猫眼效应中离焦量对激光回波发散角的影响

平行光束或者激光束在光轴方向上照射焦平面成像系统时会产生猫眼效应,焦平面探测器安装的正交性与离焦量直接影响猫眼回波的光学特性,进而影响基于猫眼效应的探测系统的性能。针对猫眼效应中离焦量与后向反射光束发散角之间关系,利用物理光学进行分析,建立理论模型,对焦距为0.18 m的焦平面探测成像系统进行数值计算得到:在离焦量为0.16 mm时,发散角最小（0.019 mrad）。搭建实验系统,测试离焦量与猫眼回波发散角,测得离焦量在0.15 mm附近存在最小的发散角为0.025 mrad,与计算结果0.019 mrad基本吻合。研究表明:1） 负离焦对发散角的影响大于正离焦;2） 猫眼回波发散角基本上随着离焦量绝对值的增加而变大,但是变化曲线并不关于零离焦量点对称,而是在某个正离焦处存在一个最小发散角。     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象,采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量（物面偏离对准平面的距离）为10 mm时,面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系,然后求待测图像的最大梯度值,由最大梯度值求出离焦量,最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时,经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

离焦成像对面积测量的影响及误差修正

针对机器视觉中存在的离焦现象,采用理论与实验相结合的方法分析了离焦成像对面积测量的影响.实验表明,当离焦量(物面偏离对准平面的距离)为10 mm时,面积相对误差达31.3%.根据图像最大梯度值与离焦量之间的关系提出了一种误差修正的方法.首先标定图像最大梯度值与离焦量之间的关系,然后求待测图像的最大梯度值,由最大梯度值求出离焦量,最后根据离焦量对图像面积进行修正.结果表明,当离焦量小于10 mm时,经修正后图像面积相对误差小于3.8%.     

基于光学调制的离焦探测技术

通过对常用离焦检测技术的分析,提出了一种基于空间光学调制的离焦探测新方法。该方法利用压电陶瓷驱动变形镜对会聚光束进行调制,在准焦位置放置针孔(或狭缝),通过针孔(或狭缝)的调制光束被光电探测器接收,经相关检波后获得离焦信息。测得的离焦信息包含离焦量和离焦方向,且离焦信号电压与离焦量呈线性关系。搭建了实验装置,利用100 Hz的正弦信号对光束进行调制,检波后得到了焦前4 mm到焦后2 mm范围内的电压信号,结果与理论推导相符。该技术适用于圆对称光束及非圆对称光束的离焦检测,尤其适于具有柱面镜光路结构、需要快速、准确测量x和y方向离焦量的强激光领域。     

像散离焦检测系统中光斑能量中心偏移对测量精度的影响

通过推导高斯光条件下像散离焦检测系统中离焦量与聚焦误差信号功率之间的关系,分析了激光光斑能量中心相对四象限探测器几何中心的偏移距离和偏移角对离焦量测量精度的影响及其规律。在此基础上,提出了一种易于实现、能够精确定位四象限探测器的实验方法,该方法能够有效地提升系统抗干扰能力和探测精度,减小系统误差,加强系统稳定性。此过程对设计搭建高精度像散离焦检测系统具有重要的指导意义。     

离焦成像条件下的螺纹牙型角修正方法

针对机器视觉中螺纹参数测量无法实现正确对焦的问题,通过理论与实验相结合的方法研究了离焦成像对螺纹牙型角参数测量的影响.证实了离焦现象对螺纹参数测量会造成不可忽略的误差.并且通过螺纹图像清晰度评价值与离焦量关系的分析,提出了螺纹牙型角误差修正的方法.首先对图像清晰度评价值与离焦量进行标定,然后求取待测图像的清晰度评价值,...     

"猫眼"探测光学环路的功率密度计算

激光对光电传感器主动侦察是基于光学系统存在的"猫眼"效应.对包括"猫眼"镜头的回波功率和CCD光敏面照度的整个环路进行了推导.分析结果表明:CCD光敏面上的照度随发射激光束散角、照射距离的增大而降低,随大气能见度的提高而增大.同时,探测器探测面的离焦也对CCD光敏面的照度产生较大的影响,离焦量越大,接收到的光照度越小.     

