光学镜头杂散光分布状态测试

围绕实际检验工作中遇到的问题,以及国家推荐标准GB/T 10899-2009光学系统杂（散）光测试方法中提出的要求,论述了对光学系统全视场杂散光系数进行测试的必要性以及测量方法,通过对现有杂散光测试装置的改造,实现了对光学系统全视场杂散光系数的测试,给出两种变焦距镜头全视场杂散光系数测试结果和分布状态曲线,得到结论:基本参数相近而型号不同的光学镜头,其杂散光系数和分布状态会存在很大的区别。光学与机械结构形式不同是造成该区别的主要原因。测试数据能对光学系统杂散光抑制能力的提高起到参考作用。     

测试条件对杂光系数测试结果的影响

针对同一光学产品的杂光系数由于测试条件的不同,测试结果往往差别很大,无法进行准确比较的问题,对几种光学镜头在不同的测试条件下反复进行了杂光系数测试实验。通过理论分析和实验测试给出了不同黑体目标尺寸和接收光阑孔径以及是否加装准直镜对杂光系数测量结果的影响。结果表明,对同一光学产品,选取的黑体目标尺寸越大,测试结果杂光越小;选取的光电接收器件接收光阑孔径越大,测试结果杂光越大。另外,准直物镜的使用会引入新的杂光,令杂光测试结果增大,但增大的量值可视为定值,进而从测试结果中减除。     

准直物镜对杂光测量结果的影响

论述准直物镜对杂光系数测量的影响，并给出实验例证，提出在高精度杂光测量中应扣除准直物镜杂光测量结果的影响。     

微型平像场近红外光谱仪的消杂散光设计

设计和研制了结构紧凑、杂散光低的微型平像场近红外光谱仪。在分光系统设计中不采用附加杂散光遮挡装置的常规方法,而是在准直物镜前设置一块直径为8．5mm的平面反射镜,通过调节平面反射镜改变入射光束的空间角,使光束全部被准直镜接收,不再产生旁光,从而有效地消除系统内的杂散光,使仪器整体杂散光水平降低了1．13％。另外,该光谱仪选择线阵CCD作为探测器件,不再设置冷却系统也避免了平面光栅带有扫描旋转机构。由于使用CCD作探测器和新的消杂散光设计方法,该光谱仪实现了微型化。     

变焦距物镜的小型化

本文认为高斯光学是变焦距物镜的基础。当然对于变焦距物镜的小型化更应重视这个基础。在设计变焦距物镜时对其必须加深理解,选好初始参数,否则影响将是根本的。一般的军用望远系统变焦距物镜的特点是:小视场、低倍率、长焦距。例如,1.5~x变焦距指挥镜,其变焦比只有1.5~x,视场角为7°,但长位置焦距为358.14mm。所以,要使1.5~x变焦距物镜结构尺寸小型化并非是一件容易的事情。     

用矩阵方法设计变焦镜头

传统上，在设计变焦距镜头时都要利用高斯光学求解变焦距的各组元焦距、组间隔。与传统方法不同的是，该文利用矩阵光学理论，建立变焦距镜头的光线传输矩阵，并以此矩阵建立非线性方程组，然后用数学软件对其求解，得到各组元的焦距、组间隔等参数。最后以设计一个普通的摄像物镜为例，演示了矩阵光学在设计变焦距镜头中的应用。     

基于液晶可调滤光片的广角多光谱成像光学系统设计

基于液晶可调滤光片(Liquid Crystal Tunable Filter,LCTF)的分光原理,设计一种工作谱段为400~720nm,焦距4.5mm,视场角140°,F数为1.28的广角多光谱成像光学系统。该光学系统由前端光学镜头、LCTF和成像镜头组成,其中前端光学系统镜头将入射光束进行扩束,同时将入射光束的广角视场缩小至LCTF可接收角度范围内;LCTF利用液晶材料的电控双折射效应,实现对某一波长光信号的选择透过。根据多光谱成像系统的总体方案,对光学系统的各光学参数进行合理选取。设计结果表明,整个系统在120lp/mm的空间频率处轴上及轴外的调制传递函数MTF均大于0.4。     

毛细管阵列电泳检测过程中的杂散光分析

建立了激光诱导荧光检测系统.采用光学仿真方法,建立与实际光学系统相同的模型.模拟表明:聚焦光束扫描毛细管阵列,轴上光束入射到毛细管内径中心时产生的杂散光最大,在两边逐渐减小.由毛细管产生的杂散光的平均光强是无毛细管时的2.725倍,说明由它产生的杂散光比较严重.对不同大小的内径产生的杂散光影响进行了分析比较,增大毛细管的内径,杂散光增大,但毛细管内径减小会使进样量少,检测困难,同时还会加大清洗与灌胶的难度.综合考虑,选取内径为50 μm的毛细管较为合适.利用自行设计的激光诱导荧光检测系统扫描毛细管阵列,进行了杂散光检测实验,光电倍增管记录所收集到的信号,作出了激光束扫描毛细管的不同位置时的杂散光信号强度分布图,实验与模拟结果相一致.     

