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 长春精测光电技术有限公司，吉林 长春130012
3 小米通讯技术有限公司，北京100089
针对多重差分航空相机图像检焦精度的问题，提出了一种多重差分空间滤波器参数选取方法。首先，介绍了空间滤波法以及基于空间滤波效应的自动检焦。然后阐述了多重差分滤波检焦法的具体实施过程，并从滤波器输出信号功率谱角度分析了滤波器参数的选取与检焦精度、灵敏度的关系。最后设计动态成像实验，在典型导轨移速532 mm/s下采集外景图像，选取不同的滤波器参数分别进行20次像面检测，并将其结果与传统图像检焦算子的检焦效果进行比较。结果表明，本文方法选取的参数使得检焦精度比Brenner算法提高了18%，且检焦系统的最大误差为3392 m，小于光学系统允许误差(768 m)，满足实际工作需求。
光学成像系统 航空相机 焦面检测 空间滤波器参数 optical imaging system aerial camera focal plane detection filter parameters
1 广东工贸职业技术学院机电工程学院, 广东 广州 510550
2 广东工业大学, 广东 广州 510006
针对芯片实验室对浓度梯度产生器（CGG）的需求, 为制作侧壁垂直的CGG, 提出了一种移动焦平面正反面曝光制备SU-8光刻胶微结构的方法。该方法根据焦深将SU-8厚度分成多层, 每曝光一次焦面向下移动一层, 当曝光层数达到总层数一半时将样品翻转, 同样采用移动焦面重复曝光的方式使SU-8内部形成光化学反应通道, 得到充分曝光。最终利用SU-8微结构制作出聚二甲基硅氧烷 (PDMS) CGG。测试结果表明：SU-8微结构实际轮廓侧壁垂直, 没有出现 “T” 形结构, 沟道高度为49.4 μm；PDMS CGG侧壁垂直, 沟道深度为49.3 μm, 满足CGG侧壁垂直要求。
光电子学 浓度梯度产生器 焦面移动正反面曝光 SU-8 聚二甲基硅氧烷 optoelectronics concentration gradient generator focal-plane moving front and back exposure SU-8 polydimethylsiloxane
1 长春理工大学光电工程学院，吉林 长春 130022
2 长春理工大学先进光学设计与制造技术吉林省高校重点实验室，吉林 长春 130022
增强现实型抬头显示器拥有比传统抬头显示器更加丰富的显示内容。理想的增强现实型抬头显示器需要显示多个不同深度的虚像来呈现基础与交互信息，但传统的解决方案多为通过高速旋转反射镜或光学变焦系统来显示两种深度的内容，可靠性较低，存在驾驶安全隐患。提出了一种采用两块图像生成单元和单块自由曲面镜实现双焦面显示的离轴反射式光学结构，通过添加一块平面反射镜增加远场光路物距，从而实现双焦面的显示，最终得到一个视野盒大小为130 mm×50 mm、视场角分别为和、虚像距离分别为2.5 m和7.5 m的双焦面抬头显示器系统。该研究结果不仅满足了近场基础信息与远场交互信息同时显示的需求，景深的显示效果也同样得到了改善。
光学设计 抬头显示器 增强现实 自由曲面 双焦面 光学学报
2022, 42(14): 1422003
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
调制传递函数（传函）测试是空间相机研制过程的重要环节，常规传函测试需要用到平行光管。自准直传函测试方法是一种不依赖于平行光管的系统传函测试方案。首先介绍了自准直传函测试系统的原理和搭建方案。其次对比了平行光管测试的过焦曲线和自准直传函测试的过焦曲线，发现该系统对焦面离焦敏感程度不亚于平行光管，得到该系统可以用于判定焦面位置正确性的结论。再次分析了自准直靶标条纹经过平面镜反射后偏转的现象，该现象将引入测试误差。给出了偏转角的数值计算公式和条纹偏转对传函值影响的计算公式。针对离轴系统对偏转角敏感的问题，给出自准直靶标的设计方法。利用该方法可以将靶标条纹偏转造成的传函测试误差降至可以忽略的量级。然后讨论了采用自准直传函测试方案时相机探测器与测试靶标的拼接，分析了探测器滤光片对焦面位置的影响，提出了探测器与靶标共焦面的设计及拼接方案。最后总结了该测试方法在某型号相机的实际应用，为自准直传函测试方法在后续系统的应用打下基础。
空间相机 自准直 传函测试 焦面位置 平面镜 靶标 space camera self-collimating MTF test focal plane position plane mirror target 红外与激光工程
2022, 51(5): 20210610
红外与激光工程
2022, 51(3): 20210276
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所航空光学成像与测量重点实验室, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
焦面检测准确与否对航空相机光学系统的成像质量起着至关重要的作用。为解决航空相机检焦问题,提出了一种基于多重差分滤波效应的检焦算法。首先,对检焦原理进行了介绍,在基本矩形滤波器的基础上进行设计,提出了一种适用于航空相机检焦的新型滤波器,消除了图像和滤波器之间相对位移产生的影响,并从数学角度证明了其可行性。然后,通过对图像的隔行采样对滤波器进行模拟,以完成图像检焦算法的设计。最后,利用实验采集的图像对所提算法的检焦效果进行了评估。实验结果表明,所提算法可以消除矩形滤波器和图像之间相对位移产生的正弦变化;算法灵敏度较高,最大误差为41.16 μm,小于光学系统的半焦深(76.8 μm),能够满足工程需求。
成像系统 航空相机 焦面检测 空间滤波效应
1 北京空间机电研究所，北京 100094
2 先进光学遥感技术北京市重点实验室，北京 100094
空间相机运载过程的冲击振动及在轨复杂力热环境的影响容易导致相机焦平面与像面的不重合，产生离焦问题。针对长线阵大负载焦平面离焦问题，设计了一种调焦机构。该机构采用两套机构驱动，可以提供大的驱动力矩，并采用两组过约束导轨保证其力学性能。每套驱动机构由步进电机、滚珠丝杠、编码器、滚动导轨和齿轮系组成。对调焦机构建立了有限元仿真分析模型，通过模态分析，验证了该结构具有较好的刚性，能够满足相应的力学条件要求。后续通过力学试验后的精度测试对调焦精度、稳定性精度分析表明：该调焦机构的调焦精度为3.8 μm，稳定性小于5″, 同步精度为1.1 μm。设计及试验证明，该调焦机构具有较高的调焦精度和可靠性，可以满足一定范围内长线阵焦面精密调焦需要。
空间相机 调焦机构 长焦面 过约束导轨 space camera focusing mechanism long focal plane overconstrained lead rail 红外与激光工程
2021, 50(11): 20210270
红外与激光工程
2021, 50(2): 20200172
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所光学系统先进制造技术中国科学院重点实验室, 吉林 长春 130033
增强现实头盔显示器(HMD)需要两个或更多焦平面,用以显示不同焦距上的画面,既能增强景深效果又能减少单焦面带来的视觉辐辏冲突及不适感。较为传统的解决办法是使用两块分离的图像生成单元(PGU)分别显示两个焦面的内容,增加了成本,降低了可靠性并且体积庞大。使用单个图像生成单元和单个自由曲面棱镜设计了一个新的结构,在图像生成单元上设置两个分开的区域,并通过平面反射镜将其中一个图像区域中继到新的较远位置以实现双焦面显示,最终得到一个视场角为18°×16°,出瞳直径为8 mm,波长为540~640 nm,出瞳距大于15 mm,焦距为95.2 mm和35.2 mm的双焦面头盔显示光学系统。
光学设计 头盔显示 双焦面 自由曲面 光学学报
2020, 40(13): 1322004