一种新型投影曝光调焦方法

为研究大面积激光投影光刻的调焦,利用Zemax光学设计软件模拟离焦对光程差（OPD）和调制传递函数（MTF）的影响,分析二者对投影曝光图形质量的影响,给出系统最大的离焦量值。提出一种利用显微镜的调焦方法,分析此方法的调焦误差主要来自于显微镜景深,根据景深表达式和系统最大离焦量值,选择一款景深不大于系统最大离焦量的显微镜来构建调焦系统,并基于该调焦系统进行光刻实验。实验结果表明:利用该方法对投影成像光刻进行调焦,无论是否离焦,边缘视场与中心视场的MTF均有差异,分辨率也有差异,但这种差异不影响光刻图形的质量。     

太阳模拟器焦平面温度场实验研究

为更加合理的利用太阳模拟器焦平面辐射能流,以所构建的集聚型太阳模拟器为研究对象,利用红外热像仪对光源和焦平面离焦时焦平面温度场进行实验测试以体现焦平面辐照度变化情况。结果表明:随着光源或焦平面离焦,焦斑内辐照度由高斯分布逐渐变得分散,辐照不均性降低,焦斑面积明显增大;光源正向离焦5mm比负向离焦5mm造成焦斑内辐照度分布更加分散,总辐照度损失更大;焦平面负向离焦100mm相比于氙灯离焦5mm,焦斑范围内辐照度不均度变化不大,平均辐照度下降更低。研究结论可为太阳模拟器调焦机构设计、合理利用焦平面辐射能流提供重要参考。     

一种新型人眼波前像差测量补偿系统的研究

离焦是人眼中最主要的像差之一,离焦量过大会严重影响人眼波前像差的测量及矫正精度。为了消除离焦在此方面带来的影响,设计了带有补偿装置的人眼波前像差测量及矫正系统。重点分析了该系统的原理、结构和工作流程。运用Hartmann-Shack波前传感器测量了人眼波前像差,并使用变形反射镜对人眼波前像差进行矫正。对模拟人眼矫正离焦前后的光斑点阵图和波前三维重构图进行了对比分析。研究表明,通过离焦补偿系统对模拟人眼的离焦量进行矫正,使被测量人眼的离焦量由2.020D和-2.035D分别减小到0.011D和-0.007D;通过调焦系统,使显示器上显示出的人眼光斑点阵图由模糊变清晰,提高了信标光在人眼眼底的成像质量。     

用于激光接收/目视瞄准镜的共光路光学系统设计

为实现多传感器光轴校准并达到小型化轻量化的设计要求,将目视瞄准镜作为校轴光学基准,采用共用摄远型物镜组,并利用在立方棱镜斜面镀制光谱分光膜,实现高精度目视瞄准镜与激光接收的共光路系统设计。该目视瞄准镜放大倍率为7×、视场为5°、出瞳直径为3.7 mm、出瞳距离不小于20 mm;激光接收系统视场为1 mrad、接收口径为50 mm,设计结果满足指标要求。     

基于微分图像自相关的离焦模糊图像盲复原

针对离焦模糊图像的盲复原算法的研究具有重要的实际意义和实用价值.根据光学离焦成像模型,研究提出了一种基于微分图像自相关的离焦模糊图像超分辨力盲复原算法,即首先采用拉普拉斯算子对离焦模糊图像进行二阶微分并求微分图像的自相关,然后从自相关结果所包含的信息中确定离焦模糊半径,最后以离焦模糊模型结合MPMAP超分辨力复原算法对离焦模糊图像进行肓复原.实验证明:算法能够以较高的精度估计出离焦模糊半径并实现离焦模糊图像的盲复原,该算法较其它同类算法在减少计算过程中需要考虑的各类因素的同时也减少了计算量,提高了结果精度,依靠超分辨力复原算法获取更多的复原图像信息,已在实际刑侦和物证鉴定的离焦模糊图像判读和鉴定中获得成功应用.     

