基于硅基液晶微显示立体投影光学引擎的设计

从平衡两路图像对比度的角度,采用双硅基液晶(LCoS)芯片设计了一种实用的微型立体投影光学引擎。光学引擎中双LCoS芯片分别用于调制左右眼的图像,一个白光LED作为投影光源,两个标准的MacNeille偏振分光棱镜(PBS)用于产生两路偏振方向相互垂直的高偏振度光束。整个引擎设计简单,结构紧凑,其尺寸约为105mm×28mm×25mm。测量了本设计中光学引擎的各部件的实际参数值,根据所测量的数据通过理论计算得到:左右两光路的对比度完全平衡且均为64…1,光效率均为3.61%,整机的光通量为20lm。     

反光板(合作目标)反射率测量仪

本文介绍了反光板（合作目标）反射率测量仪的研制。仪器采用对称双光路比较测量法，给定两束相等光通量的光束，分别作为参考光束和测试光束，并用分束器实现原光路取样，从而解决了合作目标反光板入射光线与反射光线重合不能用常规测试方法来检测的难题。由于采用对称双光路的方法，入射光通量是相对恒定的，不受外界因素影响，从而使反射率测量仪达到精度高、重复性好和环境要求低的设计要求。     

基于双目立体视觉的视网膜成像系统研究

为了从不同的拍摄位置实时获取同一区域的眼底视网膜图像,实现视网膜表面形貌的三维重建,设计了一种基于双目立体视觉下的视网膜成像系统。系统由成像光路和照明光路组成。照明光路通过柯勒照明的方式为眼底提供均匀背景光,并设置黑点板消除杂光;成像光路通过反射镜组形成两个平行光路,从两个光路同时拍摄同一区域的眼底视网膜图像。实验结果表明,本系统放大倍数为7.3,能在850nm的近红外光照明下实时拍摄到两组同一区域的图像。拍摄过程中视差角约为10°,较好地校正了色差、球差等近轴像差。系统使将来与OCT技术融合,实现深度信息图像和三维重建图像的拼接成为可能。     

电子闪光灯光路变换的研究

本文主要论述了直接利用电子闪光灯为光源，产生垂直反射偏振光的原理、方法及在刑事摄影中的应用。通过理论研究和试验，设计出了电子闪光灯光路变换系统，解决了直接利用电子闪光灯为光源的拍摄案件现场某些光滑非金属物体时，物体表面产生强烈反射光线或反射光带和对人犯摄影、物证摄影时的强烈阴影干扰，以及无法直接用以电子闪光灯为光源，对遗留在案件现场上的痕迹进行垂直反射摄影的困难。     

太阳光谱辐照度仪的自定标实现

为实现卫星遥感器地面定标中大气辐射特性的高精度观测,研制了高精度、光谱式太阳辐照度仪。结合野外工作中仪器存在的衰减与损耗,设计了适合于长期外场应用的自定标系统。自定标系统设计采用双通道镜像的方案,利用基于球面镜的耦合镜实现光路的切换,实现单色光进入棱镜。结合光路的设计方案,采用步进电机带动反射镜切换光路,同时利用单片探测器测量入射/出射光通量采集,通过比值计算实现单波长下棱镜透过率的测量。在实验室内外进行了自定标的性能测试,室内自定标结果的重复性误差为2.5%,室内外透过率对比的相对偏差小于2%,证明自定标系统可以用于户外仪器的监测与校正。     

面向生物过程的在线式傅里叶变换红外光谱仪

针对生物过程反应底物含量的实时测量,设计了一种在线式傅里叶变换红外光谱仪及衰减全反射(attenuated total reflectance,ATR)探头。(1) 光谱仪采用双立体角镜和平面镜相组合的方法,设计了一种高性能干涉仪系统;采用了光路折叠方式,使干涉仪结构紧凑;采用了双立体角镜,大大减少了动镜运动过程中存在的旋转、倾斜等因素影响;采用平行四边形摆动柔性支撑装置来支撑动镜,使动镜移动时无摩擦,无抖动,运行平稳;采用ZnSe分束器,使仪器抗潮湿性能大大增强;采用分束器60°光入射方式,提高了光通量。(2) 该工作设计的一种结构简单、光通量大、经济实用的ATR原位测量探头,入射光和出射光的传输均利用了大口径内镀中红外高反膜光导管作为ATR探头的红外光传输介质,从而大大降低红外光在光导管内壁多次反射后的能量损失,使得ATR探头具有高光通量,提高了信号强度,使信号的检出更加容易。最后采用灵敏度高的MCT(碲镉汞)检测器实现红外干涉信号的收集,使得检测效果更好。实验结果表明,系统具有防潮性能出色,光通量大,在线测量等优点。所设计在线式傅里叶红外光谱仪,能够较好的完成生物反应器内甘油等常见反应物底物的实时测量,在生物在线分析、化学物质检测、材料分析学等诸多领域具有较好的应用前景。     

