西北工业大学物理科学与技术学院光场调控与信息感知工业和信息化部重点实验室陕西省光信息技术重点实验室， 陕西 西安 710129
为了满足长波红外（LWIR）热像仪在宽温度范围下连续变焦的需求，基于LWIR 320 pixel×320 pixel型红外探测器，设计了一款非制冷长波红外连续变焦光学系统。该系统可在宽温度范围下实现无热化，采用常见的硫系玻璃，工作波段为8~12 μm，总长为200 mm，仅由7片透镜组成。通过引入偶次非球面，可以使系统色差和轴外像差得到良好的校正，同时选用后固定组的最后一片透镜充当温度补偿组来调节焦距实现无热化。分析结果表明，该系统结构紧凑，可以在40~60 ℃温度范围内和60~180 mm焦距范围内连续平滑变焦，并且全程成像质量良好（调制传递函数在20 lp/mm处均大于0.3），变焦和公差也具有良好的可实现性。
光学设计 红外变焦系统 长波红外 像质评价
中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所 吉林省智能波前传感与控制重点实验室， 吉林长春130033
为满足大口径主焦点光学望远镜的发展趋势与需求，研究了大口径主焦点式光学系统的设计与装调方法。给出一个大口径主焦点光学系统的设计，该系统由一块非球面主反射镜和六块口径较小的球面透镜组成，六块透镜构成的校正镜组能够增大视场、校正像差，从而保证系统的成像质量。该系统的工作波段为0.4~0.8 μm，通光口径为1 000 mm，焦距为1 300 mm，视场为2.7°×2.7°，在-40~50 ℃内采用移动探测像面的方式实现温度补偿。全视场奈奎斯特频率下调制传递函数高于0.45，RMS弥散斑半径小于10 μm。针对该系统，提出了一种包含主镜被动支撑调整、校正镜定心装调和系统星点成像装调的一般装调方法，装调后系统全视场靶面星点80%能量集中度在3×3个像元以内。
光学设计 光学装调 主焦点式 像质评价 optical design optical alignment prime focus image quality evaluation 光学 精密工程
2022, 30(23): 2987
1 上海理工大学 光学仪器与系统教育部工程研究中心，上海 200093
2 上海理工大学 光电信息与计算机工程学院，上海 200093
近视防控离焦镜片的光学性能评价的过程中，通常以镜片的屈光度地形图作为分析依据，对成像质量的影响目前研究较少。从像质评价入手，搭建了一套镜片−相机测试系统用于测量离焦镜片的光学传递函数（MTF）。整个系统是由光源、成像模块、镜片夹持工具、棋盘标定板和MTF分析软件系统组成的。实验过程中对相机镜头、国内明月离焦镜片、国外Z品牌离焦镜片的MTF进行了测试和比较。结果显示镜片MTF分布与光焦度分布一致，光焦度和离焦量的设计相关。因此对离焦镜片的像质测试不仅能分析镜片的光学性能还可以分析其离焦量，为离焦镜片设计提供了一种新的评价方式。
离焦镜片 像质评价 光学传递函数 离焦量 defocus lens image quality evaluation optical transfer function defocus amount
1 浙江大学 现代光学仪器国家重点实验室，浙江大学光电科学与工程学院，教育部光子学国际合作联合实验室，浙江 杭州 310027
2 浙江大学 浙江省先进微纳器件智能系统研究省重点实验室，浙江大学信息与电子工程学院，浙江 杭州 310027
3 杭州纳境科技有限公司，浙江 杭州 310012
传统光学透镜及光学系统基于光传播效应实现电磁波调控功能，其体积较大、不易集成。而超表面是由人工亚波长尺度单元构成的二维平面结构，由于其相对于传统透镜具有超薄的优势，并且可以实现对光场的任意调控，近年来在光学成像领域得到广泛研究和应用。本文阐述了超表面透镜的工作原理，分析了超表面成像透镜的单色像差和色像差成因以及对应的像质评价方法，之后综述了超表面成像透镜的研究现状及应用，最后总结了超表面在成像领域尚且存在的问题及其未来发展方向。超表面透镜便于集成、设计自由度高，有望在诸多应用领域取代传统成像器件，基于超表面的高效率、大视场、宽带、可重构可调谐成像器件将成为其未来重要发展方向。
超表面 成像 电磁波调控 像差 像质评价 metasurface imaging electromagnetic wave manipulation aberration image evaluation
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
空间引力波探测任务采用的是外差法激光干涉测量技术, 其对系统的噪声和精度要求极为苛刻。望远镜是引力波探测天文台的重要组成部分, 起到激光信号收发的作用, 其光学系统应具备大倍率、高像质、杂光抑制能力强, 波前误差一致性好的特点。针对上述要求, 对大倍率离轴四反无焦光学系统进行了设计和优化。基于初级像差理论阐述了初始结构的求解方法。系统具有中间像面和可用的实出瞳, 便于杂光抑制和与后端科学干涉仪的承接。优化过程中, 建立了波前一致性优化函数, 通过优化设计, 系统入瞳直径为200 mm, 放大倍率为40倍, 科学视场为±8 μrad, 波前误差RMS值优于0.005λ, PV值优于0.023λ(λ=1 064 nm), 波前一致性残差RMS值优于0.000 8λ(λ=1 064 nm), 在捕获视场±200 μrad内的成像质量均接近衍射极限, 并对系统公差进行了分析, 满足引力波探测的应用需求。
