长春 130024
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 应用光学国家重点实验室, 长春 130024
数字微镜阵列扫描曝光图形在某些方向的边缘存在约一个像素的锯齿, 对此设计自由曲面光学透镜, 将其安装在距离数字微镜阵列窗口玻璃1 mm附近, 使微镜阵列成像线性错位, 在保持原有线宽和光刻效率的情况下, 平滑曝光图形边缘.理论分析了微镜阵列成像线性错位形式及其表达式.根据物像映射原理, 用Matlab软件计算出自由曲面光学透镜面形初始数据, 通过Zemax软件优化得到理想透镜模型, 模拟了安装该透镜模型前后曝光图形效果.结果表明：在±2 μm容差范围内, 安装该透镜且曝光总能量为原来的0.9倍时, 曝光图形的横线边缘锯齿由0.14个像素缩小至0~0.01个像素, 斜线边缘锯齿由0.338个像素缩小至0.110~0.125个像素, 且线长变化范围为－0.153~0.05个像素, 线宽变化范围为－0.058~0.153个像素, 变形范围不影响10~30 μm pcb板的制作精度.该方法可同时提高能量利用率, 降低光源成本.
数字微镜阵列 扫描光刻 自由曲面光学透镜 成像线性错位 图形边缘 投影成像系统 Digital micro-mirror device Scanning lithography Free surface optical lens Linear dislocation Lithography graphic edge Projection imaging system
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 信息光子学研究室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
受限于空间光调制器(SLM)有限的刷新速率,现有的基于SLM的多模光纤(MMF)成像方法并不能满足对活体生物组织内窥成像的需求。考虑到数字微镜器件(DMD)的刷新速率比SLM高两个数量级,因此提出了一种基于DMD二值振幅调制的MMF出射光斑聚焦扫描技术。理论分析表明,MMF出射端任意聚焦区域内的总光强与DMD子区域的振幅调制系数之间存在二次函数关系,因此,通过DMD对MMF入射波前进行二值振幅调制,可实现对MMF出射光斑的聚焦和扫描。对于给定数目的可调制子区域,该二值振幅调制算法的调制次数是基于纯相位迭代优化算法的1/256,是基于三步移相最优相位算法的1/3。基于该技术实现了对长度为5 m、直径为105 μm的MMF出射光斑在三维空间上的聚焦和扫描。研究表明,该技术具有调制速度快、算法可靠性高、聚焦点均匀性好等优点。
成像系统 多模光纤内窥成像 聚焦扫描 二值振幅调制 数字微镜器件 全局最优解
长春理工大学 光电工程学院, 吉林 长春 130022
为仿真现实场景中目标和干扰的光谱分布差异, 设计了一种基于双数字微镜器件(DMD,Digital Micro-mirror Device)的双通道、共口径、变焦光学引擎, 包括投影光学系统和两套照明光学系统.光学引擎以红外中波和长波柯勒远心光路分别直接照明两DMD靶面, 采用空间立体布局避免不同光路间干扰.设计结果表明: 照明光学系统的照度均匀性优于94%; 中波(3.7~4.8 μm)和长波(8~12 μm)内, 变焦投影光学系统在10 1p/mm处的调制传递函数(MTF, Modulation Transfer Function)值分别优于0.7和0.4; 系统畸变小于0.5%, 满足使用要求.
光学设计 红外仿真 数字微镜器件(DMD) 双波段 光学引擎 optical design infrared simulation dual digital micro-mirror device(DMD) two-band optical engine
