小型快速扫描近红外光谱仪的研制

介绍了一种基于Czerny-Turner光路结构并采用谐波电机直接驱动光栅的小型快速近红外光谱仪的设计、仿真及初步测试结果.为了减小多次反射及衍射产生的杂散光,运用Cary理论进行光路布局与设计,使用光学软件TracePro进行了仿真,结果显示改进之后的结构有效抑制了系统的杂散光.为了减小体积并提高扫描光谱速度,采用谐波电机直接驱动光栅代替传统的电机传动正弦丝杆再驱动光栅的结构,在近红外光波段对样机性能进行了初步测试,并对葡萄糖水溶液进行了定性测量.初步测试结果显示:波长范围800~1 500 nm,扫描速度达到75 nm/s,光谱分辨率6 nm,波长准确性±0.5 nm,重复性≤1 nm,信噪比为1 000∶3,吸光度重复性≤0.008 AU,基线稳定性0.000 5 A/h,简单葡萄糖水溶液的定性测试结果比较清晰地反映了样品的特性.     

小型化全景系统的杂散光分析与抑制方法研究

由于全景环带光学系统的头部单元结构形式复杂，内部光路经过多次反射与折射，杂散光情况比较严重，因此全景环带光学系统设计过程中对杂散光的分析尤为重要。文中着重分析全景环带光学系统头部单元中产生杂散光的形式，对未经全景环带光学系统头部单元反射的杂散光建立消杂光数学模型，在此基础上对全景环带光学系统行了优化设计；对全景环带光学系统中头部单元胶合面反射的杂散光采用一种凸向像面的弯月胶合镜的形式进行抑制，并通过ASAP软件建模仿真。仿真结果显示，杂散光能量降低90%，证明采用的结构形式和消杂光数学模型有效地抑制了杂散光的产生。     

新型便携式中阶梯光栅光谱仪光学设计与消杂散光研究

中阶梯光栅光谱仪凭借着高分辨率、小体积、全谱瞬态直读等优异特性成为了现代光谱仪器研究的热点和重点。为了进一步缩小它的体积,提高仪器信噪比和检出限,设计了一种新型结构的中阶梯光栅光谱仪,其折叠主光路的设计可以在不改变成像质量、不降低光谱分辨率的前提下减小仪器体积,光学尺寸小于165 mm×70 mm×65 mm,光谱分辨率为0.06 nm@200 nm。同时设计了挡板、光阑等结构减小仪器的杂散光,经过光线追迹仿真实验,新型中阶梯光栅光谱仪杂散光低于2×10-5,显著地提高了仪器的信噪比。     

基于非共轴阵列照明的小型化眼底相机光学系统设计

建立了非共轴阵列照明下的眼底成像数学模型,采用照明光路与成像光路独立设计方法,提出了一种微小型眼底相机光学系统,以避免传统眼底相机中人眼角膜与网膜物镜反射杂光对视网膜图像的干扰.设计了6阵列环形光源照明光路系统,长度仅17.9 mm,实现眼底视网膜有效照明线视场不小于12 mm;成像光路系统采用二次成像设计,光学调制传递函数优于0.2@91 lp/mm,畸变小于5%,长度仅为75 mm.仿真与设计结果表明,该眼底相机光学系统有效抑制了光路中的杂散光,有利于获得高对比度视网膜图像.研究结果可为高像质、小型化以及低杂光眼底相机发展提供设计参考.     

平面光栅杂散光测试仪模型设计及消杂光技术研究

杂散光是平面光栅的重要性能指标,光栅杂散光的测量一直是光栅研制领域的难题。为实现仪器自身杂光低于10-8量级,以满足对平面光栅杂散光10-7量级的精确测量要求,基于标量衍射理论和经典Fresnel-Kirchhoff衍射理论,对光谱仪器中的光栅杂散光进行了理论分析,设计了平行光照射条件下光栅杂散光测试仪的光机模型。利用杂散光分析软件ASAP建立紫外单色光入射下光栅杂散光测试仪的散射模型并对其进行仿真计算,分析仪器杂光的主要来源及散射路径,据此提出了用于降低仪器散射光和光栅多次衍射光的挡光环、叶片、光阑、光学陷阱等四种杂光抑制结构。最后,采用ASAP软件对增加抑制结构前后的仪器杂光相对强度进行了对照分析。仿真及分析结果表明,仪器杂光在测试波长±100 nm范围内的最大值由采用杂光抑制结构前的10-6量级以上降低至10-8量级以下,已满足光栅杂散光测试仪的设计需求,即可实现刻线密度为300～3 600 gr·mm-1的光栅杂散光10-7量级精确测量。该研究方法及结果将为平面光栅杂散光测试仪研制提供理论依据。     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设计提供参考.     

基于LCoS拼接技术的动态星模拟器光学引擎的优化设计

为了降低基于硅基液晶拼接的动态星模拟器背景杂散光,对传统的光学引擎进行优化,提出一种多偏振分光棱镜组合方式,并对其光机结构进行设计.阐述了光学引擎照明系统的设计方案,讨论了降低视场角、增强均匀性的方法.通过Tracepro对照明光学系统进行仿真,对照明光源设计方案的可行性进行了验证.实验结果表明:优化后的动态星模拟器杂散光辐照度降低了2.93倍.优化后的光学引擎有效地抑制了背景杂散光,并且增强了两片反射式硅基液晶对比度的一致性.     

分布光度测量系统的消杂技术及寻优算法

采用几何光学分析法,对影响光度测量的杂散光进行分析;根据杂散光反射传输的特点,结合近似绝对黑体结构理论和吸光度加和理论,设计了具有高折反效果的凹型窄光阑阵列消杂模型,提高了对杂散光的抑制能力;由于此结构在不同光阑间隔下的消光效果不同,设计了自适应惯性权重粒子群算法来搜索光阑阵列的最优间隔,以进一步提高光阑阵列的性能.在此基础上,通过仿真和实验验证了基于最优消杂模型构建的分布光度测量系统,其测量误差与消杂之前相比由10%以上降低到了1%以下;满足相应的国际及国家标准对光源测量的误差要求,可作为现有环境下进一步抑制环境杂散光的有效手段.     

透射式光学系统杂光系数计算方法

在相机研制中,杂光系数是评价杂散光的主要指标.为了快速、便捷、准确地计算杂光系数,本文通过分析透射式光学系统的杂散光路,根据能量传输原理,推导了无中心遮拦无渐晕的透射式光学系统的杂光系数的理论计算方法,并编制了相关的程序.仿真结果表明:该方法简单易行,能够快速给出杂光系数的初步评价,将杂散光抑制设计及分析提前,为后续设...     

基于离散阵列光源的空间光学系统对准

为了解决基于波前或星点图对准大口径空间光学系统时计算量大、面形误差影响大等问题,提出了一种基于离散阵列光源对准空间光学系统的方法.给出了离散阵列光源的设计、检测和标定方法,并以此为基础设计了对准检测光路.以某在研RC望远镜为对象,用离散阵列光源产生参考光,设计了一个用于快速对准主次镜的检测光路.在光学系统设计参数已知的情况下,根据像平面上的点列图,建立了主次镜位置信息和点列图分布信息的函数关系.利用光学设计软件和数学计算工具建立仿真平台,并进行了主次镜的仿真验证.仿真结果表明,使用离散阵列光源可以有效减少计算量,降低面形误差和杂散光的影响,提高对准效率,并且具有较高的计算准确度.