多媒体教室的长距离无线鼠标的设计与实现

介绍了一款应用于多媒体教室的长距离无线鼠标的设计原理 ,实现方法及电路成品。此无线鼠标是在原来机械鼠标的基础上加入无线编码遥控器 ,可以在教室的任一位置实现计算机的鼠标操作     

数字散斑相关方法实现鼠标定位原理

在激光鼠标工作原理的基础上,利用数字散斑相关方法对激光鼠标的定位原理进行了研究。设计实验得到散斑场并用数码相机拍摄。用图像采集卡采集CCD扫描数散斑图像得到的图像,将图像数字化,分析数据得到了图像最优采样的像素单元和图像位移两个参量。基于两个参量,实验采集散斑图像在一定的轨迹运动下的散斑场,用Matlab软件模拟,并比较分析了实验和模拟结果。结果表明,用数字散斑相关方法可以实现激光鼠标的定位功能,并且分辨力可达到1μm,远高于市场上激光鼠标30μm的分辨力。     

反射式体全息存储角度复用新方案

基于体全息的反射式记录原理,设计并搭建了不同于传统透射式光路的紧凑型反射式体全息存储光路,提出一种新的采用双透镜共焦方法实现数据存储的角度复用方案.通过此系统实现了单点2 000幅图像的连续存储.实验结果表明,反射式光路可以增大全息图的衍射率进而提高存储图像的质量;而双透镜共焦方案易实现且便于控制,可以实现图像的连续存储和高准确度复用;同时减少了光学系统的复杂度,并把复用维度从一维扩展到了水平和垂直二维方向,提高了存储的密度.     

反射式体全息存储角度复用新方案

基于体全息的反射式记录原理,设计并搭建了不同于传统透射式光路的紧凑型反射式体全息存储光路,提出一种新的采用双透镜共焦方法实现数据存储的角度复用方案.通过此系统实现了单点2 000幅图像的连续存储.实验结果表明,反射式光路可以增大全息图的衍射率进而提高存储图像的质量;而双透镜共焦方案易实现且便于控制,可以实现图像的连续存储和高准确度复用;同时减少了光学系统的复杂度,并把复用维度从一维扩展到了水平和垂直二维方向,提高了存储的密度.     

基于多级微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪:原理及数据处理

介绍了一种基于多级阶梯微反射镜的时空联合调制傅里叶变换成像光谱仪的原理及数据处理方法.仪器利用一块多级阶梯微反射镜取代传统迈克尔逊干涉仪中的动镜以实现静态干涉,通过摆镜扫描使目标物体成像在不同的子阶梯反射面上从而获得目标物体不同光程差的干涉信息.某一时刻,目标物体经摆镜与前置成像系统后在平面镜与多级阶梯微反射镜上形成两个一次像点,两个一次像点被平面镜和多级阶梯微反射镜反射之后经后置成像系统最终成像在探测器焦平面上.平面镜与多级阶梯微反射镜之间的高度差会使到达探测器的两束光的光程差不同,因此探测器焦平面上可以获得目标物体的二维空间信息及一维干涉信息.根据多级阶梯微反射镜参数及光学系统设计参数计算得到摆镜步进角度为0.095°.利用实验获得的三维数据立方体进行了图像拼接与光谱复原.针对子阶梯反射镜存在宽度差异的问题,提出了一种基于极坐标霍夫变换的图像分割方法.为缓解拼接全景图中的间断线效应,将图像变换到HSI颜色空间并插值拟合其亮度分量后再变换回原空间.对拼接后的干涉图像进行了降维、去直流、寻址、切趾、相位校正、傅里叶变换及光谱分辨率增强等处理,完成了光谱复原工作.复原光谱分辨率为194 cm-1,优于设计指标(250 cm-1).     

平行双转镜傅里叶变换光谱仪

在时间调制傅里叶变换光谱仪中,直线运动型动镜很难精确驱动,容易引起倾斜和剪切的问题。旋转型动镜可以解决该类问题。介绍了一种转镜式傅里叶变换光谱仪方案,并对其进行了原理分析和光程差公式推导,提出了工程设计约束条件。该光谱仪由一个分束器,两个固定平面镜,两面平行固定在一个转轴上旋转的平面反射镜,前置镜,后置镜及探测器组成。通过原理介绍得出,该光谱仪结构简单,两条分光光线经同一平面镜反射后干涉,使仪器更容易装调;通过光程差推算得出,该光谱仪容易实现大光程差,光谱分辨率高;通过工程设计约束及仿真分析得出,该光谱仪需要在高速旋转的条件下实现高分辨率采样,容易实现精确运动控制,稳定性好,测量速度快。     