星载超光谱成像仪杂散光及其测量

超光谱成像仪比一般光谱仪器具有更多的光谱通道和更高的光谱分辨率,而杂散光是影响超光谱成像仪光谱测节精度的重要因素之一,当前光谱仪器的杂散光测量方法尚不能满足超光谱成像仪杂散光检测的需要.作者探讨了此类成像光谱仪杂散光的定义、来源和危害,论述了使用杂散光影响因子di,j描述光谱仪杂散光的可行性和优越性,并给出了杂散光受扰系数fi(λ)和杂散光干扰系数Fi(λ)的定义、物理意义和工程应用价值.最后,介绍了使用窄带滤光片测量星载超光谱成像仪杂散光的测量系统组成、测量步骤和测量结果.结果表明:杂散光影响因子di,j能正确表示光谱仪的杂散光特性,与光源、滤光片、探测器等测量条件无关,而测量效率比谱杂散光系数法至少提高1倍,满足星载超光谱成像仪杂散光测量的工程需要.     

杂散光对六价铬水质分析仪测量结果的影响及实验分析

目前微型分光光度计已广泛应用于水质在线分析仪器中,而杂散光作为分光光度计检定中的一个重要指标,其大小对于测量结果具有很大的影响.理论分析了杂散光的来源及其对分光光度计测量结果的影响,搭建了测试平台,对两台不同程度杂散光的微型分光光度计进行了检测,并将其分别应用于六价铬水质分析仪中,对不同浓度的标准溶液进行了测量,结果表...     

Large-aperture double-focus laser collimator for PAT performance testing of inter-satellite laser communication terminal

A laser collimator is necessary for testing and verification of the pointing, acquisition and tracking (PAT) performance of inter-satellite laser communication terminals on the ground. The laser collimator must have a large clear aperture to fit the PAT performance testing system. The PAT subsystem has a large field of view for the acquisition and a high angular accuracy for the fine tracking. To resolve the conflict between large field of view and fine angular resolution, a large-aperture double-focus laser collimator is proposed and its optical design and mechanical structure are described. The collimator mainly consists of a primary lens, a reflector, a beam-splitting plate, a secondary lens, two compensating lenses, two imaging sensors and a laser. The primary lens directly forms the long focal length arm of the collimator. The combination of the primary lens and the secondary lens form the short focal length arm of the collimator. The collimator has an angular resolution <0.75 μrad and a 10 mrad field of view. For the collimator, the incident beam is focused on the two imaging sensors by its two arms, and the beam emitted from the laser is collimated and transmitted. The collimator is combined with an optical scanner and a fine beam deflector to test and verify the PAT performance of the inter-satellite laser communication terminal in a full physical manner.     

基于锥形透镜的光线入射角度测量系统设计与研究

为测量光线入射角度，设计了一种基于锥形透镜的新型光线入射角度测量系统。利用光阑、锥形透镜和图像接收装置，获取待测光线通过光阑射入锥形透镜后经过多次的折射和反射，在图像接收装置上得到的复杂光斑图像，通过图像处理得到光斑图像特征信息，进而求解光线入射角度。采用锥形透镜的测量方案，角度测量范围可达80°，精度最高可达 (1×10?4)″。该方案结构简单、体积小且不需要进行繁琐的安装调试。与现有的单光点测量等方法相比，该方案中锥形透镜具有角度放大作用，可大幅度提高测量精度且具有大视场；图像传感器像素分辨率对测量结果影响较小，系统光通量大，容易获得较高的信噪比。     

基于点源透过率的空间光学系统杂光测量

杂光测量是光学系统杂光分析的有效途径之一,它能够对消杂光设计结果进行准确的评估.针对空间光学系统的工作环境,考虑到其视场外有强烈辐射源(如太阳等),采用点源透过率方法来验证光学系统抑制杂光的能力.搭建了一套无中心遮挡的离轴抛物面反射式杂光测量装置,测量动态范围为10-1～10-11.利用该装置对口径为300mm、全视场...     

