红外镜头的光机热集成分析研究

 为了使红外镜头能够在宽的温度范围内工作,在红外光学系统的设计时就要充分考虑热对光学性能的影响,并要进行光机热集成分析。论述了光机热集成分析方法及流程,并设计了一个焦距f=200 mm的冷光栏匹配的宽工作温度的红外镜头。建立了红外镜头的有限元模型并进行了热力学分析,对分析的镜面变形结果数据进行了处理,得到各镜片间隔和面形变化,代入光学软件得到了热环境对光学成像质量的影响。分析结果表明,对于-40℃~+60℃红外镜头的各个视场,16线对的调制传递函数都大于0.5,具有良好像质。所设计的红外镜头结构简单可行,能够满足设计要求。     

300万像素手机镜头设计

设计一种300万像素的手机镜头。该镜头由3片塑料非球面透镜和1个红外滤光片组成,采用三星公司的一款300万像素0.635cm(1/4inch)CMOS作为该镜头的图像传感器,像素颗粒大小为1.75μm,其分辨率极限为285lp/mm,即为奈奎斯特频率。镜头的光圈值F为2.85,视场2ω为62°。该镜头有较好的成像质量,在奈奎斯特频率1/2处绝大部分视场的MTF值大于0.5,波前均方差(RMS wavefront error)小于0.14λ(λ为波长),最大畸变为-0.2%。     

中波红外镜头光机热集成设计分析研究

基于光机热集成设计分析,设计了一种扩展中波红外定焦镜头光机系统(焦距f=60mm,工作波段2.5~5.3μm),在设计光学系统和光机结构时就充分的考虑了环境温度、系统热变形对光学性能的影响,建立了镜头组的有限元模型,并基于-40^+60℃的实际温度载荷展开了热力学分析,对热分析后各镜片的节点位移和面型变化通过Zernike多项式作为数据接口导入光学设计软件,给出了各典型温度值下镜头组的传递函数图。分析结果表明,在-40^+60℃区间红外镜头的各个视场成像质量良好,所设计的红外镜头结构可靠、简洁,能够满足设计和使用要求。     

500万像素手机镜头设计

 利用ZEMAX光学工程设计软件,设计了一款500万像素的手机镜头。该镜头由4片塑料非球面透镜和1片红外滤光片组成,其光圈值F为2.85,视场2ω为60°,采用Aptina公司的一款500万像素7.94mm(1/3.2)英寸CMOS作为该镜头的图像传感器,该图像传感器的像素颗粒大小为1.75μm,截止频率为285lp/mm,即为奈奎斯特频率。设计结果显示,该镜头在奈奎斯特频率处,0.7视场以内的MTF值大于0.3,在奈奎斯特频率1/2处视场的MTF值均大于0.5,波前均方差(RMS wavefront error)小于0.1,畸变小于1%。     

第六届全国红外科学技术交流会在洛阳市举行

第六届全国红外科学技术交流会于一九八四年十一月二日至七日在河南省洛阳市举行,由中国光学学会与中国电子学会、中国宇航学会联合主办。参加会议的有来自63个单位的代表132人。本届会议的中心议题是红外探测系统及其应用,大会特邀报告五篇和分组交流论文八十四篇,内容涉及跟踪制导和热成象、遥感以及测温等技术。《红外研究》杂志专为这次会议出版了论文摘要选辑(1985,No.2)。     

红外OTF标准镜头研究

光学传递函数（ＯＴＥ）标准镜头的研制是ＯＴＥ测定仪标定中必不可少的环节。通过对红外ＯＴＦ标准镜头的设计、加工、标定等内容的介绍，表明所研的标准镜头理论设计值与实际测量值基本一致，达到了设计指标要求，可作为红外ＯＴＦ量传标准器具。     

超离子玻璃中的超声吸收理论

本文依据红外发散理论讨论超离子玻璃中无序引起的多体相互作用所导致的红外发散响应。在研究新的弛豫机制的基础上,修正了滞弹性应变的速率方程,并利用玻耳兹曼叠加原理,导得具有红外发散的超声吸收公式。由此导出超声吸收与频率的ωⁿ关系和表观激活能。这些都与超离子玻璃(AgI)_x(Ag₂O·nB₂O₃)_1-x的实验数据符合。 关键词：     