望远镜 空间引力波探测 离轴四反系统 像质评价 公差分析 telescope space gravitational wave detection off-axis four-mirror optical system image quality evaluation tolerance analysis
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
为了评价软X射线掠入射望远镜的成像质量, 提出了一种利用ZEMAX和MATLAB相结合的像质评价方法。根据这种方法编写的像质评价程序不仅考虑了孔径衍射、几何像差和装调误差等因素对成像质量的影响, 而且加入了望远镜面形误差和X射线散射效应的影响。利用勒让德-傅里叶多项式和用户自定义表面, 在ZEMAX中建立带有面形误差的筒状反射镜表面模型, 实现对真实面形的掠入射反射镜的仿真; 根据Harvey-Shack散射理论建立了ZEMAX中的BSDF散射模型, 实现对X射线散射的仿真。搭建X射线有限远成像实验装置, 对像质评价程序进行了验证。实验结果和仿真结果对比表明: 实验光斑和仿真光斑的光强分布基本一致, 以实验结果为基准, 仿真光斑的半高全宽横向和纵向的相对误差分别为14.7%和11.3%。说明像质评价程序的仿真结果基本符合真实情况, 对掠入射光学系统的设计和加工具有一定的指导意义。
X射线光学 掠入射望远镜 像质评价 表面散射 面形误差 X-ray optics grazing incidence telescope image quality surface scattering figure errors 光学 精密工程
2019, 27(10): 2136
1 中国科学院安徽光学精密机械研究所通用光学定标与表征技术重点实验室, 安徽 合肥 230031
2 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
空间分辨率与调制传递函数(MTF)是高分辨率光学卫星传感器像质评价的重要参数,直接客观反映遥感器成像系统的成像质量。针对空间分辨率检测的辐射状靶标,提出一种与相同反射率大面积靶标相结合的方法,依据靶标调制度、传感器入瞳的物方调制度与像方调制度之间的关系,准确获取不含大气的星载遥感器成像系统在轨MTF与大气MTF值。实验结果表明:采用辐射状靶标法可同时获取星载遥感器成像系统空间分辨率与在轨MTF值,实时的大气MTF值为0.7519,基于辐射状靶标的在轨MTF检测结果与刃边法在轨MTF检测结果差异小于5%,该方法可用于实现高分辨率光学卫星传感器在轨像质评价。
遥感 像质评价 辐射状靶标 调制传递函数 分辨率
1 温州医科大学眼视光学院, 浙江 温州 325027
2 温州医科大学附属眼视光医院, 浙江 温州 325027
自适应光学扫描激光眼底成像系统研究是当前研究的一个热点。利用Badal系统、变形镜和夏克-哈特曼波前传感器设计了一种可调焦的自适应光学激光扫描眼底成像系统,通过视标引导,调节Badal系统中的透镜间距,实现人眼低阶像差校正。根据系统调焦及工作原理,分析了Badal系统最佳参数,并对系统参数进行设计,采用Zemax光学软件对系统进行仿真及优化。仿真结果表明,设计的系统点列图光斑小于衍射极限,各屈光度斯特列尔比值均大于0.8,甚至低屈光度下的斯特列尔比可达0.95,不同屈光度下各视场调制传递函数(MTF)曲线接近衍射极限,正常人眼视网膜面上系统理论分辨率约为2.29 μm,接近衍射极限分辨率(2.11 μm),能够对-6~6 m
-1屈光不正的人群实现眼底视网膜清晰成像。
光学设计 眼底成像系统 屈光补偿 像质评价 激光与光电子学进展
2019, 56(2): 022202
1 长春理工大学电子信息工程学院, 吉林 长春 130022
2 长春理工大学空间光电技术研究所, 吉林 长春 130022
为提高相机动态范围, 提出了一种基于相机光电参数的图像融合方法。该方法首先通过对相机的转换增益以及黑电平偏移进行测试确定融合系数, 得到高动态范围图像, 经过灰度拉伸后得到可显示的图像。从像质评价方面选取 3组不同光强下融合图像, 分别从主观和客观两方面与 2种传统的融合算法进行比较同时将相机融合前后的动态范围进行了比较。选用辰芯 G2020型互补性氧化金属半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)图像传感器完成实验测试, 融合前高增益模式以及低增益模式下相机动态范围分别为 59.2 dB和 66.1 dB, 经该方法处理后相机动态范围达到87.5dB, 且成像质较好, 同时本文方法计算量小, 易于硬件实现。
图像动态范围 像素级图像融合 光子转移曲线 像质评价 image dynamic range pixel level image fusion photon transfer curve image quality evaluation