40×大变倍比宽波段连续变焦光学系统设计

为了实现对远处目标的瞄准、识别与跟踪,光电跟踪系统往往需要其光学系统可连续变焦,并且具有大变倍比、宽波段、光轴一致性高等特性。详细阐述了连续变焦光学系统的基本构造形式、初始结构参数估算等,并在确定了相关技术参数的基础上,设计了一种变倍比为40^×的宽波段连续变焦光学系统。设计的连续变焦光学系统全部使用球面镜,易于加工,成像质量较好,各视场MTF值在150 lp/mm处均大于0.2,并且凸轮曲线平滑,无拐点,杂散光控制较好,对系统影响很小。最后通过外景试验测试,该系统光轴一致性小于0.1 mrad,系统的各项性能指标都可满足设备的使用要求,为光电跟踪系统的工程化提供了参考价值。     

ASAP模拟变焦系统中鬼像的研究

 非成像光束在光学系统内表面的多次折射反射容易在像面附近形成光晕或鬼像,变焦系统由于镜片多,机构复杂等往往难以进行全面的分析模拟。利用ASAP软件模拟每个透射面作为部分透射、部分反射的表面,对变焦光学系统非轴上光进行分析,模拟出变焦系统的光学元件表面和光机内壁,实行实际光线追迹,然后以像面为研究对象,进一步实施实际光线追迹,模拟出全部散射光在像面上的能量分布,找出鬼像形成的原因,并在此基础上通过改变二次反射所在面的曲率或改变所在面的折射率两种方法对变焦光学系统进行优化,减小鬼点数目,以提高系统的成像质量。     

变焦距投影光学系统中的远心光路设计

介绍了含有棱镜系统的数字光处理器（DLP）投影仪连续变焦距远心镜头的设计。通过对DLP投影镜头与数字微反射镜器件之间的全反射棱镜系统进行分析，发现采用像方远心光路设计方法，可使投影系统产生的杂光大大减少。进一步研究变焦距系统远心光路的结构特征，得出了使系统在整个变焦过程中都处于远心位置的光阑轴向位移方程。借助给光阑固联一个透镜（与补偿组共同补偿变倍组）所产生的像面移动，得到了变焦曲线平缓、光焦度分配均匀且成像质量较好的投影镜头。     

Design of liquid-glass achromatic zoom lens

Optical liquids are ideal materials for designing apochromatic lens due to their lower refractive index and higher Abbe numbers than those of the ordinary optical glasses. Based on the Buchdahl dispersion formula, the dispersion coefficient diagram of liquids and glasses is established. The liquid-glass combination lens(LGCL) with small secondary spectrum is obtained by calculating the combination structure with low dispersion liquid and glasses. The initial optical structure of the liquid-glass apochromatic lens(LGAL) can be obtained by replacing two glass lenses in an initial optical system with the LGCL. Using the multi-configuration optimization of ZEMAX, the liquid-glass achromatic zoom lens (LGAZL) can be designed by optimizing the LGAL. The LGAZL has an objective field of view ?63 mm–?57 mm, an image field of view 8 mm, a working distance 240 mm and the zoom range of focal length 75–85 mm. The chromatic aberration and the secondary spectrum of the LGAZL are all less than 3 μm in the whole zoom range.     

激光接收与彩色电视共窗口设计

介绍了激光接收和彩色电视共窗口的多波段光谱融合技术.采用一个焦距为20~450 mm的连续变焦距镜头(视场角在13.68°×10.26°~0.61°×0.46°内连续变化),在会聚光或平行光的条件下,采用立方棱镜或平板玻璃分光,分别进行了对比试验.结果显示,使用会聚光下的立方棱镜分光,在大视场13.68°×10.26°的情况下,光线入射角最大,色偏移严重,图像颜色严重失真.随着视场角的减小,光线入射角减小,图像颜色失真程度逐渐减小,越接近小视场0.61°×0.46°,图像颜色失真现象基本消失;而使用平板玻璃对平行光分光的条件下分光,连续变焦距镜头在整个视场范围内,不仅光学像差满足要求,同时解决了棱镜分光的色偏移问题,图像颜色正常,在空间尺寸苛刻的情况下,彩色电视光学系统MTF在108 lp/mm时达到了0.3,设计结果满足工程应用要求.     

液体透镜在变焦系统中的应用

利用液体透镜进行变焦系统设计可以大幅降低系统的复杂程度,本文介绍和讨论了该项技术的研究和应用现状。首先,基于液体透镜的分类即渐变折射率透镜和变曲率透镜介绍了几种主要液体透镜的原理和特点,给出了具有代表性的ARCTIC透镜系列和Optotune透镜系列的设计参数和优点。然后,对液体透镜技术在变焦系统中的应用进行了分析,描述了其在变焦眼镜、手机相机、内窥镜和显微镜等诸多领域中应用的现状和优势。最后,利用液体透镜设计了一种长焦距变焦系统,该系统可实现2.5倍的可见光变焦。