五羰基溴化铼中羰基的超快振动光谱

研究了五羰基溴化铼[Re(CO)5Br]的超快振动动力学。由于分子对称性,一维红外光谱中只表现出两个羰基吸收峰,分别位于1 984.7cm-1(A1)和2 037.6cm-1(E)。由泵浦探测光谱获得了各模式的0→1(基态漂白)和1→2(激发态吸收)的跃迁信号,从而得到了振动态寿命。在时间分辨的二维红外光谱中,每一对角峰取向随等待时间发生了变化,表明都发生了光谱扩散,从中可提取各个振动模式的频率-时间相关函数。此外,我们发现二维红外光谱的非对角峰随时间发生强度变化,表明两个模式间有振动传能。     

大口径可见光到红外波段光学传递函数测试仪的标定

大口径可见光到红外波段OTF测试仪测量功能齐全 ,即可测量照相系统、望远系统的光学传递函数 (OTF) ,并且兼有测量焦距、放大率和光谱透射比等参数的功能。通过用OTF标准镜头进行标定 ,开展OTF国际比对工作 ,为建立OTF计量标准打下基础。该系统测量不确定度为 :可见光至近红外波段 :轴上 0 0 3、轴外 0 0 5 ;红外波段 :轴上0 0 4、轴外 0 0 6。重复性 :0 0 1(RMS)。主要性能指标均达到当前国际先进水平。     

二氰胺根分子内费米振动耦合能量转移的超快二维红外光谱

二氰胺根离子(N(CN)-2,DCA)的C≡N对称及反对称伸缩振动(νas,C≡N和νss,C≡N)和N—C伸缩振动的和频峰(νas,N—C+νss,N—C)之间由于费米共振作用存在振动耦合。本文研究了二氰胺钠在DMSO溶液中的超快二维红外(2DIR)光谱和超快红外泵浦探测(IR PP)光谱。结合该体系的傅里叶变换红外(FTIR)光谱实验结果,对二氰胺根离子体系中的分子内振动能量转移过程进行了分析。     

基于氧化铟锡的风扇型中红外手性超材料及其圆二向色性

本文设计了一种中红外波段手性超材料以克服传统中红外激光偏振态调控所使用的控制元件体积大、成本高等不足。利用中红外等离激元材料氧化铟锡(ITO)设计风扇型手性结构,并研究了该结构在中红外波段的圆二向色性(CD)。通过改变扇叶层填充材料、扇叶厚度、扇叶大小、扇叶数量以及扇叶的材料,讨论结构的CD变化情况。模拟结果表明:当填充材料为硅、扇叶为6片时,选取合适的扇叶厚度和大小,在5.3μm附近获得最强的CD信号,为0.052。此外,与贵金属银、金相比,由ITO构成的结构展现出良好的宽带圆二向色性,这为中红外波段宽带偏振态调控器件的设计提供了新的思路。     

光学透明红外与雷达兼容隐身复合超表面

基于透明导电材料氧化铟锡(ITO)、高透光的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),设计并实现了光学透明超宽带雷达与红外兼容隐身的复合超表面。该结构由两个专门设计的光学透明超表面组成,由内到外依次为雷达吸波层、红外低发射层。通过调节谐振器尺寸和ITO的方阻实现了微波段8.0~32.0 GHz频带内吸收率高于90%的宽带吸波。利用高ITO占空比的容性频率选择表面,实现了微波段高透过率与红外波段低发射率,并进一步研究了其红外辐射特性。该结构具备较好的超宽频雷达吸波性能、低红外发射率与光学透明特性。     

基于局部约束群稀疏的红外图像超分辨率重建

针对红外图像分辨率低、视觉质量差等问题,提出基于局部约束群稀疏模型的红外图像超分辨率重建方法.考虑到红外图像的纹理自相似性和原子系数的群结构稀疏性,首先建立了基于局部约束的群稀疏表示模型.然后,在假定低分辨率图像空间和高分辨率图像空间具有相似流形的前提下,联合局部约束群稀疏表示模型和K-SVD(K奇异值分解)方法,训练得到高低分辨率图像对应的群结构字典对.最后,通过高分辨字典和对应的红外图像群稀疏表示系数重建得到高分辨率的红外图像.实验结果表明,本文方法具有更好的超分辨率效果,无论是在客观评价指标还是主观视觉效果方面都有明显的提高.     