空间微重力下离轴三反相机离焦范围

由三块反射镜组成的光学系统在轨道空间微重力的影响下,其反射镜面间隔、曲率半径往往发生改变,对系统的后截距产生较大的影响,最终导致相机离焦,成像质量下降。通过分析三反系统的等效高斯光学系统,得到其后截距公式;通过齐次坐标变换,得到反射镜面刚体位移公式;通过采用最小二乘算法拟合计算得到微重力环境下的镜面半径,计算出相机在空间环境下的离焦量为0.04 mm,为调焦机构的设计提供了理论依据。     

基于离焦图像复原的光学设备实时视频对焦方法

针对大口径光学设备使用过程中因传感器靶面离焦导致的图像模糊问题，从图像复原方法入手，推导光学设备的离焦点扩散函数和离焦传递函数，提出图像离焦程度判断方法，运用爬山法、逆滤波方法，寻找最佳离焦量值和方向，复原模糊图像为清晰图像，给出了大口径光学设备的实时视频对焦方法,并进行实验验证。结果表明该方法在外场光学设备的自动调焦中具有重要的推广应用价值。     

基于2D微电子机械系统(MEMS)镜全向激光雷达光学系统设计

为了满足全向激光探测的需求,提出一种基于2DMEMS镜扫描的激光雷达结构。激光器通过1×6高速光开关分时地给6个扫描子系统提供光信号,6个扫描子系统探测视场叠加起来可实现360°激光探测。每个扫描子系统的扫描范围为60°×30°,其中包含一个扩展MEMS镜扫描角度的发射光学天线和一个大视场有增益的接收光学天线。发射光学天线将MEMS镜±10°的扫描角扩展到±30°,发散度小于0.2mrad;接收视场内的激光波经过接收天线在探测器上所成的半像高小于1mm,接收增益为3.65。通过计算修正后的激光雷达方程可得到发射功率20 W的激光束在工作距离100 m内的回波功率≥1 nW,结果表明该光学系统可适用于激光雷达系统。     

一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列

设计了一种可实现收发一体连续扫描的微透镜阵列,该三片式微透镜阵列以加入场镜的开普勒望远结构为原型,通过微透镜阵列之间的微小横向位移进行接收视场的选择与发射光线的同步偏转,完成扫描光学系统对大视场区域的光束收发。设计约束望远镜的视觉放大率为1,即入射和出射端口的微单元通光孔径相等,从而实现收发共用且不会造成能量损失和串扰。利用ZEMAX光学设计软件,采用发射、接收端口单独设计然后拼接的方法搭建模型。微透镜阵列工作中心波长为1 064 nm,凝视视场为±1.06°,扫描视场为±10°,单元规格为1 mm×1 mm,且只需移动一片即可实现双向扫描,具有体积小、扫描角度大、灵敏度高等优点。     

小动物正电子断层成像仪性能测试

设计了一系列实验对Concorde MicroPET Rodent R4小动物正电子断层成像系统(该系统是Concorde Microsystems公司开发的小动物专用PET扫描仪，该扫描仪具有32层探测器环，动物入口孔径为120mm，横向视野为100mm，轴向深度为78mm，标称的视野中央处的空间分辨率可达1.8mm以下)的空间分辨率、灵敏度、散射率等性能参数进行了测试，测试结果显示该扫描仪视野中心的横向空间分辨率为1.9mm, 轴向空间分辨率为1.88mm, 在能窗设定为250—750keV时系统的绝对灵敏度为39.88 cps/kBq, 同样能窗下二维重建散射分数为50.6%,三维重建散射分数为32.3%. 关键词： 正电子断层成像仪 性能测试     

一种基于运动式发射天线的光学接收天线设计

设计一款应用于多发射天线多接收天线自由空间激光通信系统中的折射式光学接收天线。天线焦距120.02 mm,相对孔径1∶1.13,工作波长为850 nm,波长范围覆盖820 nm ~880 nm,在50 lp/mm频率处0视场的MTF为0.5。接收天线可以在发射天线移动48 mm范围内利用光敏面直径为0.5 mm的雪崩光电二极管（APD）接收3 mrad发散角的光信号。该天线由两组、共4片球面透镜组成,结构简单,可实现对运动式发射天线的光信号的接收。