分光计实验中望远镜的快速调节方法——台先镜后法

在分光计实验中,调整望远镜光轴与分光计主轴大致垂直是最关键、最难调的一步．实验中容易观察到平面镜一个面反射回的“十”字像,却较难调出两个面反射回的“十”字像．本文利用光路图进行了分析,提出了一个快速、有效的调整方法——台先镜后法．     

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。     

玻璃基底Wolter-1型X射线聚焦镜研制及测试

Wolter-1型X射线聚焦镜可将掠入射的X射线反射至焦平面处,具有较强的成像探测能力,在天文探测等领域中具有重要作用.通过建立几何模型对反射镜面及反射光线方程进行理论计算,推导出了适用于以玻璃为基底材料的聚焦镜设计参数方程,可用于对此类聚焦镜进行理论设计,依据理论设计,采用具有极高表面光洁度的超薄肖特D263T玻璃经热弯成型后作为反射镜基底,在反射镜表面制备金属铱薄膜作为反射膜研制了Wolter-1型反射镜组,并使用激光三维扫描仪对所研制的聚焦镜片面型进行了测试.测试结果显示,实际镜片面型与理想镜片面型公差在10 μm以内的测试点占总测试点的50%.通过搭建可见光条件下的焦斑测试系统,使用图像采集相机采集焦斑的灰度图像,通过图像分析软件分析计算该灰度图像的灰度分布来定量分析焦斑的能量分布情况,从而确定焦斑特性参数.实验结果显示：研制出的聚焦镜片焦距为1.6 m,焦斑的半能量包围直径为0.33 mm,对应角分辨率为0.7角分.     

一种折反式红外/激光复合导引头光学系统设计

设计了一种用于长波非制冷红外和半主动激光复合导引的共口径折反式光学系统。为了减小反射式系统的零件加工和装调难度,将卡塞格林系统次反射镜简化为平面反射镜,主反射镜采用金属抛物面,优化目镜组透镜尺寸,避免光路内部遮挡,利用反射式系统一次像面,配合红外材料选取实现红外通道的光学被动消热差设计;在平行光路中设置平板分光和激光窄带滤光片,提高系统分光效率和透过率。设计结果表明:红外通道特征频率35.7 lp/mm处MTF＞0.2,激光线性区为2°,满足系统指标要求。     

基于多级微镜的傅里叶变换成像光谱仪干涉成像系统分析与设计

为了实现傅里叶变换成像光谱仪的静态化与高通量,提出一种基于多级微镜的时空混合调制成像光谱仪,其干涉系统是利用一个多级微镜代替迈克尔逊干涉仪中的平面镜,其显著特点是无运动部件和限制系统光通量的狭缝,可同时获得目标的干涉图与二维空间图像。该成像光谱仪利用前置成像系统将目标成像到干涉系统的平面镜与多级微镜上,利用多级微镜的结构特点对两成像光束的光程差进行调制,然后通过后置成像系统获得不同干涉级次的目标图像。首先通过对该成像光谱仪干涉系统光谱信噪比的分析,明确了光谱信噪比与图像信噪比之间的关系,确定了多级微镜的特征参数。为了确保每个阶梯面所对应光程差的恒定性,通过对前置成像系统成像过程的分析,确定了前置成像系统像方远心的光路结构;通过对系统视场角与光程差之间关系的分析和计算,确定了前置成像系统的设计指标并完成了光学设计。为了保证后置成像系统不引入额外的光程差,通过对后置成像系统成像特点的分析,确定了后置成像系统双远心的光路结构;通过对系统入射孔径角与阶梯级数之间关系的分析和计算,最终设计出满足系统性能需求的后置成像系统。通过对各单元系统的理论分析与光学设计,为静态化与高通量成像光谱仪的发展提供了一种新的思路。     

Design strategy for flat-field Schmidt optical system

The present study provides the theory base for designing flat-field Schmidt optical systems, based on the wavefront aberration of Petzval field curvature, a mathematic model of the Petzval radius is setting up. The radius of Petzval image surface is not equal to the focal length of the primary mirror or the focal length of the system. An aberration balancing method for flat-field Schmidt optical systems design is proposed: did not change parameters of the corrector, through adjusting the distance between the plate and the mirror to realize aberration equilibrium. The total physical track is more compact than equilibrium before.     

Measurement of 3-D displacement of cambered mirror of cryogenic optical system using white light speckle method

We report a method measuring 3-D displacement of cambered mirror for cryogenic optical system using white light speckle photography with double light sources and double cameras. Data acquiring and processing based on a digital image processing system is described. The 3-D displacement and displacement vector distributions in two low-temperature ranges are measured.     

平面反射镜表面散射光干涉

激光束照射到表面被粘污的反射镜上会产生干涉环,入射光束和反射光束在被粘污表面产生散射光干涉.随着入射角的变化,光束在反射镜玻璃片内光程改变,引起干涉环从中心冒出或缩进,干涉环级数的变化与入射角的平方成正比.