短波红外昼光恒星成像光学系统设计

由于太阳光散射在地球大气中产生的背景辐射使得可见光传感器极易饱和,导致在白天测星很困难。通过分析可知,红外传感器在白天测星的概率比可见光传感器要高得多。针对红外测星特点,介绍了一种短波红外光学系统的设计方法,给出了一种工作波长为2．0～2．5μm,相对孔径为1．4,焦距为140mm的镜头设计过程。该镜头结构紧凑,用材特殊,能适应-50～70℃的环境要求．实现全天候测星。     

热环境下红外镜头面形变化对成像质量的影响

由于红外镜片材料的温度特性,环境温度的变化会对红外镜头的成像质量造成影响。为了研究不同温度场下镜片的应力状态以及镜面面形变化情况,利用光机热集成分析方法,运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对设计的红外镜头进行了热结构耦合分析,从分析结果中得到了镜片等效压应力的大小。利用Zernike多项式拟合了变形后的镜面面形,将得到的Zernike系数导入到ZEMAX中建立了多重温度结构,分析了不同温度下镜面变形前与变形后的光学系统离焦量的变化量。结果表明,镜片在低温-40℃时受到较大的等效压应力,最大等效应力81.118MPa,小于材料的断裂强度345MPa;不同温度下由于镜片面形发生变化,导致红外光学系统成像质量以及离焦量发生改变。     

混合谐振模式宽带长波红外超表面吸收器研究

为了满足红外探测器件集成化和对红外宽光谱范围吸收的需求,设计了一种工作在长波红外波段(8~14μm)的超宽带、高吸收、极化不敏感的超材料吸收器。通过在金属-介质-金属三层异质的超材料吸收器结构的顶部金属周围镶嵌一层介质形成超表面,以增加谐振强度和吸收带宽。在8~13.6μm的带宽范围内,该结构有超过90%的平均吸收率,覆盖了大部分长波红外大气窗口波段,对红外探测领域有着重要意义。研究结果表明:镶嵌的金属-介质组成的介质波导模式和谐振腔模式的结合以及传播型表面等离激元模式的激发是形成宽带高吸收的主要原因,并且谐振模式的谐振波长可以通过相关参数来进行调控。本文的研究结果为可调谐宽带长波红外吸收材料的设计提供参考,该设计方法可推广到中波红外波段、甚至长波红外或其它波段。     

浅谈变焦距镜头的小型化

大家知道变焦距镜头就是焦距可以连续变化(或不连续变化)而保持画幅大小和成象清晰度不变的镜头。移动部分透镜实现焦距变化的想法早在1902年就提出来了。但真正实现这样的镜头那还是1931年巴利奥古劳卡(Variogro-wear)设计的16毫米电影变焦距镜头。用变焦距镜头摄影的胶片放映后产生了较高的艺术效果和真实感。从此变焦距镜头首先用于16毫米和35毫米电影。第二次世界大战后,变焦距镜头开始用于电视摄象,因变焦距镜头对电视中随时插入的各种大小不同的图象和解说词卡片的显示特别灵活方便,使得变焦距镜头在电视中的应用比在电影方面更为广泛。     

基于针孔成像像面参数提取的单板机镜头显微成像质量评价方法

提出以针孔成像调制传递函数面积(MTFA)和MTFA相对变化率作为像面参数,定量评价单板机镜头的显微成像质量。采用针孔法获取不同视场位置的光斑图像,以提取单板机镜头显微成像系统的调制传递函数(MTF);建立单板机镜头透镜组的MTF数学模型,提取边缘视场弧矢方向与子午方向的MTFA和MTFA相对变化率,用于度量被测镜头显微成像清晰度与像面平整度。开展了单板机镜头测试实验,采用论文提出的模型方法定量评价被测镜头显微成像性能,结果表明,Lens2镜头可获得最佳显微成像质量。计算被测镜头RGB点阵图像的平均功率谱(APSV)、灰度平均梯度(GMG)及拉普拉斯算子和(LS),结果显示Lens2点阵图像的APSV、GMG及LS参数值最大分别为2.7202、17.0244及94.9212,且点阵图像清晰度最高,与像面参数评价结果相符,表明论文提出的方法用于定量评价单板机镜头显微成像性能是准确有效的,对提高在线图像可视铁谱(OLVF)探头设计具有重要意义和工程价值。     

分子超光谱成像系统及其生物医学应用

设计出一种基于AOTF(acousto-optic tunable filters)的分子超光谱成像系统(MHSI).整个系统由显微镜、分光计、CCD镜头、数据采集卡和计算机等几部分组成.系统的光谱范围为550～1 000 nm,可采集225个波段,光谱分辨率优于2nm,空间分辨率达到0.3μm.由于系统的光源对样本的...     

折射/衍射红外鱼眼镜头光学系统设计

讨论了折射/衍射红外鱼眼镜头的设计.设计出工作波段为8～12μm,全视场为240°的折衍混合的红外鱼眼镜头光学系统.采用反远距结构,能够很好地解决超广角镜头的轴外像差和边缘像面照度问题.结果表明:系统结构简单,体积很小、后工作距离大,成像质量好,在截止频率11lp/mm处的调制传递函数值大于0.5.